一种抗光伏组件潜在电势诱导衰减的EVA封装胶膜

摘要

本发明公开一种抗光伏组件潜在电势诱导衰减（PID）的EVA封装胶膜，该胶膜主要用于光伏组件封装领域。所述抗光伏组件潜在电势诱导衰减的EVA封装胶膜，由以重量份计的以下原料：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物100份、引发剂0.2-1.5份、抗氧剂0.1-0.5份、紫外光吸收剂0.1-0.5份、光稳定剂0.1-0.5份、增粘剂0.1-1.0份、金属离子捕捉剂0.1-1份制备而成。本发明所述的抗光伏组件潜在电势诱导衰减（PID）的EVA封装胶膜通过在普通EVA封装胶膜中添加金属离子捕捉剂，降低金属离子的迁移率，从根源上提高光伏组件的抗PID特性，并且方法简单，成本低廉，有利于光伏产品的进一步普及。

说明书

技术领域

本发明涉及一种EVA胶膜，具体涉及一种抗光伏组件潜在电势诱导衰减（PID）的EVA封装胶膜，该胶膜主要用于光伏组件封装领域。 

背景技术

PID的全称是潜在电势诱导衰减（Potential-induced degradation），该现象最早由Sunpower于2005年发现。它是指组件在高电压作用下使得玻璃、封装材料之间存在漏电流，大量电荷聚集在电池片表面，使得电池片表面的钝化效果恶化，导致光伏组件的光电转换效率大幅下降，严重时下降幅度能达到80-90%。 

从电池片功率衰减机理来讲，目前主要认为有三个原因：其一是光伏阵列的正向偏压会导致带正电的载流子穿过玻璃，通过接地边框流向地面，使得在电池片表面剩下带负电的载流子，从而导致前表面n+/n层的n+区域出现衰减现象。其二由于离子迁移发生在活性层内，使电池片的半导体结性能发生衰减并造成分流。其三是由于封装过程中出现的湿气会造成电池片栅线或焊带电解腐蚀导致串联电阻升高从而影响电池片产生电流损耗增大，导致光电转换功率下降。综合以上几个衰减机理，主要原因仍是组件中的金属离子迁移，主要有Na⁺、Ca²⁺、Ag⁺、Cu²⁺等等。 

引起光伏组件PID的外部条件主要是高电压、潮湿、高温，在这种条件下，光伏组件内因腐蚀或物料自带的自由活动的金属离子较多，同时在潮湿、电压的作用下，其迁移率会增加，从而在这种环境下PID现象特别明显。由于光伏系统、组件以及电池片对光伏组件的PID程度均有所影响，可以采用优化光伏 组件阵列排布方式、减少组件的湿漏电流、优化电池片的结构方式来提高光伏组的抗PID特性，但这些改进成本较高，不利于光伏行业目前降低成本的发展趋势。 

对于EVA胶膜来说，提高其体积电阻可以降低组件的湿漏电流，对改善组件的抗PID性能有一定作用，改善成本也低，但由于影响组件PID的因素是多方面的，仅仅改善其体积电阻的帮助始终受到局限。目前，在光伏行业领域，是急需一种解决光伏组件PID的低成本高效技术来加速光伏产业的发展。 

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种抗光伏组件潜在电势诱导衰减（PID）的EVA封装胶膜，通过改进普通的EVA封装胶膜，捕捉光伏组件中有害的金属离子，以最低成本从根源上解决组件的PID问题。 

为实现上述目的本发明所采用的技术方案如下： 

一种抗光伏组件潜在电势诱导衰减的EVA封装胶膜，其由以重量份计的以下原料制备： 

所述的引发剂为叔丁基过氧化乙酯酸、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、过 氧化二异丙苯、2,5-二叔丁基过氧化-2,5-二甲基己烷、叔丁基过氧化异丙苯中的一种或两种以上混合。其中较佳的是叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯。 

所述的抗氧剂为三（壬基苯基）亚磷酸酯、三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯、2,2，-亚甲基-双-（4-甲基-6-叔丁基苯酚）、3,5-二特丁基-4-羟基苯丙酸十八酯、四-（4-羟基-3,5-特丁基苯基丙酸）季戊四醇酯中的一种或两种以上混合。其中较佳的是三（壬基苯基）亚磷酸酯。 

所述的紫外光吸收剂为二羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-（2’-羟基-5’-甲基苯基）苯并三唑、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、3,5二叔丁基-4-羟基苯甲酸-2,4-二叔丁基苯酯，其中较佳的是2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的一种或两种以上混合。 

所述的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，选自N,N，-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺、癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、双（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯、2-（2’-羟基-5’-甲基苯基）-苯并三氮唑，其中较佳的是2-（2’-羟基-5’-甲基苯基）-苯并三氮唑中的一种或两种以上混合。 

