專(zhuān)利名稱：一種使太陽(yáng)能電池專(zhuān)用eva封裝膠膜與玻璃面板之間保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及EVA膠膜領(lǐng)域，尤其涉及太陽(yáng)能電池封裝EVA膠膜。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池是將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，是太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)高新技術(shù)，是一種新型的特種電源。陽(yáng)光發(fā)電的原理是利用硅等半導(dǎo)體的量子效應(yīng)，直接把太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電能?？墒请姵仄苯颖┞队诖髿庵?，其光電轉(zhuǎn)換機(jī)能會(huì)很快衰減，為保證太陽(yáng)能電池的長(zhǎng)期有效工作需要把電池片封裝起來(lái)。最為常見(jiàn)的封裝工藝為5層封裝，透光表面為玻璃封裝。通常用透過(guò)率大于90%的鋼化玻璃，然后是兩層乙烯一醋酸乙烯共聚物(以下稱為EVA)膠膜夾電池片，襯底用復(fù)合塑料膜，例如聚氟乙烯復(fù)合膜(TPT)，五層材料經(jīng)高溫層壓后加上鋁合金框密封而成。EVA封裝膠膜是光伏組件中的重要部分，它起到保護(hù)電池片，把電池片，玻璃和背板有效地結(jié)合起來(lái)成一個(gè)整體。EVA膠膜加熱到一定溫度，在熔融狀態(tài)下，其中添加的交聯(lián)劑分解產(chǎn)生自由基，引發(fā)EVA分子間的結(jié)合，使它和晶體硅電池、玻璃、TPT背板產(chǎn)生粘接和固化，三種材料組成為一體，固化后的組件中EVA不再流動(dòng)，電池片不再移動(dòng)。因?yàn)樘?yáng)能電池長(zhǎng)期工作于露天環(huán)境條件，EVA膠膜添加了必要的抗老劑和紫外吸收劑使其可以耐受不同地域環(huán)境和不同氣候的侵蝕。但是固化后的EVA膠膜保持同玻璃和背板長(zhǎng)期有效粘結(jié)力是保證太陽(yáng)能電池長(zhǎng)期穩(wěn)定性的關(guān)鍵性問(wèn)題。通常為了加速模擬EVA膠膜在太陽(yáng)能電池組件的耐候能力，我們采用溫度85度，濕度85度(以下稱為“雙85測(cè)試”)來(lái)實(shí)現(xiàn)短時(shí)間模擬自然環(huán)境中幾年甚至更長(zhǎng)時(shí)間的老化結(jié)果。為了解決EVA保持與玻璃的粘結(jié)力問(wèn)題，通常在EVA樹(shù)脂中加入硅烷偶聯(lián)劑來(lái)提高EVA膠膜與玻璃面板的粘結(jié)力，其中硅烷偶聯(lián)劑得有機(jī)基團(tuán)如烯基與EVA共聚，而硅烷氧部分會(huì)在加工過(guò)程中與玻璃表面羥基水解縮合。但是在實(shí)際應(yīng)用中我們注意到簡(jiǎn)單添加硅烷偶聯(lián)劑后，層壓后EVA膠膜與玻璃面的初始粘結(jié)力在lOON/cm以上，在經(jīng)過(guò)雙85高溫高濕老化測(cè)試后衰減很大，在溫度85度、濕度85度的條件下500小時(shí)粘結(jié)力衰減到MN/cm， 1000小時(shí)粘結(jié)力僅為13N/cm。粘結(jié)力的測(cè)試方法以GB/T 2790-1995剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法為標(biāo)準(zhǔn)。其中造成初始粘結(jié)力大而衰減又很快的原因是EVA膠膜經(jīng)過(guò)高溫層壓與玻璃面之間的形成很強(qiáng)的非化學(xué)鍵作用力(如氫鍵作用)，但是在老化試驗(yàn)中，這種氫鍵作用力在長(zhǎng)期的高溫高濕環(huán)境下逐漸解離，從而喪失對(duì)玻璃的粘結(jié)力。如果能使加入的硅烷偶聯(lián)劑有效地和玻璃表面的硅羥基結(jié)合形成化學(xué)鍵Si-0-Si，在高溫高濕和強(qiáng)紫外環(huán)境下相對(duì)穩(wěn)定的化學(xué)鍵Si-O-Si則會(huì)有效保持EVA膠膜與玻璃表面粘結(jié)力。但是在層壓工藝條件下，未水解的硅烷很難在較短的時(shí)間內(nèi)與玻璃表面的硅羥基水解縮合。因此在層壓之前需要將硅烷水解，一種方法是將添加了硅烷偶聯(lián)劑并已經(jīng)擠壓成型的膠膜浸入90度的熱水中一定時(shí)間，把硅烷偶聯(lián)劑的烷氧官能團(tuán)水解，然后將膠膜取出干燥；但是這種方法會(huì)導(dǎo)致膠膜中組分的流失。第二種方法是在EVA膠膜擠壓成型前加入水解縮合催化劑(例如有機(jī)錫鹽)，可以在短時(shí)間實(shí)現(xiàn)與玻璃表面的硅羥基水解縮合，這種方法的缺點(diǎn)在于由于添加的硅烷偶聯(lián)劑在EVA膠膜中比例很低，很難實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的有效催化水解縮合。