一种基于POE材料的复合高阻隔膜及其应用

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，涉及H01L51/52领域，更具体涉及一种基于POE材料的复合高阻隔膜及其应用。

背景技术

太阳能的利用主要是通过太阳能电池板将其转化成电能，然后将其转化为其它用途，由于太阳能电池组件的工作环境主要为室外，而太阳能电池片不能直接暴露在阳光、雨水等自然条件下，因此有必要对其进行密封。目前，主要是采用高透明、抗紫外耐老化性优异、粘结性好、具有弹性的胶层将太阳能电池片包封，并和上层保护材料(前板)、下层保护材料(背板)粘合在一起，共同构成太阳能电池板。传统的EVA材料，POE材料具有较低的水汽透过率和高体积电阻率，保证了组件在高温高湿环境下运行的运行。

CN103146315A公开了一种高体积电阻率EVA胶膜及其制备工艺，所述的EVA胶膜的成分为：82％～94％的EVA树脂、5％～15％的聚烯烃弹性体(POE)、以及助剂。该专利中的高体积电阻率EVA胶膜降低了VA含量，降低导电离子的产生，可提高电阻率。但是以EVA材料为基材，得到的胶膜易粘模，易受热分解，热性能不良，表面硬度低，易刮伤。

CN113004815A公开了一种太阳能电池用封装胶膜及其制备方法，所述胶膜包括三层，依次为：EVA层、POE层和EVAPOE共混层，相较于普通的EVA胶膜，可同时提升体积电阻率、水汽阻隔性能，在湿热环境下的绝缘性能及抗衰减性能优异。但是，POE成本高，而且极性较低，胶膜加工过程中极性助剂溶剂析出至膜表面，造成表面光滑容易移位；加工难度偏大，膜唇容易挂料。

发明内容

针对于上述问题，本发明公开了一种基于POE材料的复合高阻隔膜，所述复合高阻隔膜包括三层，依次为：POE膜层、PVDC膜层或EVOH膜层、POE膜层。

在一种实施方式中，按质量份计，所述POE膜层制备原料包括：60-85份POE(乙烯-辛烯共聚物)、1-1.8份增韧剂聚乳酸、0.4-0.9份过氧化物交联剂、0.15-0.58份硅烷偶联剂。

优选的，按质量份计，所述POE膜层制备原料包括：77份POE(乙烯-辛烯共聚物)、1.2份增韧剂聚乳酸、0.56份过氧化物交联剂、0.34份硅烷偶联剂。

在一种实施方式中，所述POE熔融指数小于0.9g/10min。

优选的，所述POE熔融指数小于0.7g/10min，例如购自于韩国沙伯基础，C0560D，熔融指数为0.5g/10min。

所述熔融指数在190℃、2.16kg条件下测得。

在一种实施方式中，所述增韧剂聚乳酸熔融指数大于15g/10min。

优选的，所述增韧剂聚乳酸熔融指数大于16g/10min，比如上海同杰良生物材料有限公司，型号为IM9005，熔融指数20-30g/10min。

所述熔融指数在210℃、2.16kg条件下测得。

POE是由碳和氢两种原子所组成，材料表面并没有活性基团，是典型的非极性物质，然而胶膜加工过程中常加入极性助剂，其中含有氮和氧等富电子原子，具有较大的极性，使得POE基材与胶黏剂之间只有很小的分子间力存在，造成表面光滑容易移位的问题。然后，在经过后续一系列的研究申请人意外发现，只需要控制POE熔融指数小于0.9g/10min，增韧剂聚乳酸熔融指数大于15g/10min，既可以解决上述问题，申请人认为可能的原因是，当POE与聚乳酸之间熔融指数较大时，分子之间的位阻较大，使得聚乳酸分子均匀分散在POE分子间，避免了小分子量物质向胶膜表面迁移，汇集在材料表面而形成弱的边界层，使粘结作用不容易起效果，造成表面光滑容易移位的问题。

在一种实施方式中，所述过氧化物交联剂选自过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)、过氧化3，5，5-三甲基己酸叔丁酯(TBPIN)、过氧化二异丙苯(DCP)、1，4-双叔丁基过氧异丙基苯中的一种或多种。

优选的，所述过氧化物交联剂为过氧化3，5，5-三甲基己酸叔丁酯。

在一种实施方式中所述硅烷偶联剂选自3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、苯基甲基三甲基聚硅氧烷、1，3-双(3-甲基丙烯酰氧基丙基)四甲基二硅氧烷、1，3-二苄基四甲基二硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、乙烯基三甲氧基硅烷、丙烯基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

