具有低电势诱导衰减的包封片材的制作方法

具有低电势诱导衰减的包封片材


背景技术：

1.保持晶体硅太阳能光伏模块(pv模块)长期、可靠且稳定运行的一个挑战是减少电势诱导衰减(或“pid”)现象。在存在由pv模块产生的电场的情况下，来自玻璃盖片材的钠离子(na
+
)会迁移穿过包封片材(由聚合材料制成)，从而使包封材料退化并促成pid现象。pid可以使太阳能pv模块的输出功率降低20％，严重时pid可以使太阳能pv模块的输出功率降低50％以上。
2.近年来，对双面pv模块(诸如高效perc双面pv模块)的需求急剧增长。当使用现有的乙烯醋酸乙烯酯eva作为包封片材的材料时，双面pv模块表现出不可接受的高pid，原因是穿过前玻璃盖片材和后玻璃盖片材发生离子迁移。常规的聚烯烃弹性体在用作双面pv模块中的包封片材材料时也没有显示出承受pid的能力。
3.本领域认识到需要在pv模块中可以抵抗pid的用于包封片材的聚合材料，特别是在双面pv模块中抵抗pid的聚合材料。


技术实现要素：

4.本公开涉及一种包封片材。在一个实施方案中，所述包封片材包括由乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物和0.01重量％至0.2重量％的离子清除剂形成的材料，所述共聚物具有在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下小于1
×
10
16
ω.cm的树脂体积电阻率(vr)。所述包封片材具有大于91％的透射率。
5.本公开还涉及一种光伏模块。在一个实施方案中，所述光伏模块包括(a)前盖片材、(b)前包封片材、(c)光伏电池、(d)后包封片材和(e)后盖片材。所述前包封片材(b)由(i)乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物和(ii)0.01重量％至0.2重量％的离子清除剂构成，所述共聚物具有在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下小于1
×
10
16
ω.cm的树脂体积电阻率(vr)。所述后包封片材(d)由(i)乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物和(ii)0.01重量％至0.2重量％的离子清除剂构成，所述共聚物具有在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下小于1
×
10
16
ω.cm的树脂体积电阻率(vr)。所述光伏模块在电势诱导衰减(pid)测试后具有0.05％至小于5％的功率损失。
附图说明
6.图1是示例性光伏模块的分解透视图。
7.定义
8.对元素周期表的任何提及都是如由crc出版社公司(crc press,inc.)于1990-1991年出版的元素周期表。通过用于对各族进行编号的新记号法来提及该表中的一组元素。
9.出于美国专利实践的目的，任何提及的专利、专利申请或公布的内容均以引用的方式全文并入(或其等效美国版本以引用的方式如此并入)，尤其是关于本领域中的定义(在不会与本公开中具体提供的任何定义不一致的情况下)和常识的公开内容。
10.本文公开的数值范围包含从下限值到上限值的所有值，并且包含下限值和上限值。对于含有确切值(例如，1或2；或3至5；或6；或7)的范围，包含任何两个确切值之间的任何子范围(例如，1至2；2至6；5至7；3至7；5至6等)。
11.除非相反地陈述、由上下文暗示或在本领域中是惯常的，否则所有份数和百分比都基于重量计，并且所有测试方法都是截至本公开的提交日期的现行方法。
12.如本文所用的“α-烯烃”是在伯(α)位具有烯属不饱和度的烃分子。例如，如本文所用的“(c
3-c
20
)α-烯烃”是由包含(i)仅一个烯属不饱和度(该不饱和度位于第一碳原子与第二碳原子之间)和(ii)至少3个碳原子的烃分子或3至20个碳原子构成的烃分子。例如，如本文所用的(c
3-c
20
)α-烯烃是指h2c
═
c(h)—r，其中r为直链(c
1-c
18
)烷基基团。(c
1-c
18
)烷基基团为具有1至18个碳原子的一价未取代的饱和烃。
[0013]“共混物”、“聚合物共混物”等术语意指两种或更多种聚合物的组合物。这种共混物可以是或可以不是可混溶的。这种共混物可以是或可以不是相分离的。这种共混物可含有或可不含有一种或多种域配置，如从透射电子光谱、光散射、x射线散射和用于测量和/或识别域配置的任何其他方法所确定的。共混物不是层压材料，但层压材料的一个或多个层可含有共混物。
[0014]
术语“助剂”意指增强交联的化合物，即固化助剂。
[0015]
如本文所用的“组合物”包括材料的混合物，所述材料包含组合物以及由组合物的材料形成的反应产物和分解产物。
[0016]
术语“包含(comprising)”、“包括(including)”、“具有(having)”和其衍生词并不旨在排除任何额外组分、步骤或程序的存在，无论是否具体地公开了所述组分、步骤或程序。为了避免任何疑问，除非相反地说明，否则通过使用术语“包含”所要求保护的所有组合物可以包括任何额外的添加剂、佐剂或化合物，无论是聚合的还是其他方式的。相比之下，术语“基本上由
…
