不可或缺的封装材料的含33%醋酸乙烯酯的EVA胶膜解析

你知道光伏封装材料吗?太阳的光线出现在生活中的每一个地方，人们的生活已经离不开太阳，太阳能不仅为植物生长提供光源，而且也能为人类提供能源，现在的光伏发电就是很大程度上利用了太阳能。

封装材料的作用是将太阳电池、铜锡焊带、背板及光伏玻璃等粘结在一起，是光伏组件的关键组成部分[12]。封装材料主要有双组分硅胶、聚乙烯醇缩丁醛树脂(PVB)、乙烯- 醋酸乙烯酯聚合物(EVA) 胶膜等[14]。目前光伏行业应用最广泛的是已在行业使用超过20年的含33%醋酸乙烯酯的EVA胶膜。

随着全球光伏每年新增装机的不断增加，即便考虑胶膜单位消耗量的不断降低，组件厂商对胶膜的需求量也会越来越大，我们预计2019-2021年的全球EVA胶膜需求量将分别达到13.2、14.4、16.1亿平方米。

EVA作为高分子材料，在强紫外线照射下极易发生脱乙烯反应，并产生乙酸与烯烃。不仅EVA 的分解速度与紫外线强度成正比，而且乙酸量的增加还会加快EVA 的老化速度[12]。光伏组件的焊带、背板和电极也会受到乙酸的腐蚀，脱乙烯反应引起EVA胶膜发生色变，使光伏组件由无色透明逐渐变化成黄色甚至深褐色，从而影响了组件的透光率和输出功率，导致组件的转换效率和使用寿命明显下降。

胶膜生产工艺较为成熟，行业竞争较为充分。国产替代逐步完成，目前板块格局稳定，福斯特龙头地位稳固。EVA胶膜在生产上有较强的技术壁垒，配方、改性技术、生产工艺、关键生产装备等方面专业性很强，且产品透光率、收缩率、耐老化等方面均有严格要求，需要企业经过多年摸索和不断改进才能确保产品质量。

玻璃化温度Tg 和脆性温度Tb 是当聚合物在低温下力学性能发生形态突变时所对应的温度[16]。其中，玻璃化温度直接关系到EVA 胶膜的低温性能，在玻璃化温度以下，EVA 胶膜呈玻璃态，表现出一定的脆性[17]。有实验数据表明，EVA 胶膜的玻璃化温度为0～10 ℃ [18]，在0 ℃以下时，EVA 胶膜开始逐渐丧失弹性，进入刚性状态。EVA 胶膜的脆性温度为-30～-50 ℃，当温度降到脆性温度以下时，EVA胶膜表现出脆性，少许的外力、较小的形变就会使其受到破坏[19]。

作为封装的关键材料，胶膜的主要作用是保护太阳能电池并将电池与盖板、背板材料紧密贴合成为一个整体。EVA 封装胶膜属于热固性材料，在封装层压过程中在一定温度、压力下发生化学交联反应，进而实现良好的粘接。交联剂常采用过氧化二异丙苯( DCP) ，而 DCP 需在 140 ～ 160 ℃的高温条件下发挥作用，此时会因各组件间的线膨胀系数的差异，产生一部分内应力，封装完成组件温度降至室温，因各组件导热系数的差异，又产生一部分内应力，两部分内应力累积，最终将导致各组件间脱层、起泡、褶皱等现象的发生，降低太阳能电池的使用寿命。因此，选用合适的助剂，尽量降低 EVA 胶膜的封装层压温度，避免因此带来的产品缺陷，延长太阳能电池组件的使用寿命，也成为研究者们亟待需要解决的问题之一。

此时的EVA 胶膜仅存在抗机械冲击性能，一旦受到强劲风压、冰雹或运输等外力的冲击，很容易发生断裂，而封装在其内部的太阳电池会随之产生隐裂甚至断裂。同时，低温环境还会使EVA胶膜的粘结性能严重下降，使光伏组件发生脱层。光伏用EVA 胶膜的极性结构较弱，在强紫外线辐射下易产生降解与老化现象，在极端气候环境下易产生低温冷脆、隐裂、脱层现象[12]。而EVA胶膜的稳定性能受其组成，以及耐老化剂、稳定剂、偶联剂、交联剂等添加剂的影响。耐老化剂可降低紫外线对EVA胶膜的降解与变色，稳定剂可增加EVA胶膜的化学稳定性和环境适应性，偶联剂可增加EVA胶膜的粘结强度，交联剂能有效提高EVA胶膜的体积电阻率和机械强度等[12]。因此，可通过在EVA胶膜生产过程中添加适当比例的添加剂来提高其耐低温性能。

光伏产业在全球大力开发清洁新能源的环境背景下，得到了异常迅速的发展。我国已是世界上最大的太阳电池及组件的生产基地，封装胶膜无论从研发实力、产品质量方面均在不断地提高，但高性能EVA 胶膜仍需依赖进口，严重制约我国光伏产业的发展。因此研究出高性能的封装胶膜，从改进配方、改进工艺、改性 EVA、开发 EVA 替代品等方面出发，优化改善封装胶膜的透光、散热、粘接、耐老化等性能，最终减缓光伏电池的衰竭速率、提高使用寿命、降低进口依存度，是研究者们需要加大力度攻关的课题。

以上就是光伏封装材料解析，如果某一天人们能高效利用太阳能，相信能解决很大的能源问题，毕竟太阳能是符合可持续发展战略的，能保证人类的永续发展，需要我们科研人员更加努力。