CN112538334B - 一种光伏组件用有机硅封装材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏组件用有机硅封装材料及其制备方法，包括A组分和B组分的制备，A组分制备方法：将50份苯基乙烯基硅油，10～50份苯基乙烯基硅树脂，0.2～2份铂催化剂分散均匀，真空搅拌脱去气泡，过滤杂质。B组分制备方法为：将25份苯基乙烯基硅油，10～50份苯基乙烯基硅树脂，1～5份的增粘剂，10～30份交联剂，0.1～2份抑制剂分散均匀，真空搅拌，脱去气泡，过滤杂质。将A、B组分等质量混合，封装剂‑电池‑封装剂‑面板四层方式进行封装。本发明制得的光伏封装材料透光率≥92％，湿热老化和紫外老化1000小时后透光率保持率＞97％，防霉性能优异；封装时不需要背板玻璃或背板膜，能降低封装成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏组件用有机硅封装材料，具体涉及一种双组分加成型光伏组件用有机硅封装材料及其制备方法。
背景技术
目前，太阳能光伏组件已经成为广泛应用的发电形式之一。光伏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。理想的光伏组件封装材料应该具有高透明性、好的粘结性、足够的机械变形性以及耐老化性能。目前最常用的封装材料是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)。然而，EVA在湿热的环境下会水解生成乙酸，对太阳能电池电极引起腐蚀，降低光电转换能力。并且，EVA抗UV老化性能较差，在长期户外使用的过程中会发生黄变，导致透光率降低，造成组件的转换效率大大衰减(参见《The effect of damp-heat and UV agingtests on the optical properties of silicone and EVA encapsulants》)。
有机硅材料是一种具有优异耐气候老化性能的材料，能够长时间在户外使用而保持性能稳定，是用于光伏封装的理想材料。CN103525094A中提到了一种光伏有机硅封装剂，对太阳能电池无腐蚀，透气性好，采用背板-封装剂-电池-封装剂-面板五层封装制备的组件老化后效率保持率较高，但是其未考察封装材料的透光率以及使用封装材料前后的组件效率差异，也没有对材料的防霉性能进行研究。
发明内容
本发明的目的提供一种光伏组件用有机硅封装材料及其制备方法，封装材料用于光伏组件后可以实现组件的高效、稳定运行。
本发明是这样实现的：
本发明提供了一种光伏组件用有机硅封装材料的制备方法，包括A组分和B组分的制备，其中：
A组分的制备方法为：按质量份计，将50份苯基乙烯基硅油，10～50份苯基乙烯基硅树脂，0.2～2份铂催化剂加入行星搅拌机或高速分散机中，真空搅拌0.5～2小时，搅拌均匀，脱去气泡，过滤杂质后得到A组分；
B组分的制备方法为：将25份苯基乙烯基硅油，10～50份苯基乙烯基硅树脂，1～5份的增粘剂，10～30份交联剂，0.1～2份抑制剂加入行星搅拌机或高速分散机中，真空搅拌0.5～2小时，搅拌均匀，脱去气泡，过滤杂质后得到B组分。
所述苯基乙烯基硅油的乙烯基含量为0.1wt％～3wt％，苯基含量为1mmol/g～7.3mmol/g，粘度为2～200Pa·s。选择适当乙烯基含量的硅油可以使材料具有合适的硬度与优异的力学性能；选择合适苯基含量的硅油可以使材料具有与面板玻璃接近的折光率；选择合适粘度的硅油可以平衡材料的力学性能和施工性能。
优选的，所述苯基乙烯基硅油为高、低粘度苯基乙烯基硅油互配得到的。