组成”从任何随后列举的范围中排除任何其他组分、步骤或程序，除对可操作性来说并非必不可少的那些组分、步骤或程序之外。术语“由
……
组成”不包括未具体列出的任何组分、步骤或程序。除非另有说明，否则术语“或”是指单独以及任何组合形式的所列成员。
[0017]
术语“固化”和“交联”在本文中可互换使用，意指形成交联产物(网络聚合物)。
[0018]“直接接触”是指第一层紧邻第二层定位并且在第一层与第二层之间不存在中间层或中间结构的层配置。
[0019]“弹性体”和类似术语是指可以伸展到其原始长度的至少两倍，并且当施加伸展的力被释放时，极其快速地收缩到大致其原始长度的橡胶状聚合物。在未交联状态下在室温下使用astm d638-72的方法，弹性体的弹性模量是约10,000psi(68.95mpa)或更小并且伸长率通常大于200％。
[0020]
如本文所用，“基于乙烯的聚合物”是含有超过50重量％的聚合乙烯单体(按可聚合单体的总量计)并且任选地可以含有至少一种共聚单体的聚合物。
[0021]
如本文所用的“聚合物”是指通过聚合相同或不同类型的单体而制备的聚合化合物。因此，通用术语聚合物涵盖如本文定义的术语均聚物(用于指仅由一种类型的单体制备的聚合物，其中应当理解，痕量杂质可以并入到聚合物结构中)和术语互聚物。痕量杂质(例如，催化剂残余物)可以掺入到聚合物中和/或聚合物内。
[0022]
测试方法
[0023]
密度根据astm d792方法b测量。结果以克/立方厘米(g/cc)报告。
[0024]
差示扫描量热法(dsc).差示扫描量热法(dsc)可用于测量聚合物在宽温度范围内的熔融、结晶和玻璃化转变行为。举例来说，使用配备有冷藏冷却系统(rcs)和自动取样器的ta仪器(ta instruments)q2000dsc来执行此分析。在测试期间，使用50ml/min的氮气吹扫气流。将每个样品在约175℃下熔融压制成薄膜；然后将熔融的样品空气冷却至室温(约25℃)。从冷却的聚合物中抽取3-10mg 6mm直径试样，称重，放置在轻铝盘(大约50mg)中，并且进行卷曲关闭。接着执行分析以确定其热性质。
[0025]
通过使样品温度斜升和斜降以产生热流对温度的曲线来确定样品的热行为。首先，将样品快速加热到180℃并且保持等温3分钟以便去除其热历程。接下来，以10℃/分钟的冷却速率将样品冷却到-80℃，并且在-80℃下保持等温3分钟。然后以10℃/分钟的加热速率将样品加热到180℃(这是“第二加热”斜坡)。记录冷却曲线和第二加热曲线。通过设置从结晶开始到-20℃的基线终点来分析冷却曲线。通过设置从-20℃到熔融结束的基线终点来分析加热曲线。测定的值是熔融的外推起始温度tm和结晶的外推起始温度tc。用于聚乙烯样品的熔融热(hf)(以焦耳每克为单位)和计算的结晶度的％使用以下等式进行：结晶度％＝((hf)/292j/g)
×
100。
[0026]
熔化热(hf)(也称为熔融焓)和峰值熔融温度由第二热曲线报告。
[0027]
通过首先在熔融转变的开始与结束之间绘制基线，从dsc加热曲线确定熔点tm。接着对熔融峰的低温侧上的数据绘制切线。此切线与基线相交的地方为熔融(tm)的外推起始点。这如在bernhard wunderlich,《聚合材料的热表征中的热分析基础(the basis of thermal analysis,in thermal characterization of polymeric materials)》92,277-278(edith a.turi编辑,1997年第2版)中所述。
[0028]
熔融指数.如本文所用的术语“熔融指数”或“mi”是指热塑性聚合物在熔融状态下流动的难易程度的量度。熔融指数或i2根据astm d 1238条件190℃/2.16kg测量，并且以每10分钟洗脱的克数(g/10min)报告。i10根据astm d 1238条件190℃/10kg测量，并且以每10分钟洗脱的克数(g/10min)报告。
[0029]
pid测试.模块级的电势诱导衰减(pid)测试根据iec 62804-1中描述的程序进行。(1)模块样品的初始功率输出用脉冲太阳能模拟器(burger ps8/pss8)并用iec 60904中描述的程序记录。(2)pid应力过程在85℃/85％ rh条件下的环境室中进行。将模块样品与电源连接以产生1500v的典型负偏置电压。标准测试需要96小时(h)。(3)在应力过程之后，重新测试所有模块样品的功率输出。将结果与初始测量值进行比较以进一步计算功率损失。pid测试进行96h后功率损失的iec标准对于pv模块的前侧和后侧都小于5％。
[0030]
透射率.样品片材的平均透射率使用配备有150mm积分球的lambda 950uv/vis分光光度计(perkinelmer)来测定。测试至少三个样品并收集380nm至1100nm的平均透射率。
[0031]
维卡软化点根据astm d1525来测定。
[0032]
体积电阻率(vr)测试.体积电阻率根据基于astm d257的以下过程来测试。使用keithley 6517b静电计与keithley 8009测试夹具组合进行测量。keithley 8009型测试箱位于强制通风烘箱内并且能够在高温(烘箱的最高温度为80℃)下运行。从仪器直接读取泄漏电流，并使用以下等式来计算体积电阻率：
[0033]
ρ＝v
×
ai
×
tρ＝v
×
ai
×
t
