光伏組件用EVA封裝膠膜的性能研究

丁盛 張海鵬

摘要：文章研究了EVA封裝膠膜的交聯(lián)體系、粘绔性能和透光性能。研究實(shí)驗(yàn)表明：交聯(lián)劑含量0.5%和助交聯(lián)劑含量0.6%時(shí)，EVA膠膜的交聯(lián)度最高，同時(shí)添加劑的用量也最經(jīng)濟(jì);粘結(jié)性能隨KBM-503含量的增加而增強(qiáng)，最后達(dá)到趨于穩(wěn)定;添加不同的助劑滿足組件上下兩層EVA膠膜不同的透光率要求。

關(guān)鍵詞：EVA膠膜;交聯(lián);粘結(jié);透光

中圖分類號(hào)：TQ437 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）01-0032-03

0引言

太陽能光伏組件是按照鋼化玻璃、高透型EVA膠膜、電池片、高截止型EVA膠膜和背板的順序組成的，可見EVA膠膜是光伏組件的重要組成材料，上下兩層EVA膠膜起到對(duì)電池片的保護(hù)作用，同時(shí)EVA膠膜性能的高低決定了電池片的發(fā)電效率的優(yōu)劣，而且還影響光伏組件的使用壽命，因此，研制高性能的EVA膠膜對(duì)太陽能光伏組件起到至關(guān)重要的作用。

本文對(duì)EVA膠膜的交聯(lián)性能、粘結(jié)性能和透光性能進(jìn)行了研究，通過添加不同的助劑以滿足較高的光伏組件要求。

1實(shí)驗(yàn)

1.1主要原料

EVA，E280PV，韓華公司;交聯(lián)劑，過氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯，市售;助交聯(lián)劑TAIC，三烯丙基異三聚氰酸酯，市售;硅烷偶聯(lián)劑，KBM-503，市售;抗氧老化劑，丙氧化甘油三丙烯酸酯，市售;光穩(wěn)定劑，Tinuvin770，市售;紫外光吸收劑，UV531，市售。

1.2主要設(shè)備與儀器

單螺桿擠出機(jī)，SJl50-29，上海金緯機(jī)械制造有限公司;錐形攪拌機(jī)，DHS-3P，上海升立機(jī)械制造有限公司;太陽能電池組件層壓機(jī)，BSLl220C，秦皇島博碩光電設(shè)備股份有限公司;電子萬能試驗(yàn)機(jī)，CMT-1103，珠海市三思泰捷電氣設(shè)備有限公司;紫外分光光度計(jì)，UV-2600，日本島津公司;差示掃描量熱儀（Dsc），Q20，美國(guó)TA公司。

1.3樣品制備

按照?qǐng)D1流程制備EVA膠膜：

擠出機(jī)工藝參數(shù)設(shè)定：一區(qū)：65℃，二區(qū)：75℃，三區(qū)～九區(qū)：85%，磨具五段從左到右：85%/83℃/81℃/83℃/85℃。螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)定：主機(jī)：20.0rpm。

1.3.1剝離強(qiáng)度樣品制備

取膠膜左、中、右3個(gè)位置，各取約lcmxl5cm兩層試樣，依次命名為左、中、右，置于玻璃花紋面上，底端空2cm置于防粘布上，膜之間至少隔開2cm，再在樣品上鋪上背板組成玻璃倆層EVA膠膜/背板結(jié)構(gòu)。整體放人層壓機(jī)中層壓，層壓工藝為：溫度140℃，抽真空5min，加壓30s，層壓12min，層壓固化好的EVA膠膜表面應(yīng)無氣泡。

1.3.2透光率樣品制備

取EVA膠膜中間50mmX50mm試樣，置于防粘聚四氟乙烯布間，膜之間至少隔開2cm，再整體放于45cmx45cm的玻璃上，放人層壓機(jī)中層壓，將三層結(jié)構(gòu)剝離開來，揭下層壓好的膠膜剪成30mmx50mm待用。

1.4測(cè)試與表征

1.4.1交聯(lián)度

分別測(cè)試層壓前和層壓后EVA膠膜的熱焓值H，樣品大小2x2，重量7mg左右，測(cè)試條件：平衡溫度50℃，測(cè)試溫度50℃～230℃，升溫速率10℃/min。