优选的，所述硅烷偶联剂为聚二甲基硅氧烷和、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的复配，质量比为1：(7-12)。

本发明使用的POE熔融指数小于0.9g/10min，分子量大，导致了分子链不易运动和扩散，尤其是POE表面分子排列非常紧密，孔隙率低，这对于阻水是有益的，但是光透过率也因此降低，太阳能效率降低，然后，在经过后续一系列的研究申请人意外发现，加入过氧化物交联剂以及少许硅烷偶联剂，可以提高胶膜光透过率，申请人认为可能的原因是：过氧化物交联剂形成过氧化物自由基，可以促使生成POE自由基，在交联剂的作用下，链长迅速增加结晶或者形成网状结构，网状结构的生成对POE胶膜是有意的，而分子链的结晶，会在胶膜中形成晶体，使得光无法透过，影响光透过性能，分子量的结晶与网状结构的形成成竞争关系，加入少量的硅烷偶联剂，可以在分子间形成硅氧键，让交联过程中的网状结构成主要反应，丰富体系的网状结构的同时，提高体系的孔隙率，阻水性能优异的同时，提高了光透过率，使得太阳能电板使用效率提高。

在一种实施方式中，按质量份计，所述PVDC膜层制备原料为：75-95份偏氯乙烯单体、20-24份改性剂、1-2份乳化剂、0.2-0.3份引发剂、50-60份去离子水。

优选的，按质量份计，所述PVDC膜层制备原料为：85份偏氯乙烯单体，21份改性剂，1.8份乳化剂、0.2份引发剂、52份去离子水。

所述PVDC膜层质量份标准于POE膜层质量份标准不同。

在一种实施方式中，所述改性剂选自丙烯酸缩水甘油酯、烯丙基缩水甘油醚任一种。

优选的，所述改性剂为丙烯酸缩水甘油酯。

在一种实施方式中，所述乳化剂选自十二烷基硫酸钠、十五烷基硫酸钠，十八烷基硫酸钠中的一种或多种。

优选的，所述乳化剂为十二烷基硫酸钠。

在一种实施方式中，所述引发剂选自偶氮二异丁酸二甲酯、过硫酸钾、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过硫酸钠、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种或多种。

优选的，所述引发剂为偶氮二异丁酸二甲酯与过硫酸钾复配，质量比1：(8-15)。

进一步优选的，所述偶氮二异丁酸二甲酯与过硫酸钾的质量比为1：12。

为了保证PVDC层具有优异的水汽阻隔性能，必须控制PVDC粒径分布，使得PVDC粒径分布较窄，并且聚合物平均分子量控制在500-1000，避免成膜后柔性降低，在经过后续一系列的研究申请人意外发现，通过控制引发剂为偶氮二异丁酸二甲酯与过硫酸钾复配，质量比1：(8-10)，可以保证生成的PVDC乳胶平均粒径在1.0-1.3μm，聚合物平均分子量控制在500-1000，具有良好的水汽阻隔性和柔韧性，申请人认为可能的原因是：无机过氧类为水溶性引发剂，引发速率适中，可以将PVDC乳胶平均粒径在0.8-1.5μm，聚合物平均分子量控制在500-2000，而加入少量的偶氮二异丁酸二甲酯，可以进一步平衡反应过程，从而实现得到的PVDC粒径分布更窄。

在一种实施方式中，所述EVOH熔融指数大于3.5g/10min。

优选的，所述EVOH熔融指数大于4g/10min，比如，购自于日本可乐丽，牌号为F104B，熔融指数为4.4g/10min。

所述熔融指数均在210℃、2.16kg条件下测得。

本领域技术人员知晓，传统的EVA封装胶膜连续使用三到四年，就会出现严重的老化问题，甚至开裂脱胶，使得太阳能电池密封性能下降，严重影响电池寿命，而POE材料具有较低的水汽透过率和高体积电阻率，保证了组件在高温高湿环境下运行的，但是POE胶膜成本高，胶膜加工过程中极性助剂溶剂析出至膜表面，造成表面光滑容易移位，因此，申请人设想采用三层复合膜技术，将POE膜作为外层，中间层为PVDC膜或EVOH膜，但是，如何保证三层膜粘结性能好，成为了本发明技术的关键，申请人在大量研究中发现，控制EVOH熔融指数大于3.5g/10min，POE膜与PVDC膜或POE与EVOH粘结性能好，发明人认为可能的原因是：外层的POE膜熔融指数较低，而PVDC膜与EVOH膜熔融指数高，在三层共挤过程中，熔融指数高的EVOH、PVDC可以更快的与外层融合，从而保证了三层膜的粘结性能好，并且，三层膜原有的特性不会改变，得到的复合膜韧性好，水汽透过率低，阻水效果好，光透过好，高阻隔性吗，抗光老化，并且，大大减小了封胶胶膜成本。

