一种除水膜及其制备方法和应用与流程

本发明属于光伏组件，具体涉及一种除水膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、光伏组件(也叫太阳能电池板)是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分。目前主要包括晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。根据晶体硅的成分，晶硅太阳能电池可以分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池，常见的薄膜太阳能电池有非晶硅、铜铟硒(culnsez，简称cis)、铜铟嫁硒(culngasez，简称cigs)和碲化镉(cdte)等。

2、其中，晶硅太阳能电池是通过透明封装胶膜将光伏组件前板、太阳能电池片和光伏组件背板固定封装而构成的，而薄膜太阳能电池则是在玻璃(不锈钢或者塑料)衬底上沉积透明导电膜(tco)，然后依次用等离子体反应沉积非晶硅等构成薄膜电池片，接着采用pvd(physical vapor deposition，物理气相沉积法)溅射金属电极银或铝，而后通过封装玻璃封装构成。随着太阳能电池的应用越来越广泛，对于光伏组件中每个部件的研究也越来越深入。

3、cn113583588a公开了一种光伏组件封装胶膜，其包括夹层、透明层、粘结层以及至少一层涂层。其中夹层的厚度为50～300μm，透明层的厚度为200～350μm，粘结层的厚度为10～100μm。该技术方案提供的光伏组件封装胶膜具有较高的光反射性能，特别是在可见光-红外光区具有较高的反射率，具有良好的功率增益效果；且其光伏组件封装胶膜在组件层压过程中不易出现褶皱、溢白、翻边等外观缺陷，具有较高的良品率；同时光伏组件封装胶膜制备简便，无需进行预交联处理，相比于常规胶膜具有明显减薄，有利于降低生产成本。

4、cn107731947a公开了一种光伏组件封装用胶膜及其制备方法以及含有该胶膜的光伏组件。所述光伏组件封装用胶膜，包括：第一膜层，所述第一膜层包括第一透明胶膜以及分散于所述第一透明胶膜中的微粒状辐射体，所述微粒状辐射体在红外辐射波段的发射率大于等于90％，在其余波段的吸收率小于等于10％；以及覆盖在所述第一膜层至少一个表面上的第二膜层，所述第二膜层仅包括第二透明胶膜。该技术方案提供的封装胶膜能够在对光伏组件进行紧密封装的同时，实现光伏组件的自散热，与现有技术中采用水和空气进行换热相比，不需要额外组装水或空气冷却系统，成本较低，制作简单方便，降温效果较好。

5、cn114806425a公开了一种光伏组件用封装胶膜及其制备方法及光伏组件，包括按重量份数计的如下组分：eva树脂100份、透明阻燃母粒20～50份、增韧相容树脂5～20份和助剂0.9～7份，其中透明阻燃母粒包括按重量份数计的如下组分：eva树脂100份、液体阻燃剂20～30份、粉体阻燃剂5～20份、分散剂1份和增塑剂1～20份。该技术方案提供的光伏组件用封装胶膜具有优异的阻燃效果、透明的外观、高透光率、优异的粘结性能及力学性能，且制备方法操作简单，胶膜生产稳定性高，制备成本低。

6、现有技术中，制备得到了具有不同性能优势的封装胶膜，但是其阻水效果均较差，光伏组件长期使用过程中水汽会慢慢侵入组件内部，会造成组件中的硅晶片氧化，金属被腐蚀，转换效率降低，最终导致光伏组件的使用寿命降低。因此，如何提供一种具有较好除水效果，降低因水汽带来的腐蚀、鼓包、粘结力减弱等异常，提高光伏组件的使用寿命，已成为目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种除水膜及其制备方法和应用。本发明中通过对除水膜组分的设计，进一步通过除水剂和吸酸剂的使用，制备得到的除水膜具有优异的性能，以此制备得到的光伏组件具有较长的使用寿命。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种除水膜，所述除水膜包括如下组分：树脂、交联剂、助交联剂、交联改性剂、除水剂母粒、吸酸剂母粒和偶联剂；