還有一種比較常用的方法是將硅烷偶聯(lián)劑配制成稀的乙醇溶液并水解，然后將此溶液均勻噴涂在擠壓成型的EVA 膠膜表面，使EVA膠膜表面形成薄薄一層硅烷偶聯(lián)劑。其中大量的溶劑揮發(fā)會(huì)給生產(chǎn)操作帶來(lái)很大的安全隱患。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種預(yù)先對(duì)硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行水解的方法，并直接與EVA主膠粒及助劑混料擠出成型的工藝，該工藝不會(huì)導(dǎo)致膠膜中組分的流失并減少危險(xiǎn)有機(jī)溶劑的大量使用，并且能在EVA膠膜層壓工藝后有效提高與玻璃面板長(zhǎng)期粘結(jié)力。這種預(yù)水解的工藝方法可以解決EVA膠膜與玻璃面板保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的問(wèn)題。為達(dá)到以上目的本發(fā)明的技術(shù)方案
一種使太陽(yáng)能電池專(zhuān)用EVA封裝膠膜與玻璃面板之間保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的方法，包括硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂混合的步驟、EVA樹(shù)脂和硅烷偶聯(lián)劑混合物擠壓成型的步驟以及EVA樹(shù)脂和硅烷偶聯(lián)劑混合物與玻璃面板縮合的步驟；所述硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂混合步驟前還包括將硅烷偶聯(lián)劑預(yù)水解的步驟。進(jìn)一步地，所述將硅烷偶聯(lián)劑預(yù)水解的步驟中，其預(yù)水解
a.硅烷偶聯(lián)劑與溶液中的水的摩爾比為1:3
b.水解溫度為40°C-60°C，
c.反應(yīng)停留時(shí)間為20分鐘至40分鐘，
d.水解溶液pH值為3-5。進(jìn)一步地，以上所述水解溫度為45°C，pH值為3. 5，所述反應(yīng)停留時(shí)間為35分鐘。進(jìn)一步地，上述所述硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂混合的步驟中，所述混合方法為將預(yù)水解后的硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂共混交聯(lián)。進(jìn)一步地，所述將硅烷偶聯(lián)劑預(yù)水解的步驟中，其預(yù)水解
a.水解溶液中添加乙醇，硅烷偶聯(lián)劑與溶液中的水的摩爾比為1 3，溶液中的水與乙醇的體積比為1:3，
b.水解溫度為60°C-90°C，
c.反應(yīng)停留時(shí)間為60分鐘至90分鐘，
d.水解溶液pH值為3-5。進(jìn)一步地，以上所述水解溫度為65°C，pH值為3. 5，所述反應(yīng)停留時(shí)間為80分鐘。進(jìn)一步地，上述所述硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂混合的步驟中，所述混合方法為將預(yù)水解后的硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂共混交聯(lián)。進(jìn)一步地，上述所述硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂混合的步驟中，所述混合方法為將預(yù)水解后的硅烷偶聯(lián)劑噴涂于EVA樹(shù)脂表面。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果
本發(fā)明提供的一種使太陽(yáng)能電池專(zhuān)用EVA封裝膠膜與玻璃面板之間保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的方法，在硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂進(jìn)行混合之前對(duì)硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行預(yù)水解，使得硅烷偶聯(lián)劑水解形成硅羥基，然后與EVA樹(shù)脂進(jìn)行混合，擠壓成型。在層壓工藝條件下硅烷偶聯(lián)劑中有機(jī)基團(tuán)部分與EVA樹(shù)脂緊密結(jié)合，硅烷偶聯(lián)劑中的硅羥基部分可與玻璃表面的羥基快速縮合，形成的在高溫高濕和強(qiáng)紫外環(huán)境下穩(wěn)定的Si-O-Si共價(jià)鍵可有效保證EVA膠膜與玻璃表面的長(zhǎng)期粘結(jié)力。
