1、EVA 的研究进展1. 太阳能电池的封装太阳能电池是将太阳辐射转换成电的装置，是太阳能开发的一项高新技术，是一种新型的特种电源。阳光发电的原理是利用硅等半导体的量子效应，直接把太阳的可见光转换为电能。可是硅若直接暴露于大气中，其光电转换机能会衰减，所以必须将电池封装起来。目前硅晶片电池的封装常用的有 4 种。（1）表面为环氧树脂封装。环氧树脂封装的太阳能电池如图 1 所示。底层用印制电路板作为衬底，中间为太阳能晶片，在晶片上面涂一层透明环氧树脂。这种封装方法常用于小功率（5W 以下）的太阳电池，其工艺简单，但环氧树脂经长期日晒后会变色泛黄，影响透光效果。图 1 环氧树脂封装的太阳能电池（2）表
2、面为玻璃封装。大功率的太阳能电池的封装结构如图 2 所示。表面用透过率大于 90%的玻璃，厚度为 3mm，晶片的上、下两层为抗老化的 EVA （乙烯醋酸乙烯共聚物） ，衬底用 TPT（复合塑料膜） ，五层材料经高温层压后加上铝合金框而成。其中层压主要工艺步骤为：1、叠层：依次将盖板玻璃、EVA 膜、互相连接好的太阳电池、EVA 膜、聚氟乙烯膜（ 或复合膜）叠在一起。2、抽真空：把上述叠层件放到双真空层压器的下室。层压器的上、下两室同时抽真空，约 5m in。3、加热：层压器的上下两室保持真空，加热叠层件。4、加压：叠层件加热到 110120时，层压器的上室逐渐取消真空回到常压。这时层压器的下室
3、仍处于真空状态，也就是使上室对下室中的层压件产生一个大气压的压力。5、保温固化：在固化温度下，恒温固化。6、冷却：恒温固化后，层压器撤离热源，层压器的下室仍处在真空状态。循环冷却，取消下室真空，取出组合件，用快刀把组合件边缘多余的 EVA 切掉。然后封边框和装接线盒，组装成太阳电池组件。这种太阳能电池封装工艺成熟，为多数太阳能电池生产厂家所采用。图 2 （3）表面为薄膜封装。用薄膜来代替玻璃的封装，如图 3 所示。衬底改为印制电路板来加强其牢度。表面用层压方法压上一层称为PET 的聚酯薄膜。PET 的透过率在 85%以上。这种封装的目的是为了减轻太阳能电池组件的重量及降低成本。图 3 PET
4、封装的太阳能电池（4）双面玻璃封装。太阳能电池与建筑材料相结合的幕墙式封装是电池应用的一个重要方面。其结构如图 4 所示。把它作为建筑墙面，于整个建筑物融为一体，即使建筑物美观又达到了吸收太阳光作为能源的目的。图 4 双面玻璃封装的太阳能电池1.1 太阳能电池封装胶膜太阳能电池封装材料在实际使用中的作用主要是:a)支持和固定太阳电池片;b)增加太阳光的透过率，使起始透过率达到 90% 20 年透过率损失小于 5%; c)隔离有害的环境因素，如表面污染，冰雹，反应因数，鸟等;d)电绝缘的作用;e) 热传导作用。本世纪八十年代前，国内外曾试用过液态硅树脂和聚乙烯醇缩丁醛树脂片(PVB)，均因价格高
5、、施工条件苛刻、物性不好而被淘汰。八十年代开始，进口 Jet Propulsion 和 Springborn 实验室，国家可再生能源实验室 (NREL)的 F.J.Pern 等就开始对太阳电池封装材料进行了研究，根据材料的透光性、模数、可加工性、价格等特点，将乙烯一醋酸乙烯酯(EVA)和乙烯-甲基丙烯酸甲酷 (EMMA)列入 JPL 计划，然后又针对 EVA 胶膜在恶劣的天候条件下容易变黄，从而影响太阳能电池光电转换率的缺点进行了一些研究，最后研制成功了耐老化 EVA 封装胶膜。国内也对 EVA 太阳能封装胶膜进行了研究，己有成品在市场上销售，但其效果仍不能满足现在太阳能工业的需要，突出的问题