所述的增粘剂为硅烷偶联剂，选自γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、3―氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种以上混合。其中较佳的是乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷。 

离子捕捉剂的种类较多，主要由有机粒子捕捉剂和无机离子捕捉剂。本发明所采用的金属离子捕捉剂为无机离子捕捉剂或者有机的离子捕捉剂中的一种。但是由于有机离子捕捉剂的耐热性较差，一般在100℃以下使用较好，而且不耐有机溶剂，用途受到限制；而无机离子捕捉剂耐热性强，100℃以上仍可使用，对熔融树脂的耐受性高，具有强抗氧化性，在传统的一些电子行业也有使用，将其加入到环氧树脂的封装材料中，可以有效捕捉Na⁺、Cl^-、Br^-、Cu²⁺、 Ag+等杂质离子，防止环氧树脂的配线和电极被腐蚀，可以提高这些材料的耐腐蚀性。因此在本发明中效果较好的粒子捕捉剂为无机离子捕捉剂中硅铝酸盐、水合氧化物、多价金属酸性盐、杂多酸中的一种。优选的，本发明采用的金属离子捕捉剂具体为Sb₂O₅·2H₂O，Bi₂O₃·nH₂O、Zr(HPO4)₂·H₂O、Ti(HPO₄)₂·H₂O、(NH₄)₃Mo₁₂(PO₄)₄₀·nH₂O、Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂、MgAl(CO₃)(OH)·nH₂O中的一种。其中效果最佳的是Zr(HPO₄)₂·H₂O或MgAl(CO₃)(OH)·nH₂O。有机离子捕捉剂的基本机理如式1所示，本发明中所采用的无机离子捕捉剂捕捉机理如式2所示。 

阳离子捕捉机理：Ｒ-OH＋M⁺→R－OM＋H⁺

阴离子捕捉机理：Ｒ-OH＋A^—→R－A＋OH^—

Ｒ-OH＋A^—＋H⁺→R-OH₂·A 

式1：有机离子捕捉机理（基本反应） 

Zr(HPO₄)₂·H₂O+2Na⁺→Zr(Na PO₄)₂·H₂O+2H⁺

Zr(HPO₄)₂·H₂O+Cu²⁺→Zr(Cu PO₄)₂·H₂O+2H⁺

MgAl(CO₃)(OH)·nH₂O+Cl^—→MgAl(CO₃)Cl·nH₂O+OH^—

式2：无机离子捕捉剂捕捉机理 

本发明将离子捕捉剂创造性的运用在光伏行业的EVA封装胶膜中，通过捕捉有害的金属离子，来减少金属离子的迁移率，减弱其对电池片的影响，从而最终防止光伏组件的潜在电势诱导衰减。 

本发明中的EVA胶膜的厚度可根据需要在0.1-1.0mm之间调节，通常光伏组件封装用厚度约为0.45mm，该胶膜在封装过程中交联，一般采用流延法或压延制得，具体步骤为：将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物同其它功能助剂经过混料、熔融挤出、流延成膜，最后收卷制得成品。 

本发明的有益效果在于：本发明所述的抗光伏组件潜在电势诱导衰减（PID）的EVA封装胶膜通过在普通EVA封装胶膜中添加金属离子捕捉剂，降低金属离 子的迁移率，从根源上提高光伏组件的抗PID特性，并且方法简单，成本低廉，有利于光伏产品的进一步普及。 

下面结合具体的实施方式对本发明作进一步详细说明。 

具体实施方式

以下是本发明部分具体实施例 

实施例1 

在100质量份醋酸乙烯含量为28%的EVA原料中加入0.2份叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.5份三（壬基苯基）亚磷酸酯，0.1份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，0.5份2-（2’-羟基-5’-甲基苯基）-苯并三氮唑，0.1份乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷，0.1份Zr(HPO₄)₂·H₂O，经过混料机混合均匀，投入流延机里，在80℃，经过塑化挤出、拉伸、牵引、收卷制成厚度约为0.45mm的EVA胶膜。 

实施例2 

在100质量份醋酸乙烯含量为33%的EVA原料中加入1.5份叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.1份三（壬基苯基）亚磷酸酯，0.5份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，0.1份2-（2’-羟基-5’-甲基苯基）-苯并三氮唑，1.0份乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷，1份Zr(HPO₄)₂·H₂O，经过混料机混合均匀，投入流延机里，在80℃，经过塑化挤出、拉伸、牵引、收卷制成厚度约为0.45mm的EVA胶膜。 

实施例3 

在100质量份醋酸乙烯含量为28%的EVA原料中加入1.0份叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.3份三（壬基苯基）亚磷酸酯，0.3份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，0.2份2-（2’-羟基-5’-甲基苯基）-苯并三氮唑，0.5份乙烯基三（β-甲 氧基乙氧基）硅烷，0.3份Zr(HPO₄)₂·H₂O，经过混料机混合均匀，投入流延机里，在80℃，经过塑化挤出、拉伸、牵引、收卷制成厚度约为0.45mm的EVA胶膜。 

