光伏組件用EVA膠膜的改性技術(shù)研究進(jìn)展

郭賢明

（廣東省技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究發(fā)展中心，廣東 廣州 510075）

乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）熱熔膠膜是一種低溫黏接膠膜，具有良好的透光性，常溫條件下無黏性，熱壓可以熔融黏結(jié)和交聯(lián)固化，廣泛應(yīng)用于光伏面板、玻璃工藝品等行業(yè)。將EVA、交聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑及其他改性劑攪拌均勻后于密閉容器中靜置，再經(jīng)過混煉塑化、流延擠出、冷卻成型和收卷等工序制成熔融態(tài)膠膜，即EVA膠膜。應(yīng)用于光伏組件的EVA膠膜，其乙酸乙烯酯含量在28%～33%（w）。EVA膠膜的主要作用是將光伏玻璃、電池片、背板黏在一起，起到保護(hù)電池片、隔絕空氣的作用。EVA膠膜占光伏組件成本的3%～4%［1］。對(duì)光伏組件用EVA膠膜的研究主要集中在提升EVA膠膜的抗電勢(shì)誘導(dǎo)衰減性能，提升太陽能利用率以及其他性能的改善［2］。本文綜述了光伏組件用EVA膠膜的改性技術(shù)研究進(jìn)展。

1 EVA膠膜的抗電勢(shì)誘導(dǎo)衰減性能研究進(jìn)展

使用EVA膠膜封裝的太陽能光伏組件，由于長期暴露于自然環(huán)境中容易受到光、熱、氧、水分等因素影響，使EVA水解產(chǎn)生乙酸，乙酸與玻璃中的鈉鹽反應(yīng)可引起鈉離子遷移從而導(dǎo)致電勢(shì)誘導(dǎo)衰減。EVA膠膜與玻璃之間產(chǎn)生漏電電流造成光伏組件的功率持續(xù)衰減，一般衰減在20%以上，嚴(yán)重時(shí)衰減可達(dá)50%左右［3］。為提升EVA膠膜的抗電勢(shì)誘導(dǎo)衰減性能，常州百佳年代薄膜科技股份有限公司［4］采用基體樹脂內(nèi)交聯(lián)堿性有機(jī)物降低電勢(shì)誘導(dǎo)衰減效應(yīng)。將93.00 phr EVA，0.30 phr γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，0.80 phr叔丁基過氧化碳酸-2-乙基己酯，0.60 phr三羥甲基丙烷三丙烯酸酯，0.40 phr丙氧化甘油二丙烯酸酯，0.20 phr 4-羥基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇，0.30 phr β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸十八碳酸酯，0.25 phr丙烯酸二甲氨基乙酯和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，2.00 phr碳酸鋇，4.00 phr 10%（w）的磺化改性的高分散凹凸棒石黏土分散液混合均勻，于50 ℃烘箱內(nèi)封閉靜置，使上述助劑完全被樹脂吸收，然后共擠流延成膜，冷卻，分切，收卷。通過放卷控制，在輻照劑量18 kJ/kg下輻照0.3 min，使丙烯酸二甲氨基乙酯接枝在EVA上，收卷后即為光伏封裝膠膜。該膠膜透光率91.7%，水汽透過率7.32 g/（m2·24 h），體積電阻率7.19×1016Ω·cm，光伏組件功率衰減1.68%，可以確保光伏組件在長期使用過程中保持穩(wěn)定的功率。常州斯威克光伏新材料有限公司［5］開發(fā)了雙層共擠抗極化型EVA復(fù)合膠膜，可以提高光伏組件的抗電勢(shì)誘導(dǎo)衰減性能。將100.0 phr乙烯丙烯酸共聚物、0.8 phr過氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、0.9 phr三丙烯基異氰脲酸酯、0.5 phr γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、0.2 phr雙（2,2,6,6-四甲基哌啶基）癸二酸酯、0.2 phr 2-羥基-4-甲氧基-5-磺酸基二苯甲酮、0.1 phr 2,6-二叔丁基對(duì)甲酚混合均勻，倒入第一臺(tái)單螺桿擠出機(jī)料倉中。將100.0 phr EVA［熔體流動(dòng)速率為25 g/10 min，透光率大于91%，體積電阻率大于1.0×1014Ω·cm，熔融溫度為56 ℃、乙酸乙烯酯含量28%（w）］、0.8 phr過氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、0.9 phr三丙烯基異氰脲酸酯、0.5 phr γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、0.2 phr雙（2,2,6,6-四甲基哌啶基）癸二酸酯、0.2 phr 2-羥基-4-甲氧基-5-磺酸基二苯甲酮、0.1 phr 2,6-二叔丁基對(duì)甲酚混合均勻，倒入第二臺(tái)單螺桿擠出機(jī)料倉中。同時(shí)開啟兩臺(tái)單螺桿擠出機(jī)，擠出溫度都為80～100 ℃，擠出壓花復(fù)合制備雙層共擠抗極化型EVA復(fù)合膠膜。該膠膜拉伸強(qiáng)度11.21 MPa，斷裂伸長率844.89%，體積電阻率大于1.0×1016Ω·cm，紫外光透光率82%，可見光透光率大于89%，膠膜與玻璃的剝離強(qiáng)度232.17 N/cm，紫外光老化黃變指數(shù)小于1，濕熱老化不脫層，電勢(shì)誘導(dǎo)功率衰減3.25%。采用雙層共擠的加工方法，設(shè)備簡單，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低。