6、还是胶膜的耐天候性差，容易变色，影响本身的透过率，降低了太阳能组件的光电转换效率。1.2 太阳能电池封装的其它构件封装太阳电池的三种基本材料，除 EVA 胶膜外，还有上下盖板。上盖板一般都采用玻璃。封装太阳能电池，对玻璃的主要要求是:透过率高、抗冲击能力强厚度不太大)、不易老化。也有人用聚醋膜，但由于它的透过率比较低，强度比较小，不能满足太阳能电池上盖板的要求。下盖板主要采用聚氟塑料，即 TPT，也有人用玻璃和印制电路板，但由于它们透过率太高，反射率太低，降低了太阳光的利用效率，所以现在渐渐被淘汰了。TPT 是太阳电池防潮抗湿的阻挡层，通常我们见到太阳能电池板背面一层白色塑料膜覆盖物就是 TP
7、T。TPT 又称 Tedlar，外表像张稍厚的光滑白纸，实际上有三层 (Tedlar/聚酯/ Tedlar)。Tedlar 是一种聚氟乙烯材料，具有许多熟知的碳氟聚合物的性质：耐老化、耐腐蚀、不透气等。这些特点很符合封装太阳电池。TPT 为白色，对阳光起反射作用，能提高组件的效率，并且具有较高的红外发射率，可以降低组件的工作温度，也有利于提高组件的效率。但是它也有缺点:比较贵，每平方尺大于 1 美元 (约 $0.1/w)，而且它不容易粘合。 以上介绍的玻璃、 EVA 和 TPT，外加太阳电池片是组成太阳电池组件的主要材料，除此之外互连条、铝合金边框、接线盒、焊锡等也不可缺少，现在国内在武汉、云
8、南有厂家生产太阳电池专用铝合金边框和互连条。焊接时，就是利用互连条将单体电池片串并联起来，互连条为银白色，由外表镀锡的铜条制成，宽度一般与电池片正面负极条一致，这样焊接后组件比较美观。2 太阳能电池封装胶膜的研究进展太阳光透过玻璃，透过高分子封装胶层，到达硅晶片，光能被转换成电能，由导线引出。虽然硅晶片本身具有长达三十年以上的寿命，但为保护硅晶片不受大气侵扰，保持光电转换效率不衰减与持续使用 10 年以上的的可靠性，太阳电池是借助于两层高分子封装膜将硅晶片包装于其中，再和上下保护层材料玻璃及 TPT 膜粘结。但是，高分子封装胶的工作寿命却比电池片的寿命要短得多。在室外恶劣的天候环境中，高分子封
9、装胶会很快老化变黄，甚至脱胶龟裂，使电池组件破裂或受到天候侵蚀，从而导致整个电池组件的光电转换效率下降或者是短路损坏而失效。因此，封装材料的性质对电池组件的长期性能是非常重要的，太阳电池的寿命不得不受电池组件中寿命最短的透明封装胶的工作寿命所限制。这就是通常所说的“短板原理” 。用于太阳电池组件的透明高分子密封材料的工作寿命或耐天候老化性能便成为决定组件寿命的关键因素之一。在组件中，它是一个易被忽视但在实用中是决不能轻视的部件。由此可见，在降低电池片成本，提高光电转换效率的同时，研制在自然天候条件 (昼夜和季节性温度变化、紫外光辐射、湿气、空气污染等)下，光、电和力学性能稳定可靠，使用寿命长的
10、透明高分子封装材料是太阳能光电利用下不容忽视的一个方面，也是开发性价比良好的太阳电池组件产品的重要途径之一，对于促进太阳能这一洁净能源的应用，推动太阳电池工业的发展，保护我们的环境和资源都具有十分重大的意义。2.1 封装胶膜材料的研究进展各国学者和企业界人士强烈意识到太阳电池的封装材料和工艺是提高太阳电池的寿命，降低使用成本的关键技术。国内外曾采用过 PVB 胶片和加热交联型硅橡胶 (液态)作为太阳电池的封装胶膜，但由于胶价高，性能或施工操作不合适而被淘汰。为推进太阳电池行业的发展，Jet Propulsion 和 Springborn 实验室早在 70 年代末至80 年代初就开始研究太阳电池
11、封装用胶的配方，国家可再生能源实验室(NREL)的 F.J.Pern 等也在太阳电池封装材料研制领域中做了大量卓有成效的工作。研究者首先根据太阳能电池的使用要求，提出了粘结剂应具备的特性，据此，聚氯乙烯均聚和共聚物，聚酯，聚苯乙烯聚烯烃均聚物和共聚物，聚乙烯醇， 聚丙烯酸等被列为候选材料。之后又根据材料的透光性、模数、可加工性、价格等特点，将乙烯醋酸乙烯醋(EVA)和乙烯甲基丙烯酸甲酯(EMMA )列入JPL 计划。最后根据透过率、粘接强度、绝缘性、安全性、加工性、热稳定性，成本等若干指标，EVA 被选为理想的电池层压封装用胶。为此，JPL 实验室研制了以 EVA 为基质的太阳电池封装胶膜配方