4、所述除水剂母粒的制备原料包括除水剂和第一聚合物；

5、所述吸酸剂母粒的制备原料包括吸酸剂和第二聚合物。

6、本发明中，通过对除水膜组分的设计，进一步通过除水剂和吸酸剂的使用，其中，除水剂可以与水发生反应，制备得到的除水膜可以快速与户外高温高湿环境中渗透进光伏组件的水分子反应，消除因水汽渗透造成的胶膜水解，从而保护光伏组件金属不被腐蚀，提高组件的长期发电效率；同时除水膜也可以与组件中的游离酸反应，提高光伏组件的寿命。

7、需要说明的是，本发明中对于树脂的种类不做任何特殊的限制，常用于制备光伏组件胶膜中使用的树脂材料均适用，示例性地包括但不限于：聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(eva)和poe。

8、以下作为本发明的优选技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的目的和有益效果。

9、作为本发明的优选技术方案，以所述树脂的重量份数为100份计，所述除水膜中包括如下重量份数的组分：交联剂0.2～12份、助交联剂0.1～10份、交联改性剂0.1～8份和偶联剂0.1～5份；

10、以所述树脂的重量份数为100份计，所述除水膜中除水剂的重量份数为0.01～10份；

11、以所述树脂的重量份数为100份计，所述除水膜中吸酸剂的重量份数为0.01～15份。

12、本发明中，通过选用特定制备原料得到除水剂母粒，并控制除水剂的含量在特定的范围内，制备得到的除水膜既具有较好的除水效果，又具有较好的透光性和粘结性。若除水膜中除水剂的含量过低，制备得到的除水膜的除水效果较差；若除水剂的含量过高，制备得到的除水膜的透光性和粘结性较差。

13、本发明中，所述交联剂的重量份数可以是0.2份、0.3份、0.5份、1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份或12份等。

14、所述助交联剂的重量份数可以是0.1份、0.2份、0.5份、1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份或10份等。

15、所述交联改性剂的重量份数可以是0.1份、0.2份、0.5份、1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份或8份等。

16、所述除水剂的重量份数可以是0.01份、0.05份、0.2份、0.5份、1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份或10份等。

17、所述吸酸剂的重量份数可以是0.01份、0.1份、0.2份、0.5份、1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份或15份等。

18、所述偶联剂的重量份数可以是0.1份、0.5份、2份、3份、4份或5份等。

19、作为本发明的优选技术方案，所述除水剂选自碱性金属氧化物和/或胺类化合物。

20、本发明中，选用可以与水反应的碱性金属氧化物和/或胺类化合物作为除水剂，制备得到的除水膜可以快速与户外高温高湿环境中渗透进光伏组件的水分子反应，消除因水汽渗透造成的胶膜水解，从而保护光伏组件金属不被腐蚀，提高组件的寿命。

21、优选地，所述碱性金属氧化物包括氧化钙、氧化钡，进一步优选为氧化钙。

22、本发明进一步优选氧化钙作为除水剂，氧化钙可以与水反应，且不会产生气体，可进一步提高组件的寿命。

23、优选地，所述碱性金属氧化物的吸水量为20～40％(例如可以是20％、22％、24％、26％、28％、30％、32％、34％、36％、38％或40％等)，比重为3.0～3.7(例如可以是3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6或3.7等)，d50粒径为4～7μm(例如可以是4μm、4.5μm、5μm、5.5μm、6μm、6.5μm或7μm等)。

24、本发明中，通过控制碱性金属氧化物的吸水量、d50粒径在特定的范围内，制备得到的除水膜具有较好的除水效果和较好的力学性能。若d50粒径过小，除水剂容易团聚，则制备得到的除水膜透光性和粘结力较差；若d50粒径过大，则制备得到的除水剂分散性不好，制备得到的除水膜粘结力较差。

