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你可能喜欢光伏组件封装材料总结之EVA
绪论太阳电池发电利用的是硅等半导体材料的量子效应， 直接把太阳光谱中的可见光转变为电能。可是硅晶片若直接暴露于大气中， 其光电转换机能会衰减。为此采用透明、 耐光老化、 粘接性好、 能承受大气变化且具有弹性的 EVA 胶层将硅晶片组包封，并和上层保护材料玻璃、下层保护材料TPT(聚氟乙烯复合膜)粘合为一体，构成太阳电池板。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，国内外曾试过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连性， 经一定条件热压便发生熔融粘接与交联固化。其在太阳电池封装与户外使用上均获得了相当满意的效果。EVA是太阳能组件生产过程中最关键的封装材料之一，它把电池片上铺下盖封在中间，起到保护电池片的作用；EVA在融化之后具有很高的透光率，可以提高光线的入射率，提高组件的输出功率；另外在组件生产过程中，层压是关键环节，而层压机的参数设置基本上是围绕着EVA的特性设置的，因此EVA对于组件生产至关重要。一、功能总的来说，EVA主要的作用是用于太阳能组件的封装材料，为组件提供结构支持，保护电池片，提供物理隔缘和电气隔绝以及热的传导等作用。1.1、封装晶体硅太阳能电池不能长期暴漏在环境中，需要避免高温、紫外线等因素的侵袭，因此采用一种有粘性、透光率高、抗冲击力、吸收紫外线、隔热等性能的物质将电池片封装起来，EVA成为首选。两层EVA将电池片夹在中间，连同玻璃和背板及铝边框封装起来，形成组件。1.2、保护EVA固化之后，形成三维立体结构，和钢化玻璃、背板粘结在一起，缓冲外力冲击，起到保护电池片的作用。同时，EVA含有光稳定剂，可以吸收光线中的紫外线，防止其对电池片及背板造成损伤。另外，熔融后的EVA可以提高玻璃的透光率，有提高组件功率的作用。
二、成分EVA的主要成分是乙烯与醋酸乙烯酯的共聚物，外加各种添加剂如交联剂、增稠剂、抗氧化剂、光稳定剂等等。乙烯-醋酸乙烯共聚物（也称为乙烯-乙酸乙烯共聚物）是由乙烯（E）和乙酸乙烯（VA）共聚而制得，英文名称为：Ethylene Vinyl Acetate，简称为EVA，或E/VAC。其主要成分结构如下：
EVA具有优良的柔韧性、 耐冲击性、 弹性、 光学透明性、 低温绕曲性、 粘着性、 耐环境应力开裂性、 耐候性、 耐腐蚀性、 热密封性以及电性能等。乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）是最主要的乙烯共聚物之一。按共聚物中醋酸乙烯的含量来分，其主要品种可分为两大类，即产品中醋酸乙烯(VA)含量大约为5％～40％(质量分数)，称之为EVA；高于40％的称之为醋酸乙烯-乙烯共聚物（VAE）。EVA按共聚物中醋酸乙烯(VA)的含量可分为三大类，即EVA树脂、EVA弹性体及EVA乳液。
常所称的EVA产品主要是指EVA树脂。它可在普通高压聚乙烯装置上生产，VA含量可达到5%～40%。EVA树脂用途广泛，一般情况下，醋酸乙烯含量在5%以下的EVA，其主要产品是薄膜、电线电缆、LDPE改性剂、胶粘剂等；醋酸乙烯含量在5%~10%的EVA产品为弹性薄膜等；醋酸乙烯含量在20~30%的EVA，主要用于热熔粘合剂和涂层制品；醋酸乙烯含量在5%~45%，主要产品为薄膜（包括农用薄膜）和片材，注塑、模塑制品，发泡制品，热熔粘合剂等。2.1、熔融指数EVA热熔胶粉熔融指数简称MI，是一种表示塑料材料加工时流动性的数值。