12、。目前，世界各地的太阳电池组件的生产商普遍采用 EVA 作为封装材料。近 30 年的使用说明，此封装材料基本上可稳定工作 10 年不变黄。为进一步提高电池使用寿命，进一步促进太阳电池的推广应用，进口等发达国家己对太阳电池组件的封装材料提出了长达 30 年寿命的目标，并为这已目标而投入了大量的资金和人力。然而，目前的封装材料还远远不能达到这一要求。近年来，一些太阳电池组件的生产者和终端用户都相继报道了太阳电池在自然天候条件下因封装材料的老化变色而导致电池的光一电转化效率大大降低的例子。这涉及到 EVA 封装材料的长期可靠性、使电池获得较长使用寿命和达到更高的目标经济效益的问题，故引起了世界各国的
13、重视。为此，进口能源部通过国家可再生新能源实验室资助致力于胶膜老化机理和改进配方的研究工作。英国也开始了这方面的工作。我国于 80 年代中期开始，陆续从进口引进单晶硅太阳电池生产线，并逐年从进口进口 EVA 胶膜。为改变每年进口封装材料的被动局面，国家科委将太阳电池封装用的 EVA 胶膜国产化列入 “八五”攻关计划。EVA 胶膜已在 “八五”期间，己经正式用于太阳电池封装，全面取代进口，实现国产化。目前生产规模 5 万 m2/年。尽管如此，目前使用的国产 EVA 封装胶膜仍不尽人意。使用结果表明，该封装胶在使用三、四年左右就出现一些问题，其中最突出的是封装材料老化变黄，甚至开裂脱胶，使电池密封
14、性下降，严重地影响电池的光电转换效率和使用寿命，甚至由于短路丧失光电性能。这就使原来成本相对较高的电池片不能很好地得到利用，阻碍了太阳电池的应用和推广。提高电池封装材料的耐天候老化性能和改进封装技术，己成为太阳能利用的一个迫切需要解决的问题。2. 2 EVA 封装胶膜老化性能的研究EVA 封装胶膜在应用中实际上是一层热熔胶。当温度达到适当温度后，EVA 便熔融流动，与粘接面粘接在一起。在太阳能封装电池组件中，由于 EVA 胶膜在恶劣的天气环境下容易变黄，降低太阳能电池的光电转换效率，所以国内外很多专家做了许多 EVA 胶膜的老化和防老化的实验，并对 EVA 胶膜的老化机理进行了研究。2. 2
15、.1 EVA 简介EVA 树脂即乙烯乙酸乙烯酯共聚物，由于引入第二单体乙酸乙烯酯基团(VA)，使其显示出不同于均聚聚乙烯的各种性能。与聚乙烯均聚物相比，受 VA 基团的影响，EVA 的结晶性降低、极性提高。结晶性降低改善了 EVA 的柔韧性、透明度、耐应力断裂性、耐挠曲开裂性、低温柔韧性和耐冲击强度。同时降低了抗冲强度、硬度、耐油脂性、熔点、热封温度和介电性能，透气性和透水、透气性也有所增加。EVA 分子极性的提高，使其能提高填充剂用量，与增稠剂、填料和其它添加剂的相容性也提高了。乙酸乙烯酯的引入赋予 EVA 树脂类似于高弹体的性质，其伸长率可达 40%-60%，即使在-100下，仍能保持柔韧
16、性，并具有优异的抗臭氧性，优于大部分的橡胶制品以及聚均聚烯烃。影响 EVA 热熔胶性质的主要因素是醋酸乙烯酯的含量及熔融指数 MI，以含醋酸乙烯酯 28%-33%的EVA 最适宜作热熔胶。 VA 含量越大，结晶度越低，膜的透明性、柔软性也越高，但物料的熔体强度越差，生产工艺的控制难度也越大，同时反映出成膜的粘连性大，使用时不易打开。而 VA 含量越大，耐候性也越差；VA 含量越小，EVA 膜的熔点越高，透光性、柔软性越差。MI 的数值是指在一定温度、压力下，每 10 分钟从一个固定直径的喷孔中压出聚合物重量的多少，它能宏观的体现 EVA树脂的机械性能，流变性及耐应力开裂性之间的依存关系。MI
