本發(fā)明提供太陽(yáng)能封裝薄膜，特別是一種用于柔性太陽(yáng)能電池封裝的隔膜。
背景技術(shù)：
隨著太陽(yáng)能電池技術(shù)的發(fā)展和日趨成熟，以及人們對(duì)新能源的認(rèn)識(shí)，太陽(yáng)能電池已經(jīng)不局限于常規(guī)太陽(yáng)能電站，而越來(lái)越廣泛應(yīng)用于日常生活之中。光伏建筑一體化(BIPV)、車(chē)載太陽(yáng)能電池、便攜式太陽(yáng)能充電器、太陽(yáng)能帳篷、太陽(yáng)能背包等各類(lèi)民用產(chǎn)品爭(zhēng)相涌現(xiàn)。
與傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池組件相比，日常生活使用的太陽(yáng)能電池產(chǎn)品要求更低的質(zhì)量以及易彎折的性能。然而傳統(tǒng)組件封裝用玻璃難以滿(mǎn)足新興市場(chǎng)對(duì)于封裝材料輕質(zhì)和易彎折的需求。
縱觀現(xiàn)有的高阻隔封裝技術(shù)，多以聚酯薄膜作為基材在其上制備水蒸氣阻隔層，而后經(jīng)過(guò)多層復(fù)合制成，造成封裝膜厚度大且可彎折性差。組件封裝后柔折性差且不便于攜帶、安裝和運(yùn)輸。而可用于封裝的易柔折基材，一方面目前未見(jiàn)有高柔性高阻隔封裝薄膜產(chǎn)品出現(xiàn)，也未見(jiàn)有相關(guān)技術(shù)公開(kāi)；另一方面由于其柔軟不易鋪展，在組件封裝過(guò)程中很容易形成缺陷，造成產(chǎn)品良品率低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的是針對(duì)目前高阻隔封裝薄膜材料的不足，提供一種柔性太陽(yáng)能電池封裝用多層復(fù)合薄膜及其應(yīng)用，該多層復(fù)合薄膜具有阻隔性高、厚度薄、易彎折、適應(yīng)層壓工藝便于生產(chǎn)線(xiàn)封裝加工等特點(diǎn)，特別適用于柔性太陽(yáng)能電池組件前側(cè)封裝。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種用于柔性太陽(yáng)能電池封裝的多層復(fù)合薄膜，由封裝薄膜和保護(hù)薄膜構(gòu)成，所述封裝薄膜透光率為80％～95％，由依次設(shè)置的基膜層、底涂層和氣體阻隔層組成,基膜層厚度為10μm～150μm，透光率85％以上；所述保護(hù)薄膜由基材及其上形成的離型層構(gòu)成。
上述多層復(fù)合薄膜，所述封裝薄膜與保護(hù)薄膜之間的剝離力為3g/25mm～30g/25mm，優(yōu)選剝離力為5g/25mm～15g/25mm。
上述多層復(fù)合薄膜，所述封裝薄膜的水蒸氣透過(guò)率為1×10-5g/m2·day～0.1g/m2·day。
上述多層復(fù)合薄膜，所述基膜層厚度為25μm～75μm，透光率90％以上。
上述多層復(fù)合薄膜，所述保護(hù)薄膜厚度為50μm～250μm，優(yōu)選厚度為50μm～150μm。
上述多層復(fù)合薄膜，所述封裝薄膜的基膜層為含氟聚合物薄膜或聚酰亞胺薄膜。
上述多層復(fù)合薄膜，所述含氟聚合物薄膜為乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜、全氟乙烯丙烯共聚物薄膜、氯代全氟乙烯共聚物或者聚酰亞胺薄膜中的任意一種。
上述多層復(fù)合薄膜，所述封裝薄膜的氣體阻隔層為厚度50nm～1500nm的含氧、碳或氮的硅化合物層。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種柔性太陽(yáng)能電池封裝用多層復(fù)合薄膜的應(yīng)用，其辦法是：首先使用多層復(fù)合薄膜直接用于太陽(yáng)能電池組件封裝層壓，層壓溫度120℃～160℃，層壓時(shí)間5min～60min；在層壓工藝完成后，揭除最外側(cè)的保護(hù)薄膜。
