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什么是太陽能封裝材料(eva包裝)

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什么是太陽能封裝材料(eva包裝)

發布日期:2017-05-18 00:00 來源:http://www.ltroyal.com 點擊:

    內容導讀:太陽電池發電利用的是硅等半導體材料的量子效應,直接把太陽光譜中的可見光轉變為電能??墒枪杈糁苯颖┞队诖髿庵?,其光電轉換機能會衰減。為此采用透明、耐光老化、粘接性好、能承受大氣變化且具有彈性的EVA膠層將硅晶片組包封,并和上層保護材料玻璃、下層保護材料TPT(聚氟乙烯復合膜)粘合為一體,構成太陽電池板。

什么是太陽能封裝材料(eva包裝)

  前言


  太陽電池發電利用的是硅等半導體材料的量子效應,直接把太陽光譜中的可見光轉變為電能??墒枪杈糁苯颖┞队诖髿庵?,其光電轉換機能會衰減。為此采用透明、耐光老化、粘接性好、能承受大氣變化且具有彈性的EVA膠層將硅晶片組包封,并和上層保護材料玻璃、下層保護材料TPT(聚氟乙烯復合膜)粘合為一體,構成太陽電池板。


  晶體硅太陽電池行業用的封裝粘接材料為膠粘劑。上世紀80年代前,國內外曾試過用液態硅樹脂和聚乙烯醇縮丁醛樹脂片(PVB),但因價格高、施工條件苛刻、物性不好而被淘汰。80年代起國外開始研制EVA膠膜,它是一種熱熔粘接膠膜,常溫下無粘性而具抗粘連性,經一定條件熱壓便發生熔融粘接與交聯固化。其在太陽電池封裝與戶外使用上均獲得了相當滿意的效果。


  我國于上世紀80年代中期開始,陸續從美國引進單晶硅太陽電池生產線七條,并逐年從美國進口EVA膠膜。為改變每年進口封裝材料的被動局面,國家科委將EVA膠膜國產化列入"八五"攻關計劃。為實現EVA膠膜國產化,德慶高良化工研究院于80年代后期著手研究,目標是取代進口,實現國產化。德慶高良化工研究院從小試到中試,建立了一套試產能力達5萬m2/a的裝置進行了配方研究、EVA改性技術研究、膠膜制造的工藝技術與試產設備的研究。邊試驗邊出產品供太陽電池廠試用,由用戶反饋意見,再研究再提高,獲得了太陽電池廠家的認可。EVA膠膜的研究成功,填補了國內空白,實現了攻關目標。1995年11月由國家科委委托德慶高良省科委在紫金縣通過了成果鑒定與攻關驗收。該成果獲得德慶高良省1996年度科技進步二等獎。研究論文被美國化學文摘收錄(CA127:51758b)。


  1998年德慶高良化工研究院建成了國內第一條自控程度較高、年產30萬m2、幅寬達1000mm以上太陽能電池EVA膠膜標準生產線,同時將第二代快速固化膠膜產品推向市場,獲得大量使用。2002年獲國家發改委/世界銀行/GEF技術進步項目支持。目前,德慶高良化工科技集團有三條生產線,年產能力100余萬m2以上。


  EVA材料


  1.1EVA樹脂


  EVA是乙烯與醋酸乙烯脂的共聚物,它的結構如下:



  EVA具有優良的柔韌性、耐沖擊性、彈性、光學透明性、低溫繞曲性、粘著性、耐環境應力開裂性、耐候性、耐腐蝕性、熱密封性以及電性能等。


  EVA的性能主要取決于分子量(可以用熔融指數MI表示)和醋酸乙烯酯(以VA表示)的含量。當MI一定時,VA的含量增高,EVA的彈性、柔軟性、粘結性、相溶性和透明性提高;VA的含量降低,EVA則接近于聚乙烯的性能。當VA含量一定時,分子量降低則軟化點下降,而加工性及表面光澤改善,但強度降低;分于量增大,可提高耐沖擊性和應力開裂性。


