基于微胶囊的抗PID的EVA胶膜及其制备方法与流程

基于微胶囊的抗pid的eva胶膜及其制备方法
技术领域
1.本发明属于光伏技术领域，具体涉及一种基于微胶囊的抗pid的eva胶膜及其制备方法。


背景技术：

2.太阳能电池，是一种半导体薄片，又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。现阶段晶硅太阳能电池片为行业内主流产品。单体太阳电池不能直接做电源使用。作电源必须将若干单体电池串、并联连接和严密封装成组件。太阳能电池组件(也叫太阳能电池板)是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分。其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。
3.光伏组件因其对环境的低影响而成为最有前途的系统之一。尽管长期以来光伏组件在现场条件下非常可靠,退化率和故障率较低,但仍然容易受到腐蚀和分层等故障的影响。在常见的可靠性问题中,光伏组件的电势诱导衰减效应(pid)会导致现场条件下光伏组件发生灾难性故障。pid效应被定义为太阳能电池和光伏模块框架之间施加高电压而引起的功率退化。pid效应不仅会导致光伏组件的衰减,还会导致晶硅太阳能组件的失效,在实际生产应用中会造成不可逆转的损失,对产能有巨大影响。pid效应已被证明在双面光伏组件和系统中会引发严重的功率衰减和快速断电问题。
4.引发pid效应的原因较为复杂,主要包含以下几方面:光伏电站模块框架的接地安装方式使得太阳能电池与地面之间产生高电位；温度、湿度、电压、光照、玻璃表面的接地条件等外部条件；模块有无框架；光伏组件所包含玻璃、封装胶膜、电池片、背板等组件材料的实际应用中,引发的不同程度na 移动。晶硅电池主要有n型和p型两种,n型电池中硅片掺杂磷使电池带负电,pid效应的原因是增透膜的表面极化；p型电池中硅片掺杂硼使电池带正电,pid效应的原因是p-n结中na 的漂移和扩散。
5.作为光伏组件的重要组成部分,封装材料的主要作用有:在制造、搬运、储存、安装和操作中保护组件并在模块设计布局中提供太阳能电池的结构支撑；保持太阳能电池和玻璃之间的良好粘合,避免气体、水汽的进入和液态水的积聚,从而提供防腐蚀保护；保护运行环境中的电路,使其免受潜在的侵蚀性和退化性因素的影响；在光伏模块的工作寿命内,实现并保持太阳能电池和电路元件之间的电绝缘；具备光传输和透光率的属性。光伏组件封装材料根据其封装形式的不同可以分为两大类:封装胶与封装膜。常见的封装膜有eva、聚乙烯醇缩丁酸、聚氨酯薄膜及其它封装膜。组件封装常用封装材料中,eva在高热高湿条件下的性能衰减较显著,pvb、tpo略好。但对光伏组件而言,pvb、tpo价格较高,因此eva是目前应用最广泛的封装材料,约占封装材料市场的80％。
6.eva封装胶膜的稳定性受环境影响较大,特别是紫外线、红外线辐射和湿度。eva封装胶膜老化引起的失效模式归纳为三种:变色、分层和腐蚀。eva封装胶膜的老化会由于变色(黄变、褐变)而导致光学解耦,随之而来的是功率损失、附着力下降、分层以及由醋酸产
生的金属件腐蚀。eva封装胶膜老化脱乙酰反应生成醋酸,从而降低了膜的酸碱度并加快了组件表面腐蚀的速度；老化产生的酸根离子引起玻璃层na 的迁移,进而诱发pid效应。因此，如何能抑制eva胶膜老化过程中的酸根离子产生，将有助于提高eva胶膜的抗pid性能。


技术实现要素：

7.本发明提供了一种基于微胶囊的抗pid的eva胶膜及其制备方法，以解决eva胶膜老化过程中酸根离子的产生问题。
