不可或缺的封裝材料的含33%醋酸乙烯酯的EVA膠膜解析

你知道光伏封裝材料嗎?太陽(yáng)的光線出現(xiàn)在生活中的每一個(gè)地方，人們的生活已經(jīng)離不開太陽(yáng)，太陽(yáng)能不僅為植物生長(zhǎng)提供光源，而且也能為人類提供能源，現(xiàn)在的光伏發(fā)電就是很大程度上利用了太陽(yáng)能。

封裝材料的作用是將太陽(yáng)電池、銅錫焊帶、背板及光伏玻璃等粘結(jié)在一起，是光伏組件的關(guān)鍵組成部分[12]。封裝材料主要有雙組分硅膠、聚乙烯醇縮丁醛樹脂(PVB)、乙烯- 醋酸乙烯酯聚合物(EVA) 膠膜等[14]。目前光伏行業(yè)應(yīng)用最廣泛的是已在行業(yè)使用超過20年的含33%醋酸乙烯酯的EVA膠膜。

隨著全球光伏每年新增裝機(jī)的不斷增加，即便考慮膠膜單位消耗量的不斷降低，組件廠商對(duì)膠膜的需求量也會(huì)越來越大，我們預(yù)計(jì)2019-2021年的全球EVA膠膜需求量將分別達(dá)到13.2、14.4、16.1億平方米。

EVA作為高分子材料，在強(qiáng)紫外線照射下極易發(fā)生脫乙烯反應(yīng)，并產(chǎn)生乙酸與烯烴。不僅EVA 的分解速度與紫外線強(qiáng)度成正比，而且乙酸量的增加還會(huì)加快EVA 的老化速度[12]。光伏組件的焊帶、背板和電極也會(huì)受到乙酸的腐蝕，脫乙烯反應(yīng)引起EVA膠膜發(fā)生色變，使光伏組件由無色透明逐漸變化成黃色甚至深褐色，從而影響了組件的透光率和輸出功率，導(dǎo)致組件的轉(zhuǎn)換效率和使用壽命明顯下降。

膠膜生產(chǎn)工藝較為成熟，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)較為充分。國(guó)產(chǎn)替代逐步完成，目前板塊格局穩(wěn)定，福斯特龍頭地位穩(wěn)固。EVA膠膜在生產(chǎn)上有較強(qiáng)的技術(shù)壁壘，配方、改性技術(shù)、生產(chǎn)工藝、關(guān)鍵生產(chǎn)裝備等方面專業(yè)性很強(qiáng)，且產(chǎn)品透光率、收縮率、耐老化等方面均有嚴(yán)格要求，需要企業(yè)經(jīng)過多年摸索和不斷改進(jìn)才能確保產(chǎn)品質(zhì)量。

玻璃化溫度Tg 和脆性溫度Tb 是當(dāng)聚合物在低溫下力學(xué)性能發(fā)生形態(tài)突變時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度[16]。其中，玻璃化溫度直接關(guān)系到EVA 膠膜的低溫性能，在玻璃化溫度以下，EVA 膠膜呈玻璃態(tài)，表現(xiàn)出一定的脆性[17]。有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，EVA 膠膜的玻璃化溫度為0～10 ℃ [18]，在0 ℃以下時(shí)，EVA 膠膜開始逐漸喪失彈性，進(jìn)入剛性狀態(tài)。EVA 膠膜的脆性溫度為-30～-50 ℃，當(dāng)溫度降到脆性溫度以下時(shí)，EVA膠膜表現(xiàn)出脆性，少許的外力、較小的形變就會(huì)使其受到破壞[19]。

作為封裝的關(guān)鍵材料，膠膜的主要作用是保護(hù)太陽(yáng)能電池并將電池與蓋板、背板材料緊密貼合成為一個(gè)整體。EVA 封裝膠膜屬于熱固性材料，在封裝層壓過程中在一定溫度、壓力下發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)良好的粘接。交聯(lián)劑常采用過氧化二異丙苯( DCP) ，而 DCP 需在 140 ～ 160 ℃的高溫條件下發(fā)揮作用，此時(shí)會(huì)因各組件間的線膨脹系數(shù)的差異，產(chǎn)生一部分內(nèi)應(yīng)力，封裝完成組件溫度降至室溫，因各組件導(dǎo)熱系數(shù)的差異，又產(chǎn)生一部分內(nèi)應(yīng)力，兩部分內(nèi)應(yīng)力累積，最終將導(dǎo)致各組件間脫層、起泡、褶皺等現(xiàn)象的發(fā)生，降低太陽(yáng)能電池的使用壽命。因此，選用合適的助劑，盡量降低 EVA 膠膜的封裝層壓溫度，避免因此帶來的產(chǎn)品缺陷，延長(zhǎng)太陽(yáng)能電池組件的使用壽命，也成為研究者們亟待需要解決的問題之一。

此時(shí)的EVA 膠膜僅存在抗機(jī)械沖擊性能，一旦受到強(qiáng)勁風(fēng)壓、冰雹或運(yùn)輸?shù)韧饬Φ臎_擊，很容易發(fā)生斷裂，而封裝在其內(nèi)部的太陽(yáng)電池會(huì)隨之產(chǎn)生隱裂甚至斷裂。同時(shí)，低溫環(huán)境還會(huì)使EVA膠膜的粘結(jié)性能嚴(yán)重下降，使光伏組件發(fā)生脫層。光伏用EVA 膠膜的極性結(jié)構(gòu)較弱，在強(qiáng)紫外線輻射下易產(chǎn)生降解與老化現(xiàn)象，在極端氣候環(huán)境下易產(chǎn)生低溫冷脆、隱裂、脫層現(xiàn)象[12]。而EVA膠膜的穩(wěn)定性能受其組成，以及耐老化劑、穩(wěn)定劑、偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑等添加劑的影響。耐老化劑可降低紫外線對(duì)EVA膠膜的降解與變色，穩(wěn)定劑可增加EVA膠膜的化學(xué)穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性，偶聯(lián)劑可增加EVA膠膜的粘結(jié)強(qiáng)度，交聯(lián)劑能有效提高EVA膠膜的體積電阻率和機(jī)械強(qiáng)度等[12]。因此，可通過在EVA膠膜生產(chǎn)過程中添加適當(dāng)比例的添加劑來提高其耐低溫性能。

光伏產(chǎn)業(yè)在全球大力開發(fā)清潔新能源的環(huán)境背景下，得到了異常迅速的發(fā)展。我國(guó)已是世界上最大的太陽(yáng)電池及組件的生產(chǎn)基地，封裝膠膜無論從研發(fā)實(shí)力、產(chǎn)品質(zhì)量方面均在不斷地提高，但高性能EVA 膠膜仍需依賴進(jìn)口，嚴(yán)重制約我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此研究出高性能的封裝膠膜，從改進(jìn)配方、改進(jìn)工藝、改性 EVA、開發(fā) EVA 替代品等方面出發(fā)，優(yōu)化改善封裝膠膜的透光、散熱、粘接、耐老化等性能，最終減緩光伏電池的衰竭速率、提高使用壽命、降低進(jìn)口依存度，是研究者們需要加大力度攻關(guān)的課題。

以上就是光伏封裝材料解析，如果某一天人們能高效利用太陽(yáng)能，相信能解決很大的能源問題，畢竟太陽(yáng)能是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的，能保證人類的永續(xù)發(fā)展，需要我們科研人員更加努力。