17、值增加，熔融流动性增加；分子量、熔融体的粘度、韧性、抗拉强度及耐应力开裂性下降，而屈伸应力、断裂伸长率、强度与硬度不变，这样在设计 EVA 型热熔胶配方时，熔体流动速率(MI)值成为一个很重要的参考数据。一般讲 MI 数值大，分子量相对小些，树脂熔融粘度低，配制的热熔胶粘度低，流动性好，有利于往被粘物表面扩散和渗透。EVA 共聚物的工业应用范围很广，大量应用于纸盒、志向粘接，书籍无线装订，木材积层板制作和木工封边，无纺布制作等。该热熔胶粘剂在汽车、车辆方面可用于坐席、车灯和尾灯等组装；在电子、电器方面可用于电子部件灌封、线圈绝缘固定、塑料和金属胶接密封、绝缘材料胶接等。此外，尚能用做塑料容器的
18、填隙、塑料装饰品和 BOPP 热烫印箔胶粘剂。总之，其应用范围广，既可作胶粘剂，也可作密封材料。2. 2. 2 EVA 老化性能的研究EVA 胶膜因为受到光、热、氧的作用而变黄、透过率下降继而造成太阳电池效率降低是目前太阳电池加工行业急需解决的问题。很多科学家在 EVA 的老化与防老化方面进行了大量的大气老化和加速老化实验，并对 EVA 变黄的机理进行了研究。大气老化实验能真实地反映太阳能组件的耐天候性能，所以许多研究机构如进口国家新能源实验室(NREL), Sandia 国家实验室，西南技术发展研究所和Florida 太阳能中心等都对 EVA 封装的太阳能电池组件进行了大气老化实验。Rose
19、nthal 等在新墨西哥的 Las Cruces 对由 EVA 封装的多晶硅和非晶硅电池进行了大气老化实验，经过 10-17 年太阳能电池性能出现不同程度的下降，封装用的 EVA 也出现了不同程度的变黄。Faiman 小组在以色列的沙漠进行了实验，结果发现 1KW 的多晶硅电池阵列中，有反射镜时效率年损失达 1-2%，无反射镜则为 0.5%。位于 California 的 Carrisa Plains 太阳能发电厂，由十部分组成，其中九个是有反射镜增强的。据 Gay 和 Berman 计算，从1985 年 8 月至 1989 年 11 月，总的电输出损失达 31.5%，这主要是因为太阳能电池与
20、上盖板之间的 EVA 胶膜发生了变色，从而导致透过率变小。Rosenthal 等也对 Carrisa Plains 的太阳能发电厂的太阳能电池组件进行了研究。从 I-V 曲线测试表明，各个组件性能的降低具有非常大的差异，对于 128 个组件，总的电输出为 4170 W,平均每个组件输出 32.6W，最小的仅为 8.62W，最大的达 47.8W。到 1990 年总的电输出损失为 35.9%。而 Wenger 等记录了从 1986-1991年每年平均输出电量分别为 5.2, 5.2, 5.2, 5.2,5.0, 4.4MW,累计损失 1987 年 13.1%, 1988 年 20.2%, 1989
21、 年 27.4%, 1990 年 40.8%。这表明 EVA 胶膜的变色与组件、太阳光照射条件都有关系。其他工厂也发现了 EVA 变黄的现象，如在 Las Cruces, New Mexico, San Ramon等。虽然大气老化实验拓展了我们对太阳能组件耐候性能的认识，但是要经过 20-30 年的实验才能确定材料的耐候性显然是不实际的，因为在这个发展迅速的时代，材料甚至是加工方法在 2-5 年就会被代替。因此，加速暴露实验 (AET)和加速天候老化实验 (AWT)对于研究 EVA 胶膜天候老化过程中的性能和结构的变化就变得非常重要了。EVA 胶膜变黄的原因受很多因素的影响。NREL 己经对
22、EVA封装胶膜的降解和变色的机理和对太阳能电池效率的影响进行了系统的研究。根据这些研究结果，F.J.Pern 等得出结论，太阳电池用EVA 胶膜的变色受物理和化学因素的影响。化学方面包括:(1) EVA配方，(2) 由交联剂在交联过程中产生的对 UV 有引发作用的基团，(3) UV 吸收剂的损失，(4)交联剂和交联条件，(5)在层压过程中扩散入 EVA 片中氧气所引发的光降解反应。物理方面包括：(1) UV灯的强度，(2)玻璃上盖板对 UV 的过滤作用，(3) 聚合物上盖板的气密性，(4) EVA 胶膜的厚度，(5)层压过程( 可能是物理的可能是化学的)。根据这些影响因素，他们提出了选择合适的