所述的苯基乙烯基硅树脂为苯基乙烯基MQ树脂和苯基乙烯基MDT树脂的混合物，混合物的乙烯基含量为1wt％～5wt％。MQ树脂具有更高交联集中度，补强效果更好，但是添加量较大时会降低伸长率，使材料变脆，而MDT树脂交联集中度较低，补强效果稍弱，但是韧性更好，将两种树脂混合使用能够兼具强度和韧性。混合物中，苯基乙烯基MQ树脂含量为30wt％～90wt％，苯基乙烯基MDT树脂含量为10wt％～70wt％；乙烯基含量为1wt％～5wt％，选择合适的MQ、MDT树脂搭配比例和乙烯基含量能够提高材料的力学性能。
所述的交联剂为改性苯基含氢硅油，含氢质量分数为0.2％～0.7％，粘度为18～1000mPa·s，交联剂的结构式如下：
其中n＝3～20，R是碳原子个数为3～20的烷基。该交联剂可以用四甲基四氢环四硅氧烷与含氯烯烃反应后再与烷基叔胺反应，得到中间体，最后与苯基高含氢硅油共聚得到；改性得到的苯基含氢硅油引入季铵盐结构，既能反应交联，又能起到防霉的作用，与体系相容性好，不影响透明性。
所述的增粘剂的结构式如下：
其中R1为氢原子、烷基或其它有机基团，R2为烷基或其它有机基团。该增粘剂可以由乙烯基三烷氧硅烷和乙二醇胺以及含环氧基团的化合物反应得到。其中R1优选氢原子，R2为下面结构或类似其它结构(n＝1、2、3...，m＝0、1、2、3…)，其中优选含苯基结构：
该增粘剂与传统的含烷氧基的硅烷类增粘剂(如KH550、KH560、KH570、A-171等)区别在于：①用于有机硅封装材料时，不会在使用过程中释放醇类小分子影响透明性；②优选引入苯基结构的增粘剂，增加与苯基乙烯基硅油等聚合物的相容性，提高封装胶的透明性。
所述的抑制剂为多乙烯基聚硅氧烷、炔醇类化合物、马来酸酯类化合物。
所述的铂催化剂是铂-乙烯基络合物或铂-炔烃基络合物。
本发明还提供了采用上述制备方法制得的一种光伏组件用有机硅封装材料，将封装材料A、B组分按照质量比1:1混合均匀，脱去气泡，即可用于光伏组件封装。该材料具有以下性能：透光率≥92％，湿热老化和紫外老化1000小时后透光率保持率＞97％，防霉等级达到0级。
本发明制备了一种光伏组件用有机硅封装材料，对光伏组件具有良好的粘接性，透光率高，性能稳定，用于光伏组件后，可以实现组件的高效、稳定运行。同时本发明采用封装剂-电池-封装剂-面板4层封装方式，能够节省背板玻璃或者背板膜的成本，提高产品经济效益。
附图说明
图1为光伏组件四层封装(封装剂-电池-封装剂-面板)结构示意图。
图中，各序号代表：1-有机硅封装胶Ⅰ，2-电池硅片，3-有机硅封装胶Ⅱ，4-玻璃前板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
1.按质量份计，将50份乙烯基含量为0.2wt％，苯基含量为3mmol/g，粘度为50Pa·s的苯基乙烯基硅油(采用粘度5Pa·s、200Pa·s的两种不同粘度的苯基乙烯基硅油互配得到)，30份乙烯基含量为2.5wt％苯基乙烯基硅树脂(由60wt％苯基乙烯基MQ树脂，40wt％苯基乙烯基MDT树脂混合而成)，0.75份铂催化剂加入行星搅拌机中，真空搅拌1小时，搅拌均匀，脱去气泡，过滤杂质后得到A组分。
2.将25份乙烯基含量为0.2wt％，苯基含量为3mmol/g，粘度为50Pa·s的苯基乙烯基硅油(采用粘度5Pa·s、200Pa·s的两种不同粘度的苯基乙烯基硅油互配得到)，15份乙烯基含量为2.5wt％苯基乙烯基硅树脂(由60wt％苯基乙烯基MQ树脂，40wt％苯基乙烯基MDT树脂混合而成)，2.5份的增粘剂(R1为氢原子，R2为
)，15份含氢质量分数为0.5％的交联剂(n＝6，R为正十二烷基)，0.15份乙炔基环己醇加入行星搅拌机中，真空搅拌1小时，搅拌均匀，脱去气泡，过滤杂质后得到B组分。
3.A、B组分固化成型：将A、B组分使用真空混胶设备等质量混合均匀，脱去气泡，进行光伏组件四层封装(封装剂-电池-封装剂-面板，如图1)，120℃硫化3min即可固化成型。
实施例2
