硅烷偶聯(lián)劑對(duì)光伏密封膠耐候黏接性的影響

趙龍寶

（江蘇東鋆光伏科技有限公司，江蘇無錫 214420）

從使用安全、制造成本和對(duì)生態(tài)環(huán)境影響等方面考慮，光伏發(fā)電技術(shù)可以為人類提供清潔高效能源。光伏電池制備工藝中，封裝膠膜會(huì)對(duì)光伏電池材料性能產(chǎn)生很大的影響，可以固定、封裝和保護(hù)光伏發(fā)電板，避免受到自然環(huán)境中氧氣、水分等的破壞，對(duì)保證光電轉(zhuǎn)換效率、延長(zhǎng)使用年限等方面發(fā)揮著重要作用。當(dāng)前，光伏電池板封裝膠膜主要采用EVA、聚氨脂等材料，雖然上述材料具有更好的膠膜力學(xué)性能和抗老化性能，由于聚氨酯、離聚物制備價(jià)格高，采用該材料的光伏板只有國(guó)外少數(shù)國(guó)家，因此，還延用EVA封裝膜作為主要封裝材料。硅烷偶聯(lián)劑為特殊結(jié)構(gòu)化學(xué)物質(zhì)，分子中含有親有機(jī)、無機(jī)功能基團(tuán)，可以將兩種不同性質(zhì)結(jié)構(gòu)、親和力差異大的界面進(jìn)行很好連接。

1 EVA膠膜與黏接促進(jìn)劑

我國(guó)光伏行業(yè)進(jìn)入到高速發(fā)展時(shí)期，對(duì)EVA封裝膠膜有著很大的需求，而EVA材料基礎(chǔ)樹脂為醋酸乙烯，引發(fā)劑為過氧化物，添加適宜的抗氧劑可以提高膠膜抗?jié)駸嵫趸芰?，?yīng)用紫外線穩(wěn)定劑可以降低紫外線對(duì)EVA大分子鏈損壞，采用黏接促進(jìn)劑可以提升膠膜對(duì)玻璃的黏接強(qiáng)度。光伏材料封裝后的使用壽命會(huì)相應(yīng)縮短，受到環(huán)境中熱量、氧氣、水汽和紫外線上等因素影響，封裝膠膜的透明度會(huì)不斷減弱，會(huì)變黃、開裂和脫膠，光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)降低。EVA膠膜對(duì)玻璃、背板黏接強(qiáng)度性能會(huì)對(duì)光伏材料穩(wěn)定性、可靠性產(chǎn)生直接影響，尤其是濕熱老化環(huán)境下導(dǎo)致封裝失效，會(huì)導(dǎo)致多晶硅和金屬線路出現(xiàn)氧化、腐蝕，光伏材料發(fā)電性能會(huì)相應(yīng)下降。

當(dāng)前，為了加強(qiáng)光伏材料封裝對(duì)EVA膠膜、玻璃板黏接性能，可以在EVA膠膜中添加硅烷偶聯(lián)劑，將膠膜與玻璃間生成共價(jià)連接鍵。隨著光伏材料封裝技術(shù)的不斷進(jìn)步，層壓速度會(huì)變得更快，溫度也會(huì)相應(yīng)變低，會(huì)導(dǎo)致黏接性下降，無法滿足封裝性能要求，會(huì)呈現(xiàn)出初始剝離強(qiáng)度偏小的問題。除此之外，在光伏封裝材料濕熱老化時(shí)，環(huán)境中的水蒸氣會(huì)在EVA、玻璃板相互間界面上不斷擴(kuò)散，界面部位硅烷偶聯(lián)劑和玻璃間共價(jià)鍵受到水解或溶脹，會(huì)導(dǎo)致黏接部位剝離強(qiáng)度變小。為了提高初始剝離強(qiáng)度和濕熱老化環(huán)境下黏接可靠性，需要對(duì)硅烷偶聯(lián)劑類型、層壓溫度對(duì)光伏封裝組件剝離強(qiáng)度的影響情況過行分析。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要原材料

甲基硅油，nm碳酸鈣，乙烯基三甲氧基硅烷，氫氧化鋁，硅烷偶聯(lián)劑，鈦絡(luò)合物，二甲氧基封端聚二甲基硅氧烷等

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

攪拌設(shè)備，高溫高濕實(shí)驗(yàn)箱，高低溫度實(shí)驗(yàn)箱，紫外耐候箱，拉力機(jī)等。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)時(shí)需要防止環(huán)境中水汽進(jìn)入到攪拌設(shè)備中，確保實(shí)驗(yàn)環(huán)境的干燥。把二甲氧基封端聚二甲基硅氧烷置于攪拌設(shè)備中，在120℃高溫真空環(huán)境下持續(xù)攪拌脫水3h，再將其冷卻到50℃，添加催化劑、交聯(lián)劑和偶聯(lián)劑，對(duì)其進(jìn)行充分均勻地?cái)嚢?，?0.09～-0.1MPa負(fù)壓真空環(huán)境下持續(xù)攪拌30～40min，將攪拌混合的材料倒出即可得到實(shí)驗(yàn)用膠。

