一种高体积电阻率、高水汽阻隔的太阳能电池封装用EVA膜及其制备方法与流程

本发明属于太阳能电池封装用乙烯-乙酸乙烯共聚物膜(以下简称eva封装膜)，特别是涉及一种高体积电阻率、高水汽阻隔太阳能电池封装用 eva膜及其制备方法。

背景技术：

1、太阳能光伏发电是21世纪清洁能源的重要部分，在低碳减排，保护环境，可持续发展，起着重要作用，太阳能电池的结构(以晶硅电池为例)一般分为五层：第一层为上表面玻璃，第二层为透明的eva封装膜，第三层为电池片，第四层为eva封装膜，第五层为下表面玻璃或塑料背板；其中， eva封装膜的主要作用是将电池片封装于上下两层玻璃或玻璃与塑料背板之间；当太阳能电池在实际电站发电过程中遇到高温高湿环境时，电池组件在其表面材料、电池片以及封装材料与其接地金属边框之间的高电压作用下，其上、下表面玻璃中的金属离子会经过eva胶膜迁移到电池片表面，造成太阳能电池功率衰减现象，这种现象被称为电势诱导衰减(potential induced degradation)，简称为 pid；严重情况下，太阳能电池功率衰减可达20％以上；而业内实际应用经验已经证明，提高eva封装膜的体积电阻率和水汽阻隔性，可有效阻止金属离子的迁移，减少太阳能电池的pid现象。另外，晶硅太阳能电池在层压封装过程中，还存在当eva封装膜熔体粘度较大时易造成电池片破裂的层压性问题。因此，开发出具有高体积电阻率、高水汽阻隔性，并具有良好层压性的eva封装膜是业内急需解决的问题。

2、已公开专利cn103146315a公开一种高体积电阻率eva胶膜及其制备工艺，通过降低eva树脂的乙酸乙烯(va)含量及掺加聚烯烃弹性体提高体积电阻率，其缺点是：所使用的eva树脂的乙酸乙烯(va)含量(24～28％)，与传统工艺(传统工艺中eva树脂的乙酸乙烯(va)含量为26～33％)相比，降低的幅度较小，因而对于提高体积电阻率的效果有限。

3、已公开专利cn104449436a提供一种太阳能组件封装用高水汽氧气阻隔性的eva胶膜及其制备方法，其通过使用乙酸乙烯含量10～20％及熔点98～100℃的eva树脂，以及使用水汽阻隔剂提高eva胶膜的水汽阻隔性，该技术方案的缺点在于：其使用乙酸乙烯含量较低而熔点较高的eva树脂，在加工过程中，容易因温度过高导致过氧化物交联剂分解产生自由基引发eva树脂提前交联固化，造成挤出困难甚至无法挤出的问题，而且，eva树脂提前交联固化会影响 eva封装膜的质量和性能，包括：因eva交联固化形成的胶块和破洞，以及太阳能电池层压加工时eva胶块会造成晶硅电池片裂片。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种兼具高体积电阻率、高水汽阻隔性和良好层压性的太阳能电池封装用eva膜，其不仅能够减少太阳能电池的功率衰减，且能大幅提高太阳能电池的层压良品率；

2、本发明的另一个目的是提供一种上述具有高体积电阻率、高水汽阻隔性和良好层压性的太阳能电池封装用eva膜的制备方法。

3、为此，本发明技术方案如下：

4、一种高体积电阻率、高水汽阻隔太阳能电池封装用eva膜，包括以重量份计的100份eva树脂、0.5～20份改性树脂、0.1～5份过氧化物交联剂、0.1～5份偶联剂、0.1～2份抗氧剂、0.1～5份受阻胺类光稳定剂和0.1～5份紫外线吸收剂。