8.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于微胶囊的抗pid的eva胶膜的制备方法，包括如下步骤：步骤s1，通过w/o的形式制备得到微胶囊，所述微胶囊的芯材为强碱弱酸盐，所述微胶囊的壁材遇酸产生刺激响应发生膨胀释放芯材；步骤s2，将微胶囊与基材树脂颗粒及各种助剂混合均匀，得到预混颗粒；步骤s3，将预混颗粒通过流延成膜的方法制备得到基于微胶囊的抗pid的eva胶膜；所述步骤s1中通过w/o的形式制备得到微胶囊包括：先将强碱弱酸盐微球和长链聚合物溶于水中，再加入壁材原料和引发剂进行超声处理10～60min，得到水相；将乳化剂溶于溶剂中，得到油相；将水相加入至油相中，在500～1500rpm转速下，搅拌0.5～2h，得到稳定的乳液；在乳液中加入催化剂进行聚合反应，得到微胶囊，并经过滤、洗涤、干燥后收藏备用；以及所述制备方法中原料的质量份数比为：水100份；强碱弱酸盐微球1～5份；长链聚合物5～10份；壁材原料2～10份；引发剂0.1～1份；溶剂50份；乳化剂10～20份；催化剂1～5份；其中所述基材树脂颗粒为eva颗粒；所述助剂包括交联剂、助交联剂、硅烷偶联剂、抗氧剂和光稳定剂。
9.又一方面，本发明还提供了一种通过如前所述的制备方法得到的基于微胶囊的抗pid的eva胶膜，包括：微胶囊；其中所述微胶囊的芯材为强碱弱酸盐，所述微胶囊的壁材遇酸产生刺激响应发生膨胀释放芯材。
10.第三方面，本发明还提供了一种光伏组件，包括：如前所述的基于微胶囊的抗pid的eva胶膜作为单独的正面和/或背面胶膜使用，或搭配其他胶膜使用。
11.本发明的有益效果是，本发明的基于微胶囊的抗pid的eva胶膜及其制备方法通过将强碱弱酸盐微球作为芯材并用长链聚合物包覆在表面形成壁材，再通过w/o的乳液聚合形式得到微胶囊，微胶囊的壁材在酸性环境下会产生刺激响应发生膨胀释放芯材，有效抑制了eva胶膜老化过程中释放的酸根离子，避免了pid现象的加剧。
12.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
13.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1是本发明的基于微胶囊的抗pid的eva胶膜的内部截面形貌sem图；
16.图2是本发明的碳酸氢钠芯材-丙烯酰胺壁材的微胶囊的外观形貌sem图；
17.图3是本发明的碳酸氢钠芯材-丙烯酰胺壁材的微胶囊的内部形貌tem图；
18.图4是本发明的碳酸氢钠芯材-丙烯酰胺壁材的微胶囊在ph＝1.2水溶液中，浸泡24h前的形貌变化；
19.图5是本发明的碳酸氢钠芯材-丙烯酰胺壁材的微胶囊在ph＝1.2水溶液中，浸泡24h后的形貌变化；
20.图6是本发明的碳酸氢钠芯材-丙烯酰胺壁材的微胶囊在不同ph环境中的释放情况。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.本发明提供了一种基于微胶囊的抗pid的eva胶膜的制备方法，包括如下步骤：步骤s1，通过w/o的形式制备得到微胶囊，所述微胶囊的芯材为强碱弱酸盐，所述微胶囊的壁材遇酸产生刺激响应发生膨胀释放芯材；步骤s2，将微胶囊与基材树脂颗粒及各种助剂混合均匀，得到预混颗粒；步骤s3，将预混颗粒通过流延成膜的方法制备得到基于微胶囊的抗pid的eva胶膜；所述步骤s1中通过w/o的形式制备得到微胶囊包括：先将强碱弱酸盐微球和长链聚合物溶于水中，再加入壁材原料和引发剂进行超声处理10～60min，得到水相；将乳化剂溶于溶剂中，得到油相；将水相加入至油相中，在500～1500rpm转速下，搅拌0.5～2h，得到稳定的乳液；在乳液中加入催化剂进行聚合反应，得到微胶囊，并经过滤、洗涤、干燥后收藏备用；以及所述制备方法中原料的质量份数比为：水100份；强碱弱酸盐微球1～5份；长链聚合物5～10份；壁材原料2～10份；引发剂0.1～1份；溶剂50份；乳化剂10～20份；催化剂1～5份；其中所述基材树脂颗粒为eva颗粒；所述助剂包括交联剂、助交联剂、硅烷偶联剂、抗氧剂和光稳定剂。
23.在本实施例中，优选的，超声处理时间为10、20、30、40、50、60min。
24.在本实施例中，优选的，搅拌速度为500rpm、600rpm、700rpm、800rpm、900rpm、1000rpm、1100rpm、1200rpm、1300rpm、1400rpm、1500rpm。
25.在本实施例中，优选的，搅拌时间为0.5h、1h、1.5h、2h。
26.在本实施例中，具体的，水为去离子水。
27.在本实施例中，具体的，所述强碱弱酸盐微球为碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钙、醋酸钠、碳酸钡、碳酸镁、碳酸钾、碳酸氢钙、碳酸氢钡、碳酸氢镁和碳酸氢钾中的任意一种。