本发明另一方面公开所述复合高阻隔膜的制备方法，将三层混匀物料共挤、冷却、定型即得。

优选的，所述PVDC膜层制备方法为，将物料混合均匀后，使用乙二胺四乙酸调节乳液PH为6-6.8，在通N

进一步优选的，所述PVDC膜层制备方法为，将物料混合均匀后，使用乙二胺四乙酸调节乳液PH为6.5，在通N

本发明所述的复合高阻隔膜应用于N型电池，HJT电池。

有益效果：

1、本发明通过POE熔融指数小于0.9g/10min，增韧剂聚乳酸熔融指数大于15g/10min，避免了表面光滑容易移位，膜唇容易挂料的问题。

2、本发明加入过氧化物交联剂以及少许硅烷偶联剂，可以提高胶膜光透过率，提高太阳能效率。

3、本发明通过控制引发剂为偶氮二异丁酸二甲酯与过硫酸钾复配，质量比1：(8-10)，保证PVDC层具有优异的水汽阻隔性能。

4、本发明得到的复合高阻隔膜，膜层间粘结性能好，得到的复合膜韧性好，水汽透过率低，阻水效果好，光透过好，高阻隔性吗，抗光老化，并且，大大减小了封胶胶膜成本。

5、本发明得到的复合高阻隔膜应用于N型电池，HJT电池。

具体实施方式

实施例1

本实施例1公开了一种基于POE材料的复合高阻隔膜，所述复合高阻隔膜包括三层，依次为：POE膜层、PVDC膜层、POE膜层。

按质量份计，所述POE膜层制备原料为：60份POE、1份增韧剂聚乳酸、0.4份过氧化物交联剂、0.15份硅烷偶联剂。

所述POE购自于韩国沙伯基础，牌号为C0560D。

所述增韧剂聚乳酸购自于上海同杰良生物材料有限公司，型号为IM9005。

所述过氧化物交联剂为过氧化3，5，5-三甲基己酸叔丁酯。

所述硅烷偶联剂为聚二甲基硅氧烷和、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的复配，质量比为1：7。

按质量份计，所述PVDC膜层制备原料为：95份偏氯乙烯单体、24份改性剂、2份乳化剂、0.3份引发剂、60份去离子水。

所述PVDC膜层质量份标准于POE膜层质量份标准不同。

所述改性剂为丙烯酸缩水甘油酯。

所述乳化剂为十二烷基硫酸钠。

所述引发剂为偶氮二异丁酸二甲酯与过硫酸钾复配，质量比1：8。

所述PVDC膜层制备方法为，将物料混合均匀后，使用乙二胺四乙酸调节乳液PH为6.5，在通N

本实施例1另一方面公开所述复合高阻隔膜的制备方法，将三层混匀物料共挤、冷却、定型即得。

实施例2

本实施例2公开了一种基于POE材料的复合高阻隔膜，所述复合高阻隔膜包括三层，依次为：POE膜层、PVDC膜层、POE膜层。

按质量份计，所述POE膜层制备原料为：85份POE、1.8份增韧剂聚乳酸、0.9份过氧化物交联剂、0.58份硅烷偶联剂。

所述POE购自于韩国沙伯基础，牌号为C0560D。

所述增韧剂聚乳酸购自于上海同杰良生物材料有限公司，型号为IM9005。

所述过氧化物交联剂为过氧化3，5，5-三甲基己酸叔丁酯。

所述硅烷偶联剂为聚二甲基硅氧烷和、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的复配，质量比为1：12。