25、优选地，所述胺类化合物包括咪唑啉类化合物和/或含异氰酸酯基类化合物。

26、优选地，所述胺类化合物包括2-甲基-4,5-二氢化咪唑、2-苯基-4,5-二氢化咪唑、2-苯基-4,5-二羟甲基咪唑、异佛尔酮二异氰酸酯、二官能团聚氨酯丙烯酸酯中的任意一种或至少两种的组合；

27、优选地，所述第一聚合物选自eva和/或poe。

28、优选地，所述第一聚合物和金属氧化物的质量比为70:20～95:5，例如可以是70:20、80:20、90:20、100:20、30:5、40:5、50:5、60:5、70:5、80:5、90:5或95:5等。

29、优选地，所述除水剂母粒采用方法a或方法b制备得到，所述方法a包括如下步骤：

30、将第一聚合物和除水剂搅拌混合均匀后，经双螺杆或三螺杆熔融剪切，得到混合料，将混合料经单螺杆挤出机挤出，风冷切粒成型，得到所述除水剂母粒；

31、所述方法b包括如下步骤：

32、将第一聚合物和除水剂搅拌混合均匀后，密炼熔融，得到熟料，将所述熟料经单螺杆挤出机挤出，风冷切粒成型，得到所述除水剂母粒。

33、优选地，方法a中所述搅拌混合的温度为40～45℃(例如可以是40℃、41℃、42℃、43℃、44℃或45℃等)，混合的时间为0.5～1h，例如可以是0.5h或1h等。

34、本发明中通过在特定温度下对第一聚合物和除水剂进行混合，在混合过程中可除去第一聚合物和除水剂中的湿气和水分。

35、优选地，方法a所述挤出的温度为120～170℃，例如可以是120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃或170℃等。

36、优选地，方法b所述密炼熔融的方法为经密炼机进行密炼熔融。

37、优选地，方法b所述密炼熔融的温度为80～90℃，例如可以是80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃或90℃等。

38、优选地，方法a和方法b中所述单螺杆挤出机中加热区的温度各自独立地为80～100℃，例如可以是80℃、82℃、84℃、86℃、88℃、90℃、92℃、94℃、96℃、98℃或100℃等。

39、优选地，所述除水剂母粒为eva包裹氧化钙的母粒和/或poe包裹氧化钙的母粒。

40、作为本发明的优选技术方案，所述吸酸剂包括金属化合物。

41、优选地，所述金属化合物选自氢氧化镁、氢氧化钙、氧化镁、水滑石、硫酸镁、硫酸钙、硫酸钠、碳酸钙、碳酸镁中的任意一种或至少两种的组合。

42、优选地，所述第二聚合物选自eva和/或poe。

43、优选地，所述第二聚合物和金属化合物的质量比为70:30～90:10，例如可以是70:30、80:30、90:30、100:30、25:10、40:10、50:10、60:10、70:10、80:10或90:10等。

44、需要说明的是，吸酸剂母粒的制备方法可参考上述方法a或方法b制备得到，将方法a和方法b中的除水剂替换为吸酸剂即可。

45、作为本发明的优选技术方案，所述交联剂选自过氧化-2-乙基己酸叔丁酯和/或过氧化-2-乙基己酸叔戊酯。

46、优选地，所述助交联剂为烯丙基类助交联剂。

47、优选地，所述助交联剂选自三烯丙基三聚氰酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的任意一种或至少两种的组合。

48、优选地，所述交联改性剂包括三官能团丙烯酸酯与四官能团丙烯酸酯的组合。

49、优选地，所述三官能团丙烯酸酯与四官能团丙烯酸酯的质量比为7:3～9:1，例如可以是7:3、8:3、10:3、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1或9:1等。

50、本发明中，通过选用三官能团丙烯酸酯与四官能团丙烯酸酯的组合作为交联改性剂，并控制二者的质量比在特定的范围内，制备得到的除水膜既具有较好的交联密度，又具有较高的粘结力。若三官能团丙烯酸酯与四官能团丙烯酸酯的质量比过小，即四官能团丙烯酸酯的用量过多，则制备得到的除水膜过硬，容易导致组件内部脱层、粘结力下降；若三官能团丙烯酸酯与四官能团丙烯酸酯的质量比过大，即三官能团丙烯酸酯的用量过多，则制备得到的除水膜的粘结力较小。