2.4 性能測(cè)試

根據(jù)給表干時(shí)間相關(guān)規(guī)定進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)行Ⅱ型啞鈴實(shí)驗(yàn)，將拉伸速度控制在（500±50）mm/min，密封膠黏接性能測(cè)試根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)開展。

3 硅烷偶聯(lián)劑對(duì)耐候黏接性影響分析

3.1 對(duì)光伏密封膠性能影響

從表1可以發(fā)現(xiàn)，一些硅烷偶聯(lián)劑參加了交聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致脫醇型光伏密封膠的表干時(shí)間相應(yīng)減少，進(jìn)一步提升了固化速度和拉伸強(qiáng)度，但伸長(zhǎng)率卻減少，偶聯(lián)劑類型沒有對(duì)密封膠性能產(chǎn)生太大的影響。

表1 光伏密封膠性能影響統(tǒng)計(jì)表

3.2 對(duì)常溫黏接性能的影響

當(dāng)前，光伏材料黏接基材表面為鋼化玻璃、PET、PP、銅、PC接線盒等，表2統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為不適合進(jìn)行黏接底涂條件下，將不同類型硅烷偶聯(lián)劑添加到密封劑后，在常溫環(huán)境下的各種基材黏接性能影響情況。采用手接剝離實(shí)驗(yàn)來測(cè)試AF界面破壞和內(nèi)聚破壞情況，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，沒加入偶聯(lián)劑對(duì)照組多種基材都出現(xiàn)不同程度的界面損壞。添加KH560后可以優(yōu)化陽極氧化鋁、銅在常溫條件下的黏接性，而只添加一種KH550、偶聯(lián)劑共聚物等，可以改進(jìn)不同基材表面黏接性。

表2 常溫黏接性影響統(tǒng)計(jì)表

3.3 對(duì)密封膠耐候性能影響

為達(dá)到光伏封裝材料密封膠對(duì)戶外環(huán)境影響因素的要求，需要對(duì)不同偶聯(lián)劑密封耐候黏接性能進(jìn)行分析與研究。實(shí)驗(yàn)按照夾層玻璃封邊保護(hù)劑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)紫外輻射、濕熱度、熱循環(huán)性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，不同偶聯(lián)劑會(huì)對(duì)光伏密封膠耐候黏接性能有著很大的影響，一般的陽極氧化鋁、銅和玻璃對(duì)環(huán)境條件、偶聯(lián)劑選擇性不強(qiáng)，而難于黏接的PP、PC和PET卻有著更高的要求。添加偶聯(lián)劑密封膠對(duì)紫外線、濕熱、熱循環(huán)對(duì)應(yīng)的黏接性具有促進(jìn)作用。這是由于偶聯(lián)共聚物中有著很長(zhǎng)的KH550、KH560分子鏈，疏水鏈區(qū)段比較長(zhǎng)，可以很好地調(diào)節(jié)密封膠材料的疏水性，這樣就可以具備很好的耐水性能。在進(jìn)行聚合時(shí)一些KH550內(nèi)氨基會(huì)加入到反應(yīng)中來，會(huì)導(dǎo)致偶聯(lián)劑的強(qiáng)堿性變小，這樣就有著很好的耐溫性能。不同偶聯(lián)劑對(duì)紫外線、濕熱和熱循環(huán)黏接性能統(tǒng)考計(jì)數(shù)據(jù)見表3～表5。

表3 不同偶聯(lián)劑紫外線輻射對(duì)黏接性影響統(tǒng)計(jì)表

表4 不同偶聯(lián)劑對(duì)濕熱黏接性影響統(tǒng)計(jì)表

表5 不同偶聯(lián)劑熱循環(huán)黏接性影響統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)語

在密封膠中添加偶聯(lián)劑可以提升表干時(shí)間、固化速度，拉伸強(qiáng)度也可以得到相應(yīng)的增加，伸長(zhǎng)率會(huì)有一定程度降低?？梢蕴嵘夥芊獠牧铣貤l件下的黏接性，還可以提升密封膠的耐紫外線輻射性能、耐高溫高濕性、耐濕熱性，具有良好的耐候黏接性。