28.在本实施例中，具体的，所述强碱弱酸盐微球的直径为10nm～1μm。
29.在本实施例中，具体的，所述长链聚合物为海藻酸盐、琼脂和明胶中的任意一种。
30.在本实施例中，具体的，所述壁材原料包括主壁材原料和辅壁材原料；其中所述主壁材原料和辅壁材原料的质量比为100:0～5；所述主壁材原料为丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺中的任意一种；所述辅壁材原料为n,n'-亚甲基双丙烯酰胺。
31.在本实施例中，优选的，在壁材原料为丙烯酰胺和n,n'-亚甲基双丙烯酰胺这一组
合实施例下，两者质量比为100:1、100:2、100:3、100:4、100:5。
32.在本实施例中，优选的，在壁材原料为甲基丙烯酰胺和n,n'-亚甲基双丙烯酰胺这一组合实施例下，两者质量比为100:1、100:2、100:3、100:4、100:5。
33.在本实施例中，具体的，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾和双氧水中的任意一种；所述溶剂为正己烷、异己烷、正庚烷、异庚烷、正戊烷、异戊烷、正辛烷、异辛烷中的任意一种；所述乳化剂为吐温20、吐温40、吐温60、吐温80、司盘20、司盘40、司盘60和司盘80中的任意一种或任意两种及以上的混合物；其中，在吐温和司盘的组合下，两者的质量比优选为4:6、5:5、6:4；所述催化剂为四甲基乙二胺、乙二胺、二甲基乙二胺中的任意一种。
34.在本实施例中，具体的，所述过滤、洗涤、干燥包括：过滤采用抽滤的方式，与洗涤同步完成，使用异丙醇对产物冲洗三次，后在50～70℃的烘箱中干燥8～24h。
35.在本实施例中，具体的，所述eva颗粒、微胶囊、交联剂、助交联剂、硅烷偶联剂、光稳定剂、抗氧剂的质量份数比为：eva颗粒100份；微胶囊0.1～1份；交联剂0.5～4份；助交联剂0.1～1份；硅烷偶联剂0.2～2份；光稳定剂0.01～0.3份；抗氧剂0.01～0.3份。
36.在本实施例中，具体的，所述交联剂为过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯、1,1-二叔丁基过氧化环己烷、过氧化2-乙基己基碳酸叔戊酯、1,1-双(叔丁基过氧基)-3,3,5-三甲基环己烷、二(4-甲基苯甲酰)过氧化物和过氧化-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯中任意一种。
37.在本实施例中，具体的，所述助交联剂为乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧化丙三醇三丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、三聚氰酸三烯丙酯中任意一种。
38.在本实施例中，具体的，所述硅烷偶联剂为乙烯基类硅烷偶联剂、氯烃基类硅烷偶联剂、氨烃基类硅烷偶联剂、环氧烃基类硅烷偶联剂、甲基丙烯酰氧烷基类硅烷偶联剂、含硫烃基类硅烷偶联剂、拟卤素类硅烷偶联剂或季氨烃基类硅烷偶联剂中的任意一种。
39.在本实施例中，具体的，所述光稳定剂为光屏蔽剂类光稳定剂、淬灭剂类光稳定剂、自由基捕获剂类光稳定剂和氢过氧化物分解剂类光稳定剂中的任意一种。
40.在本实施例中，具体的，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、芳香胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫醚类抗氧剂和金属钝化剂类抗氧剂中的任意一种。
41.在本实施例中，具体的，所述步骤s3中将预混颗粒通过流延成膜的方法制备得到基于微胶囊的抗pid的eva胶膜包括：通过流延法，按配方进行混料，而后在加工温度下，经螺杆塑化，挤出，从模头流出，经辊轮压制成为基于微胶囊的抗pid的eva胶膜；其中所述加工温度为60～110℃。
