申请/专利权人：苏州中来光伏新材股份有限公司

申请日：2017-11-07

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN107681015B

主分类号：H01L31/048

分类号：H01L31/048;H01L31/055;H01L31/056;C08L29/14;C08K13/06;C08K9/06;C08K9/04;C08K3/36

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2018.03.09#实质审查的生效;2018.02.09#公开

摘要：本发明涉及一种PVB胶膜的制备方法及用该PVB胶膜封装的双玻组件，双玻组件从上到下依次包括：玻璃前板、上层高透PVB胶膜、电池片、下层高反射并具有光波转换功能的PVB胶膜和玻璃背板，上层高透PVB胶膜包括高透PVB、低水透聚合物和高透石英粉；下层高反射并具有光波转换功能的PVB胶膜包括PVB、高反射材料、低水透聚合物和光波转换材料。其有益效果是：本发明的上层高透PVB胶膜不仅透光率和水汽阻隔性高，而且与前玻璃板具有十分相似的折光指数，使得太阳光在前板玻璃和PVB胶膜的界面层无折射，提高了太阳光的入射率；上层PVB中高透石英粉的加入和下层PVB中高反射填料等的加入还可以减少PVB的收缩率，避免玻璃面板在层压过程中的破碎，提高了封装的成品率。

主权项：1.一种用PVB胶膜封装的双玻组件，其特征在于：所述双玻组件从上到下依次包括：玻璃前板、上层高透PVB胶膜、电池片、下层高反射并具有光波转换功能的PVB胶膜和玻璃背板，所述上层高透PVB胶膜包括PVB、低水透聚合物和高透石英粉；所述下层高反射并具有光波转换功能的PVB胶膜包括PVB、高反射材料、低水透聚合物和光波转换材料；所述高透石英粉为纳米到微米级，其加入量为0.1％-10％；所述高透石英粉的加入还提高PVB的极性，使玻璃前板与PVB胶膜之间的粘合更为牢固；且高透石英粉的加入还减少PVB的收缩率，避免玻璃面板在层压过程中的破碎；所述高反射材料为无机材料或有机材料；其中，所述无机材料包括钛白粉类、锌钡白类、氧化锌、空心的二氧化硅、空心的二氧化钛或空心的陶瓷粉末，所述有机材料包括有机微球或有机纤维。

全文数据：PVB胶膜的制备方法及用该PVB胶膜封装的双玻组件技术领域[0001]本发明涉及一种PVB胶膜的制备方法及用该PVB胶膜封装的双玻组件。背景技术[0002]太阳能电池组件是太阳能发电系统中的核心部分，而光伏电池组件的核心是电池片，其本身具有长达30年以上的使用寿命，因此太阳能电池组件在长期室外环境下的性能可靠性主要决定于组件的封装即封装材料和封装技术。太阳能电池组件封装通常是依次按照前板玻璃1、封装材料封装胶2、电池片3、封装材料4和背板5的顺序经热层压粘合为一体，具体的封装结构如图i所示。[0003]目前用于光伏建筑一体化的组件，其主要的封装胶为PVB，这是因为普通的EVA封装胶的抗老化性能不强、使用寿命达不到5〇年，不能与建筑同寿命，所以设计师在选择BIPV组件时应该尽量避免使用EVA封装的组件。另外，EVA的发黄也会影响建筑的美观和系统的发电量。除此之外，PVB还有如下的诸多优点：1比EVA有更长的库存有效期:EVA库存有效期为六个月，PVB的有效期为三年;2层压过程中较高的抗下垂和无边部流出；3层压无交联发生，可回收加工、重复利用；4可以用比真空层压工艺更经济的其它层压方式生产，因而每周期的产量更高;5安全性高，即玻璃受冲击破碎后，玻璃碎片会粘在中间PVB膜上，保持整体的完整，大大降低了由于飞派或掉落的玻璃所造成的人体的伤害和财产的损失;6减少噪音，防紫外线辐射，经久耐用等。