[0034]
其中ρ是体积电阻率(ohm-cm)，v是外加电压(伏特)，a是电极接触面积(cm2)，i是泄漏电流(安培)，并且t是样品的平均厚度。为了获得样品的平均厚度，在测试之前测量每个样品的厚度，测量样品的五个点以获得平均厚度。体积电阻率测试在室温(23℃)和60℃下在1000伏特下进行。测试两个压缩成型的包封片材以获得平均值。
[0035]
对于树脂vr测试(或“树脂vr”)，将树脂压缩成型为样品片材(～500nm)，并在样品片材上进行前述vr测试。对于片材vr测试(或“片材vr”)，通过层压过程固化(交联)挤出的样品片材。层压过程在penergy l036层压机上在150℃下进行20分钟，包括4分钟真空过程和16分钟压制。在层压过程期间将样品片材放置在两个ptfe片材之间。层压后，移除ptfe片材。然后在固化的样品片材上进行前述vr测试。
具体实施方式
[0036]
本公开提供了一种包封片材。在一个实施方案中，所述包封片材包括由乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物形成的材料，所述共聚物具有在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下小于1
×
10
16
ω.cm的树脂体积电阻率(vr)。所述包封片材包括0.01重量％至0.2重量％的离子清除剂。所述包封片材具有大于91％的透射率。
[0037]
1.乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物
[0038]
所述包封片材包括乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物。乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物由(i)乙烯的聚合单元和(ii)c
4-c8α-烯烃共聚单体的聚合单元组成。合适的乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物的非限制性示例包括乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物和乙烯/辛烯共聚物。在一个实施方案中，乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物不含或以其他方式不包括醋酸乙烯酯。
[0039]
乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物具有在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下小于1
×
10
16
ω.cm的树脂体积电阻率(vr)，或在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下1
×
10
15
ω.cm的vr。
[0040]
在一个实施方案中，乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物树脂是具有以下特性中的一种、一些或全部的乙烯/辛烯共聚物：
[0041]
(i)在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下小于1
×
10
16
ω.cm的树脂vr，或在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下1
×
10
15
ω.cm的树脂vr；以及/或者
[0042]
(ii)在23℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在23℃下小于1
×
10
16
ω.cm的片材vr；以及/或者
[0043]
(iii)0.860g/cc至0.890g/cc、或0.860g/cc至0.880g/cc、或0.865g/cc至0.875g/cc的密度；以及/或者
[0044]
(iv)10g/10min至20g/10min、或10g/10min至15g/10min、或11g/10min至14g/10min的熔融指数(i2)；以及/或者
[0045]
(v)50℃至90℃、或50℃至80℃、或55℃至75℃、或60℃至70℃的熔融温度tm；以及/或者
[0046]
(vi)30℃至50℃、或35℃至39℃的维卡软化温度。
[0047]
包封片材包括离子清除剂。离子清除剂捕获降低绝缘特性和降低pid抗性的导电材料(离子、自由基、na
+
离子等)。离子清除剂有助于包封片材的pid抗性。所述包封片材包
括0.01重量％至0.2重量％、或0.02重量％至0.2重量％、或0.02重量％至0.1重量％、或0.03重量％至小于0.1重量％的离子清除剂。重量百分比基于包封片材的总重量。合适的离子清除剂的非限制性示例包括金属磷酸盐，诸如磷酸锆、磷酸铋、磷酸钛、磷酸锡、磷酸钽以及它们的组合。
[0048]
在一个实施方案中，离子清除剂是磷酸锆。在另一个实施方案中，离子清除剂是zr
1-x
hf
x
ha(po4)b·
mh2o，其中
[0049]
0≦x≦0.2，
[0050]
2《b≦2.1，
[0051]
a为3，
[0052]