23、稳定剂，抗氧剂，交联剂的标准就：(1) 能够减少由交联产生的 UV 引发基团的产生，(2)在潮湿条件下，不容易水解，(3) 能更有效的碎灭在光氧反应中产生的能引发降解反应的自由基，(4)更长的作用时间，(5)快速交联且不产生气泡。而从机理上来说 EVA 胶膜变黄的原因主要源于以下几个方面：一 ：EVA 自身的降解、氧化EVA 封装胶膜在室外会因受到热氧的作用而降解。Norman S. Allen 等对热氧老化进行了研究。研究发现，EVA 的降解主要包括两步：一是醋酸的减少，二是氧化和主链的断裂。降解速度在氧气中要比氮气中快。F.J.Pern 等也认为交联后的 EVA 胶膜的热稳定性在 O2 和
24、 H2O 的存在下会降低。但加速老化实验表明，紫外光对 EVA 老化而变黄的影响是最大的。F. J. Pern 等进行了很多加速老化实验(AET)，他们以 46.1 W/m2(此值为 1992 年 8 月天气晴朗时在 Golden 测得的) 为一个太阳的紫外区辐射能量，采用各种加速老化条件对 EVA 封装胶进行了实验，结果显示，在 7.5 个紫外太阳，黑板温度 85,EVA 渐渐变为黄褐色，黄色指数变化率 2-3 * 10-2; 10 个紫外太阳，黑板温度 145,EVA 迅速变为深褐色，黄色指数变化率 4.5-5.5 * 10-2； 1.2 个紫外太阳，黑板温度 60-65或 80-85 ，
25、或在烘箱 85,1200h EVA 无明显的颜色变化，黄色指数变化率 2-6.5 *10-4。在研究中发现，纯 EVA 胶膜中包含短 - 不饱和羰基和可以起到光敏剂作用的杂质。在 120以下的层压过程 EVA 结构发生微小的变化，但在 140-150之间，EVA 结构会发生很大的变化，产生了新的 UV 生色团。 EVA 颜色的改变降低了可见光的透过率。通过结构分析他们认为 EVA 变黄的原因是 C=C 共扼体系的形成和延长。荧光光谱分析表明，在光热降解过程中，发射光谱红移且强度减弱，在 415cm-1，附近的最初产生的发射峰 (对应于固化产生的生色基团)逐渐消失，表明 UV 吸收剂在 EVA
26、光热降解过程中因为发生了光化学降解而猝灭。Takeshi Kojima 在研究过程中也得到了同样的结果。他们进行了以下实验：样品：B-l,EVA/石英，紫外灯照射功率：15MW/cm -2 时；B-2, EVA/石英，紫外灯照射功率：32MW/cm-2；老化条件：先在温度为 40 ,湿度为 90%条件下老化 1500h，后在温度为 60,湿度为 90%条件下老化 1000h。如图 5 所示，B-1 在整个老化期间 350nm,400nm 处的透过率都无明显变化， 表明在紫外灯功率为 15mW/cm2 下，EVA 胶膜无明显结构变化；B-2 在 40 ,湿度为 90%条件下透过率也无明显变化，但
27、温度升高到 60，400nm 处的透过率减少了接近 10%，这是因为在此老化条件下 EVA 发生了结构的变化，胶膜有部分变黄，阻止了光的传播：350nm 处透过率有所增加，这是因为对 EVA 胶膜起保护作用，防止发生光降解反应的 UV 吸收剂在老化过程中分解而造成的。Cyasorb 类紫外光吸收剂的光降解最先在环己胺中被证实，在 EVA中也发现了 Cyasorb 类紫外光吸收剂的光降解现象。利用自由基猝灭剂和抗氧剂能够减缓这种降解。EVA 变色的速度随着 Cyasorb 类紫外光吸收剂的减少而加快。在紫外光吸收剂被消耗后，EVA 的交联度就会大幅度提高，这表明交联反应在 EVA 结构变化中起了