有益效果：
1.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的多層復(fù)合薄膜由封裝薄膜和保護(hù)薄膜構(gòu)成，封裝薄膜由透光率85％以上、厚度為10μm～150μm的基膜層，其上形成的底涂層和氣體阻隔層組成；因基膜層的厚度較薄，使得到的多層復(fù)合薄膜和封裝薄膜質(zhì)量輕、只有現(xiàn)有常規(guī)封裝膜產(chǎn)品的1/4，方便攜帶使用和組件產(chǎn)品運(yùn)輸；因基膜層的透光率高，優(yōu)選控制底涂層的組分和厚度保持高透光率，得到的封裝薄膜光線(xiàn)的利用率高，使得組件的發(fā)電效率提高；因帶有氣體阻隔層對(duì)水汽阻隔性好，能夠滿(mǎn)足太陽(yáng)能電池日常使用需求。
2.本發(fā)明使用封裝薄膜和保護(hù)薄膜組成的多層復(fù)合薄膜，在多層復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)中引入可剝離的保護(hù)薄膜，在封裝加工中起到一定的支撐作用，通過(guò)封裝薄膜和保護(hù)薄膜厚度的優(yōu)選，成功解決了柔軟薄膜材料在封裝過(guò)程中容易出現(xiàn)缺陷的問(wèn)題，能夠達(dá)到封裝加工中的要求，顯著提高組件產(chǎn)品良品率。
3.本發(fā)明使用封裝薄膜和保護(hù)薄膜的多層復(fù)合薄膜，在多層復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)中引入可剝離的保護(hù)膜，在封裝加工中起到一定的支撐作用，封裝薄膜的基膜層選用更為輕薄、柔軟的薄膜，底涂層和氣體阻隔層為柔性涂層或薄膜，得到的封裝薄膜兼具優(yōu)異的透過(guò)率、耐彎折性、阻隔性和耐候性等。
4.本發(fā)明封裝薄膜的氣體阻隔層為厚度50nm～1500nm的含氧、碳或氮的硅化合物層,對(duì)于氣體阻隔性能優(yōu)異且具有良好的彎折性能。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明太陽(yáng)能電池用封裝薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中各標(biāo)號(hào)分別表示為：1-基材，2-封裝薄膜，3-基膜層，4-底涂層，5-氣體阻隔層，6-離型層，7-保護(hù)薄膜。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明的太陽(yáng)能電池封裝多層復(fù)合薄膜的由保護(hù)薄膜和封裝薄膜組成，其中封裝薄膜由基膜層，底涂層和氣體阻隔層組成。
本發(fā)明的封裝薄膜能夠應(yīng)用于柔性CIGS太陽(yáng)能電池、薄晶硅太陽(yáng)能電池、有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池等多種柔性太陽(yáng)能電池前側(cè)封裝。
保護(hù)薄膜基材
作為本發(fā)明的保護(hù)薄膜基材，優(yōu)選熱塑性高分子薄膜。優(yōu)選聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯等聚酯薄膜或乙烯、丙烯、丁烯等的均聚物或共聚物等聚烯烴薄膜，或尼龍6，尼龍66，尼龍12，共聚尼龍等聚酰胺樹(shù)脂薄膜。可以是未拉伸膜也可以是經(jīng)過(guò)拉伸的膜。另外，還可以與其它塑料薄膜材料進(jìn)行疊層。