[0004]PVB虽然是光伏建筑一体化的首选封装材料，但由于太阳能电池片与封装材料pVB的折射率相差较大，在两者界面处存在一定程度的光反射而无法高效率地利用入射光，因此组件对太阳光的利用率不高、功率输出较低。而目前对太阳能电池组件光学性能的优化主要集中在太阳能电池片上或外层的玻璃前板上，如使用表面结构化的电池片，并镀有减反射膜以减少太阳光的反射;再如组件的最上层使用镀有减反膜的玻璃前板，但最外层的减反射层需要额外的封装材料保护，这将增加组件的制造成本，使太阳能电池组件的工艺复杂化，而针对可提高太阳能电池双玻组件对太阳光利用率的封装材料的研究较少。因此，开发出一种对太阳光利用率较高的相关太阳能电池双玻组件封装材料，并在此基础上制备高效太阳能电池双玻组件显得尤为重要。[0005]对太阳能电池来说，背反射层在后端工艺中占有重要地位，是目前研宄的热点之一。其主要作用是将光线反射、散射至吸收层，以提高太阳光的利用率，增大电池的转化效率。太阳光经过太阳能电池吸收层时，并不能被完全吸收，会有一部分光透过。以目前典型的72片晶硅组件来说，透过电池片间隙的太阳光约占整个组件受光面积的12%，如果这部分光能被电池片二次利用的话，无疑可以大大提高太阳能电池组件的输出功率。为了增加太阳Hb电池对光的利用率、提尚转换效率，中国专利公开号为CN103045127A公开的太阳B匕电池组件米用白色闻反射的有机局分子材料作为封装材料，这样能将透过的光反射回来进行二次吸收，从而提升光电转换效率；另外在封装材料中通过加入具有光波转化功能的材料，使封装材料能将不被电池片吸收的光转化为可被用于发电的响应光的思路也可以提高电池片对太阳光的利用率。硅基太阳能电池对于波长小于350nm和波长大于1200mn的光没有响应或响应很小，在此光谱区域范围内光电响应的峰值在700nm〜900nm之间。然而，太阳能辐射光谱的波长范围在150nm到4000nm之间，包含紫外光、可见光和红外光。其中7%的能量分布在紫外区、50%的能量分布在可见区、43%的能量分部在红外区。这就意味着，太阳能辐射光谱中有相当一部分能量不能被电池利用来发电，相反地，此部分光被电池片吸收转化为热量，提升了光伏组件的工作温度，由于晶体硅光伏电池的负的温度系数从而导致了组件发电量的损失。如果能将没有响应的紫外区和红外区的太阳能加以利用，不仅可以有效提高太阳能组件的输出功率，同时可以极大程度地降低光伏组件的工作温度，进一步提升发电量。很显然，如果将高反射和光波转换两种思路同时整合在一种封装材料中，无疑可以使太阳光发挥最大的功效，可望使发电效率得到有效提升，给终端用户带来巨大的经济效益。[0006]最后，双玻组件在层压过程中PVB膜易发生收缩，这主要是由于PVB在流延成膜过程中大分子链发生取向，受热时又发生链段松弛的结果。PVB膜的收缩率是需要严格控制的指标，因为当收缩率较大时，收缩应力易使背板发生形变，甚至使玻璃面板开裂，从而导致组件报废、成品率低。虽然可以通过调整PVB膜配方、完善加工工艺、进行退火处理等方法减少PVB封装膜的收缩率，但是，常常导致生产效率降低，能耗和成本增加^目前，国内外的PVB封装膜产品的收缩率通常约3%，测试条件为:在温度为120°C下，处理3分钟，仍然不能完全满足面积较大的太阳能电池的要求。发明内容[0007]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种PVB胶膜的制备方法及用该PVB胶膜封装的双玻组件。