一种双面电池单面封装用抗PID胶膜及制备方法与流程

本发明涉及光伏组件封装技术领域，尤其涉及一种用于双面电池单面封装用抗pid的胶膜及其制备方法。

背景技术：

为了提高组件效率，晶硅太阳能电池经历了由单面电池向双面电池演变的过程，目前市场上双面电池已成为主流，预计2021年，perc电池将占据70％以上的市场。但双面电池存在严重的电势诱导衰减(pid)问题，与单面电池由钠离子迁移引起的功率衰减不同，双面电池的pid效应更为复杂，这也引起了大批研究机构及行业内精英的关注。针对双面电池pid机理的研究，目前行业内较为认可的有pid-p机理(极化效应)，即在负偏压作用下sinx表面积累正电荷导致极化，破坏了钝化效果，引起功率衰减。

目前市场上的封装胶膜种类组要有透明eva、白色eva、po及共挤po等，随着双面电池的发展，以及双面电池pid效应的存在，目前市场上双面电池封装主要有三种方式，第一种为透明eva搭配白色eva制备单玻组件，第二种为透明eva或po搭配纯po或者共挤po制备双玻组件，第三种为透明eva或po搭配纯po或共挤po制备透明背板组件。虽然po和共挤po在光伏组件封装中有良好的抗pid性能，但从成本优势考虑，市场上po粒子的价格远高于eva粒子的价格，目前价格还在不断上涨，且2020年玻璃价格大幅上涨，双玻组件成本变高，市场份额减小，而透明背板自身的耐候性还有待时间的验证，目前透明背板组件市场需求也不大，所以单玻组件不管是从成本还是耐候性考虑，都占据市场主流地位，而单玻组件搭配的白色eva相比透明eva来说，白色eva成本高，生产工艺困难，预交联度难控制，客户端使用易出现溢白、褶皱、电池片隐裂等多种问题，组件封装不良率高。所以，针对目前市场主流的双面电池，在封装材料的成本及层压工艺上还有进一步优化的空间。

透明eva作为一种光伏组件用封装材料，不仅具有优异的透光性，粘接力好，耐久性好，而且价格优势明显。此外eva加工温度较低，目前国内产业链相对成熟，生产过程稳定，产品良率高，客户端使用组件层压良率高，规避了白色eva加工及使用过程中出现的诸多问题，因此从成本、性能加工、使用性能等多方面考虑，透明eva仍然占据主要优势，但透明eva在双面电池封装中存在pid失效的风险，因此对透明eva配方进行改进，使其适应目前双面电池单面封装中的抗pid需求，具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种双面电池单面封装用抗pid胶膜，以便更有效的改善双面电池在白色背板组件中的pid效应。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种双面电池单面封装用抗pid胶膜，其包括乙烯-醋酸乙烯基体树脂及分散在其中的抗极化助剂二氧化硅粉体及其他助剂。

进一步地，按重量份计算，每100份的乙烯-醋酸乙烯基体树脂中包含0.1～1份的抗极化助剂二氧化硅，优选的抗极化助剂二氧化硅为0.3～1份。

进一步地，形成胶膜的其他助剂包括引发剂、助交联剂、偶联剂、紫外线吸收剂的一种或多种，优选地，按重量份计算，形成的高抗pid胶膜还包括：0.3～0.6份的引发剂，0.3～0.5份的助交联剂，0.2～1份的硅烷偶联剂，0.05～5份紫外线吸收剂。

进一步地，抗极化助剂二氧化硅粉体选用亲水性二氧化硅。相比疏水性二氧化硅，亲水性二氧化硅不需进一步改性，制备工艺更为简单，且被水润湿性好，在双85环境条件下更易发生水合反应，对抑制pid-p更为有利。

进一步地，抗极化助剂二氧化硅粉体选用沉淀法制备的二氧化硅。沉淀法制备的二氧化硅具有原料来源广泛，制备工艺简单，价格低廉，能耗较小，易于工业化等多种优点，是二氧化硅最常用的制备方法之一。

进一步地，抗极化助剂二氧化硅粉体选用无定形的角形或球形二氧化硅。无定形二氧化硅相比结晶二氧化硅，反应活性更高，在双85条件下表面更易发生水合，电离，中和双面电池在负偏压下的电荷积累，抑制pid-p的产生。

进一步地，抗极化助剂二氧化硅粉体的粒径在0.1～10μm，优选为0.5～3μm。二氧化硅的粒径选择与抗pid效果有很大的联系，粒径过大，比表面积小，吸附性差，中和的电荷减少，抗pid效果差。粒径过小，分散不均，会导致局部电荷积累，影响pid。另外，粒径越小，加工工艺升级，产品价格也越高，从成本角度考虑不划算。