從材料的機(jī)械強(qiáng)度、撓性、用途等方面以及封裝加工過(guò)程對(duì)多層復(fù)合薄膜的要求方面考慮，通常選擇在25μm～250μm厚的保護(hù)薄膜基材，優(yōu)選基材厚度50μm～150μm。
作為本發(fā)明的保護(hù)薄膜，在薄膜材料一側(cè)涂布有公知的有機(jī)硅膠或亞克力膠作為離型層，從后續(xù)制程工藝及材料實(shí)際使用方式考慮，離行層剝離力為3g/25mm～30g/25mm，優(yōu)選剝離力5g/25mm～15g/25mm。
封裝薄膜
基膜層
為了得到透明的封裝薄膜，同時(shí)，兼具優(yōu)異的耐候性、柔韌性和質(zhì)量輕的特點(diǎn)，本發(fā)明中的基膜層優(yōu)選透光率為85％以上的薄膜。基膜層優(yōu)選高透光率和優(yōu)異耐候性能的含氟薄膜或聚酰亞胺薄膜，最優(yōu)選乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)薄膜、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)薄膜，氯代全氟乙烯共聚物(PCTFE)和聚酰亞胺(PI)薄膜?；雍穸仍?0μm～150μm范圍內(nèi)選擇，優(yōu)選25μm～75μm。
底涂層
在本發(fā)明中，為提高基膜材料表面平整度以及改善氣體阻隔層與基膜層之間的密合性，優(yōu)選在基膜層與氣體阻隔層之間涂布底涂層。從生產(chǎn)性方面考慮，可以單獨(dú)或組合兩種以上的使用公知的聚酯類(lèi)樹(shù)脂、聚氨酯類(lèi)樹(shù)脂、丙烯酸酯類(lèi)樹(shù)脂、硝化纖維素類(lèi)樹(shù)脂、有機(jī)硅類(lèi)樹(shù)脂、乙烯醇類(lèi)樹(shù)脂等。
底涂層的厚度通常選擇0.2μm～5μm，其中優(yōu)選底涂層厚度0.5μm～2μm。
氣體阻隔層
在本發(fā)明中，作為氣體阻隔層材料，優(yōu)選含有碳、氧或氮的硅化合物，其中特別優(yōu)選含有少量碳摻雜的氧化硅。
作為氣體阻隔層，厚度選擇為50nm～1500nm，但阻隔層在較厚條件下容易產(chǎn)生裂紋造成阻隔性下降，同時(shí)膜層較厚時(shí)透光率降低，因此氣體阻隔層厚度優(yōu)選50nm～500nm，特別優(yōu)選100nm～300nm。
為同時(shí)具有優(yōu)異的彎折性和氣體阻隔性能，氣體阻隔層由多層碳元素?fù)诫s含量呈階梯變化的硅氧化物單層組成。阻隔層由內(nèi)靠近底涂層一側(cè)向外，摻雜碳元素的含量逐步升高。氣體阻隔層的層數(shù)可以選擇2～9層，考慮實(shí)際生產(chǎn)工藝的簡(jiǎn)化和產(chǎn)品性能的優(yōu)化，優(yōu)選氣體阻隔層數(shù)為2～5層，其中特別優(yōu)選3層。
氣體阻隔層成膜方法
在本發(fā)明中，氣體阻隔層可以通過(guò)PECVD鍍膜、濺射或涂布方式實(shí)現(xiàn)，綜合考慮成膜工藝復(fù)雜程度和成膜質(zhì)量，優(yōu)選PECVD成膜。
PECVD成膜
作為本發(fā)明使用的PECVD的工藝條件，只需要根據(jù)情況適當(dāng)選定即可，優(yōu)選的成膜功率范圍0.5kW～5kW，鍍膜壓強(qiáng)范圍0.5Pa～5Pa，鍍膜電源頻率10kHz～120kHz，鍍膜車(chē)速0.5m/min～10m/min。
為獲得更優(yōu)異的性能，氣體阻隔層由多層鍍膜組合而成。每層鍍層的成膜功率根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，成膜功率在優(yōu)選范圍由內(nèi)向外不斷增大。特別優(yōu)選的3層鍍層的優(yōu)選成膜功率分別為1kW～2kW，1.5～2.5kW，2kW～3kW。