28、重要作用。在交联过程中在原来的 ， 不饱和羰基处产生了新的 UV引发基团，即多烯烃。这些多烯烃由一些长短不一的共扼 (C=C)n 组成。这种结构上的变化使发射峰产生红移。而这些共扼的 C=C 会吸收紫外光和可见光，造成 EVA 胶膜的变色。 通过对以上研究的总结，EVA 自身的光热降解机理可由反应式 1-1,1-2 表示，反应最终产生生色基团共扼碳碳双键-(C=C) y-和 -不饱和羰基-(C=C )y-C=O。当 y=1-5 时，胶膜无色;当 y3-6 时，胶膜呈浅黄色，当 y6-13 时，胶膜呈棕黄色。在这些反应中，有醋酸或乙醛等放出，且醋酸会促进 EVA 变黄。图 5 B-1 B-2 老
29、化过程中在 350nm 和 400nm 处透过率变化二：残余的交联剂与防老剂之间的反应研究表明，多余的交联剂在光作用下降解产生活泼的自由基，可与 UV 531 和 Naugard P 作用，产生生色基团。例如，自由基与UV 531 的反应如式 1-3 所示，该反应生成相应的生色基团醌。徐雪青等对紫外老化前后的 EVA 胶膜红外光谱的分析结果与这一观点一致，EVA 胶膜紫外老化前后红外光谱曲线变化不大，未见明显的羰基 C=O 生成，醋酸酯基团含量未见减少，表明 EVA 胶膜变黄的原因并不是聚醋酸乙烯降解，很有可能是过氧化物交联剂分解后与防老化剂反应生成生色团。由此可见，通过选择合适的交联剂和防老
30、剂品种和用量，可进一步提高胶膜的耐老化性能。Peter Klemchuk 等为了解释 EVA 封装胶膜的变色现象，解决太阳能电池组件输出功率的减少问题，对 EVA 封装胶膜也进行了加速紫外老化实验。实验采取 Xe 灯老化仪，340nm 处辐射功率为 0.55 W/m2/nm,黑板温度为 1001C.结果发现，EVA 胶膜的变色是因为过氧化物交联剂与一些稳定剂，最有可能是抗氧剂之间发生反应，并不能表明共扼双键的产生是变色的原因。在早期的出版物中曾认为共扼双键的产生是 EVA 变黄的原因。他们认为 VA 含量为 33% (Wt%)的 EVA 换算成摩尔百分比大约是 15%，也就相当于一个醋酸乙烯单
31、元对应六个乙烯单元乙烯和醋酸乙烯的反应速度是统一的，在天候老化过程中醋酸乙烯提供超过八个的共扼双键不太现实了。另外，通过 C-13 NMR 测试得 VA 含量为 40% (Wt%)的 EVA 中连续的三个和五个 VA 基团几乎观察不到。基于以上原因，VA 含量为 33%的EVA 不能提供足够长的共扼双键链，也就不能说明共扼双键的产生是 EVA 变黄的原因了。2.2.3 EVA 交联性能研究进展EVA 树脂是热塑性高分子材料，是线型分子结构的高聚物。在太阳下受热变软、延伸:在严寒天气下收缩变硬，显示出热胀冷缩的特征。它不宜直接用于太阳电池封装，它会把电池片拉碎，导致焊接导线移位。因此须将 EVA
32、 改性。其办法是在 EVA 中添加交联剂，当 EVA 胶膜加热到一定温度时，交联剂分解产生自由基，引发 EVA 分子间的结合，形呈三维网状结构，致 EVA 胶层交联固化，能承受大气的变化，不再发生热胀冷缩。因此，EVA 的交联度指标对太阳电池组件的质量与长寿命起着至关重要的作用。其交联度达到 60%以上为合格。交联度，是指 EVA 分子经交联反应达到不溶不熔的凝胶固化的程度。一般采用溶胀法测得。郑智晶等采用二甲苯为溶剂，将交联 EVA 于 140左右沸腾萃取，凝胶量与样品量之比，即得交联度。李国雄，许妍等采用有机过氧化物对 EVA 进行交联，经实验表明，分解温度低的过氧化物交联剂易分解，引发速