进一步地，抗极化助剂二氧化硅粉体的纯度在99.9％以上。低纯度的二氧化硅粉体会在胶膜中引入其他元素的杂质，影响胶膜的耐候性，使得胶膜更易氧化发黄。其他元素的杂质也有可能形成游离的离子，迁移到电池片表面，破坏电池片的钝化层，导致pid失效的风险。

进一步地，所述引发剂主要为过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁基酯、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯中的一种或几种；所述助交联剂主要为三烯丙基异三聚氰酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或多种；所述偶联剂主要为乙烯基三甲氧硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种；所述紫外线吸收剂为n-(2-乙氧基苯基)-n'-(4-乙基苯基)-乙二酰胺、2-(2'-羟基-3',5'-二叔戊基苯基)苯并三唑、2-(2h)-苯并三氮唑-2-基)-6-十二烷基-4-甲基苯酚、2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑、[4-(2-乙基己氧基)-2-羟基苯基]-苯基甲酮中的一种或几种。

为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种双面电池单面封装用抗pid胶膜制备方法，包括以下步骤：

s1、按比例称取乙烯-醋酸乙烯树脂，抗极化助剂二氧化硅及其他助剂加入到混料机中，搅拌均匀：

s2、将s1的混合物料在单螺杆挤出机上熔融挤出，挤出温度控制在80～95℃，再经流延、冷却、收卷成膜得到双面单封抗pid胶膜。

本发明提供了一种双面电池单面封装用抗pid胶膜，该抗pid胶膜针对pid机理中的极化机理，用于p型电池的背面或者n型电池的正面，通过添加抗极化助剂二氧化硅，提高组件在双85及-1500v偏压下的抗极化能力，改善功率衰减的问题。在高湿高压环境下，二氧化硅表面水合，电离，使得表面带负电，中和p型双面电池在负偏压作用下背面钝化层sinx表面积累的正电荷，降低对电池片钝化层的破坏，从而抑制pid效应中的极化效应的产生，改善组件的pid问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例中的无定形球形二氧化硅的扫描电镜图。

图2为本发明实施例中的无定形角形二氧化硅的扫描电镜图。

具体实施方式

本发明实施例一种双面电池单面封装用抗pid胶膜，按重量份计，包括100份乙烯-醋酸乙烯基体树脂、0.1～1份抗极化助剂二氧化硅及0.05～7.1份其他助剂；所述抗极化助剂二氧化硅和所述其他助剂分散在所述乙烯-醋酸乙烯基体树脂中。

所述抗极化助剂二氧化硅为0.3～1份。

所述抗极化助剂二氧化硅为亲水性二氧化硅。

所述抗极化助剂二氧化硅形貌为无定形球形或角形二氧化硅。

所述抗极化助剂二氧化硅粉体的纯度在99.9％以上。

所述抗极化助剂二氧化硅为沉淀法制备的二氧化硅。上述这些二氧化硅除了使用市售的二氧化硅外，也可以通过作为原料的水玻璃和h2so4在80℃的恒温水浴下进行交替滴加，控制溶液ph7～8，得到的沉淀物，经多次离心、洗涤，烘干，再经煅烧及球磨机研磨得到所需的二氧化硅粉体。

所述抗极化助剂二氧化硅粒径为0.1～10μm。优选的所述的抗极化助剂二氧化硅粒径为0.5～3μm。

在一些优选的实施例中，所述其他助剂为引发剂、助交联剂、偶联剂、紫外线吸收剂中的一种或多种；所述引发剂为过氧化物类引发剂；所述偶联剂为硅烷偶联剂。

所述其他助剂包括0.3～0.6份的所述引发剂，0.3～0.5份的所述助交联剂，0.2～1份的所述偶联剂以及0.05～5份的所述紫外线吸收剂。

双面单封抗pid胶膜的制备方法，包括以下步骤：

s1、按比例称取乙烯-醋酸乙烯树脂，抗极化助剂二氧化硅及其他助剂加入到混料机中，搅拌均匀；

s2、将s1的混合物料在单螺杆挤出机上熔融挤出，挤出温度控制在85℃，再经流延、冷却、收卷成膜得到双面单封抗pid胶膜。

需说明的是，单螺杆挤出机的挤出温度，虽然也取决于螺杆的转速，但优选为80～95℃，更为优选的为85℃。在小于80℃时，物料在料筒中未完全熔融，导致混合不充分，如果超过95℃，树脂与助剂在料筒中发生交烧反应，物料流动性变差，导致死料的产生，影响胶膜生产及后续组件端层压时的良率。