1.按质量份计，将50份乙烯基含量为0.15wt％，苯基含量为5mmol/g，粘度为100Pa·s的苯基乙烯基硅油(采用粘度20Pa·s、110Pa·s的两种不同粘度的苯基乙烯基硅油互配得到)，25份乙烯基含量为4wt％苯基乙烯基硅树脂(由30wt％苯基乙烯基MQ树脂，70wt％苯基乙烯基MDT树脂混合而成)，1.5份铂催化剂加入行星搅拌机中，真空搅拌1小时，搅拌均匀，脱去气泡，过滤杂质后得到A组分。
2.将25份乙烯基含量为0.2wt％，苯基含量为3mmol/g，粘度为50Pa·s的苯基乙烯基硅油(采用粘度5Pa·s、200Pa·s的两种不同粘度的苯基乙烯基硅油互配得到)，10份乙烯基含量为2.5wt％苯基乙烯基硅树脂(由60wt％苯基乙烯基MQ树脂，40wt％苯基乙烯基MDT树脂混合而成)，4份的增粘剂(R1为氢原子，R2为
)，10份含氢质量分数为0.7％的交联剂(n＝6，R为正丙基)，0.25份四甲基四乙烯环四硅氧烷与甲基丁炔醇1:1混合物，加入行星搅拌机中，真空搅拌1小时，搅拌均匀，脱去气泡，过滤杂质后得到B组分。
3.A、B组分固化成型：将A、B组分使用真空混胶设备等质量混合均匀，脱去气泡，进行光伏组件四层封装(封装剂-电池-封装剂-面板)，120℃硫化3min即可固化成型。
实施例3
1.按质量份计，将50份乙烯基含量为0.6wt％，苯基含量为6mmol/g，粘度为150Pa·s的苯基乙烯基硅油(采用粘度5Pa·s、200Pa·s的两种不同粘度的苯基乙烯基硅油互配得到)，20份乙烯基含量为2.1wt％苯基乙烯基硅树脂(由20wt％苯基乙烯基MQ树脂，80wt％苯基乙烯基MDT树脂混合而成)，3份铂催化剂加入行星搅拌机中，真空搅拌1小时，搅拌均匀，脱去气泡，过滤杂质后得到A组分。
2.将25份乙烯基含量为0.15wt％，苯基含量为2mmol/g，粘度为50Pa·s的苯基乙烯基硅油(采用粘度20Pa·s、100Pa·s的两种不同粘度的苯基乙烯基硅油互配得到)，10份乙烯基含量为2.1wt％苯基乙烯基硅树脂(由20wt％苯基乙烯基MQ树脂，80wt％苯基乙烯基MDT树脂混合而成)，1.5份的增粘剂(R1为氢原子，R2为
)，20份含氢质量分数为0.3％的交联剂(n＝12，R为正十八烷基)，0.25份马来酸甲酯加入行星搅拌机中，真空搅拌1小时，搅拌均匀，脱去气泡，过滤杂质后得到B组分。
3.A、B组分固化成型：将A、B组分使用真空混胶设备等质量混合均匀，脱去气泡，进行光伏组件四层封装(封装剂-电池-封装剂-面板)，120℃硫化3min即可固化成型。
对比例1
1.按质量份计，将50份乙烯基含量为0.2wt％，苯基含量为3mmol/g，粘度为50Pa·s的苯基乙烯基硅油(采用粘度5Pa·s、200Pa·s的两种不同粘度的苯基乙烯基硅油互配得到)，30份乙烯基含量为2.5wt％苯基乙烯基硅树脂(由60wt％苯基乙烯基MQ树脂，40wt％苯基乙烯基MDT树脂混合而成)，0.75份铂催化剂加入行星搅拌机中，真空搅拌1小时，搅拌均匀，脱去气泡，过滤杂质后得到A组分。
2.将25份乙烯基含量为0.2wt％，苯基含量为3mmol/g，粘度为50Pa·s的苯基乙烯基硅油(采用粘度5Pa·s、200Pa·s的两种不同粘度的苯基乙烯基硅油互配得到)，15份乙烯基含量为2.5wt％苯基乙烯基硅树脂(由60wt％苯基乙烯基MQ树脂，40wt％苯基乙烯基MDT树脂混合而成)，2.5份的增粘剂KH570，15份含氢质量分数为0.5％的交联剂(n＝6，R为正十二烷基)，0.15份乙炔基环己醇加入行星搅拌机中，真空搅拌1小时，搅拌均匀，脱去气泡，过滤杂质后得到B组分。
3.A、B组分固化成型：将A、B组分使用真空混胶设备等质量混合均匀，脱去气泡，进行光伏组件四层封装(封装剂-电池-封装剂-面板)，120℃硫化3min即可固化成型。