[0008]本发明的一种用PVB胶膜封装的双玻组件，其技术方案为：[0009]—种用PVB胶膜封装的双玻组件，其特征在于:所述双玻组件从上到下依次包括：玻璃前板、上层高透PVB胶膜、电池片、下层高反射并具有光波转换功能的PVB胶膜和玻璃背板，所述上层高透PVB胶膜包括PVB、低水透聚合物和高透石英粉;所述下层高反射并具有光波转换功能的PVB胶膜包括PVB、高反射材料、低水透聚合物和光波转换材料。[0010]本发明提供的一种用PVB胶膜封装的双玻组件，还包括如下附属技术方案：[0011]其中，所述高透石英粉为纳米到微米级，其加入量为0.1%-1〇%。[0012]其中，所述高透石英粉的表面修饰为化学修饰，修饰分子和基团通过化学键与石英粉颗粒相结合。[0013]其中，所述尚透石央粉的表面修饰为物理修饰，修饰分子和基团通过氢键或范德华力与石英粉颗粒相结合。[0014]其中，表面修饰剂为具有可水解基团和功能基团的分子。[0015]其中，所述表面修饰剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种或几种的组合。[0016]其中，所述高反射材料为无机材料或有机材料;其中，所述无机材料包括钛白粉类、锌钡白类、氧化锌、空心的二氧化硅、空心的二氧化钛或空心的陶瓷粉末，所述有机材料包括有机微球或有机纤维。[0017]其中，所述光波转换材料为能将紫外光或红外光转化为可见光的材料。[0018]其中，所述光波转换材料为具有高转化效率的稀土掺杂氟化物，所述稀土掺杂氟化物包括NaYF4:Yb3+、Er3+，SrYF4:Er3+或YF3:Yb、Er3+中的一种或几种的复合。[0019]本发明还提供了一种上述的上层高透PVB胶膜的制备方法，先将PVB树脂、增塑剂、助剂和高透石英粉在60°C的高速混合机中搅拌混合均匀，出料后迅速冷却，然后将冷却后的树脂用双螺杆排气式挤出机挤出造粒，其中，所述双螺杆排气式挤出机的机身温度为100〜1601：，机头温度为150°C;粒料经真空干燥5-10h后，再与助剂混合，最后在单螺杆挤出机中挤出、热辊压成厚度为0•3ram-〇.8mm的PVB膜片，其中，所述单螺杆挤出机的机身温度在100-140°C，口模温度在120-140。匕[0020]其中，将75份高透PVB母料、25份增塑剂、1份热稳定剂、0.5份光稳定剂和5份高透石英粉在6TC的高速混合机中搅拌混合均匀，出料后迅速冷却，然后将冷却后的树脂用双螺杆排气式挤出机挤出造粒，其中，所述双螺杆排气式挤出机的机身温度为100〜16TC，机头温度为150°C;将所得的PVB粒料在单螺杆挤出机中挤出、热辊压成厚度为〇.3mm-0•8圆的PVB膜片，其中，所述单螺杆挤出机的机身温度在i〇〇-14TC，模口温度在120-140°C其中，在加入高透石英粉之前用钛酸酯或硅烷偶联剂对PVB母料进行表面处理。[0021]其中，在双螺杆挤出造粒阶段加入1份长链疏水性的硅烷偶联剂，以封闭PVB母料中残余的羟基。[0022]其中，PVB母料经过长链疏水硅烷偶联剂封端后，所得的粒料在接下来的单螺杆挤出热辊、压膜过程中加低极性阻水类物质;所述低极性阻水类物质为低聚物或高聚物，其与PVB的共存方式为物理共混或化学接枝共混。[0023]其中，用白色具有高光泽、高反射率的颜料和具有光波转换功能的波长转换剂的混合物代替高透石英粉制造高反射并具有光波转换功能的PVB。[0024]其中，所述白色具有高光泽、高反射率的颜料和具有光波转换功能的波长转换剂均经过钛酸酯或硅烷偶联剂表面处理。