圖1.傳統(tǒng)工藝流程圖。圖2.本發(fā)明提供的一種太陽(yáng)能電池與玻璃面板保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的工藝流程圖。圖3.本發(fā)明提供的一種太陽(yáng)能電池與玻璃面板保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的工藝中實(shí)施例 1的預(yù)水解工藝流程圖。圖4.本發(fā)明提供的一種太陽(yáng)能電池與玻璃面板保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的工藝中層壓工藝化學(xué)反應(yīng)示意圖。圖5.本發(fā)明提供的一種太陽(yáng)能電池與玻璃面板保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的工藝中實(shí)施例 2的預(yù)水解工藝流程圖。圖6.傳統(tǒng)工藝未水解的硅烷偶聯(lián)劑直接共混后制成EVA膠膜的紅外光譜圖。圖7.本發(fā)明提供的一種太陽(yáng)能電池與玻璃面板保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的工藝中預(yù)水解工藝后EVA膠膜的紅外光譜圖。圖8.本發(fā)明提供的一種太陽(yáng)能電池與玻璃面板保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的工藝中雙85測(cè)試數(shù)據(jù)表。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，傳統(tǒng)工藝中，直接將硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂進(jìn)行混合制成膜，經(jīng)過(guò)與玻璃面板和TPT背板的層壓工藝后，經(jīng)過(guò)“雙85”老化測(cè)試其長(zhǎng)期粘結(jié)力衰減很快。本發(fā)明提供的一種使太陽(yáng)能電池與玻璃面板長(zhǎng)期保持粘結(jié)力的方法，首先對(duì)硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行預(yù)水解，然后再與EVA樹(shù)脂進(jìn)行混合。為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行實(shí)施例中詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明， 并不用于限定本發(fā)明。實(shí)施例1。如圖2所示，本發(fā)明提供的一種使太陽(yáng)能電池專(zhuān)用EVA封裝膠膜與玻璃面板之間保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的方法，包括硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂混合的步驟、擠壓成型的步驟以及與玻璃面板縮合的步驟。在硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂混合步驟之前，將硅烷偶聯(lián)劑預(yù)水解，并將反應(yīng)控制在水解步驟。如圖3所示，預(yù)水解的過(guò)程既是將硅烷偶聯(lián)劑中的-Si-OR1化學(xué)鍵水解成為-Si-OH化學(xué)鍵，其反應(yīng)式為
RSi (OR1) 3+3H20 — RSi (OH) 3+3禮0!1
其中R為有機(jī)官能團(tuán)，通常是乙烯基、氨基、環(huán)氧基、甲基丙烯酰氧丙基或脲基氓為可水解基團(tuán)，通常為甲氧基、乙氧基、乙酰氧基等，這些基團(tuán)水解時(shí)即生成硅醇SiOH。所述將硅烷偶聯(lián)劑預(yù)水解的步驟是在pH值為3-5的酸性條件下進(jìn)行的，首選pH 值為3. 5。酸試劑可采用鹽酸或者醋酸。
所述硅烷偶聯(lián)劑與溶液中的水的摩爾比為1:3，反應(yīng)溫度為40°C -60°C，以將反應(yīng)控制在水解步驟，反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)溫度成反比，溫度低則反應(yīng)時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)，溫度高則反應(yīng)時(shí)間相對(duì)短，反應(yīng)時(shí)間一般在20-40分鐘，首選溫度為45°C，時(shí)間為35分鐘。如圖3、圖4所示，將經(jīng)過(guò)上述方法預(yù)水解后的硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂和其他助劑共混，然后再經(jīng)過(guò)螺桿擠出拉伸成膜，在層壓工藝條件下EVA樹(shù)脂中的過(guò)氧化物引發(fā)交聯(lián)共聚，硅烷偶聯(lián)劑中的硅羥基與玻璃表面的硅羥基快速縮合反應(yīng)，形成Si-O-Si共價(jià)健。實(shí)施例2。本發(fā)明提供的一種使太陽(yáng)能電池專(zhuān)用EVA封裝膠膜與玻璃面板之間保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的方法，包括硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂混合的步驟、擠壓成型的步驟以及與玻璃面板縮合的步驟。在硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂混合步驟之前，將硅烷偶聯(lián)劑預(yù)水解，控制反應(yīng)在水解步驟。如圖5所示，預(yù)水解的過(guò)程既是將硅烷偶聯(lián)劑中的-Si-OIi1化學(xué)鍵水解成為-Si-OH 化學(xué)鍵，其反應(yīng)式為