b-a＝4，并且
[0053]
0≦m≦2。
[0054]
在一个实施方案中，形成包封片材的材料包括固化包。固化包包含有机过氧化物、任选的固化剂和任选的硅烷偶联剂。当存在固化包时，材料是形成交联包封片材的可固化组合物。
[0055]
当存在偶联包时，基于形成包封片材的材料的总重量，该材料包括0.1重量％至3重量％、或0.1重量％至2.5重量％、或0.1重量％至2重量％、或0.5重量％至1.5重量％、或1重量％至1.5重量％的量的有机过氧化物。重量百分比基于形成包封片材的材料的总重量。有机过氧化物是含有碳原子、氢原子和两个或更多个氧原子并且具有至少一个—o—o—基团的分子(前提条件是当存在多于一个—o—o—基团时，每个—o—o—基团经由一个或多个碳原子间接键合到另一个—o—o—基团)或此类分子的集合。有机过氧化物的非限制性示例包括过氧碳酸酯、二酰基过氧化物、过氧缩酮、二烷基过氧化物、过氧酯以及它们的组合。
[0056]
在一个实施方案中，有机过氧化物是二烷基过氧化物、式ro—o—o—ro的单过氧化物，其中每个ro独立地为(c
1-c
20
)烷基基团或(c
6-c
20
)芳基基团。每个(c
1-c
20
)烷基基团独立地为未取代的或被1个或2个(c
6-c
12
)芳基基团取代。每个(c
6-c
20
)芳基基团是未取代的或被1个至4个(c
1-c
10
)烷基基团取代。另选地，有机过氧化物可以是式ro—o—o—r—o—o—ro的二过氧化物，其中r为二价烃基团，诸如(c
2-c
10
)亚烷基、(c
3-c
10
)亚环烷基或亚苯基，并且每个ro如上文所定义。
[0057]
合适的有机过氧化物的非限制性示例包括叔丁基过氧基-2-乙基己基碳酸酯(tbec)；叔戊基过氧基-2-乙基己基碳酸酯(taec)、1,1-二(叔丁基过氧基)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-二(叔丁基过氧基)环己烷、3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三过氧壬烷、叔丁基过氧基-2-乙基己酸酯二枯基过氧化物；月桂基过氧化物；苯甲酰过氧化物；过苯甲酸叔丁酯；二(叔丁基)过氧化物；枯烯氢过氧化物；2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己炔-3；2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷；叔丁基氢过氧化物；过碳酸异丙酯；α,α'-双(叔丁基过氧基)二异丙基苯；叔丁基过氧基-2-乙基己基-单碳酸酯；1,1-双(叔丁基过氧基)-3,5,5-三甲基-环己烷；2,5-二甲基-2,5-二羟基过氧化物；叔丁基枯基过氧化物；α,α'-双(叔丁基过氧基)-对二异丙基苯；双(1,1-二甲基乙基)过氧化物；双(1,1-二甲基丙基)过氧化物；2,5-二甲基-2,5-双(1,1-二甲基乙基过氧基)己烷；2,5-二甲基-2,5-双(1,1-二甲基乙基过氧基)己炔；4,4-双(1,1-二甲基乙基过氧基)戊酸；丁基酯；1,1-双(1,1-二
甲基乙基过氧基)-3,3,5-三甲基环己烷；苯甲酰过氧化物；过氧化苯甲酸叔丁酯；二叔戊基过氧化物(“dtap”)；双(α-叔丁基过氧异丙基)苯(“bipb”)；异丙基枯基叔丁基过氧化物；叔丁基枯基过氧化物；二丁基过氧化物；2,5-双(叔丁基过氧基)-2,5-二甲基己烷；2,5-双(叔丁基过氧基)-2,5-二甲基己炔-3,1,1-双(叔丁基过氧基)-3,3,5-三甲基环己烷；异丙基枯基枯基过氧化物；4,4-二(叔丁基过氧基)戊酸丁酯；二(异丙基枯基)过氧化物；以及它们的组合。
[0058]
当助剂存在于固化包中时，基于用于形成包封片材的材料的总重量，形成包封片材的材料包括0.1重量％至2.5重量％、或0.1重量％至2重量％、或0.5重量％至1.5重量％、或0.5重量％至1.0重量％的量的助剂。合适的助剂的非限制性示例是异氰脲酸三烯丙酯。
[0059]
当硅烷偶联剂存在于固化包中时，基于用于形成包封片材的材料的总重量，用于形成包封片材的材料包括0.01重量％至2重量％、或0.05重量％至1.5重量％、或0.1重量％至1重量％、0.15重量％至0.5重量％、0.2重量％至0.4重量％、或0.25重量％至0.3重量％的硅烷偶联剂。合适的硅烷偶联剂的非限制性示例包括γ-氯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基-三-(β-甲氧基)硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、β-(3,4-乙氧基-环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、n-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基丙烯酸酯以及它们的组合。
[0060]
在一个实施方案中，硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷或3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基丙烯酸酯或烯丙基三甲氧基硅烷。
