天洋熱熔膠：高效抗紫外太陽(yáng)能電池封裝用EVA膠膜的研制

摘要

本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池封裝用EVA膠膜及其制造方法，尤其涉及一種基于有機(jī)高分子改性的高效抗紫外EVA膠膜的制造方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的主要積極效果是：在傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池封裝用EVA膠膜配方中引入銪（Eu）元素，利用Eu對(duì)短波長(zhǎng)高能量紫外光的吸收轉(zhuǎn)換作用，將紫外光部分轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光，以提高太陽(yáng)能電池組件對(duì)光的利用率，目前此項(xiàng)技術(shù)已部分應(yīng)用在農(nóng)用薄膜上面，而在光伏領(lǐng)域的應(yīng)用研究尚屬首次。

技術(shù)背景

太陽(yáng)能電池封裝用EVA膠膜在國(guó)內(nèi)的發(fā)展已初具規(guī)模，其粘結(jié)強(qiáng)度、可見(jiàn)光透過(guò)率、抗高低溫老化能力均可與國(guó)外產(chǎn)品相媲美，但是在抗紫外老化方面國(guó)內(nèi)大部分產(chǎn)品略差于國(guó)外產(chǎn)品，而紫外老化恰恰是造成EVA膠膜黃變的主要因素。目前的技術(shù)是在EVA里添加紫外吸收劑來(lái)減少紫外線對(duì)EVA膠膜的破壞，而紫外吸收劑只是對(duì)200nm~400nm的紫外線波段具有吸收反射性能，而對(duì)如何將此波段的紫外光轉(zhuǎn)換利用的研究涉及甚少，為此本發(fā)明提出了一種高效抗紫外太陽(yáng)能電池封裝用EVA膠膜，可將紫外光部分轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光，既避免了紫外光對(duì)基材EVA的破壞又增加了可見(jiàn)光的透過(guò)率，起到了一舉兩得的作用，進(jìn)一步提高了太陽(yáng)能電池的效率。

技術(shù)難點(diǎn)

1、與EVA相容性良好的銪元素化合物的制備。如果直接用 Eu的氧化物或無(wú)機(jī)鹽與 EVA共混，將不能相容，無(wú)法制成對(duì)可見(jiàn)光透明的材料，要先利用丙烯酸與氧化銪反應(yīng)生成丙烯酸銪，再與醋酸乙烯酯共聚成類似于 EAA的聚合物。它含有與 EVA相似的結(jié)構(gòu)單元，與EVA共混有很好的相容性，可制成透明的薄膜 ，這樣就在EVA 中摻雜了銪元素。

a 丙烯酸銪的制備

在500 mL三口燒瓶中加入7.04g( 0.02mol) Eu2O3, 150 ml H2O和17.7g( 0.24mol) 丙烯酸，加熱并保持微沸，當(dāng)反應(yīng)體系變的透明時(shí)，即生成丙烯酸銪 ( AAEu )的水溶液，減壓蒸餾蒸出水后，冰水冷卻，得固態(tài)的AAEu，用甲醇洗至中性；

b 乙酸乙烯酯與丙烯酸銪的共聚

在500mL的四口燒瓶中，加入上述制備的AAEu和140mL的甲醇在68℃溶解， 在此溫度下分別滴加140gVA和40mL含有 0.70g偶氮二異丁腈的甲醇溶液，3.2h滴加完畢，保溫于68～70℃ 繼續(xù)反應(yīng)3.0h，然后降至室溫，得到乙酸乙烯酯與丙烯酸銪共聚物( VAA—Eu )的甲醇溶液。于68℃減壓蒸去甲醇，在68℃和真空度為 1×104Pa下干燥50h后，得到固體VAA—Eu。

2、助劑與基材EVA如何混合均勻。配方應(yīng)盡量選擇液體助劑，這樣在預(yù)混合時(shí)可以使每個(gè)EVA粒子粘上助劑，如果全部選用固體粉狀改性劑則在預(yù)混合時(shí)因攪拌作用導(dǎo)致粉末助劑集中在混料機(jī)底部，混合嚴(yán)重不均勻；若部分粉狀改性劑非常適用，可以將配方中的部分粉狀改性劑溶解在其它助劑中再進(jìn)行和EVA的混合，即使全部助劑均為液態(tài)也會(huì)因加量太少（千分之幾）而混合不均，所以我們?cè)谏a(chǎn)上采取多次混合的方法，即將助劑與少量EVA粒子先混合做成改性粒子，然后再與大量EVA混合配料。

數(shù)據(jù)解析

分別采用IR、UV光度計(jì)、TGA、DSC、二甲苯萃取等手段進(jìn)行分析，下面以交聯(lián)度和透光率進(jìn)行詳細(xì)分析：

1、交聯(lián)度測(cè)試:

圖1：138℃下的固化曲線

圖2：140℃下的固化曲線

2、透過(guò)率測(cè)試

將用此方法制得的膠膜與國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品進(jìn)行了測(cè)試比較，為保證結(jié)果的正確性以下膠膜均采用0.5mm厚度，測(cè)試方法如下：

a 將切割好的玻璃（50mm*25mm）若干片用酒精擦干凈晾干待用，準(zhǔn)備配方中含銪元素的膠膜樣品JCC-115若干，某國(guó)外膠膜樣品A若干，某國(guó)內(nèi)膠膜樣品B若干，某國(guó)內(nèi)膠膜樣品C若干；

b 將EVA白料壓成0.5mm厚薄膜；

c 以玻璃/EVA白料膜/玻璃為序在太陽(yáng)能層壓機(jī)里層壓，抽真空5min，150℃下層壓20min制得樣品，以此樣品作為紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)的系統(tǒng)基線樣品；

d 以同樣方法、同樣條件下分別制得JCC-115樣品，某國(guó)外樣品A，某國(guó)內(nèi)樣品B，某國(guó)內(nèi)樣品C，測(cè)試結(jié)果如圖3：

圖3：各產(chǎn)品透過(guò)率測(cè)試對(duì)比

結(jié)果剖析：400~800nm可見(jiàn)光波段內(nèi)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品已與國(guó)外產(chǎn)品相當(dāng)，均達(dá)到了91%，而加入銪元素的JCC-115樣品透過(guò)率達(dá)到了95%；300~400nm紫外光波段JCC-115與國(guó)外樣品相當(dāng)，均能將紫外光的透過(guò)率控制在5%以下，而國(guó)內(nèi)某產(chǎn)品B只能將其控制在30%以下，國(guó)內(nèi)某產(chǎn)品C幾乎無(wú)抗紫外光能力。

3、耐紫外光老化測(cè)試

條件：光源采用UVB313紫外燈，光照和凝露溫度分別為60℃、40℃，時(shí)間分別為4小時(shí)、4小時(shí)，光照和凝露交替進(jìn)行共1000小時(shí)。耐紫外光老化后的黃變指數(shù)（△YI）均按GB2409-80《塑料黃色指數(shù)實(shí)驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。
按上述方法測(cè)試結(jié)果如圖4：

圖4：各樣品紫外老化測(cè)試結(jié)果

由上圖可以看出本發(fā)明生產(chǎn)的EVA封裝膠膜在耐紫外光老化方面明顯優(yōu)于市售產(chǎn)品，與國(guó)外產(chǎn)品相當(dāng)，黃變指數(shù)可以控制在0.8以下。

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