RSi (OR1) 3+3H20 — RSi (OH) 3+3禮0!1
其中R為有機(jī)官能團(tuán)，通常是乙烯基、烯丙基、氨基、環(huán)氧基、甲基丙烯酰氧丙基、巰基或脲基，能與樹(shù)脂起反應(yīng)，這些反應(yīng)基可與有機(jī)物質(zhì)反應(yīng)而結(jié)合氓為可水解基團(tuán)，通常為甲氧基、乙氧基、乙酰氧基等，這些基團(tuán)水解時(shí)即生成硅醇SiOH。所述將硅烷偶聯(lián)劑預(yù)水解的步驟是在pH值為3-5的酸性條件下進(jìn)行的，首選pH 值為3. 5，酸試劑可采用鹽酸、醋酸等易揮發(fā)的酸。水解溶液中加入乙醇，乙醇與溶液中的水體積比為3:1，硅烷偶聯(lián)劑與溶液中的水的摩爾比為1 3，反應(yīng)溫度控制在50°C -80°C，反應(yīng)溫度控制在30-90分鐘，反應(yīng)溫度與反應(yīng)時(shí)間成反比，反應(yīng)溫度高則反應(yīng)時(shí)間相對(duì)短，反應(yīng)溫度低則反應(yīng)時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)，首選反應(yīng)溫度為65 °C，反應(yīng)時(shí)間為80分鐘。如圖4、圖5所示，將經(jīng)過(guò)上述方法預(yù)水解后的硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂和其他助劑共混，然后再經(jīng)過(guò)螺桿擠出拉伸成膜，或者將上述預(yù)水解后的硅烷偶聯(lián)劑均勻噴涂于已經(jīng)經(jīng)過(guò)螺桿擠出拉伸成膜的EVA膠膜表面，在層壓工藝條件下通過(guò)EVA樹(shù)脂中的過(guò)氧化物引發(fā)交聯(lián)共聚，硅烷偶聯(lián)劑中的硅羥基與玻璃表面的硅羥基快速縮合反應(yīng)，形成Si-O-Si共價(jià)健。預(yù)水解使得EVA膠膜中硅烷偶聯(lián)劑是以硅羥基的形式存在，如圖6和圖7中紅外光譜(儀器型號(hào)Nicolet 5700傅立葉紅外光譜儀，檢測(cè)依據(jù)GB/T 6040-2002紅外光譜分析方法通則)所示無(wú)論是共混工藝(圖7實(shí)線)還是噴涂工藝(圖7虛線)，水解工藝后的EVA膠膜在3209 cm-Ι和1580 cm-1出現(xiàn)了明顯Si-OH的紅外吸收峰，而沒(méi)有水解工藝的EVA膠膜紅外光譜中觀察不到(圖6)。硅烷偶聯(lián)劑中的硅羥基在層壓工藝條件下可與玻璃表面的硅羥基快速縮合反應(yīng)，而Si-O-Si共價(jià)鍵的形成又保證EVA膠膜與玻璃表面的長(zhǎng)期有效粘結(jié)力。雙85老化測(cè)試后的結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。如圖8所示，在經(jīng)過(guò)溫度85°C，濕度 85的濕熱老化500小時(shí)后與玻璃的粘結(jié)力在MN/cm，經(jīng)過(guò)1000小時(shí)，與玻璃粘結(jié)力仍可達(dá)到50N/cm(檢測(cè)儀器萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)，檢測(cè)依據(jù)剝離強(qiáng)度試驗(yàn)GB/T 2790-1995)
權(quán)利要求
1.一種使太陽(yáng)能電池專(zhuān)用EVA封裝膠膜與玻璃面板之間保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的方法，包括硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂混合的步驟、EVA樹(shù)脂和硅烷偶聯(lián)劑混合物擠壓成型的步驟以及EVA 樹(shù)脂和硅烷偶聯(lián)劑混合物與玻璃面板縮合的步驟；其特征在于所述硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂混合步驟前還包括將硅烷偶聯(lián)劑預(yù)水解的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所示的一種使太陽(yáng)能電池專(zhuān)用EVA封裝膠膜與玻璃面板之間保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的方法，其特征在于，所述將硅烷偶聯(lián)劑預(yù)水解的步驟中，其預(yù)水解a.硅烷偶聯(lián)劑與溶液中的水的摩爾比為1:3，b.水解溫度為40°C-60°C，c.反應(yīng)停留時(shí)間為20分鐘至40分鐘，d.