下面结合具体实施案例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1：

制备双面单封抗pid胶膜，以重量份计算，将100份乙烯-醋酸乙烯树脂，0.3份的粒径为0.5μm的球形二氧化硅，0.5份的引发剂过氧化苯甲酸叔丁酯，0.5份的助交联剂三烯丙基异三聚氰酸酯，0.3份的偶联剂乙烯基三甲氧硅烷以及2份的紫外线吸收剂n-(2-乙氧基苯基)-n'-(4-乙基苯基)-乙二酰胺加入到混料机中，搅拌均匀，在单螺杆挤出机上熔融挤出，挤出温度控制在85℃，物料经流延、冷却、收卷成膜，得到用于双面电池单面封装的抗pid胶膜p-1。

实施例2：

制备双面单封抗pid胶膜，以重量份计算，将100份乙烯-醋酸乙烯树脂，0.3份的粒径为1μm的球形二氧化硅，0.5份的引发剂过氧化苯甲酸叔丁酯，0.5份的助交联剂三烯丙基异三聚氰酸酯，0.3份的偶联剂乙烯基三甲氧硅烷以及2份的紫外线吸收剂n-(2-乙氧基苯基)-n'-(4-乙基苯基)-乙二酰胺加入到混料机中，搅拌均匀，在单螺杆挤出机上熔融挤出，挤出温度控制在85℃，物料经流延、冷却、收卷成膜，得到用于双面电池单面封装的抗pid胶膜p-2。

实施例3：

制备双面单封抗pid胶膜，以重量份计算，将100份乙烯-醋酸乙烯树脂，0.3份的粒径为2μm的球形二氧化硅，0.5份的引发剂过氧化苯甲酸叔丁酯，0.5份的助交联剂三烯丙基异三聚氰酸酯，0.3份的偶联剂乙烯基三甲氧硅烷以及2份的紫外线吸收剂n-(2-乙氧基苯基)-n'-(4-乙基苯基)-乙二酰胺加入到混料机中，搅拌均匀，在单螺杆挤出机上熔融挤出，挤出温度控制在85℃，物料经流延、冷却、收卷成膜，得到用于双面电池单面封装的抗pid胶膜p-3。

实施例4：

制备双面单封抗pid胶膜，以重量份计算，将100份乙烯-醋酸乙烯树脂，0.3份的粒径为2μm的角形二氧化硅，0.5份的引发剂过氧化苯甲酸叔丁酯，0.5份的助交联剂三烯丙基异三聚氰酸酯，0.3份的偶联剂乙烯基三甲氧硅烷以及2份的紫外线吸收剂n-(2-乙氧基苯基)-n'-(4-乙基苯基)-乙二酰胺加入到混料机中，搅拌均匀，在单螺杆挤出机上熔融挤出，挤出温度控制在85℃，物料经流延、冷却、收卷成膜，得到用于双面电池单面封装的抗pid胶膜p-4。

实施例5：

制备双面单封抗pid胶膜，以重量份计算，将100份乙烯-醋酸乙烯树脂，0.6份的粒径为2μm的角形二氧化硅，0.5份的引发剂过氧化苯甲酸叔丁酯，0.5份的助交联剂三烯丙基异三聚氰酸酯，0.3份的偶联剂乙烯基三甲氧硅烷以及2份的紫外线吸收剂n-(2-乙氧基苯基)-n'-(4-乙基苯基)-乙二酰胺加入到混料机中，搅拌均匀，在单螺杆挤出机上熔融挤出，挤出温度控制在85℃，物料经流延、冷却、收卷成膜，得到用于双面电池单面封装的抗pid胶膜p-5。

实施例6：

制备双面单封抗pid胶膜，以重量份计算，将100份乙烯-醋酸乙烯树脂，1份的粒径为2μm的角形二氧化硅，0.5份的引发剂过氧化苯甲酸叔丁酯，0.5份的助交联剂三烯丙基异三聚氰酸酯，0.3份的偶联剂乙烯基三甲氧硅烷以及2份的紫外线吸收剂n-(2-乙氧基苯基)-n'-(4-乙基苯基)-乙二酰胺加入到混料机中，搅拌均匀，在单螺杆挤出机上熔融挤出，挤出温度控制在85℃，物料经流延、冷却、收卷成膜，得到用于双面电池单面封装的抗pid胶膜p-6。

