太阳能电池EVA、背板

2020/2/141定义EVA是一种柔韧性和粘接性能好，具有良好透光性能和耐老化性能的透明胶体。它将晶体硅片组“上盖下垫”，将硅晶片组包封，并和上层保护材料玻璃，下层保护材料TPT（聚氟乙烯复合膜）利用真空层压技术粘合为一体构成晶体硅组件。长期的实践证明：它在太阳电池封装与户外使用均获得相当满意的效果。2020/2/142EVA的发展历程：晶体硅太阳电池行业用的封装粘接材料为胶粘剂。上世纪80年代前，国内外曾试用液态硅树脂和聚乙烯醇缩丁醛树脂片（PVB），但因价格高，施工条件苛刻、物性不好而被淘汰。80年代起国外开始研制EVA胶膜，它是一种热熔粘接胶膜，常温下无粘性而具抗粘接性，经一定条件热压便发生熔融粘接与交联固化。我国于上世纪80年代中期开始陆续从美国引进单晶硅太阳电池生产线七条，并逐渐从美国进口EVA胶膜，为改变每年进口封装材料的被动局面，国家改委将EVA胶膜国产化列入“八五”攻关计划。从此EVA行业在中国进入了快速发展的阶段。80年代后期着手EVA研究的浙江化工研究院就是一个案例。现在国产EVA使用比较频繁的是：1.浙江化工EVA；2.福斯特EVA。在我国使用比较多的国外EVA主要是日本的普利斯通EVA和三井化学EVA。EVA的成分：我们所说的光伏材料EVA，是指VA含量在25%---40%的乙烯、醋酸乙烯脂的共聚物。它的化学结构如下：CH2—CH2）x—（CH—CH2）y|O|O=CH—CH2EVA是一种热融胶粘剂，常温下无粘性而具抗粘性，以便操作，经过一定条件热压便发生熔融粘接与交联固化，并变的完全透明，固化后的EVA和玻璃粘合后能提高玻璃的透光率，起着增透的作用，并对太阳电池组件的输出有增益作用。EVA厚度在0.4mm～0.6mm之间，表面平整，厚度均匀，内含交联剂，能在150℃固化温度下交联，采用挤压成型工艺形成稳定胶层。2020/2/143EVA具有优良的柔韧性，耐冲击性，弹性，光学透明性，低温绕曲性，黏着性，耐环境应力开裂性，耐侯性，耐化学药品性，热密封性。EVA的性能主要取决于分子量（用熔融指数MI表示）和醋酸乙烯脂（以VA表示）的含量。当MI一定时，VA的弹性，柔软性，粘结性，相溶性和透明性提高，VA的含量降低，则接近聚乙烯的性能。当VA含量一定时，MI降低则软化点下降，而加工性和表面光泽改善，但是强度降低，分子量增大，可提高耐冲击性和应力开裂性。EVA的VA含量对材料本身的影响：EVA是由乙烯和醋酸乙烯酯共聚而制得的热塑性树脂。工业产品的醋酸乙烯酯(VA)含量为5％～95％，随VA含量增加，EVA变得更柔软。EVA软硬度将影响组件敷设的碎片。VA含量的分类：①VA含量为5％～15％的EVA：适用于作农用薄膜、包装薄膜，电缆护套等。②VA含量在15％～40％的EVA：鞋底、密封条、泡沫塑料等。与许多材料有良好粘结性能，可制成各种热熔胶。③VA含量在40％～70％的EVA：塑料的加工改性剂。④VA含量在70％～95％的EVA：以乳液形式出售，用以配制各种涂料、胶粘剂及用作纸张和织物涂层。不同的温度对EVA的胶联度有比较大的影响，EVA的胶联度直接影响到组件的性能以及使用寿命。在熔融状态下,EVA与晶体硅太阳电池片，玻璃，TPT产生粘合，在这过程中既有物理也有化学的键合。未经改性的EVA透明，柔软，有热熔粘合性，熔融温度低，熔融流动性好。但是其耐热性较差，易延伸而低弹性，内聚强度低而抗蠕变性差，易产生热胀冷缩导致晶片碎裂，使得粘接脱层。因此通过采取化学交联的方式对EVA进行改性，其方法就是在EVA中添加有机过氧化物交联剂，当EVA加热到一定温度时，交联剂分解产生自由基，引发EVA分子之间的结合，形成三维网状结构，导致EVA胶层交联固化，当交联度达到60%以上时能承受大气的变化，不再发生热胀冷缩。2020/2/144交联度对组件的影响：根据理论分析，交联度越高，EVA的透光率越高，组件的整体输出功率就越高，经过层压工序调整参数，EVA的交联度最高可达到95%-98%，但交联度越高在应用过程产生龟裂的机率就越大，EVA的交联度偏低则会造成与玻璃、背板脱层，造成内部电路连同，本身机械性能下降。