水解溶液pH值為3-5。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種使太陽(yáng)能電池專(zhuān)用EVA封裝膠膜與玻璃面板之間保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的方法，其特征在于，所述水解溫度為45°C，pH值為3. 5。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種硅烷偶聯(lián)劑水解方法，其特征在于，所述反應(yīng)停留時(shí)間為；35分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種使太陽(yáng)能電池專(zhuān)用EVA封裝膠膜與玻璃面板之間保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的方法，其特征在于所述硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂混合的步驟中，所述混合方法為將預(yù)水解后的硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂共混交聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使太陽(yáng)能電池專(zhuān)用EVA封裝膠膜與玻璃面板之間保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的方法，其特征在于，所述將硅烷偶聯(lián)劑預(yù)水解的步驟中，其預(yù)水解a.水解溶液中添加乙醇，硅烷偶聯(lián)劑與溶液中的水的摩爾比為1 3，溶液中的水與乙醇的體積比為1:3，b.水解溫度為60°C-90°C，c.反應(yīng)停留時(shí)間為60分鐘至90分鐘，d.水解溶液pH值為3-5。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種使太陽(yáng)能電池專(zhuān)用EVA封裝膠膜與玻璃面板之間保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的方法，其特征在于，所述水解溫度為65°C，pH值為3. 5。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種使太陽(yáng)能電池專(zhuān)用EVA封裝膠膜與玻璃面板之間保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的方法，其特征在于，所述反應(yīng)停留時(shí)間為80分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種使太陽(yáng)能電池專(zhuān)用EVA封裝膠膜與玻璃面板之間保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的方法，其特征在于所述硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂混合的步驟中，所述混合方法為將預(yù)水解后的硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂共混交聯(lián)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種使太陽(yáng)能電池專(zhuān)用EVA封裝膠膜與玻璃面板之間保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的方法，其特征在于所述硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂混合的步驟中，所述混合方法為將預(yù)水解后的硅烷偶聯(lián)劑噴涂于EVA樹(shù)脂表面。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種使太陽(yáng)能電池專(zhuān)用EVA封裝膠膜與玻璃面板之間保持長(zhǎng)期粘結(jié)力的方法，即將預(yù)先水解的硅烷偶聯(lián)劑與EVA樹(shù)脂及其它助劑混合，然后擠出成膜。預(yù)水解實(shí)現(xiàn)了把硅烷偶聯(lián)劑中烷氧基團(tuán)轉(zhuǎn)化為羥基。在太陽(yáng)能電池的層壓工藝條件下，以硅烷偶聯(lián)劑中的硅羥基可與玻璃表面的羥基快速縮合，使得膠膜與玻璃表面之間存在Si-O-Si共價(jià)鍵，同時(shí)在紫外和高溫高濕環(huán)境下穩(wěn)定的共價(jià)鍵保證了EVA膠膜與玻璃表面的長(zhǎng)期有效粘結(jié)力。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102194924SQ20111008372
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者趙世界, 韓鵬 申請(qǐng)人:深圳市斯威克科技有限公司