42.又一方面，如图1所示，本发明还提供了一种通过如前所述的制备方法得到的基于微胶囊的抗pid的eva胶膜，包括：微胶囊；其中所述微胶囊的芯材为强碱弱酸盐，所述微胶囊的壁材遇酸产生刺激响应发生膨胀释放芯材，图中可清晰的识别到微胶囊均匀的分散在eva基材中，并没有团聚现象的产生。
43.在本实施例中，具体的，微胶囊是单一微胶囊，也可以是多种微胶囊的组合。例如：碳酸氢钠芯材-丙烯酰胺壁材微胶囊和碳酸钙芯材-丙烯酰胺壁材微胶囊组合；碳酸氢钠芯材-丙烯酰胺壁材微胶囊和碳酸氢钠芯材-丙烯酰胺和n,n'-亚甲基双丙烯酰胺的组合壁材微胶囊。其他组合不再赘述。
44.如图2和图3所示，在一个实施例碳酸氢钠芯材-丙烯酰胺壁材的微胶囊中，外观sem图可见有清晰的壁材包覆，同时在内部tem图中可见有均分分散的芯材。
45.如图4和图5所示，在一个实施例碳酸氢钠芯材-丙烯酰胺壁材的微胶囊在ph＝1.2水溶液中，浸泡24h前后的形貌变化可见，左侧的微胶囊在酸性环境下浸泡24h后，壁材遇酸产生刺激响应发生了膨胀，同时释放出了内部的芯材，有效抑制了酸性环境的影响。
46.如图6所示，在一个实施例碳酸氢钠芯材-丙烯酰胺壁材的微胶囊在不同ph环境中的释放情况可见，微胶囊在寻常的中性环境下壁材未收到酸性环境刺激不会发生膨胀并释放芯材，在ph＝5.5的弱酸环境下微胶囊的释放速率低于ph＝1.2的强酸环境，但最终在120h时会趋于相近的65％。
47.第三方面，本发明还提供了一种光伏组件，包括：如前所述的基于微胶囊的抗pid的eva胶膜作为单独的正面和/或背面胶膜使用，或搭配其他胶膜使用。
48.具体的，采用本发明的基于微胶囊的抗pid的eva胶膜作为正面封装胶膜和背面封装胶膜，封装制成光伏组件后，根据行标iec-62804测试光伏组件的原始及在85℃、85％rh条件下1000h，3000h的老化实验后的抗pid效果。
49.剥离力测试：
50.试样制备：1)准备尺寸均为300mm
×
150mm的胶膜生料两块、玻璃一块和柔性背板一块；2)按照玻璃/胶膜(两块)/柔性背板依次叠好，放入真空层压机内，按产品要求的温度和时间进行层压，层压后的样品内胶膜应无气泡。制备3个试样；3)在宽度方向上每隔5mm将柔性背板/胶膜层切割成宽度为10mm
±
0.5mm的试样，用于胶膜与玻璃之间剥离力测试。
51.试验过程:按gb/t2790-1995的试验方法，以100mm/min
±
10mm/min的拉伸速度在拉力试验机上测量玻璃与胶膜之间的剥离力f。
52.试验结果:剥离强度按下式计算，取3个试样的算术平均值，精确至0.1n/cm。
53.σ＝f/b
54.式中:σ—180
°
剥离强度，n/cm；f—剥离力，n；b—试样宽度，cm。
55.可见光的透过率使用紫外分光光度计(uv-6000)进行测试，测试波段为380-1100nm；拉伸性能按gb/t1040.3-2006测试，拉伸速率为500mm/min。
56.实施例1
57.第一步，制备微胶囊，先将强碱弱酸盐微球和长链聚合物溶于水中，再加入壁材原料和交联剂进行超声处理60min，得到水相。同时将乳化剂溶于溶剂中，得到油相。将所得的水相加入油相之中，在1500rpm转速下，搅拌0.5h得到稳定的乳液，最后加入催化剂进行聚合反应，制得微胶囊，后通过过滤，异丙醇洗涤，50℃烘箱干燥24h，备用。配方如下：
58.[0059][0060]
第二步，抗pid的eva胶膜的制备方法如下：按配方进行混料，后在一定的加工温度下，经螺杆塑化，挤出，从模头流出，经辊轮压制成为抗pid的eva胶膜，加工温度为60℃，配方质量份数比例为：
[0061][0062]
第三步，组件制备：正面和背面胶膜都采用本实施例制得的胶膜。
[0063]
实施例2
[0064]
第一步，制备微胶囊，先将强碱弱酸盐微球和长链聚合物溶于水中，再加入壁材原料和交联剂进行超声处理10min，得到水相。同时将乳化剂溶于溶剂中，得到油相。将所得的水相加入油相之中，在500rpm转速下，搅拌2h得到稳定的乳液，最后加入催化剂进行聚合反应，制得微胶囊，后通过过滤，异丙醇洗涤，70℃烘箱干燥8h，备用。配方如下：
[0065][0066]