1.4.2剝離強(qiáng)度

用10mm取樣刀將EVA膠膜背板層切割成寬度為10mm的試樣，將試樣上下固定于拉力機(jī)上測(cè)試，拉力機(jī)測(cè)試位移距離為10cm。

1.4.3透光率

采用紫外一可見分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定，將膠膜置于兩張防粘聚四氟乙烯布之間，140℃層壓12min，測(cè)定薄膜200～1100nm波長(zhǎng)的透光率，并用分別標(biāo)記380～1100nm、290～380nm和320nm這3個(gè)區(qū)間的透光率。

2結(jié)果與討論

2.1交聯(lián)劑和助交聯(lián)劑用量對(duì)交聯(lián)度的影響

在EVA膠膜的交聯(lián)反應(yīng)中，最常見的化學(xué)反應(yīng)是自由基聚合，最基本的第一步是生成自由基，有機(jī)過氧化物被用作自由基的來源。有機(jī)過氧化物首先在高溫下分解，生成能夠捕獲聚合物主鏈特別是脂肪族中CH2單元上氫原子的高活性過氧化自由基，然后這些過氧化自由基經(jīng)過支化和交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行重組，通過在分子鏈之間建立化學(xué)鍵形成三維分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

從表1中可以看出，隨著助交聯(lián)劑TAIC的含量增加，交聯(lián)劑的用量雖然減少了，但是交聯(lián)度卻反而升高了。這是因?yàn)橹宦?lián)劑的存在可以延長(zhǎng)交聯(lián)劑過氧化物自由基的壽命，減少自由基的猝滅，過氧化物的用量自然就減少了，層壓后膠膜中過氧化物的殘留量就會(huì)減少，從而提高膠膜的穩(wěn)定性。

2.2不同含量偶聯(lián)劑對(duì)粘結(jié)性的影響

玻璃是表面平滑的無機(jī)材料，背板也是表面難粘結(jié)的含氟材料，未進(jìn)行增粘的EVA膠膜極性較弱，與玻璃和背板的粘結(jié)強(qiáng)度不高，因此制作的組件無法保證長(zhǎng)久的使用。硅烷偶聯(lián)劑KBM-503結(jié)構(gòu)中含有不飽和鍵，能顯著增強(qiáng)EVA與玻璃和背板的粘結(jié)強(qiáng)度，這是因?yàn)镵BM-503結(jié)構(gòu)中的親無機(jī)基團(tuán)能與玻璃和背板表面的化學(xué)基團(tuán)反應(yīng)，形成強(qiáng)固的化學(xué)鍵合，其分子鏈上的不飽和鍵在有機(jī)自由基的引發(fā)下打開，和EVA分子鏈發(fā)生接枝反應(yīng)，將自身帶有的另一部分極性基團(tuán)賦予EVA分子，構(gòu)成極性支鏈，這就大大增強(qiáng)了EVA與玻璃和背板的粘合力。

圖中可以看出，剛開始隨KBM-503含量的增加，剝離強(qiáng)度顯著提升，但是當(dāng)KBM-503含量達(dá)到0.25%后，剝離強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，不再繼續(xù)增加，這是因?yàn)榻缑嫣幍墓柰榕悸?lián)劑的含量達(dá)到了飽和。

2.3透光率性能研究

透光率性能直接反映EVA膠膜的光透過情況，太陽能光伏組件中上下兩層EVA膠膜對(duì)透光性能都有嚴(yán)格要求，在380～1100nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透光率需要大于90%，其中上層高透型EVA膠膜還需在320nm處的透光率大于80%，下層截止型EVA膠膜還需在290～380nm范圍內(nèi)的透光率小于30%。

從圖3和圖4可知，不管是高透型還是截止型在380～1100nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透光率都大于90%，平均值達(dá)到92%以上，高透型EVA膠膜在320nm處的透光率為89.39%、89.88%和89.86%，使紫外光也能更好的透過傳遞到電池片，從而提高電池片的發(fā)電效率。截止型EVA膠膜在290—380nm范圍內(nèi)的透光率都小于30%，平均為23.17%、25.22%和22.35%，這樣可以使更多的紫外光反射不進(jìn)入組件中，從而對(duì)電池片起到更好的保護(hù)，延長(zhǎng)光伏組件的使用壽命。