33、度快，交联样品容易产生气泡，不利于太阳电池透光；分解温度高的交联剂分解速度缓慢，而活性氧高，不致使 EVA 产生气泡；两种交联剂共用能产生协同效应，一种交联剂先分解产生自由基，诱导促进另一种交联剂的分解，从而在 EVA 胶层内产生连锁交联反应，产品无色，无味，无气泡，效果很好。在研究过程中他们还发现，固化温度在 142-150，固化时间 20-30min 时固化效果最好，固化时间对交联度影响很小，固化温度对交联度的影响比较大。交联剂含量越大，交联度也随之增大，但并不是越大越好，而是有个临界点。除此之外，他们还研究了交联以后 EVA 物性的改变，结果表明EVA 交联后，原来的线形分子变为三维网状
34、结构，内聚强度和弹性都得到很大改善。2.2.4 粘合性能研究EVA 的粘接强度决定了太阳电池组件的近期质量。EVA 常温下不发粘，便于操作，但加热到所需温度，在层压机的作用下，发生物理和化学的变化，将电池片、玻璃和 TPT 粘接。如果粘接不牢，短期内即可出现脱胶。程玉珠等认为如果 VA 含量少，则耐热性好，低温柔韧性差；如果 VA 含量较多，则低温柔韧性好，粘性好，但含量太大，则内聚力降低。陈绪煌等研究结果表明，VA 含量越大，剥离强度越大；但 VA 含量过高，EVA 自身的强度降低，粘接后的热熔胶容易撕开，剥离强度降低：MI 越大， EVA 流动性好，平铺性好，物理粘接点多，剥离强度越大；但
35、 MI 大到一定程度，EVA的聚合度就会减少，自身的强度降低，剥离强度反而减少。为了保持好的粘接力，又降低熔融粘度，希望选用 MI 大，VA 含量适中的EVA，兼顾二者关系，选用了 VA 含量 28-33%，MI10-400 的树脂。EVA 是高聚物中弱极性材料。玻璃是无机材料且表面平滑。两者之间其粘接粘度与持久性不会高。TPT 是高分子材料中难粘薄膜。故对 EVA 改性的方法可采取偶联接枝增强极性。李国雄，许妍等采用不饱和的增粘剂来改性 EVA，他们认为不饱和增粘剂上的一部分基团水解后和玻璃表面的化学基团反应，形成强固的化学键合；其分子键上的不饱和键在有机自由基的引发下打开和 EVA 分子发
36、生接枝反应，将自身带有的另一部分极性基团赋予 EVA 分子，构成EVA 分子的极性支链。他们还认为填加增粘剂不仅能提高 EVA 与玻璃、TPT 的剥离强度，在 EVA 和玻璃粘合以后能提高玻璃的透过率，起着增透的作用。在研究过程中他们还发现，固化温度提高，固化时间延长，交联剂含量增大，剥离强度都有不同程度的增大。F.J. Pern 认为 EVA 与玻璃的粘合强度与很多因素有关。除了与EVA 的性质以及 EVA 胶膜的配方有关外，还与玻璃的类型以及玻璃的表面处理状况有关。1.在制作太阳能电池组件的过程中，EVA 胶膜是重要的辅料之一，它虽价值较小，作用却高，极其敏感，使用不当将对组件产生致命的缺
37、陷。EVA 胶膜在较宽的温度范围内有良好的柔软性，耐冲击强度、耐环境应力开裂性和良好的光学性能，耐低温及无毒的特性。常温下不发粘，加热到一定温度在融熔壮态下，其中的交联剂分解产生自由基，引发 EVA 分子间的结合，使之和晶体硅电池片、玻璃、 TPT 背板产生粘接和固化，三层材料成为一体，固化后的组件在阳光下 EVA 不再流动，电池片不再移动，基本上不产生热胀冷缩。因为电池组件长年工作于露天中，EVA 胶膜必须经受得住不同地域环境和不同气候的侵蚀，EVA 的粘结强度决定了近期的组件质量，但 EVA的耐湿热性、耐低温性、耐氧化性、耐紫外线老化性等指标决定了组件的长期质量、特别是对组件功率的衰减起着
38、决定性作用。2.EVA 胶膜的外观：厚度：根据不同需要，可分别采用 0.3-0.8MM 厚的 EVA 膜，常规厚度 0.5MM。宽度：根椐需要可裁，最宽幅 2200MM。外型：生产厂家不同，外观花型也不尽相同，常见的有明面，压花面，绒面等。压花面在层压时有利于抽真空，明面和绒面在叠层敷设时有利工人检查。软硬：较软的 EVA 胶膜其熔点相对略低一些，反之熔点略高一些。3.EVA 胶膜的内在：交联剂 -交联剂添加的多，交联度高，但过多易老化，易黄变，反之亦然。所以一款好的 EVA 胶膜产品，配方是关键，其次才是工艺流程、工艺设备、生产环境等。VA 含量-分子量（融指）一定，VA 含量越高，EVA