從電站收益分析，雙面雙玻光伏組件能增加10%的發(fā)電量，如何在保證EVA良好的封裝可靠性的同時(shí)提高抗電勢(shì)誘導(dǎo)衰減效應(yīng)，是亟待解決的問題［6］。阿特斯陽光電力集團(tuán)股份有限公司［7］公開了一種抗電勢(shì)誘導(dǎo)衰減效應(yīng)的EVA膠膜及其制備方法，將0.7 phr過氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯，0.4 phrN-（2-羥丙基）甲基丙烯酰胺，0.4 phr丙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯，0.5 phr三丙烯基異氰脲酸酯，0.4 phr γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，0.4 phr雙（2,2,6,6,-四甲基哌啶基）癸二酸酯于65 ℃熔融混合30 min得到混合助劑。將100.0 phr EVA［熔體流動(dòng)速率為25 g/10 min，透光率大于91%，體積電阻率大于1.0×1014Ω·cm，熔融溫度為70 ℃，乙酸乙烯酯含量28%（w）］于45 ℃的臥式混料器攪拌10 min后噴灑混合助劑15 min，噴灑結(jié)束后攪拌30 min，所得混合物料加入單螺桿擠出機(jī)于80 ℃擠出，經(jīng)流延成膜、壓花、冷卻、牽引和收卷工序后得到抗電勢(shì)誘導(dǎo)衰減效應(yīng)EVA膠膜。該膠膜的拉伸強(qiáng)度16.15 MPa，斷裂伸長率978.64%，體積電阻率1.6×1016Ω·cm，紫外光透光率84%，剝離強(qiáng)度184.82 N/cm，正面功率衰減3.24%，背面功率衰減4.21%。使用此膠膜制備的雙面雙玻光伏組件具有較低的功率衰減值，具有良好的抗電勢(shì)誘導(dǎo)衰減效應(yīng)。