[0061]
形成包封片材的材料可包括一种或多种任选的添加剂。当存在任选的添加剂时，基于材料的总重量，添加剂以大于0、或0.01重量％、或0.1重量％至1重量％、或2重量％、或3重量％、或5重量％的量存在。合适的添加剂的非限制性示例包括抗氧化剂、防结块剂、稳定剂、着色剂、紫外线(uv)吸收剂或稳定剂、阻燃剂、增容剂、填充剂、受阻胺稳定剂、防枝化剂(tree retardant)、甲基自由基清除剂、防焦剂、成核剂、加工助剂以及它们的组合。
[0062]
在一个实施方案中，形成包封片材的材料包括(i)乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物，所述共聚物具有在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下小于1
×
10
16
ω.cm的树脂体积电阻率(vr)，(ii)0.01重量％至0.2重量％的离子清除剂，以及含有(iii)有机过氧化物、(iv)助剂、(v)硅烷偶联剂和(vi)uv稳定剂的固化包。将离子清除剂配混到乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物粒料中。随后将配混的乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物粒料与过氧化物、助剂和硅烷偶联剂(以及任选的添加剂)的固化包混合。将乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物(具有离子清除剂)的粒料浸泡在由有机过氧化物、助剂和硅烷偶联剂构成的固化包中，然后进一步加工(例如，配混、挤出、模塑等)浸泡的粒料以形成由交联的乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物、离子清除剂和任选的添加剂构成的包封片材。
[0063]
与固化以产生交联包封片材的材料相比，交联包封片材在结构上和物理上是不同的。在一个实施方案中，包封片材是交联片材并且由99.8重量％至99.98重量％的乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物和0.02重量％至0.2重量％的离子清除剂构成，所述离子清除剂是磷酸锆。包封片材具有在23℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在23℃下小于1
×
10
16
ω.cm的vr(片材vr)，或在23℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在23℃下小于7.0
×
10
15
ω.cm的片材vr。乙烯/c
4-c8α-烯烃共
聚物是具有以下特性中的一种、一些或全部的乙烯/辛烯共聚物：
[0064]
(i)在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下小于1
×
10
16
ω.cm的树脂vr，或在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下1
×
10
15
ω.cm的树脂vr；以及/或者
[0065]
(ii)在23℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在23℃下小于1
×
10
16
ω.cm的片材vr，或在23℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在23℃下小于7.0
×
10
15
ω.cm的片材vr；以及/或者
[0066]
(iii)0.860g/cc至0.890g/cc、或0.860g/cc至0.880g/cc、或0.865g/cc至0.875g/cc的密度；以及/或者
[0067]
(iv)10g/10min至20g/10min、或10g/10min至15g/10min、或11g/10min至14g/10min的熔融指数(i2)；以及/或者
[0068]
(v)50℃至90℃、或50℃至80℃、或55℃至75℃、或60℃至70℃的熔融温度tm；以及/或者
[0069]
(vi)30℃至50℃、或35℃至39℃的维卡软化温度(下文的片材
[0070]
1)。重量百分比基于包封片材的总重量。
[0071]
2.pv模块
[0072]
本公开提供了一种光伏(pv)模块。“光伏电池”、“pv电池”等术语是指含有几种无机或有机类型中任一种的一种或多种光伏效应材料的结构。光伏效应材料的非限制性示例包括晶体硅、多晶硅、无定形硅、铜铟镓(二)硒化物(cigs)、铜铟硒化物(cis)、碲化镉、砷化镓、染料敏化材料和有机太阳能电池材料。如图1所示，pv模块通常用于层压结构中并且具有至少一个光反应性表面，该光反应性表面通常在户外应用中将入射光转换成电流。pv电池在性质上可以是柔性的或刚性的，并且包括光伏效应材料和在其生产中应用的任何保护涂层表面材料以及适当的布线和电子驱动电路。
[0073]“光伏模块”、“pv模块”等术语是指包括pv电池的结构。pv模块还可包括前盖片材、前包封片材、后包封片材、背片或后包封片材，其中pv电池夹置在前包封片材与后包封片材之间。
[0074]