[0025]本发明的实施包括以下技术效果：[0026]1•本发明提供的上层高透PVB胶膜不仅透光率和水汽阻隔性高，而且与前玻璃板具有十分相似的折光指数，使得太阳光在前板玻璃和PVB界面层无折射，从而提高了太阳光的入射率;2.PVB中高透石英粉的加入还可以提高PVB的极性，从而增加与前板玻璃的相容性、以及氢键的相互作用，从而使得前板玻璃与PVB胶膜之间的粘合更为牢固；3.PVB中高透石英粉的加入和下层中高反射填料等的加入还可以减少PVB的收缩率，避免玻璃面板在层压过程中的破碎，从而提高封装的成品率;4.下层高反射PVB可以将透过电池片间隙和电池片与边框之间间隙的太阳光进行二次反射，之后被电池片二次利用于发电，从而提高了电池片的输出功率;5.下层高反射PVB中加入的具有光波转换功能的波长转换剂可以将不能被电池片响应的波长转换为能产生光电响应的波长范围的光，从而大大增加组件对太阳能的利用率、提高输出功率，并降低组件的工作温度;6•在PVB中加入低水透聚合物，可以提高PVB的阻水性，从而确保了电池片的长期可靠性。附图说明[0027]图1为现有技术中电池组件的封装结构的结构示意图。[0028]图2为本发明的电池组件的封装结构的结构示意图。具体实施方式[0029]下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。[0030]参见图2所示，本实施例提供的一种用PVB胶膜封装的双玻组件，从上到下依次包括:玻璃前板11、上层高透PVB胶膜12、电池片13、下层高反射并具有光波转换功能的PVB胶膜14和玻璃背板15,所述上层高透PVB胶膜12包括高透PVB、低水透聚合物和高透石英粉;所述下层高反射并具有光波转换功能的PVB胶膜14包括PVB、高反射材料、低水透聚合物和光波转换材料。本实施例的上层高透PVB胶膜12不仅透光率和水汽阻隔性高，而且与前玻璃板具有十分相似的折光指数，使得太阳光在前板玻璃和PVB界面层无折射，从而提高了太阳光的入射率;PVB中高透石英粉的加入还可以提高PVB的极性，从而增加与前板玻璃的相容性、以及氢键相互作用，从而使得前板玻璃与PVB胶膜之间的粘合更为牢固；PVB中高透石英粉的加入和下层中高反射填料等的加入还可以减少PVB的收缩率，避免玻璃面板在层压过程中的破碎，从而提高封装的成品率;下层PVB可以将透过电池片间隙和电池片与边框之间间隙的太阳光进行二次反射，之后被电池片二次利用于发电，从而提高了电池片的输出功率；下层PVB中加入的具有光波转换功能的波长转换剂可以将不能被电池片响应的波长转换为能产生光电响应的波长范围的光，从而大大增加组件对太阳能的利用率、提高输出功率，并降低组件的工作温度;下层PVB中加入低水透聚合物，可以提高PVB的阻水性，从而确保了电池片的长期可靠性。[0031]优选地，所述高透石英粉为纳米到微米级，其加入量为0.1%-10%;其中，所述高透石英粉的表面修饰为化学修饰或物理修饰。当高透石英粉的表面修饰为化学修饰时，修饰分子和基团通过化学键与石英粉颗粒相结合；当高透石英粉的表面修饰为物理修饰，修饰分子和基团通过氢键或范德华力与石英粉颗粒相结合。[0032]优选地，表面修饰剂为具有可水解基团和功能基团的分子。更优选地，表面修饰剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种或几种的组合。[0033]优选地，所述高反射材料为无机材料或有机材料;其中，所述无机材料包括钛白粉类、锌钡白类、氧化锌、空心的二氧化硅、空心的二氧化钛或空心的陶瓷粉末，所述有机材料包括有机微球或有机纤维。[0034]优选地，所述光波转换材料为能将紫外光或红外光转化为可见光的材料。更优选地，所述光波转换材料为具有高转化效率的稀土掺杂氟化物，所述稀土掺杂氟化物包括NaYF4:Yb3+、Er3+，SrYF4:Er3+或YF3:Yb、Er3+中的一种或几种的复合。