2 EVA膠膜的太陽能利用率研究進(jìn)展

太陽光穿過EVA膠膜時(shí)會(huì)有一定的損失量，導(dǎo)致進(jìn)入太陽能光伏器件中的光量下降，進(jìn)而影響光伏器件的性能。因此，提高EVA薄膜的光譜透過率是提高太陽能光伏器件性能的有效措施之一。佛山華銪光電材料股份有限公司［8］將具有光轉(zhuǎn)換功能的稀土化合物與EVA膠膜均勻復(fù)合，在確保EVA膠膜良好使用性能的基礎(chǔ)上將太陽能電池不可直接吸收的高能紫外光轉(zhuǎn)換為可直接利用的可見光。將10.0 phr稀土有機(jī)配合物三［3-氟甲基-5-（2,2′-聯(lián)吡啶-6-基）-1,2,4-1H-三唑］合銪（Ⅲ）和90.0 phr EVA（乙酸乙烯酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)28%，熔體流動(dòng)速率為20 g/10 min）混合均勻，經(jīng)70～100 ℃，150 r/min的螺桿擠出機(jī)擠出并水冷造粒，制備轉(zhuǎn)光劑母粒。取5.0 phr轉(zhuǎn)光劑母粒，190.0 phr EVA（乙酸乙烯酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)28%，熔體流動(dòng)速率為20 g/10 min），1.0 phr叔丁基過氧化碳酸-2-乙基己酯交聯(lián)劑，0.3 phrN,N′-間苯基雙馬來酰亞胺助交聯(lián)劑，0.3 phr γ-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑和0.8 phr亞磷酸三（壬基苯基）酯抗氧劑，混合均勻后加入流延機(jī)于80 ℃塑化擠出、拉伸、牽引、收卷制成厚度為0.8 mm的光伏封裝用EVA膠膜。該膠膜可將波長300～400 nm的紫外光轉(zhuǎn)換成波長為580～700 nm的紅橙光，其透光率91.5%，耐紫外光輻照性能黃變指數(shù)為1.8，耐濕熱老化性能黃變指數(shù)為2.1，外觀無分層無氣泡，能夠提高太陽能電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率，并且具有良好的透明性和優(yōu)異的耐紫外光輻照及耐濕熱老化性能。馬鞍山吉祥光電科技有限公司［9］開發(fā)了一種用于太陽能光伏玻璃表面的EVA薄膜，可以提高光伏組件的光譜透過率。將EVA（乙酸乙烯酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29%）和甲苯按照每30 mL甲苯加入1 g EVA的比例加入到反應(yīng)器中，以50 r/min攪拌升至60 ℃完全溶解后通入氮?dú)?，加入引發(fā)劑和丙烯酸單體，EVA、引發(fā)劑、丙烯酸單體質(zhì)量比為50.0∶30.0∶0.5；再以50 r/min攪拌升至85 ℃保溫反應(yīng)5 h后，冷卻至室溫，過濾，用甲醇洗滌，于50 ℃真空干燥7 h，得到丙烯酸接枝型EVA；將吡啶三苯基硼烷加入二甲苯與四氫呋喃混合溶劑（二甲苯與四氫呋喃質(zhì)量比為11∶7）攪拌加熱至90 ℃加入丙烯酸接枝型EVA（吡啶三苯基硼烷、混合溶劑與丙烯酸接枝型EVA質(zhì)量比為25∶12∶10），得到有機(jī)硼改性丙烯酸接枝型EVA；將有機(jī)硼改性丙烯酸接枝型EVA，2,2-亞甲基-雙（4-乙基-6-6叔丁基苯酚）抗氧化劑，有機(jī)過氧化物交聯(lián)劑，硅烷偶聯(lián)劑，鄰羥基苯甲酸苯酯紫外光吸收劑，丙醇溶劑按質(zhì)量比80.0∶0.2∶0.3∶0.1∶0.1∶10.0充分混合均勻加入雙螺桿擠出機(jī)中流延成膜，于110 ℃真空處理15 h制得EVA薄膜。其透光率93.9%，紫外光老化后透光率89.45%，濕熱老化后透光率91.86%，可有效提高電池組的光電轉(zhuǎn)化率，并且抗紫外光和抗?jié)駸崂匣阅芰己谩?/p>

3 EVA膠膜的其他性能研究進(jìn)展

EVA膠膜的化學(xué)穩(wěn)定性是決定光伏組件耐久性的一個(gè)重要因素。太陽能光伏組件長期暴露于自然環(huán)境中，濕熱老化和紫外光老化導(dǎo)致EVA膠膜黏結(jié)強(qiáng)度下降并且易黃變，使膠膜透光率下降，還可能導(dǎo)致光伏組件褪色分層起泡。為提升光伏膠膜的抗老化性能，北京知淘科技有限責(zé)任公司［10］制備了太陽能光伏組件封裝用EVA膠膜，在高速攪拌機(jī)中加入100.00 phr EVA膠粒和4.00 phr甲基乙烯基硅樹脂粉，以1 000 r/min攪拌5 min，再加入0.90 phr過氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、0.60 phr 2,5-二甲基-2,5-雙（叔丁基過氧基）己烷、0.45 phr 3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷與0.15 phr乙烯基三乙氧基硅烷，以1 200 r/min攪拌3 min，最后分別加入0.10 phr紫外光吸收劑和抗氧劑，以1 500 r/min攪拌1 min，得到混合料；混合料進(jìn)入雙螺桿擠出機(jī)擠出成膜，膜厚度為0.50 mm，經(jīng)牽引收卷得到太陽能光伏組件封裝用EVA膠膜。該膠膜的交聯(lián)度高達(dá)91.8%，膠膜結(jié)構(gòu)致密，抗拉強(qiáng)度在16.1 MPa，斷裂伸長率962%，透光率92.7%。該EVA膠膜與蓋板玻璃之間的剝離強(qiáng)度為112.7 N/cm，與光伏組件背板之間的剝離強(qiáng)度為87.0 N/cm，黏結(jié)性能優(yōu)異。進(jìn)行加速濕熱老化實(shí)驗(yàn)，EVA膠膜的黃變指數(shù)為0.86，透光率為91.1%，膠膜與蓋板玻璃之間的剝離強(qiáng)度為82.5 N/cm，與光伏組件背板之間的剝離強(qiáng)度為63.7 N/cm。進(jìn)行紫外光老化實(shí)驗(yàn)，EVA膠膜的黃變指數(shù)為1.32，透光率為90.4%，膠膜與蓋板玻璃之間的剝離強(qiáng)度為892.5 N/cm，與光伏組件背板之間的剝離強(qiáng)度為75.3 N/cm，該膠膜力學(xué)性能及透光率好，抗?jié)駸崂匣阅芰己?，抗紫外光老化性能良好?/p>