pv模块包括(a)前盖片材、(b)前包封片材、(c)光伏电池、(d)后包封材；以及(e)后盖片材。图1示出了示例性pv模块。刚性pv模块10包括被前包封片材12a和后包封片材12b包围或包封的光伏电池11(pv电池11)。前盖片材13覆盖前包封片材12a的设置在pv电池11上的部分的前表面。后盖片材14支撑后包封片材12b的设置在pv电池11的后表面上的部分的后表面。前盖片材13和后盖片材14各自由玻璃或丙烯酸树脂或聚碳酸酯构成。在一个实施方案中，前盖片材13和后盖片材14各自由玻璃构成。
[0075]
前包封片材12a的一部分直接接触pv电池11，并且前包封片材的另一部分直接接触后包封片材12b，如图1所示。后包封片材12b的一部分也直接接触pv电池11的后侧。这样，前包封片材12a和后包封片材12b完全包封pv电池11。如图1所示，前包封片材12a直接接触前盖片材13，并且后包封片材12b直接接触后盖片材14。pv电池11夹置在前包封片材12a与后包封片材12b之间，使得前包封片材12a和后包封片材12b均与pv电池11直接接触。前包封片材12a和后包封片材12b还在没有pv电池11的位置彼此直接接触。
[0076]
本公开的包封片材可以是前包封片材、后包封片材或前包封片材和后包封片材两者。在一个实施方案中，本公开的包封片材是前包封片材。在另一个实施方案中，本公开的包封片材是前包封片材和后包封片材两者。
[0077]
在一个实施方案中，pv模块包括为片材1的前包封片材12a和为片材1的后包封片材12b。
[0078]
在一个实施方案中，通过一种或多种层压技术将本公开的包封片材施加到电子器件上。通过层压，使盖片材与包封片材的第一面表面直接接触，并且使电子器件与包封片材的第二面表面直接接触。使前盖片材与前包封片材的第一面表面直接接触，使后盖片材与后包封片材的第二面表面直接接触，并且将电子器件固定在前包封片材的第二面表面与后包封片材的第一面表面之间并与它们直接接触。
[0079]
在一个实施方案中，层压温度足以活化有机过氧化物并交联材料，即由乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物、离子清除剂、有机过氧化物、硅烷偶联剂和助剂(以及任选的添加剂)构成的可固化材料。在交联期间，乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物的分子链通过碳-碳键偶联。硅烷偶联剂还与盖片材的表面相互作用以增加每个包封片材与其相应盖片材之间的粘附。层压后，材料是乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物、离子清除剂、有机过氧化物、硅烷偶联剂和助剂的反应产物。交联包封片材在结构上和物理上不同于可交联材料。
[0080]
在一个实施方案中，所述光伏模块包括：
[0081]
(a)前盖片材；
[0082]
(b)由以下物质构成的前包封片材
[0083]
(i)乙烯/c4-c8α-烯烃共聚物，所述共聚物具有在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下小于1
×
10
16
ω.cm的树脂体积电阻率(vr)，
[0084]
(ii)0.01重量％至0.2重量％的离子清除剂，
[0085]
(c)光伏电池；
[0086]
(d)由以下物质构成的后包封片材
[0087]
(i)乙烯/c4-c8α-烯烃共聚物，所述共聚物具有在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下小于1
×
10
16
ω.cm的树脂体积电阻率(vr)，或在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下小于1
×
10
15
ω.cm的树脂vr；以及/或者
[0088]
(ii)0.01重量％至0.2重量％的离子清除剂；
[0089]
(e)后盖片材；并且所述光伏模块在电势诱导衰减(pid)测试后具有0.05％至小于5.0％或0.05％至小于2％的功率损失。在另一个实施方案中，前包封片材和后包封片材各自具有在23℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在23℃下小于1
×
10
16
ω.cm的片材vr，或在23℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在23℃下小于7.0
×
10
15
ω.cm的片材vr。
[0090]
在一个实施方案中，所述光伏模块包括(a)前盖片材、(b)前包封片材、(c)光伏电池、(d)后包封片材和(e)后盖片材。前包封片材和后包封片材各自为交联片材并且由以下物质构成
[0091]
99.8重量％至99.98重量％的乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物，所述共聚物是具有以下特性的乙烯/辛烯共聚物
[0092]
(i)在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下小于1
×
10
16
ω.cm的树脂vr，或在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下小于1