[0035]下述以多个实施例对本发明所述的高透PVB胶膜的制备方法进行详细地描述。[0036]实施例1[0037]将75份高透PVB母料、25份增塑剂、1份热稳定剂、0•5份光稳定剂和5份高透石英粉在高速混合机中搅拌至60°C混合均匀，出料后迅速冷却，然后将混合好的树脂用双螺杆排气式挤出机挤出造粒，机身温度100〜160°C，机头温度150°C。将所得的PVB粒料在单螺杆挤出机中挤出、热辊压成?¥8膜片厚度为0.3111111-0.8111111，机身温度在100-140°3，模口温度在130°C左右。由实施例1所得的样品编号为S1。[0038]实施例2[0039]与实施例1相似，不同的是，高透石英粉在加入之前用钛酸酯或硅烷偶联剂进行表面处理，其目的是增加高透石英粉在PVB母料中的分散性，使之均匀分散到达最好的效果。由实施例2所得的样品编号为S2。[0040]实施例3[0041]与实施例2相似，不同之处在于，在双螺杆挤出造粒阶段加入1份长链疏水性的硅烷偶联剂，其目的是封闭PVB母料中残余的羟基，使PVB的亲水性降低，提高水气阻隔性。由实施例3所得的样品编号为S3。[0042]实施例4[0043]与实施例3相似，不同之处在于，PVB母料经过长链疏水硅烷偶联剂封端后，所得的粒料在接下来的单螺杆挤出热辊压膜过程中加一些低极性阻水类物质，以进一步降低PVB的水气透过率，所加入的低极性阻水类物质可以是低聚物或高聚物，其与PVB的共存方式可以是一般的物理共混或化学接枝共混。由实施例4所得的样品编号为S4，即为高透光、高水阻PVB封装胶膜。[0044]实施例5[0045]与实施例1相似，不同的是，用白色具有高光泽、高反射率的颜料和具有光波转换功能的波长转换剂的混合物代替高透石英粉。由实施例5所得的样品编号为S5,即为高反射并具有光波转换功能的PVB。[0046]实施例6[0047]与实施例5相似，不同的是，所用的颜料和具有光波转换功能的波长转换剂都经过钛酸酯或硅烷偶联剂表面处理，其目的是增加它们在PVB母料中的分散性，使之均匀分散到达最好的效果。由实施例6所得的样品编号为S6。[0048]实施例7[0049]与实施例6相似，不同之处在于，在双螺杆挤出造粒阶段加入长链疏水性的硅烷偶联剂，其目的是封闭PVB母料中残余的羟基，使PVB的亲水性降低，提高水气阻隔性，由实施例7所得的样品编号为S7。[0050]实施例8[0051]与实施例7相似，不同之处在于，PVB母料经过长链疏水硅烷偶联剂封端后，所得的粒料在接下来的单螺杆挤出热辊压膜过程中加如一些低极性阻水类物质，以进一步降低PVB的水透。由实施例8所得的样品编号为S8即为高反光、高水阻并具有光波转换功能的PVB封装胶膜。[0052]最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

权利要求：j•一种用fVB胶膜封$的双玻组件，其特征在于:所述双玻组件从上到下依次包括:玻璃則板、上层^透PVB胶膜、电池片、下层高反射并具有光波转换功能的pvB胶膜和玻璃背板，所述上层尚透PVB胶膜包括PVB、低水透聚合物和高透石英粉;所述下层高反射并具有光波转换功能的PVB胶膜包括PVB、高反射材料、低水透聚合物和光波转换材料。2.根据权利要求1所述的一种用PVB胶膜封装的双玻组件，其特征在于:所述高透石英粉为纳米到微米级，其加入量为0.1%-10%。3.根据权利要求1或2所述的一种用PVB胶膜封装的双玻组件，其特征在于:所述高透石英粉的表面修饰为化学修饰，修饰分子和基团通过化学键与石英粉颗粒相结合。4.根据权利要求1或2所述的一种用PVB胶膜封装的双玻组件，其特征在于:所述高透石英粉的表面修饰为物理修饰，修饰分子和基团通过氢键或范德华力与石英粉颗粒相结合。