实施例7：

制备双面单封抗pid胶膜，以重量份计算，将100份乙烯-醋酸乙烯树脂，0.3份的粒径为5μm的角形二氧化硅，0.5份的引发剂过氧化苯甲酸叔丁酯，0.5份的助交联剂三烯丙基异三聚氰酸酯，0.3份的偶联剂乙烯基三甲氧硅烷以及2份的紫外线吸收剂n-(2-乙氧基苯基)-n'-(4-乙基苯基)-乙二酰胺加入到混料机中，搅拌均匀，在单螺杆挤出机上熔融挤出，挤出温度控制在85℃，物料经流延、冷却、收卷成膜，得到用于双面电池单面封装的抗pid胶膜p-7。

实施例8：

制备双面单封抗pid胶膜，以重量份计算，将100份乙烯-醋酸乙烯树脂，0.3份的粒径为8μm的角形二氧化硅，0.5份的引发剂过氧化苯甲酸叔丁酯，0.5份的助交联剂三烯丙基异三聚氰酸酯，0.3份的偶联剂乙烯基三甲氧硅烷以及2份的紫外线吸收剂n-(2-乙氧基苯基)-n'-(4-乙基苯基)-乙二酰胺加入到混料机中，搅拌均匀，在单螺杆挤出机上熔融挤出，挤出温度控制在85℃，物料经流延、冷却、收卷成膜，得到用于双面电池单面封装的抗pid胶膜p-8。

实施例9：

制备双面单封抗pid胶膜，以重量份计算，将100份乙烯-醋酸乙烯树脂，0.3份的粒径为12μm的角形二氧化硅，0.5份的引发剂过氧化苯甲酸叔丁酯，0.5份的助交联剂三烯丙基异三聚氰酸酯，0.3份的偶联剂乙烯基三甲氧硅烷以及2份的紫外线吸收剂n-(2-乙氧基苯基)-n'-(4-乙基苯基)-乙二酰胺加入到混料机中，搅拌均匀，在单螺杆挤出机上熔融挤出，挤出温度控制在85℃，物料经流延、冷却、收卷成膜，得到用于双面电池单面封装的抗pid胶膜p-9。

对比例1：

制备双面单封抗pid胶膜，以重量份计算，将100份乙烯-醋酸乙烯树脂，0.5份的引发剂过氧化苯甲酸叔丁酯，0.5份的助交联剂三烯丙基异三聚氰酸酯，0.3份的偶联剂乙烯基三甲氧硅烷以及2份的紫外线吸收剂n-(2-乙氧基苯基)-n'-(4-乙基苯基)-乙二酰胺加入到混料机中，搅拌均匀，在单螺杆挤出机上熔融挤出，挤出温度控制在85℃，物料经流延、冷却、收卷成膜，得到用于双面电池单面封装的抗pid胶膜是s-1。

将上述实施例及对比例所得eva胶膜搭配不同工艺、厂家、批次的p型双面电池经相同工艺层压制成白色背板组件，光伏组件pid试验依据iects2804-1:2015进行测试，测试条件为85℃，85％rh，外加-1500v恒定直流电压，经192h后，测定光伏组件pid试验前后的功率衰减。表征测试结果见表1：

表1实施例与对比例的功率衰减性

由表1中实施例与对比例的测试数据对比可以看出：

无定形球形和角形二氧化硅的加入制备的eva胶膜，搭配不同厂家、工艺、批次的p型双面电池，在双85及-1500v测试条件下，192h组件功率衰减均在5％以内，满足目前的市场需求。优选范围内二氧化硅的添加量对胶膜抗pid性能影响不大，不同粒径的二氧化硅对组件pid有一定影响，但在设定优选的二氧化硅粒径范围内，组件功率衰减均能控制在5％以内。

从对比例1中可以看出，不含二氧化硅的eva胶膜搭配不同厂家、工艺的电池片制备的组件，9bb电池片的抗pid效果优于5bb电池片，但总的来说，组件功率衰减较大，均在5％以上，明显差于添加二氧化硅的胶膜的抗pid性能，所以不加二氧化硅的胶膜抗pid性能不理想。

从以上描述中可以看出，本发明的实施例实现了如下的技术效果：

本发明制备的太阳能封装胶膜，合理添加一定形貌、粒径范围的二氧化硅，二氧化硅在高湿高热环境下，表面水合、电离，使得二氧化硅带负电，中和了因极化作用聚集在p型电池片背面钝化层sinx上的正电荷，削弱了双面电池pid机理中的极化效应，且在不同厂家、工艺、批次的电池片上均适用，抗pid效果稳定性较好，实现了双面电池在单玻组件中抗pid的应用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。