5、eva树脂中，乙酸乙烯结构单元的含量为6wt.％～19wt.％。

6、eva树脂具体为乙烯与乙酸乙烯的共聚物，是在乙烯分子链中引入乙酸乙烯基团而构成的；一般来说，eva树脂的性能主要取决于分子链上乙酸乙烯含量和熔融指数，当熔融指数一定时，随着共聚物中乙酸乙烯比例的降低，eva树脂的性能越接近于聚乙烯，而聚乙烯具有优异的电绝缘性和水汽阻隔性，因此，采用乙酸乙烯含量较低的eva树脂原料制得的eva封装膜的体积电阻率和水汽阻隔性会相应提高；但与此同时，eva树脂的熔点随着共聚物中乙酸乙烯单体含量的降低而升高；当eva树脂中乙酸乙烯的含量降低而熔点升高到一定程度，熔点较高的eva树脂则要求使用较高的加工温度。另外，eva树脂是热塑性的线性高分子结构的聚合物，其在太阳暴晒环境中会受热变软、延伸，在严寒环境中会收缩、变硬，这种热胀冷缩的变化会破坏太阳能电池的结构，无法保证太阳能电池的使用寿命，因此，eva树脂必须经过交联改性后才能用于太阳能电池的封装；一般的交联改性的方法是在eva树脂中添加过氧化物交联剂，当太阳能电池在层压机中进行加热(130～150℃)、加压即层压封装时，过氧化物交联剂受热分解产生自由基，自由基引发eva分子链交联反应，eva分子链相互交联形成稳定的三维网状结构而固化，交联固化后的eva则能承受大气的变化，不再发生较大的热胀冷缩，保证太阳能电池的使用寿命；但是，在eva封装膜的制造过程中，是不允许eva提前发生交联固化的，否则，eva的交联固化，将造成挤出困难甚至无法挤出并影响太阳能电池质量和性能，因此，eva封装膜制造的挤出温度必须控制在一定温度以下，以防止过氧化物分解自由基引发eva树脂提前交联固化。综上，虽然使用乙酸乙烯含量较低的eva树脂可以提高体积电阻率和水汽阻隔性，但是，乙酸乙烯含量降低而熔点升高的eva树脂要求较高的加工温度，而较高的加工温度则容易引起过氧化物交联剂分解产生自由基引发 eva提前交联固化，进而造成挤出困难，甚至无法挤出并影响太阳能电池质量和性能的问题。另外，使用乙酸乙烯含量较低的eva树脂，还会造成eva封装膜在太阳能电池层压封装过程中，因eva熔融温度较高，熔体粘度较大，在压力作用下导致电池片破裂。

7、为了解决上述问题，本发明在乙酸乙烯含量较低而熔点较高的eva树脂原料中加入改性树脂，该改性树脂为具有降低eva熔体粘度和熔融温度作用的低分子量聚合物，在eva封装膜制造过程中，该低分子量聚合物，由于其分子量较低，分子链较小，因此在熔融混炼过程中，其小分子链段在温度和剪切力的作用下，运动加剧、分子链解缠结，分子摆脱束缚，自由运动，扩散到eva树脂大分子链之间，减小了eva树脂分子链之间的作用力和缠结，有效降低了eva 树脂熔体粘度和熔融温度，进而控制了挤出机温度，避免了因温度过高导致的过氧化物交联剂分解引发eva提前交联固化，有效解决了乙酸乙烯含量低而熔点较高的eva树脂挤出难的问题，实现了使用更低程度乙酸乙烯含量的eva树脂，制备体积电阻率和水汽阻隔性更高的eva封装膜；同时，通过调节该低分子量聚合物的加入量，还能够实现eva熔体粘度的调节，解决晶硅太阳能电池层压封装过程中因乙酸乙烯含量较低的eva封装膜熔体粘度过高而造成的电池片裂片问题。

8、具体地，改性树脂为具有降低eva熔体粘度和熔融温度作用的低分子量聚合物，其优选为：数均分子量为300～3000的石油树脂、300～3000的氢化石油树脂、数均分子量为500～4000的萜烯类树脂、数均分子量为500～4000的氢化萜烯树脂、数均分子量为1000～4000的聚1-丁烯、数均分子量为1000～6000的聚氧化乙烯、数均分子量为1000～10000的非晶态α-烯烃共聚物、数均分子量为 1000～6000的乙烯-丙烯酸共聚物、数均分子量为1000～6000的α-烯烃聚合物、数均分子量为3000～6000的α-烯烃-马来酸酐共聚物、数均分子量为1000～10000的聚1,2-丁二烯、数均分子量为1000～6000的乙烯-乙酸乙烯共聚物、数均分子量为 500～2000的聚α-甲基苯乙烯树脂、数均分子量为1000～4000的聚异丁烯、数均分子量为1000～6000的聚丁烯、数均分子量为1000～3000的氧化聚乙烯、数均分子量为1000～3000的聚乙烯、数均分子量为1000～3000的接枝马来酸酐聚乙烯、矿物油及萜烯-苯乙烯树脂中至少一种。