目前多个厂家建议的交联度范围在85%左右为最佳。40608010012014016002468101214时间[分]温度[℃]封装材料表面温度玻璃表面温度VACUUMPRESS40608010012014016002468101214时间[分]温度[℃]封装材料表面温度玻璃表面温度VACUUMPRESS2020/2/145•EVA的紫外截止波长对组件的影响：太阳光的强度分布：0.7nm-280nm不易到达地球，280nm-400nm为UV紫外光，400nm-750nm为可见光，750nm-3000nm为红外线。目前接触到的EVA当中，（福斯特F406属于低截止紫外产品）其他厂家的UV截止波长均在360nm-380nm，本身对紫外光有一定的截止。EVA的UV截止主要靠EVA本身的紫外吸收剂吸收紫外光并转换成热能并散发出去。EVA本身变黄的部分为内部的耦合剂、抗氧化剂、架桥剂等发生质变。但本身的紫外吸收剂的寿命为多少没有详细的数据。2020/2/146EVA厂家福斯特406/806普利司通12345截止波长320nm/380nm360nm360nm360nm360nm360nm380nmEVA透光率F80692%F40692%不同厂家EVA的UV截止波长：EVA透射曲线及透光率，如下：低截止EVA普通截止EVAEVA光透射率00.10.20.30.40.50.60.70.80.911.120030040050060070080090010001100120013000.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.03004005006007008009001000110012001300电池响应光谱：多晶电池相应光谱单晶电池相应光谱2020/2/147EVA的交联反应EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）胶膜:是一种受热发生交联反应，形成热固性凝胶树脂的热固性热熔胶。EVA胶膜在未层压前是线性大分子，当受热时，交联剂分解，形成活性自由基，引发EVA分子间反应形成网状结构。从而提高EVA的力学性能、耐热性、耐溶剂性、耐老化性。体型（网状）交联2020/2/148EVA的主要组成及对其性能影响EVA胶膜主要由：EVA主体、交联剂体系（包括交联引发剂和交联剂）、阻聚剂、热稳定剂、光稳定剂、硅烷偶联剂等组成。各部分对EVA性能的影响如下：名称对性能的影响VA含量VA含量越高，流动性越大，软化点越低，粘结性能越好，极性越大分子量及分布分子量越高，流动性越差，整体力学性能越好交联剂体系决定EVA的固化温度与固化时间。好的交联剂体系，可以降低气泡产生可能性，同时残留的自由基少，减少不稳定因素阻聚剂主要是用来延缓交联反应的时间，有利于抽真空时气泡的排除抗氧剂提高EVA的抗氧化性能光稳定剂提高EVA的耐紫外黄变，捕捉自由基，延缓EVA老化硅烷偶联剂提高EVA与玻璃的粘结强度2020/2/149评价指标检测项目检测方法外观尺寸，有无瑕疵符合原材料技术标准（目测）力学性能与背板/玻璃剥离强度抗拉强度/断裂伸长按照GB/T2791/2790中测试要求操作（万能试验机）按照GB/T1040中测试要求操作（万能试验机）电学性能击穿电压按照GB/T1408测试要求进行测试（电压击穿试验机）交联度交联度测试按照正常层压工艺，二甲苯萃取法透光率不同光谱光透过率检测紫外光/可见光透过率（紫外分光光度计）老化黄变黄变指数紫外，湿热老化后测试其黄变指数粘结可靠性老化后与背板/玻璃剥离强度对剥离样品进行紫外/湿热老化按照GB/T2791/2790中测试要求操作（万能试验机）可靠性验证参见附录参考IEC要求测试EVA的评价指标及检验方法2020/2/1410常见的EVA失效方式发黄：EVA发黄由两个因素导致（主要是添加剂体系相互反应发黄；其次EVA自身分子在氧气、光照条件下，EVA分子自身脱乙酰反应导致发黄），所以EVA的配方决定其抗黄变性能的好坏。