按质量份计，所述PVDC膜层制备原料为：75份偏氯乙烯单体、20份改性剂、1份乳化剂、0.2份引发剂、50份去离子水。

所述PVDC膜层质量份标准于POE膜层质量份标准不同。

所述改性剂为丙烯酸缩水甘油酯。

所述乳化剂为十二烷基硫酸钠。

所述引发剂为偶氮二异丁酸二甲酯与过硫酸钾复配，质量比1：15。

所述PVDC膜层制备方法为，将物料混合均匀后，使用乙二胺四乙酸调节乳液PH为6.5，在通N

本实施例2另一方面公开所述复合高阻隔膜的制备方法，将三层混匀物料共挤、冷却、定型即得。

实施例3

本实施例3公开了一种基于POE材料的复合高阻隔膜，所述复合高阻隔膜包括三层，依次为：POE膜层、PVDC膜层、POE膜层。

按质量份计，所述POE膜层制备原料为：77份POE、1.2份增韧剂聚乳酸、0.56份过氧化物交联剂、0.34份硅烷偶联剂。

所述POE购自于韩国沙伯基础，牌号为C0560D。

所述增韧剂聚乳酸购自于上海同杰良生物材料有限公司，型号为IM9005。

所述过氧化物交联剂为过氧化3，5，5-三甲基己酸叔丁酯。

所述硅烷偶联剂为聚二甲基硅氧烷和、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的复配，质量比为1：9。

按质量份计，所述PVDC膜层制备原料为：85份偏氯乙烯单体，21份改性剂，1.8份乳化剂、0.2份引发剂、52份去离子水。

所述PVDC膜层质量份标准于POE膜层质量份标准不同。

所述改性剂为丙烯酸缩水甘油酯。

所述乳化剂为十二烷基硫酸钠。

所述引发剂为偶氮二异丁酸二甲酯与过硫酸钾复配，质量比1：12。

所述PVDC膜层制备方法为，将物料混合均匀后，使用乙二胺四乙酸调节乳液PH为6.5，在通N

本实施例3另一方面公开所述复合高阻隔膜的制备方法，将三层混匀物料共挤、冷却、定型即得。

实施例4

本实施例4公开了一种基于POE材料的复合高阻隔膜，所述复合高阻隔膜包括三层，依次为：POE膜层、EVOH膜层、POE膜层。

按质量份计，所述POE膜层制备原料为：77份POE、1.2份增韧剂聚乳酸、0.56份过氧化物交联剂、0.34份硅烷偶联剂。

所述POE购自于韩国沙伯基础，牌号为C0560D。

所述增韧剂聚乳酸购自于上海同杰良生物材料有限公司，型号为IM9005。

所述增韧剂聚乳酸购自于美国NatureWorks公司，型号为2003D。

所述过氧化物交联剂为过氧化3，5，5-三甲基己酸叔丁酯。

所述硅烷偶联剂为聚二甲基硅氧烷和、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的复配，质量比为1：9。

所述EVOH购自于日本可乐丽，牌号为F104B。

本实施例4另一方面公开所述复合高阻隔膜的制备方法，将三层混匀物料共挤、冷却、定型即得。

实施例5

本实施例5与实施例3不同之处在于，所述POE购自于美国陶氏，牌号为8003，熔融指数为1g/10min(所述熔融指数在190℃、2.16kg条件下测得)，所述增韧剂聚乳酸购自于美国NatureWorks公司，型号为2003D，熔融指数为5-7g/10min(所述熔融指数在210℃、2.16kg条件下测得)。

实施例6

本实施例6与实施例4不同之处在于，所述POE购自于美国陶氏，牌号为8003，熔融指数为1g/10min(所述熔融指数在190℃、2.16kg条件下测得)，所述增韧剂聚乳酸购自于美国NatureWorks公司，型号为2003D，熔融指数为5-7g/10min(所述熔融指数在210℃、2.16kg条件下测得)。

实施例7

本实施例7与实施例3不同之处在于，将硅烷偶联剂替换为乙二醇二甲基丙烯酸酯。

实施例8

本实施例8与实施例4不同之处在于，将硅烷偶联剂替换为乙二醇二甲基丙烯酸酯。

实施例9

本实施例9与实施例3的区别在于，引发剂为过硫酸钾。

实施例10

本实施例10与实施例4的区别在于，引发剂为过硫酸钾。

实施例11

本实施例11与实施例4区别在于，所述EVOH购自于日本合成化学，牌号为DC3203F，熔融指数为3.2g/10min(所述熔融指数在210℃、2.16kg条件下测得)。

性能测试：

参考GB/T298482018《光伏组件封装用乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)胶膜》的方法和标准，测定、评估各组胶膜的基础性能。选用同批次、同型号电池片，分别使用各组胶膜进行封装，在相同条件下参考DINIEC/TS6280412017的方法进行功率衰减测试(温度为85℃±2℃，湿度为85％±5％，测试1000h)。

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