9、进一步地，该高体积电阻率、高水汽阻隔太阳能电池封装用eva膜的优选组分包括以重量份计的100份eva树脂、3～19份改性树脂、0.8～1份过氧化物交联剂、0.2～0.3份偶联剂、0.1份抗氧剂、0.4～0.6份受阻胺类光稳定剂和0.4～0.5 份紫外线吸收剂。

10、进一步地，该高体积电阻率、高水汽阻隔太阳能电池封装用eva膜还可以可选择性的加入0.5～15份功能母粒，优选加入量为5～15份；其中，功能母粒由以重量份计的100份eva树脂(乙酸乙烯含量18～28wt.％)、1～10份聚1-丁烯、 1～10高分子量聚氧化乙烯和0.05～5份羟基苯甲醚制备而成。

11、优选地，功能母粒由以重量份计的100份乙酸乙烯含量为20wt.％的eva树脂、10份聚1-丁烯、10份高分子量聚氧化乙烯和0.05份羟基苯甲醚制备而成。

12、该功能母粒的制备方法为：将上述组分按比例称量后送入混合机混合，而后送入密炼机于120～160℃下混炼，再送入挤出机挤出造粒即可制备而成。

13、在本发明的功能母粒中，eva树脂作为载体树脂，聚1-丁烯和高分子量聚氧化乙烯则利用二者的协同增强作用弥补了因低分子量聚合物小分子的加入造成的eva封装膜拉伸强度的小幅下降，提高了eva封装膜的拉伸强度；与此同时，高分子量聚氧化乙烯还可提高eva封装膜的抗静电性能。

14、进一步地，过氧化物交联剂为：叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、1,1-双(叔丁基过氧基)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-二叔丁基过氧化环己烷、过氧化苯甲酸特戊酯、过氧化乙酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、1,1-二特戊基过氧化环己烷、过氧化异丙基碳酸叔丁酯及4，4-双(叔丁基过氧化)戊酸丁酯中的一种或几种。

15、进一步地，偶联剂为：γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷及乙氧基二甲基[3-(环氧乙烷氧基)丙基]硅烷中的至少一种。

16、进一步地，抗氧剂为：β-(4-羟基-3,5-二叔丁基苯基)丙酸正十八酯、n,n’-1, 6-己二基二(3,5-二(1,1-二甲基乙基)-4-羟基苯丙酰、二(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、二硬酯基季戊四醇二亚磷酸酯、三(壬基苯基)亚磷酸酯中的一种或几种。

17、进一步地，受阻胺类光稳定剂为：聚丁二酸(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯和双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯的一种；更优选地，受阻胺类光稳定剂为聚丁二酸(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯。

18、进一步地，紫外线吸收剂为：2-羟基-4-正-十二烷氧基二苯甲酮、2-羟基-4- 正辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2’-羟基-3’,5’-二叔苯基)-5- 氯化苯并三唑中的一种或几种；更优选地，紫外线吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。

19、该高体积电阻率、高水汽阻隔太阳能电池封装用eva膜的具体制备步骤为：将各组分按比例称量后充分混合，经挤出机于90～110℃下熔融、混炼后挤出，并流延或压延成膜，再经冷却、切边和收卷制备而成。

20、与现有技术相比，该高体积电阻率、高水汽阻隔太阳能电池封装用eva膜通过在乙酸乙烯含量较低而熔点较高的eva树脂中加入改性树脂，降低了eva 树脂的熔体粘度和熔融温度，解决了乙酸乙烯含量较低而熔点较高的eva树脂挤出难的问题，实现了使用乙酸乙烯含量较低而熔点较高的eva树脂原料制备体积电阻率和水汽阻隔性更高的eva封装膜，提高了eva封装膜的抗pid性能；同时，通过调节改性树脂的加入量，调节eva封装膜的熔体粘度，解决了晶硅太阳能电池层压封装过程中因乙酸乙烯含量较低的eva封装膜熔体粘度大造成电池片破裂的层压性问题；另外，通过加入功能母粒，提高了eva封装膜的拉伸强度、抗静电性，进一步提高了eva封装膜的性能。该太阳能电池封装用eva 膜的制备方法简单、条件易控制，成本低，具有很好的市场应用前景和经济效益。