对比例2
1.按质量份计，将50份乙烯基含量为0.2wt％，苯基含量为3mmol/g，粘度为50Pa·s的苯基乙烯基硅油(采用粘度5Pa·s、200Pa·s的两种不同粘度的苯基乙烯基硅油互配得到)，30份乙烯基含量为2.5wt％苯基乙烯基MQ硅树脂，0.75份铂催化剂加入行星搅拌机中，真空搅拌1小时，搅拌均匀，脱去气泡，过滤杂质后得到A组分。
2.将25份乙烯基含量为0.2wt％，苯基含量为3mmol/g，粘度为50Pa·s的苯基乙烯基硅油(采用粘度5Pa·s、200Pa·s的两种不同粘度的苯基乙烯基硅油互配得到)，15份乙烯基含量为2.5wt％苯基乙烯基MQ硅树脂，2.5份的增粘剂(R1为氢原子，R2为
)，15份含氢质量分数为0.5％的交联剂(n＝6，R为正十二烷基)，0.15份乙炔基环己醇加入行星搅拌机中，真空搅拌1小时，搅拌均匀，脱去气泡，过滤杂质后得到B组分。
3.A、B组分固化成型：将A、B组分使用真空混胶设备等质量混合均匀，脱去气泡，进行光伏组件四层封装(封装剂-电池-封装剂-面板)，120℃硫化3min即可固化成型。
对比例3
1.按质量份计，将50份乙烯基含量为0.2wt％，苯基含量为3mmol/g，粘度为50Pa·s的苯基乙烯基硅油(采用粘度5Pa·s、200Pa·s的两种不同粘度的苯基乙烯基硅油互配得到)，30份乙烯基含量为2.5wt％苯基乙烯基硅树脂(由60wt％苯基乙烯基MQ树脂，40wt％苯基乙烯基MDT树脂混合而成)，0.75份铂催化剂加入行星搅拌机中，真空搅拌1小时，搅拌均匀，脱去气泡，过滤杂质后得到A组分。
2.将25份乙烯基含量为0.2wt％，苯基含量为3mmol/g，粘度为50Pa·s的苯基乙烯基硅油(采用粘度5Pa·s、200Pa·s的两种不同粘度的苯基乙烯基硅油互配得到)，15份乙烯基含量为2.5wt％苯基乙烯基硅树脂(由60wt％苯基乙烯基MQ树脂，40wt％苯基乙烯基MDT树脂混合而成)，2.5份的增粘剂(R1为氢原子，R2为
)，15份含氢质量分数为0.5％的苯基含氢硅油(交联剂)，1份市售防霉剂，0.15份乙炔基环己醇加入行星搅拌机中，真空搅拌1小时，搅拌均匀，脱去气泡，过滤杂质后得到B组分。
3.A、B组分固化成型：将A、B组分使用真空混胶设备等质量混合均匀，脱去气泡，进行光伏组件四层封装(封装剂-电池-封装剂-面板)，120℃硫化3min即可固化成型。
对比例4
1.按质量份计，将50份乙烯基含量为0.2wt％，苯基含量为3mmol/g，粘度为50Pa·s的苯基乙烯基硅油(采用粘度5Pa·s、200Pa·s的两种不同粘度的苯基乙烯基硅油互配得到)，30份乙烯基含量为2.5wt％苯基乙烯基硅树脂(由60wt％苯基乙烯基MQ树脂，40wt％苯基乙烯基MDT树脂混合而成)，0.75份铂催化剂加入行星搅拌机中，真空搅拌1小时，搅拌均匀，脱去气泡，过滤杂质后得到A组分。
2.将25份乙烯基含量为0.2wt％，苯基含量为3mmol/g，粘度为50Pa·s的苯基乙烯基硅油(采用粘度5Pa·s、200Pa·s的两种不同粘度的苯基乙烯基硅油互配得到)，15份乙烯基含量为2.5wt％苯基乙烯基硅树脂(由60wt％苯基乙烯基MQ树脂，40wt％苯基乙烯基MDT树脂混合而成)，2.5份的增粘剂(R1为氢原子，R2为
)，15份含氢质量分数为0.5％的苯基含氢硅油(交联剂)，0.15份乙炔基环己醇加入行星搅拌机中，真空搅拌1小时，搅拌均匀，脱去气泡，过滤杂质后得到B组分。
3.A、B组分固化成型：将A、B组分使用真空混胶设备等质量混合均匀，脱去气泡，进行光伏组件四层封装(封装剂-电池-封装剂-面板)，120℃硫化3min即可固化成型。
参考GB/T 29848-2018《光伏组件封装用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)胶膜》，对上述实施例和对比例制造的光伏组件用有机硅封装材料进行性能测试，结果如下表：