实施例4 

在100质量份醋酸乙烯含量为28%的EVA原料中加入1.0份叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.3份三（壬基苯基）亚磷酸酯，0.3份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，0.2份2-（2’-羟基-5’-甲基苯基）-苯并三氮唑，0.5份乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷，0.3份MgAl(CO₃)(OH)·nH₂O，经过混料机混合均匀，投入流延机里，在80℃，经过塑化挤出、拉伸、牵引、收卷制成厚度约为0.45mm的EVA胶膜。 

实施例5 

在100质量份醋酸乙烯含量为33%的EVA原料中加入1.0份引发剂叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.3份三（壬基苯基）亚磷酸酯，0.3份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，0.2份2-（2’-羟基-5’-甲基苯基）-苯并三氮唑，0.5份乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷，1份MgAl(CO₃)(OH)·nH₂O，经过混料机混合均匀，投入流延机里，在80℃，经过塑化挤出、拉伸、牵引、收卷制成厚度约为0.45mm的EVA胶膜。 

实施例6 

在100质量份醋酸乙烯含量为28%的EVA原料中加入1.0份引发剂叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.3份三（壬基苯基）亚磷酸酯，0.3份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，0.2份2-（2’-羟基-5’-甲基苯基）-苯并三氮唑，0.5份乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷，0.1份MgAl(CO₃)(OH)·nH₂O经过混料机混合均匀，投入流延机里，在80℃，经过塑化挤出、拉伸、牵引、收卷制成厚度约为0.45mm 的EVA胶膜。 

实施例7 

在100质量份醋酸乙烯含量为28%的EVA原料中加入1.0份引发剂叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.3份三（壬基苯基）亚磷酸酯，0.3份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，0.2份2-（2’-羟基-5’-甲基苯基）-苯并三氮唑，0.5份乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷，0.2份Zr(HPO₄)₂·H₂O，0.2份MgAl(CO₃)(OH)·nH₂O经过混料机混合均匀，投入流延机里，在80℃，经过塑化挤出、拉伸、牵引、收卷制成厚度约为0.45mm的EVA胶膜。 

对比例1 

在100质量份醋酸乙烯含量为28%的EVA原料中加入1.0份引发剂叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.3份三（壬基苯基）亚磷酸酯，0.3份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，0.2份2-（2’-羟基-5’-甲基苯基）-苯并三氮唑，0.5份乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷，经过混料机混合均匀，投入流延机里，在80℃，经过塑化挤出、拉伸、牵引、收卷制成厚度约为0.45mm的EVA胶膜。 

对比例2 

在100质量份醋酸乙烯含量为33%的EVA原料中加入1.0份引发剂叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.3份三（壬基苯基）亚磷酸酯，0.3份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，0.2份2-（2’-羟基-5’-甲基苯基）-苯并三氮唑，0.5份乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷，经过混料机混合均匀，投入流延机里，在80℃，经过塑化挤出、拉伸、牵引、收卷制成厚度约为0.45mm的EVA胶膜。 

性能测试 

1.透光率 

按ASTMD-1003测试EVA封装胶膜的透光率。 

试验方法：按超白载玻片/EVA/超白载玻片结构在140℃，抽气6min、加压1min(1bar)、加压15min下制得样品，在分光光度计上测试其透光率。 

2.光伏组件PID测试 

按IEC62804系统偏压耐受测试，对光伏组件进行PID测试。 

试验方法：采用实施例中的EVA在相同工艺以及其它物料相同下制备晶硅组件，在85℃、85%的湿度下，外加1000V的负电压，测试96h，对比测试前后组件的功率衰减。 

性能测试结果见表1。 

表1：实施例的性能测试结果 

从表1的性能测试结果来看，实施例6和实施例7均为普通EVA封装胶膜，没有添加金属离子捕捉剂，其PID测试中光伏组件功率衰减较大，均超过了25%。其它实施例中均添加了金属离子捕捉剂，相对而言，光伏组件功率衰减均有所改善，并且不同的金属离子捕捉剂对光伏组件的PID影响不一，复合使用这些金属离子会有更好的效果。另外由于添加的是无机金属离子捕捉剂，其添加量过大会影响EVA封装胶膜的透光率，因此综合透光率和抗PID效果，实施例9 有比较好的效果，其透光率与常规EVA封装胶膜差别不大，同时组件电势诱导衰减仅为1.7%。 

综上所述，本发明中所涉及到的一种抗光伏组件潜在电势诱导衰减的EVA封装胶膜，通过添加金属离子捕捉剂来从根源上解决电池片功率的衰减，该方法成本低，效果明显，能够提高中国光伏企业的核心竞争力，使太阳能产业的得到进一步发展。 

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。