其测试方法是使塑料粒在一定时间(10分钟)内，一定温度及压力(各种材料标准不同)下，被融化之塑料流体，通过一个直径2.1mm圆管，所流出之克数。其值越大，表示此塑料材料之加工流动性越佳，反之则越差，最常使用之测试标准为ASTM D1238。2.2、VAVA是醋酸乙烯酯的英文缩写。MI一定时，VA含量越高，EVA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。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。2.3、添加剂未经改性的 EVA具有透明、 柔软、 有热熔粘接性、 熔融温度低 （ & 80℃）、 熔融流动性好等特点。这些特征满足了胶膜制造与太阳电池封装的需求，但其耐热性差，易延伸而低弹性，内聚强度低而抗蠕变性差，易产生热胀冷缩致硅晶片碎裂。为此要对 EVA 进行改性。改性的办法是在EVA中加入添加剂，主要有交联剂，光稳定剂，抗氧化剂，增稠剂等。2.2.1、交联剂交联剂是这样一种添加剂，它能够在特定的温度范围内发生作用，使EVA的分子结构发生变化。交联剂是一种有机过氧化物，在一定温度下，会分解产生自由基，引发EVA分子间的结合，形成三维网状结构，使EVA固化。该温度就是EVA的固化温度。如果温度过高，交联剂会分解，产生氧气，造成组件内部气泡的产生。2.2.2、光稳定剂组件生产厂家比较关心的问题是， EVA 是否能经得住紫外光老化。如果 EVA 胶膜未经改性， 它必定会受紫外线破坏， 发生龟裂， 或降解变色， 或和玻璃、 TPT 脱胶， 尤其用于高原地区的太阳电池更应重视此问题。因此还要采取抗紫外光老化措施。使 EVA 胶层内含有吸收紫外光的主、 辅剂配合的复合光稳定剂， 能起到吸收紫外光的协同效应。EVA胶膜具有吸收紫外光性能， 除保护 EVA 胶层本身外， 还可保护电池背材 TPT， 从而能保障太阳电池长年正常工作。2.2.3、抗氧化剂抗氧化剂是阻止氧气不良影响的物质，可以有效防止EVA胶膜老化黄变。
三、特性3.1、EVA与温度EVA具有优良的柔韧性、耐冲击性、弹性、光学透明性、低温绕曲性、粘着性、耐环境应力开裂性、耐候性、耐腐蚀性、热密封性以及电性能等。EVA是一种热熔胶，即在常温下，EVA是固体，没有粘性，透光性差。当把 EVA加热到一定温度时，EVA会熔化粘结在与它接触的物体上。用于太阳电池封装的EVA是专门设计的热固性热熔胶，即在加热熔融的同时会发生交联反应。当温度较低时，交联反应发生的速度很缓慢，完成固化所需要的时间较长，反之需要的时间就比较短。因此要选择适宜的层压温度，使 EVA在熔融中获得流动性，同时发生固化反应。随着反应的进行，交联度增加，EVA失去流动性，起到封装的作用。在各温度下的表现为：·熔融温度(70-80℃)。此时EVA受热融化，流动性好，是抽真空的最佳时间·固化温度下。此时EVA所含交联剂产生自由基，EVA分子间发生交联，产生三维网状结构，流动性变差，粘度变高。这个温度适合对组件进行层压，使其结构更紧密，与玻璃、背板的粘结度更高。·大于固化温度。此时交联剂分解出气体，容易使组件产生气泡，同时EVA交联度下降，容易硫化变黄，产生收缩。3.2、固化曲线EVA的固化曲线是在一个恒定的温度下测得的，与实际生产中 EVA 的固化环境相似，近似反映了 EVA 在实际生产环境下的交联过程，所以具有很大的参考价值。下图是在直接固化温度下，利用无转子硫化仪测得的某品牌 EVA的固化曲线 （EVA在固化过程中的粘度不断增大， 硫化仪即是在 EVA固化过程中通过测试扭矩来反应 EVA的粘度变化，并由此来间接测定交联程度的一种仪器。）在硫化曲线中，ML为最小转矩，代表胶料的最低粘度；MH为最大转矩，代表胶料的最大交联密度，对应的Tm为理论上的正硫化时间。T10为焦烧时间，即转矩达到[ML+（MH-ML）*10%]的时间；T90为正硫化时间，即转矩达到[ML+（MH-ML）*90%]的时间。从图中可以看出，EVA的扭矩随着时间的变化是先下降，再上升。下降阶段对应着 EVA熔化阶段，到最低点时 EVA 的流动性最好。上升阶段即为 EVA 的固化阶段，可以看出在开始上升时曲线很陡，表明交联进行的速度很快，随着交联剂的消耗，交联剂含量减小，交联速度变慢。