濺射成膜
作為本發(fā)明使用的濺射成膜方式，可以根據(jù)性能需求選用公知的濺射成膜技術(shù)，為解決單層濺射阻隔層容易開(kāi)裂的問(wèn)題，可以使用不同靶材進(jìn)行多層濺射，或者在多層濺射的阻隔層之間加入使用旋涂、閃蒸等公知方式獲得的涂層或鍍層。
涂布成膜
作為本發(fā)明使用的涂布成膜方式，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇刮刀涂布、微凹版涂布、條縫涂布或其它涂布方式，其中優(yōu)選使用微凹版涂布和條縫涂布。涂布對(duì)于成膜的固化工藝沒(méi)有特別的限制。
多層復(fù)合薄膜的應(yīng)用方法
本發(fā)明的多層復(fù)合薄膜使用方法與一般封裝薄膜類(lèi)似，可以使用層壓膠膜或涂布膠黏劑的太陽(yáng)能電池封裝薄膜方式進(jìn)行組件封裝。從與現(xiàn)有光伏組件生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備匹配考慮，優(yōu)選使用層壓膠膜進(jìn)行組件封裝。所使用的膠膜可以是聚烯烴或乙烯-醋酸乙烯共聚物中的任意一種。層壓封裝時(shí)，首先太陽(yáng)能電池封裝多層復(fù)合薄膜保護(hù)薄膜向外，由上至下按照太陽(yáng)能電池封裝薄膜、膠膜、太陽(yáng)能電池片、膠膜、背板的順序進(jìn)行疊放；然后使用層壓機(jī)進(jìn)行層壓，控制層壓溫度120℃～160℃，層壓時(shí)間5min～60min；在層壓工藝完成后，揭除最外側(cè)的保護(hù)薄膜，即可獲得封裝好的太陽(yáng)能電池組件。
實(shí)施例
下面通過(guò)一些實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更具體的說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受這些實(shí)施例的限定。
實(shí)施例1
作為基膜層材料，選擇厚度50μm、透光率為92％的ETFE薄膜(旭硝子50N 1250DSC)，使用井上金屬微凹版涂布機(jī)在其表面上涂布丙烯酸酯化合物底涂層(CN201110133880.6)，放卷張力50N～150N，涂布車(chē)速10～15m/min，輥速比75％，干燥道溫度控制40℃/40℃/60℃/80℃/60℃，收卷張力100N～150N。最終形成膜厚1.5μm的底涂層。
使用PECVD鍍膜裝置在成膜壓力1.5Pa，電源頻率90kHz，使用六甲基二硅氧烷(HMDSO)和氧氣作為反應(yīng)原料氣體，兩氣體流量比HMDSO：O2＝10:1，車(chē)速2m/min，分3次進(jìn)行鍍膜，三次使用的功率分別為1.5kW/2.2kW/2.6kW。獲得厚度300nm的氣體阻隔層。
保護(hù)薄膜材料由100μmPET基材和其上涂布的有機(jī)硅膠黏劑的離型層(道康寧)組成，剝離力7g/25mm。使用分切機(jī)對(duì)支撐層和鍍有氣體阻隔層的ETFE基材進(jìn)行復(fù)合，貼合張力3kg，貼合壓力5kg，車(chē)速10m/min。最終獲得如附圖1所示結(jié)構(gòu)的柔性太陽(yáng)能電池封裝薄膜產(chǎn)品。對(duì)于產(chǎn)品的水氣透過(guò)率和透光率進(jìn)行表征，結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例2
其它同實(shí)施例1，基材選用厚度25μm、透光率91％的ETFE薄膜，底涂層和氣體阻隔層的制備工藝不變，最終產(chǎn)品的水氣透過(guò)率和透光率性能如表1所示。
實(shí)施例3
其它同實(shí)施例1，基材選用厚度75μm、透光率85％的PI薄膜，底涂層和氣體阻隔層的制備工藝不變，最終產(chǎn)品的水氣透過(guò)率和透光率性能如表1所示。