5.根据权利要求3所述的一种用PVB胶膜封装的双玻组件，其特征在于：表面修饰剂为具有可水解基团和功能基团的分子。6.根据权利要求5所述的一种用PVB胶膜封装的双玻组件，其特征在于:所述表面修饰剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种或几种的组合。7.根据权利要求1所述的一种用PVB胶膜封装的双玻组件，其特征在于:所述高反射材料为无机材料或有机材料;其中，所述无机材料包括钛白粉类、锌钡白类、氧化锌、空心的二氧化硅、空心的二氧化钛或空心的陶瓷粉末，所述有机材料包括有机微球或有机纤维。8.根据权利要求1或7所述的一种用PVB胶膜封装的双玻组件，其特征在于:所述光波转换材料为能将紫外光或红外光转化为可见光的材料。9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种用pVB胶膜封装的双玻组件，其特征在于:所述光波转换材料为具有高转化效率的稀土掺杂氟化物，所述稀土掺杂氟化物包括NaYF4:Yb3+、Er3+，SrYF4:Er3+或YF3:Yb、Er3+中的一种或几种的复合。10.—种如权利要求1所述的上层高透PVB胶膜的制备方法，其特征在于:先将PVB树脂、增塑剂、助剂和高透石英粉在6〇°C的高速混合机中搅拌混合均匀，出料后迅速冷却，然后将冷却后的树脂用双螺杆排气式挤出机挤出造粒，其中，所述双螺杆排气式挤出机的机身温度为100〜160°C，机头温度为150°C;将所得的粒料经真空干燥5-10h后，再与助剂混合，最后在单螺杆挤出机中挤出、热辊压成厚度为0•3mm-0.8mm的PVB膜片，其中，所述单螺杆挤出机的机身温度在100-140°C，口模温度在120-140°C。11.根据权利要求10所述的一种上层高透PVB胶膜的制备方法，其特征在于：将75份高透PVB母料、25份增塑剂、1份热稳定剂、0.5份光稳定剂和5份高透石英粉在60°C的高速混合机中搅拌混合均匀，出料后迅速冷却，然后将冷却后的树脂用双螺杆排气式挤出机挤出造粒，其中，所述双螺杆排气式挤出机的机身温度为100〜160°C，机头温度为15TC;将所得的PVB粒料在单螺杆挤出机中挤出、热辊压成厚度为〇.3mm-0.8_的PVB膜片，其中，所述单螺杆挤出机的机身温度在100-140°C，模口温度在120-140°C。12.根据权利要求11所述的一种上层高透PVB胶膜的制备方法，其特征在于:在加入高透石英粉之前用钛酸酯或硅烷偶联剂对PVB母料进行表面处理。13.根据权利要求12所述的一种上层高透PVB胶膜的制备方法，其特征在于:在双螺杆挤出造粒阶段加入1份长链疏水性的硅烷偶联剂，以封闭PVB母料中残余的羟基。14.根据权利要求13所述的一种上层高透PVB胶膜的制备方法，其特征在于:PVB母料经过长链疏水硅烷偶联剂封端后，所得的粒料在接下来的单螺杆挤出热辊、压胺过中加低极性阻水类物质;所述低极性阻水类物质为低聚物或高聚物，其与PVB的共存方式为物理共混或化学接枝共混。15.根据权利要求10所述的一种上层高透PVB胶膜的制备方法，其特征在于：用白色具有高光泽、高反射率的颜料和具有光波转换功能的波长转换剂的混合物代替高透石英粉制造高反射并具有光波转换功能的PVB。16.根据权利要求I5所述的一种上层高透PVB胶膜的制备方法，其特征在于:所述白色具有高光泽、高反射率的颜料和具有光波转换功能的波长转换剂均经过钛酸酷或硅院偶联剂表面处理。

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