  用于封裝硅太陽電池組件的EVA,主要根據透光性能和加工成膜性能進行選擇,美國Springborn實驗室首先研究出一種EVA成膜配方,美國各生產廠家選擇了杜邦公司生產的ElvaxEVA樹脂。


  1.2EVA太陽電池膠膜


  EVA成膜采用的是擠壓成型工藝。根據不同的EVA的配方,選擇不同的擠壓溫度。選用優質的EVA基料對提高膠膜透光率甚為重要,其膠膜經加熱封裝后,變得完全透明,它和玻璃粘合后能提高玻璃的透光率,起著增透的作用,并對太陽電池組件功率輸出有增益作用。


  EVA膠膜是一種熱固性的膜狀熱熔膠,常溫下不發粘,便于操作;在熔融狀態下,它和硅晶片、玻璃、TPT產生粘接,成為太陽電池板。


  未經改性的EVA具有透明、柔軟、有熱熔粘接性、熔融溫度低(<80℃)、熔融流動性好等特點。這些特征滿足了膠膜制造與太陽電池封裝的需求,但其耐熱性差,易延伸而低彈性,內聚強度低而抗蠕變性差,易產生熱脹冷縮致硅晶片碎裂。為此要對EVA進行改性,其辦法是采取化學交聯,即在EVA中添加有機過氧化物交聯劑,當EVA膠膜加熱到一定溫度時,交聯劑分解產生自由基,引發EVA分子間的結合,形成三維網狀結構,使EVA膠層交聯化,當交聯度達到60%以上時就能承受大氣的變化,不再發生熱脹冷縮。


  此外,生產廠家和用戶比較關心的問題是,EVA是否能經得住紫外光老化。如果EVA膠膜未經改性,它必定會受紫外線破壞,發生龜裂,或降解變色,或和玻璃、TPT脫膠,尤其用于高原地區的太陽電池更應重視此問題。因此還要采取抗紫外光老化措施。使EVA膠層內含有吸收紫外光的主、輔劑配合的復合光穩定劑,能起到吸收紫外光的協同效應。EVA膠膜具有吸收紫外光性能,除保護EVA膠層本身外,還可保護電池背材TPT,從而能保障太陽電池長年正常工作。


  綜上所述,EVA膠膜不僅是起粘接密封作用,而且對太陽電池的質量與壽命起著至關重要的作用,從某種意義上說,太陽電池板的壽命由EVA決定。而EVA的質量又決定于它的配方與改性技術,這不是從EVA膠膜的表現上或僅從粘接得好壞上就能判斷的。


  為了EVA膠膜在太陽電池中充分發揮應有的作用,在使用過程中,要注意防潮防塵,免與帶色物體接觸;不要將脫去外包裝的整卷膠膜暴露在空氣中;分切成片的膠膜如不能當日用完,應遮蓋緊密。若吸潮,會影響EVA和玻璃的粘接力;若吸塵,必影響透光率;和帶色、不潔的物體接觸,由于EVA膠膜的吸附能力強,易被污染。


  層壓工藝


  2.1主要工藝步驟


  (1)疊層:依次將蓋板玻璃、EVA膜、互相連接好的太陽電池、玻璃纖維(Scrim)薄片、EVA膜、聚氟乙烯膜(或復合膜)疊在一起。


  (2)抽真空:把上述疊層件放到雙真空層壓器的下室。層壓器的上、下兩室同時抽真空,約5min。


  (3)加熱:層壓器的上下兩室保持真空,加熱疊層件。


  (4)加壓:疊層件加熱到110~120℃時,層壓器的上室逐漸取消真空回到常壓。這時層壓器的下室仍處于真空狀態,也就是使上室對下室中的層壓件產生一個大氣壓的壓力。


  保溫固化:在固化溫度下,恒溫固化。


  (6)冷卻:恒溫固化后,層壓器撤離熱源,層壓器的下室仍處在真空狀態。循環冷卻,取消下室真空,取出組合件,用快刀把組合件邊緣多余的EVA切掉。然后封邊框和裝接線盒,組裝成太陽電池組件。