51、优选地，所述交联改性剂选自三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙氧化三羟甲丙烷三丙烯酸酯、丙氧化三羟甲丙烷三丙烯酸酯、丙氧化甘油三丙烯酸酯、乙氧基季戊四醇四丙烯酸酯、四官能团聚酯丙烯酸酯(示例性地包括但不限于：张家港东亚迪爱生m-6030)、丙氧基季戊四醇四丙烯酸酯、四官能团脂肪酸改质聚酯丙烯酸酯(示例性地包括但不限于：帝斯曼agisyn2421)、双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯中的任意一种或至少两种的组合。

52、其中，乙氧基季戊四醇四丙烯酸酯、四官能团聚酯丙烯酸酯(示例性地包括但不限于：张家港东亚迪爱生m-6030)、丙氧基季戊四醇四丙烯酸酯、四官能团脂肪酸改质聚酯丙烯酸酯(示例性地包括但不限于：帝斯曼agisyn2421)、双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯，其余为三官能团丙烯酸酯。

53、作为本发明的优选技术方案，所述偶联剂选自3-巯丙基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的任意一种或至少两种的组合。

54、优选地，以所述树脂的重量份数为100份计，所述除水膜中还包括光稳定剂0.1～5份，例如可以是0.1份、0.2份、0.5份、1份、2份、3份、4份或5份等。

55、优选地，以所述树脂的重量份数为100份计，所述除水膜中还包括紫外光吸收剂0.1～5份，例如可以是0.1份、0.2份、0.5份、1份、2份、3份、4份或5份等。

56、优选地，以所述树脂的重量份数为100份计，所述除水膜中还包括着色剂0.1～8份，例如可以是0.1份、0.2份、0.5份、1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份或8份等。

57、需要说明的是，本发明中对于光稳定剂、紫外光吸收剂、着色剂的具体选择没有任何特殊的限制，本领域常用的光稳定剂、紫外光吸收剂、着色剂均适用，所述光稳定剂示例性地包括但不限于：双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯；所述紫外光吸收剂示例性地包括但不限于：2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮；所述着色剂示例性地包括但不限于：钛白粉、炭黑。

58、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的除水膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

59、将除水膜的各组分混合均匀后，将其置于螺杆挤出机中，熔融剪切，流延挤出拉伸、压花、冷却、牵引、收卷，得到所述除水膜。

60、优选地，所述混合的方法为使用搅拌机进行混合。

61、优选地，所述混合的时间为2～3h，例如可以是2h、2.5h或3h等。

62、优选地，所述混合的温度为40～45℃，例如可以是40℃、41℃、42℃、43℃、44℃或45℃等。

63、优选地，所述熔融剪切的温度为60～90℃，例如可以是60℃、63℃、66℃、70℃、72℃、75℃、77℃、78℃、81℃、84℃、88℃或90℃等。

64、第三方面，本发明提供一种除水散热高粘膜，所述除水散热高粘膜包括依次叠加的第一除水膜、导热散热膜网和第二除水膜；

65、所述第一除水膜和第二除水膜为如第一方面所述的除水膜。

66、本发明中，通过对除水散热高粘膜结构的设计，进一步通过除水膜和导热散热膜网的配合作用，制备得到的除水散热高粘膜具有较好的除水效果和较好的散热性，进而制备得到了具有较长使用寿命的光伏组件。

67、作为本发明的优选技术方案，所述导热散热膜网的材料为石墨烯导热膜或为由石墨烯膜、碳纤维和碳纳米管组成的混合膜。

68、对石墨烯导热膜或为由石墨烯膜、碳纤维和碳纳米管组成的混合膜进行裁剪等操作，即可得到所述导热散热膜网。所述导热散热膜网由导热条组成，导热散热膜网横向(组件长度一侧)导热条数量与电池片串数量一致，纵向(组件宽度一侧)导热条与汇流条数量一致，每根横向导热条位于电池串的中间位置，纵向导热条位于汇流条的中间位置。横向和纵向导热条的长度根据组件尺寸而定，且组件层压交联后必须完全封装在胶膜里，因此，导热条距离组件边框的距离不低于5mm，导热条的宽度为5～20mm。