×
10
15
ω.cm的树脂vr；以及/或者
[0093]
(ii)0.860g/cc至0.880g/cc的密度；以及/或者
[0094]
(iii)10g/10min至15g/10min的熔融指数(i2)；以及/或者
[0095]
(iv)50℃至80℃的熔融温度tm；以及/或者
[0096]
(v)30℃至50℃的维卡软化温度；并且所述光伏模块在电势诱导衰减(pid)测试后具有0.05％至小于1％的功率损失。在另一个实施方案中，前包封片材和后包封片材各自具有在23℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在23℃下小于1
×
10
16
ω.cm的片材vr，或在23℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在23℃下小于7.0
×
10
15
ω.cm的片材vr。
[0097]
通过实施例而非限制的方式，现在将在以下实施例中对本公开的一些实施方案进行详细描述。
[0098]
实施例
[0099]
在本发明实施例(ie)和比较样品(cs)中使用的材料在下表1中示出。
[0100]
表1
[0101][0102][0103]
1.包封片材的制备
[0104]
离子清除剂粉末(ixe-100和ixeplas)和树脂的配混。在设定温度(130℃)和10rpm的转子速度下将树脂进料到brabender混合器中。然后称取离子清除剂粉末并将其逐渐添加到brabender混合器中。混合在设定温度(130℃)和80rpm的转子速度下进行5分钟。收集完成的化合物并将其切成小片。将这些片进料到brabender单螺杆挤出机的料斗中，并在110℃下以25rpm的螺杆速度挤出成熔融线束。将熔融线束进料到brabender制粒机中以产
生离子清除剂粉末母料粒料。然后，用混合器将离子清除剂母料样品与聚合物粒料以所需剂量干混。
[0105]
对于每种组合物，将聚合物粒料(98.18重量％)与固化包(1.00重量％的过氧化物、0.50重量％的交联助剂、0.25重量％的硅烷偶联剂和0.07重量％的uv稳定剂)混合。
[0106]
对于每种组合物，在40℃下浸泡4小时后，将粒料进料到挤出机温度为110℃的labtech浇铸线中以避免过氧化物分解。制造厚度为约470nm且宽度为250mm的膜。
[0107]
将这些膜(模拟前/后包封片材)用于以下模块制造和性能测试。
[0108]
单电池模块层压.在本研究中使用的玻璃/玻璃双面模块用以下程序来制备。
[0109]
使用水清洗4
×
6平方英寸的玻璃盖片材，然后在使用前干燥。将包封片材切成片以适合玻璃的尺寸。将前玻璃盖片材、前包封片材、光伏电池、后包封膜和后玻璃盖片材按前述顺序堆叠在一起。层压过程在penergy l036层压机上在150℃下进行20分钟，包括4分钟真空过程和16分钟压制。将层压样品用于pid应力测试。制备三个相同的单电池pv模块样品用于pid测试以获得平均值。
[0110]
前/后包封片材的特性在下表2中提供。
[0111]
表2
[0112][0113]
cs＝比较样品；ie＝本发明实施例
[0114]
结果
[0115]
(a)xus 38679(cs-2)乙烯/辛烯共聚物在60℃下具有2.74
×
10
14
ω.cm的树脂vr，并且具有cs-2的pv模块在pid测试后具有-3.57％/-9.25％(前/后)的功率损失。具有cs-2前/后包封膜的pv模块在电势诱导衰减(pid)测试后具有大于5％的功率损失，因此不适合
作为双面pv模块的包封片材。由xus 38679乙烯/辛烯共聚物和0.0625重量％的poem(cs-2-1)构成的包封片材在pid测试后表现出-3.38％/-5.79％(前/后)的功率损失。在功率损失大于5％的情况下，cs-2-1不适合作为双面pv模块的包封片材。由xus 38679乙烯/辛烯共聚物以及(i)0.25重量％的poem(ie-2-2)、(ii)0.5重量％的poem(0.04重量％的ixe-100)(ie-2-3)、(iii)1重量％的poem(ie-2-5)和(iv)2.5重量％的poem(ie-2-6)构成的包封片材在pid测试后各自表现出小于2％的功率损失，这是可接受的并且也低于cs-1即engage pv 8669在pid测试后-2.86％的功率损失。
[0116]
(c)engage 8411(cs-4)在pid测试后的功率损失为-3.41％/-13.31％(前/后)，并且r04(cs-5)在pid测试后的功率损失为-6.22％/-23.58％(前/后)。因此，engage 8411和r04不适合用于双面pv模块。将0.5重量％的poem添加到engage 8411(cs-4-1)中或甚至将1.0重量％的poem添加到engage 8411(cs-4-2)中没有显示出功率损失的改善。没有进一步增加剂量，因为没有性能改善趋势，并且更多剂量将影响经济性和膜透明度。
[0117]
不受特定理论限制，据信vr表示乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物树脂内的离子迁移率和浓度。在60℃下树脂vr小于1
×
10
14
ω
·