  2.2典型層壓工藝


  2.2.1一步法


  (1)方法一


  快速固化EVA:層壓機設置100~120℃,電池板放入,抽氣5~8min,加壓3min,同時升溫到135~140℃,恒溫固化15~20min,放氣后即刻取出冷卻。


  常規固化EVA:層壓機設置100~120℃,電池板放入,抽氣5~8min,加壓3min,同時升溫到145~150℃,恒溫固化30min,放氣后即刻取出冷卻。


  (2)方法二


  快速固化EVA:層壓機設置135~140℃,電池板放入,抽氣5~8min,加壓3min,恒溫135~140℃,固化15~20min,放氣后即刻取出冷卻。


  2.2.2兩步法


  (1)層壓機設置100~120℃,電池板放入,抽氣5~8min,加壓3min,放氣后即刻取出冷卻。


  (2)層壓后的電池板放入固化爐(烘箱),然后再:①速固化EVA:135~140℃,固化15~20min(或140℃,固化15min);②常規固化EVA:145~150℃,固化30min。


  幾種典型的層壓工藝如表1所示。



  層壓過程中有關問題及注意事項


  層壓、固化溫度選擇,一要視層壓設備情況,進口設備與國產設備有差異,層壓機溫度分布要均勻,真空系統要可靠;二是看電池板中是否有氣泡,溫度越高越容易產生氣泡,但固化時間可以短一些。


  EVA層壓工藝中,升溫速率是封裝成敗的關鍵之一。首先加熱使EVA軟化,流動和填滿電池間的空隙,然后在較高的溫度下使EVA固化,交聯成網狀大分子。如果加熱到EVA固化溫度(150℃)的時間太長,由于交聯劑熱分解,使EVA不固化;升溫速度太快,又會產生氣泡。


  EVA層壓工藝中,消除EVA中的氣泡是另一個關鍵。疊層時進入的空氣和過氧化物交聯劑熱分解產生的氧氣是形成氣泡的主要原因。消除氣泡的辦法是在加熱之前,層壓器的上、下兩室同時抽空,把空氣從組合疊層件中抽干凈,當溫度達到120℃時,上室放空逐漸恢復到常壓,也就是對下室加壓,這樣的壓力可以阻止過氧化物分解形成氣泡。另外,在硅太陽電池與EVA膜之間有一層未經編織的玻璃纖維(Scrim)薄片,它的作用是使氣體通過它的空隙,容易從疊層件中排出去,尤其是對大型組件,可以保證把氣體排除干凈,這樣就可以避免在EVA中形成氣泡。


  EVA層在封裝過程中,需要經常測定eva包裝的凝膠含量來分析EVA的固化程度,以達到控制封裝質量的目的。通常EVA凝膠含量達到65%時,就可以認為基本固化了。交聯度,是指EVA分子經交聯反應達到不溶不熔的凝膠固化的程度。其測定原理為,將EVA樣品裝入120目不銹鋼絲網袋內,置沸騰二甲苯中萃取。未經交聯的EVA,在二甲苯沸騰液中,樣品迅速全部熔溶到二甲苯中,故交聯度為0。而交聯EVA,在萃取操作結束后,還能清楚觀察到不銹鋼絲網袋中殘留有亮晶的試樣,該殘留試樣量與試樣總量之比即為交聯度。


  EVA膠膜主要技術指標


  固化條件:快固膠膜135~140℃、15~20min


  常規膠膜145~150℃、30min


  透光率(%):≥91


  剝離強度(N/cm):玻璃/膠膜≥30


  TPT/膠膜≥20


  交聯度(%):70~85


  耐紫外光老化:不龜裂、不變色


  耐溫性:-40~85℃


相關標簽:eva包裝