表1有机硅封装材料进行性能测试结果
实施例1为采用本发明方法制得的有机硅封装材料及四层封装结构，对比例1利用常规偶联剂KH570替换了实施例1的增粘剂，对比例2利用苯基乙烯基MQ树脂替换了实施例1中的苯基乙烯基MQ树脂和苯基乙烯基MDT树脂的混合物，对比例3利用苯基含氢硅油替换了实施例1中的交联剂，同时对比例3添加了市售防霉剂，对比例4利用苯基含氢硅油替换了实施例1中的交联剂，同时不添加市售防霉剂，除了以上不同外，其他内容与实施例1相同。从表1可以看出，对比例1使用常规偶联剂KH570，脱出甲醇，影响透光率(透光率、紫外老化后透光率、高温高湿后透光率均较低)，粘接性能较差(剥离强度低)；对比例2硅树脂单一选用苯基乙烯基MQ树脂，制备的封装材料拉伸强度和拉断伸长率较低，剥离强度不能达到标准要求的≥60N/mm，说明混合硅树脂对有机硅封装材料的力学性能有明显的影响；对比例3未使用改性苯基含氢硅油作为交联剂，通过添加市售防霉剂防霉，但市售防霉剂与封装材料的相容性较差，影响材料的透光率(透光率、紫外老化后透光率、高温高湿后透光率均较低)；对比例4没有添加防霉剂，其他原料和方法与对比例3相同，与对比例3相比，对比例4由于没有添加市售防霉剂，因此其防霉性能更差，无市售防霉剂影响材料的透光率，因此材料透光率较对比例3更高，但该材料在实际使用过程中容易滋生霉菌，逐渐降低材料的透光率。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
Claims (6)
1.一种光伏组件用有机硅封装材料的制备方法，包括A组分和B组分的制备，其特征在于：
A组分的制备方法为：按质量份计，将50份苯基乙烯基硅油，10～50份苯基乙烯基硅树脂，0.2～2份铂催化剂加入行星搅拌机或高速分散机中，真空搅拌0.5～2小时，搅拌均匀，脱去气泡，过滤杂质后得到A组分；
B组分的制备方法为：将25份苯基乙烯基硅油，10～50份苯基乙烯基硅树脂，1～5份的增粘剂，10～30份交联剂，0.1～2份抑制剂加入行星搅拌机或高速分散机中，真空搅拌0.5～2小时，搅拌均匀，脱去气泡，过滤杂质后得到B组分；
所述的苯基乙烯基硅树脂为苯基乙烯基MQ树脂和苯基乙烯基MDT树脂的混合物，苯基乙烯基MQ树脂含量为30wt％～90wt％，苯基乙烯基MDT树脂含量为10wt％～70wt％，混合物的乙烯基含量为1wt％～5wt％；
所述的交联剂为改性苯基含氢硅油，含氢质量分数为0.2％～0.7％，粘度为18～1000mPa·s，交联剂的结构式如下：
所述的增粘剂的结构式如下：
其中R1为氢原子或烷基；R2为下面结构：
其中N＝1或2或3，M＝0或1或2或3。
2.根据权利要求1所述的光伏组件用有机硅封装材料的制备方法，其特征在于：所述苯基乙烯基硅油的乙烯基含量为0.1wt％～3wt％，苯基含量为1mmol/g～7.3mmol/g，粘度为2～200Pa·s。
3.根据权利要求2所述的光伏组件用有机硅封装材料的制备方法，其特征在于：所述苯基乙烯基硅油为高、低粘度苯基乙烯基硅油互配得到的。
4.根据权利要求1所述的光伏组件用有机硅封装材料的制备方法，其特征在于：所述的抑制剂为多乙烯基聚硅氧烷、炔醇类化合物、马来酸酯类化合物。
5.根据权利要求1所述的光伏组件用有机硅封装材料的制备方法，其特征在于：所述的铂催化剂是铂-乙烯基络合物或铂-炔烃基络合物。
6.一种光伏组件用有机硅封装材料，其特征在于：它是通过权利要求1至5任意一项所述的制备方法制备得到的，透光率≥92％，湿热老化和紫外老化1000小时后透光率保持率＞97％，防霉等级达到0级。
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