cm的乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物诸如r04(cs-5)和engage 8411(cs-4)中的离子迁移率和浓度高，因此离子清除剂不能有效地中和所有离子。因此，在60℃下树脂vr小于1
×
10
14
ω
·
cm的乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物中，离子清除剂不能有效防止功率损失。
[0118]
尤其期望的是，本公开不限于本文所含有的实施方案和说明，而是包括那些实施方案的修改形式，该等修改形式包括如以下权利要求的范围内出现的实施方案的部分和不同实施方案的要素的组合。

技术特征：
1.一种包封片材，所述包封片材包含：由以下物质形成的材料:乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物，所述共聚物具有在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下小于1
×
10
16
ω.cm的树脂体积电阻率(vr)；0.01重量％至0.2重量％的离子清除剂；并且所述片材具有大于91％的透射率。2.根据权利要求1所述的包封片材，其中所述乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物具有在23℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在23℃下小于1
×
10
16
ω.cm的片材vr。3.根据权利要求2所述的包封片材，其中所述乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物是具有以下特性的乙烯/辛烯共聚物(i)在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下小于1
×
10
16
ω.cm的树脂vr；(ii)0.860g/cc至0.890g/cc的密度；(iii)10g/10min至20g/10min的熔融指数(i2)；(iv)50℃至90℃的熔融温度tm；以及(v)30℃至50℃的维卡软化温度。4.根据权利要求1至3中任一项所述的包封片材，其中所述离子清除剂是磷酸锆。5.根据权利要求1至4中任一项所述的包封片材，其中所述材料包含固化包，所述固化包包含过氧化物、任选的固化剂和任选的硅烷偶联剂。6.根据权利要求1至5中任一项所述的包封片材，所述包封片材包含选自由uv稳定剂、抗氧化剂以及它们的组合组成的组的添加剂。7.一种光伏模块，所述光伏模块包括：(a)前盖片材；(b)由以下物质构成的前包封片材：(i)乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物，所述共聚物具有在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下小于1
×
10
16
ω.cm的树脂体积电阻率(vr)，(ii)0.01重量％至0.2重量％的离子清除剂，(c)光伏电池；(d)由以下物质构成的后包封片材：(i)乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物，所述共聚物具有在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下小于1
×
10
16
ω.cm的树脂体积电阻率(vr)，(ii)0.01重量％至0.2重量％的离子清除剂；(e)后盖片材；并且所述光伏模块在电势诱导衰减(pid)测试后具有0.05％至小于5％的功率损失。8.根据权利要求7所述的光伏模块，其中所述前包封片材的一部分直接接触所述光伏电池，并且所述前包封片材的一部分直接接触所述后包封片材的一部分。9.根据权利要求8所述的光伏模块，其中所述后包封片材的一部分直接接触所述光伏电池的一部分。10.根据权利要求7至9中任一项所述的光伏模块，其中所述前包封片材和所述后包封片材各自由乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物构成，所述共聚物具有在23℃下大于1
×
10
14
ω.cm至
在23℃下小于1
×
10
16
ω.cm的片材vr。11.根据权利要求7至10中任一项所述的光伏模块，其中所述前包封片材和所述后包封片材各自为交联片材并且由以下物质构成99.80重量％至99.98重量％的乙烯/c
4-c8α-烯烃共聚物，所述共聚物是具有以下特性的乙烯/辛烯共聚物(i)在60℃下大于1
×
10
14
ω.cm至在60℃下小于1
×
10
16
ω.cm的树脂vr；(ii)0.860g/cc至0.890g/cc的密度；(iii)10g/10min至20g/10min的熔融指数(i2)；(iv)50℃至90℃的熔融温度tm；以及(v)30℃至50℃的维卡软化温度；并且所述光伏模块在电势诱导衰减(pid)测试后具有0.05％至小于1％的功率损失。

技术总结
本发明提供了一种包封片材，该包封片材包括由乙烯/C


技术研发人员：张文馨 孙亚斌 仰云峰 李宇岩
受保护的技术使用者：陶氏环球技术有限责任公司
技术研发日：2020.12.17
技术公布日：2023/8/1