39、的弹性，耐冲击性、柔软性、耐应力开裂性、耐气候性、粘结性、相容性、热密封性、可焊性、辐射交联性、透明性、光泽度、密度等提高，而强度、硬度、融熔点耐化学性、屈伸应力，热变性、隔离性等降低。融熔指数（M1）-VA 含量一定，融指越高，融体的流动性增加，融体的粘度，韧性抗拉强度、耐应力开裂性等则降低。4.由于原材料、辅料、配方、工艺流程、工艺设备、生产环境等各厂家不同，所以不同厂家的 EVA 胶膜在产品质量上差距较大。在层压参数的设置上也差别较大，其中层压温度的设置最为关键，温度太高，交联固化快，生产效率高，但易产生气泡，缺胶、位移等问题，温度太低，交联度不好，粘结强度也受影响，生产效率太低，但出现
40、气泡、缺胶、位移、凸点等的机率会小一些。5.EVA 与玻璃的有利结合可以增加光源的通透性，有利于组件功率增加，但平板玻璃的粘接强度并不十分满意，不如绒面超白的。6.EVA 和背板及密封胶存有匹配性问题。由于各厂家 EVA 胶膜的化学成份不完全一致，各背板厂家的表层化学成分也不尽相同，有可能在层压时产生粘接强度低下等意外，当然也不排除层压参数的设置不合理等问题。7.层压好的组件，最好待温度降至 80C 以下时再掀开高温布。8.层压时多放一层高温布有利于抽真空（相对延长了焦烧时间） 。9.组件在削边时要注意力度和用力方向，否则容易造成边角脱层，特别是四个拐角处。10.EVA 胶膜使用时一定要注意纵
41、横向，横向一般收缩率都很小，可忽略不计;纵向收缩率大一些，好的胶膜一般控制在 5%以内。使用时纵向与焊好的电池串同向，否则易移位，若胶膜收缩率过大，容易引起凸点、移位等。11.请勿用手直接接触 EVA 胶膜，亦勿用力拉扯，以免影响使用效果。12.每卷胶膜打开包装使用时，建议将最上层的一圈裁掉丢弃，最末端贴近卷心纸筒的一层也不建议使用。13.关于气泡。组件层压时，出现气泡，缺胶等是最常碰到而且是最令人头痛的问题之一。出现气泡，缺胶等问题的原因非常复杂，有胶膜本身的原因（比如胶膜的配方问题，原料、辅料使用问题、胶膜生产时温度的控制，塑化度、均匀度等问题） ，也有层压机和工人操作的原因，也有环境清洁
42、度的原因 等等。要从以下方面考虑解决：更换（或选择）好的 EVA 胶膜延长抽真空时间及加压时间，加快抽气速度。降低层压温度。检查层压机的密封圈以及胶皮，看有无破损，检查层压机的真空度和抽气速率。尽量缩短敷设好的叠层组件平放入层压机的时间.多放层高温布。检查加热板的温度或直接做层压机设备检查。清理工作台，保证环境清洁度，防止异物进入。减少使用或更换焊剂，使用免清洗无残留的助焊剂。使用高纯度易捍发的酒精。注意防静电。胶膜从打开密封包装裁剪开始到进入层压机的时间越短越好。不要用手直接接触胶膜，也不要拉扯。14.关于背面凸点。造成凸点的原因也较多，一般从下面几个方面考虑：由 EVA 胶膜收缩率过大造成
43、，可更换胶膜。由背板收缩造成。注意背板裁切的纵横向或更换背板。由焊带褶皱造成，大多出现在片之间的连接处。注意抚平焊带15.关于位移。一是胶膜本身的原因，注意胶膜的收缩率和纵横向;二是工人操作时过程尽量平稳;三是注意背板的收缩和纵横向 ;四是抽气速度和加压速度不要过快，更不能使层压机抖动.16.层压工艺条件要根据层压机的性能来选择确定。每一台层压机的工艺条件都不一定相同，层压机工作环境温度不同，工艺条件也应有所不同，一般夏天层压温度略低一点，抽气时间略短一点，冬天层压温度略高一点，抽气时间略长一点。17.抽真空结束充气时间要掌握好。过早充气抽真空不足，余气抽不干净易产生气泡,EVA流动性也大，还易产生位移，过晚 EVA 流动性太低，容易把空气封在内部，粘结强度指标也受影响。