气泡：气泡包括两种，一种是：EVA内部成分生成气泡没有及时抽出。（EVA的添加剂体系，其它材料与EVA的匹配性，层压工艺均有关系）；另外一种为材料间匹配性差导致层压后出现气泡。脱层：与背板脱层（交联度不合格，与背板粘结强度差）；与玻璃脱层（硅烷偶联剂缺陷，玻璃脏污，交联度不合格）。2020/2/1411名词解释：1.聚乙烯聚乙烯为白色蜡状半透明材料，柔而韧，比水轻，无毒，具有优越的介电性能。易燃烧且离火后继续燃烧。透水率低，对有机蒸汽透过率则较大。聚乙烯的透明度随结晶度增加而下降在一定结晶度下，透明度随分子量增大而提高。高密度聚乙烯熔点范围为132-135oC，低密度聚乙烯熔点较低（112oC）且范围宽。常温下不溶于任何已知溶剂中，70oC以上可少量溶解于甲苯、乙酸戊酯、三率乙烯等溶剂中。聚乙烯有优异的化学稳定性，室温下耐盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、胺类、氢氧化钠、氢氧化钾等各种化学物质，硝酸和硫酸对聚乙烯有较强的破坏作用。聚乙烯容易光氧化、热氧化、臭氧分解，在紫外线作用下容易发生降解，碳黑对聚乙烯有优异的光屏蔽作用。受辐射后可发生交联、断链、形成不饱和基团等反映。2.聚醋酸乙烯脂聚醋酸乙烯脂胶是醋酸乙烯酯单体在引发剂存在下进行聚合反应而形成一种热塑性树脂。此胶是乳白色，无嗅，无毒的乳状胶液，故称乳白胶，它是热塑性树脂，性质接近于中性，能溶于许多有机溶剂。其固化后的软化点为45－90摄氏度，所以不能用于温度超过65摄氏度的场合。吸水性大，在湿度65％的空气中为1.3%，在湿度为96％的空气中为3.5％。能抵抗稀酸，稀碱，但遇浓酸浓碱会引起水解而成水溶性的聚乙烯醇。2020/2/1412•背板位于太阳能电池板的背面，对电池片起保护和支撑作用，具有可靠的绝缘性、阻水性、耐老化性。（一般都用TPT、TPE等）太阳能背材又称TPT材料，由三层结构组成，外层是T薄膜，中间层P薄膜，T与P之间用胶水粘结。其中T表示聚氟乙烯薄膜（PVF），厚度一般在37um左右，该层是用作太阳能电池封装材料的主要层，其作用就是耐气候、抗UV紫外、耐老化、不感光等；P表示聚酯薄膜，厚度一般为250um，主要的作用及功能是水气阻隔性、电气绝缘性、尺寸稳定性，易加工性及耐撕裂性等。2020/2/1413常用背板种类:TPT、TPE、FPF、FPE、PET-PET、和PET/聚烯烃结构。其中:T指杜邦公司的聚氟乙烯（PVF）薄膜，商品名为Tedlar现指所有氟塑料薄膜PVDF、THV、ECTFE等P指双向拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，即PET薄膜E指乙烯-醋酸乙烯树脂EVA,或者聚烯烃F指氟碳涂料:PTFE(聚四氟乙烯)涂料;PVDF(聚偏氟乙烯)涂料;FEVE氟乙烯与乙烯基醚的共聚物2020/2/1414常用背板结构举例TPT结构TPE结构2020/2/1415常用背板氟塑料薄膜材料结构简称化学名分子结构式被采用的背板品牌PVF聚氟乙烯(Tedlar）-（CH2-CHF）n-Isovolta、Madico、Krempel、台虹PVDF聚偏氟乙烯-（CH2-CF2）n-东洋铝业、KrempelECTFE三氟氯乙烯-乙烯共聚物-（CH2-CH2）n-（CFCl-CF2）m-HoneywellTHV四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物（THV）-（CF2-CF2）n-（CF（CF3）-CF2）m-（CH2-CF2）o-3M2020/2/1416几种氟塑料薄膜的主要供应商•PVF供应商:杜邦(Tedlar)•PVDF供应商:•国内上海三爱富、浙江巨化、山东东岳化工和江苏梅兰等，•国际上欧洲的阿克玛、苏威;日本的大金、吴羽等。•ECTFE供应商:•美国的Ausimont;欧洲的苏威,日本旭硝子,但是应用较少.•THV的供应商:美国3M子公司Dyneon。•四种氟塑料薄膜性能均能满足太阳能电池背板对耐候性的要求。2020/2/1417PVF(聚氟