實(shí)施例4
其它同實(shí)施例1，保護(hù)膜使用剝離力15g/25mm，厚度150μm的PET薄膜，最終產(chǎn)品的水氣透過(guò)率和透光率性能如表1所示。
實(shí)施例5
其它同實(shí)施例1，使用剝離力3g/25mm，基材為厚度50μm的PET薄膜的保護(hù)薄膜，最終產(chǎn)品的水氣透過(guò)率和透光率性能如表1所示。
實(shí)施例效果列表：
對(duì)比例1
不使用底涂層，直接在ETFE基膜層上鍍制氣體阻隔層，除此以外，與實(shí)施例1同樣操作。對(duì)所得復(fù)合膜進(jìn)行測(cè)試表征，結(jié)果如表1所示。
對(duì)比例2
不進(jìn)行鍍膜，直接將帶有底涂層的ETFE基材與支撐層復(fù)合，除此以外，與實(shí)施例1同樣操作。對(duì)復(fù)合膜進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表1所示。
對(duì)比例3
鍍膜后的中間產(chǎn)品不與保護(hù)薄膜復(fù)合，除此以外，與實(shí)施例1同樣操作。對(duì)無(wú)保護(hù)薄膜的產(chǎn)品進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如表1所示。同時(shí)，將實(shí)施例1與對(duì)比例3所得產(chǎn)品使用同款層壓機(jī)進(jìn)行層壓對(duì)比，層壓樣片的規(guī)格和工藝如下：層壓樣片尺寸20cm×20cm，使用樂(lè)凱制造200μmEVA膠膜，和相同尺寸太陽(yáng)能電池背板，150μmCIGS電池片。層壓溫度150℃，抽真空預(yù)熱30min，層壓后結(jié)果對(duì)比如表2所示。
對(duì)比例4
使用常規(guī)PET基材進(jìn)行阻隔層鍍膜，PET厚度100μm，鍍膜工藝與實(shí)施例1相同。對(duì)薄膜性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表1所示。
效果及測(cè)試方法
水蒸氣透過(guò)率
按照GB/T 21529“塑料薄膜和薄片水蒸氣透過(guò)率的測(cè)定電解傳感器法”使用MOCON公司AQUATRAN Model 2MG設(shè)備進(jìn)行測(cè)定。
透光率
按照GB/T 2410“透明塑料透光率和霧度的測(cè)定”中規(guī)定的方法，使用霧度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。
表1
注：測(cè)試透水率與透光率時(shí)均去除支撐層，以保證與實(shí)際使用狀況一致。
表2
由上表可知，本發(fā)明是具有低面密度、優(yōu)異的氣體阻隔性能、光學(xué)透過(guò)率和小的彎曲半徑等性能兼具的封裝薄膜，能夠滿(mǎn)足太陽(yáng)能電池組件層壓工藝的需求，特別適用于柔性太陽(yáng)能電池組件封裝。
另一方面，不具有底涂層的對(duì)比例1氣體阻隔性能明顯下降，不能滿(mǎn)足到柔性太陽(yáng)能電池組件對(duì)于水氣阻隔的需求；而不帶有氣體阻隔層的對(duì)比例2具有很高的水蒸氣透過(guò)率，說(shuō)明本方案中基材層和底涂層對(duì)于氣體阻隔貢獻(xiàn)很低，氣體阻隔性能主要源自氣體阻隔層；不帶有保護(hù)薄膜的結(jié)構(gòu)雖然具有滿(mǎn)足光伏組件需求的氣體阻隔性能和光學(xué)透過(guò)率，但是在實(shí)際層壓過(guò)程中會(huì)有明顯的縮邊已經(jīng)大量的折皺和明顯的氣泡產(chǎn)品，不能滿(mǎn)足組件層壓工藝的需求。