傳統(tǒng)的晶硅光伏組件主要是白色組件，分布式電站的屋頂?shù)葓鏊捎诎咨夥瓷湓斐梢欢ǖ墓馕廴?，一些城市?guī)定太陽能組件的面板顏色必須是黑色、深灰色、低彩度（彩度2以下）的深藍(lán)色等。光伏市場上，深色光伏組件受到更多客戶的青睞［11］。但是深色組件功率較普通白色組件功率低2%～6%。深色組件需要使用深色EVA膠膜封裝。通過改性可以得到深色EVA膠膜并且可以提升光伏組件的功率。江蘇鹿山新材料有限公司［12］公開了一種封裝用黑色EVA膠膜制備方法，該膠膜用于褐色光伏組件時(shí)可以顯著降低光伏組件溫度，提高組件功率。制備母粒：取100 phr EVA（乙酸乙烯酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)28%、熔體流動(dòng)速率25 g/10 min，體積電阻率為1.0×1015Ω·cm）、8 phr苯胺黑、8 phr靛青顏料、10 phr二氧化鈦，室溫條件下在混料釜中攪拌30 min混合均勻形成第一混合物，加入6 phr γ-甲基丙烯酰氧基硅烷偶聯(lián)劑和6 phr環(huán)氧丙烯酸酯增黏樹脂，加料速率為60～70 g/min，于50～60 ℃攪拌混合40～50 min至混合料完全干燥，形成第二混合物通過雙螺桿造粒機(jī)混煉并擠出，擠出溫度控制在150～160 ℃，擠出物經(jīng)過冷卻、牽引和切粒，制成母粒。制備EVA封裝膠膜：使用100 phr EVA（乙酸乙烯酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)28%，熔體流動(dòng)速率25 g/10 min，體積電阻率為1.0×1015Ω·cm）、20 phr母粒、3 phr 2,5-二甲基-2,5-雙（過氧化叔丁基）己烷、3 phr癸二酸二（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶）酯、1 phr四［β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸］季戊四醇酯和5 phr助交聯(lián)劑（由質(zhì)量比為1∶5的三羥基甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和N-羥甲基丙烯酰胺組成）于40～50 ℃攪拌70～100 min至完全干燥，加入單螺桿擠出流延機(jī)中，于90～100 ℃擠出，并經(jīng)壓花、冷卻、牽引、裁邊及收卷制得膜材，膜材厚度為0.5 mm，經(jīng)過電子束輻照處理，預(yù)交聯(lián)度5%～10%，得到封裝用黑色EVA膠膜。該膠膜的交聯(lián)度為89%，與玻璃的剝離強(qiáng)度為142 N/cm，與背板的剝離強(qiáng)度為129 N/cm，對(duì)700～1 200 nm光的反射率為51.5%。膠膜封裝光伏組件的溫升1.3 ℃，電勢(shì)誘導(dǎo)功率衰減2.1%，反射率和功率提高而組件的溫升降低。

4 結(jié)語

EVA膠膜廣泛應(yīng)用于光伏組件封裝，通過對(duì)生產(chǎn)工藝和原料配方的不斷完善，可以使光伏組件太陽能利用率更高，抗電勢(shì)誘導(dǎo)衰減性能更強(qiáng)，抗老化性能增強(qiáng)，可制備適應(yīng)城市規(guī)劃要求的深色光伏組件封裝用EVA膠膜。太陽能已經(jīng)成為能源使用的重要組成部分，通過對(duì)光伏組件和封裝膠膜的不斷研究可以更好地利用太陽能。