69、本发明中，导热散热膜网能够将热量迅速导出，且其具有柔软、可反复弯曲且容易裁切的特点。

70、优选地，所述导热散热膜网的厚度为100～400μm，例如可以是100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm或400μm等。

71、本发明中，通过控制导热散热膜网的厚度在特定的范围内，进一步通过控制导热散热膜网的厚度不超过除水散热高粘膜的20～50％，可以保证导热散热膜网能嵌入除水散热高粘膜交联结构中，提高除水散热高粘膜的粘结性。过薄不利于自动化生产操作，过厚易导致电池片碎裂。

72、优选地，所述导热散热膜网的比重为1.0～1.8g/cm3，例如可以是1.0g/cm3、1.1g/cm3、1.2g/cm3、1.3g/cm3、1.4g/cm3、1.5g/cm3、1.6g/cm3、1.7g/cm3或1.8g/cm3等。

73、优选地，所述导热散热膜网的水平导热传导率为600～3000w·m-1·k-1，例如可以是600w·m-1·k-1、1000w·m-1·k-1、1200w·m-1·k-1、1500w·m-1·k-1、1800w·m-1·k-1、2000w·m-1·k-1、2300w·m-1·k-1、2500w·m-1·k-1、2700w·m-1·k-1或3000w·m-1·k-1等。

74、本发明中，通过控制导热散热膜网的水平导热传导率在特定的范围内，可以把热能从点热源快速地均匀扩散到较大的散热表面，从而提高有效散热面积，达到快速散热的效果；同时导热散热膜与除水膜在长期使用过程中不会产生分层。

75、现有技术中，光伏组件的封装胶膜为高分子聚合物，热传导率都比较低，通常小于1w·m-1·k-1，因需要除水产生的热量需要及时排出，否则过大的热量会导致胶膜与背板的粘结力下降，容易产生脱层、鼓包等不良现象。

76、优选地，所述第一除水膜和第二除水膜的厚度各自独立地为250～600μm，例如可以是250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm、550μm或600μm等。

77、第四方面，本发明提供一种光伏组件，所述光伏组件包括依次叠加设置的光伏玻璃、胶膜、电池片、如权利要求7或8所述的除水散热高粘膜和背板。

78、本发明中，所述光伏组件的制备方法包括如下步骤：将光伏玻璃、胶膜、电池片、如第三方面所述的除水散热高粘膜和背板依次叠放后，层压交联后再装框架、接线盒等完成组装，得到抗酸抗水散热的光伏组件。

79、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

80、(1)本发明中通过对除水膜组分的设计，进一步通过除水剂和吸酸剂的使用，制备得到的除水膜具有优异的除水效果，由此制备得到的光伏组件具有较长的使用寿命和较好的耐老化性能；同时制备得到的除水膜具有较好的散热性能和优异的粘结力，其初始剥离强度高于110n/cm，具体为112.4～140.7n/cm，经湿热测试2000h后，剥离强度下降的较少，为98～121.6n/cm。

81、由本发明提供的除水膜制备得到的光伏组件具有较好的可靠性和较长的使用寿命，其紫外光下200kwh(uv200)后组件功率衰减<2％，具体为-1.1～-1.8％，组件湿冻测试(hf10)后组件功率衰减<2％，具体为-1.2～-1.8％，组件湿热测试2000h(dh2000)后组件功率衰减<2％，具体为-1.1～-1.9％，组件热循环测试(tc200)后组件功率衰减<2％，具体为-1.2～-1.8％，组件高温高湿下施加-1500v电压192h(pid192)后测试组件功率衰减<2％，具体为-1.3～-1.9％。