第二步，抗pid的eva胶膜的制备方法如下：按配方进行混料，后在一定的加工温度下，经螺杆塑化，挤出，从模头流出，经辊轮压制成为抗pid的eva胶膜，加工温度为110℃，配方质量份数比例为：
[0067][0068]
第三步，组件制备：正面和背面胶膜都采用本实施例制得的胶膜。
[0069]
实施例3
[0070]
第一步，制备微胶囊，先将强碱弱酸盐微球和长链聚合物溶于水中，再加入壁材原料和交联剂进行超声处理30min，得到水相。同时将乳化剂溶于溶剂中，得到油相。将所得的水相加入油相之中，在1000rpm转速下，搅拌1h得到稳定的乳液，最后加入催化剂进行聚合反应，制得微胶囊，后通过过滤，异丙醇洗涤，60℃烘箱干燥20h，备用。配方如下：
[0071][0072]
第二步，抗pid的eva胶膜的制备方法如下：按配方进行混料，后在一定的加工温度下，经螺杆塑化，挤出，从模头流出，经辊轮压制成为抗pid的eva胶膜，加工温度为90℃，配方质量份数比例为：
[0073][0074]
第三步，组件制备：正面和背面胶膜都采用本实施例制得的胶膜。
[0075]
实施例4
[0076]
第一步，制备微胶囊，先将强碱弱酸盐微球和长链聚合物溶于水中，再加入壁材原料和交联剂进行超声处理30min，得到水相。同时将乳化剂溶于溶剂中，得到油相。将所得的水相加入油相之中，在1000rpm转速下，搅拌1h得到稳定的乳液，最后加入催化剂进行聚合反应，制得微胶囊，后通过过滤，异丙醇洗涤，60℃烘箱干燥20h，备用。配方如下：
[0077][0078]
第二步，抗pid的eva胶膜的制备方法如下：按配方进行混料，后在一定的加工温度下，经螺杆塑化，挤出，从模头流出，经辊轮压制成为抗pid的eva胶膜，加工温度为80℃，配方质量份数比例为：
[0079][0080][0081]
第三步，组件制备：正面和背面胶膜都采用本实施例制得的胶膜。
[0082]
实施例5
[0083]
第一步，制备微胶囊，先将强碱弱酸盐微球和长链聚合物溶于水中，再加入壁材原料和交联剂进行超声处理30min，得到水相。同时将乳化剂溶于溶剂中，得到油相。将所得的水相加入油相之中，在1000rpm转速下，搅拌1h得到稳定的乳液，最后加入催化剂进行聚合反应，制得微胶囊，后通过过滤，异丙醇洗涤，60℃烘箱干燥20h，备用。配方如下：
[0084][0085]
第二步，抗pid的eva胶膜的制备方法如下：按配方进行混料，后在一定的加工温度下，经螺杆塑化，挤出，从模头流出，经辊轮压制成为抗pid的eva胶膜，加工温度为90℃，配方质量份数比例为：
[0086][0087][0088]
实施例6
[0089]
本实施例中使用微胶囊为实施例1和实施例5的混合微胶囊。
[0090]
抗pid的eva胶膜的制备方法如下：按配方进行混料，后在一定的加工温度下，经螺杆塑化，挤出，从模头流出，经辊轮压制成为抗pid的eva胶膜，加工温度为90℃，配方质量份数比例为：
[0091][0092]
第三步，组件制备：正面和背面胶膜都采用本实施例制得的胶膜。
[0093]
对比例1
[0094]
组件制备：正面和背面胶膜都采用普通eva胶膜；
[0095]
对比例2
[0096]
组件制备：正面为普通eva胶膜，背面为实施例1所制备的胶膜；
[0097]
对比例3
[0098]
组件制备：正面为实施例1所制备的胶膜，背面为普通eva胶膜；
[0099][0100]
根据实施例和对比例的测试结果可知，对酸响应的包覆强碱弱酸盐的微胶囊对eva胶膜的基础性能不会造成负面影响，其能够有效地提高eva胶膜的抗pid性能。
[0101]
在各实施例中，不同组分对胶膜的各项性能起到了复配调和的效果，使本发明的基于微胶囊的抗pid的eva胶膜的性能能够维持在一个相对恒定的区间内，保证了品控稳定性。
[0102]
综上所述，本发明的基于微胶囊的抗pid的eva胶膜及其制备方法通过将强碱弱酸盐微球作为芯材并用长链聚合物包覆在表面形成壁材，再通过w/o的乳液聚合形式得到微
胶囊，微胶囊的壁材在酸性环境下会产生刺激响应发生膨胀释放芯材，有效抑制了eva胶膜老化过程中释放的酸根离子，避免了pid现象的加剧。
[0103]
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。