注：1.焦烧时间：指橡胶胶料在生产加工过程中产生的早期硫化的现象。常以烧焦时间来稀衡量胶料产生焦烧的难易，焦烧时间越长，则加工过程越不易发生早期硫化的现象。焦烧时间通常可以通过门尼粘度计来测定。在实际生产加工过程中，为了避免焦烧的危险，使胶料具有较好的模内流动性，常采用添加防焦剂的办法来解决。简单来说，焦烧时间就是胶料开始固化的时间。对于EVA来说，焦烧时间意味着EVA开始固化，所以焦烧时间对应着抽真空时间。2.正硫化时间：在一定的温度、模压下，为了使胶料从塑性变成弹性，且达到交联密度最大化，物理机械性能最佳化所用的时间，也称最佳硫化时间。正硫化点是指达到正硫化所需的最短时间。
四、相关实验4.2、交联度实验EVA之所以能将电池片、玻璃、背板通过层压形成一个整体，是因为EVA中含有交联剂，在一定温度下发生反应，能将其他材料粘结在一起。为了检验层压之后组件各材料之间的粘结强度，或者检验某品牌EVA交联度是否合格，通常要进行EVA交联度实验。·原理：EVA类胶粘剂,在应用工艺中由于加热粘接固化,部分EVA交联成凝胶。未交联的EVA完全溶于二甲苯溶液，而交联之后的EVA几乎不溶。·方法：在140℃温度下，用二甲苯溶剂萃取EVA样品5小时左右，秤取交联前后的质量，从而得以进行交联度的测定。·标准：EVA的交联度一般在70%-90%之间为合格。4.3、收缩率实验·原理：EVA胶膜在高于熔融温度下，受热融化，外形尺寸发生改变。·方法：1.层压机温度设定为120℃，将EVA裁成100mm(横向)*200mm（纵向）大小，放在玻璃绒面上同玻璃一起在层压机上加热3-5分钟，取下，冷却，测量其尺寸，取最小值计算收缩率。2.层压机温度设定为120℃，将EVA裁成100mm(横向)*200mm（纵向）大小，放在玻璃光滑面上，玻璃上均匀铺撒一层滑石粉，在层压机上加热3-5分钟，取下，冷却，测量其尺寸，取最小值计算收缩率。3.层压机温度设定为120℃，将EVA裁成100mm(横向)*200mm（纵向）大小，放在高温布上同玻璃一起在层压机上加热3-5分钟，取下，冷却，测量其尺寸，取最小值计算收缩率。·标准：纵向(MD)＜4%；横向(TD)＜2%。
五、技术参数5.1、交联度交联度是反映EVA性能的最重要的参数。所谓的交联度，通俗的讲是指EVA交联的程度，外观上的反映是EVA的粘性或与其他材料的粘结强度。从成分上讲，交联度是交联剂发生反应的程度。线形或轻度支链形的聚合物，通过交联剂的作用，转化为三维网状结构。它可显著提高聚合物的内聚强度、热稳定性等。为了掌握组件能否经受25年的使用期限，必须测定组件中EVA的交联度。交联度的测定对于生产工艺的控制，原材料的选择，产品质量的控制非常重要。5.2、收缩率EVA的收缩率是指经过一定温度融化前后的尺寸变化比例。收缩率对于组件的影响比较大。收缩率偏大的EVA层压之后容易造成电池片移位、并片甚至引起电池片碎裂。收缩率分纵向和横向，一般要求纵向(MD)＜4%；横向(TD)＜2%，但是实际使用中越小越好。5.3、剥离强度剥离强度是指固化后的EVA与钢化玻璃及背板之间粘结强度，具体是之单位宽度的EVA膜从玻璃或背板表面成90度或180度剥离时所需要的力，单位为N/cm。一般要求：与背板剥离强度为≥40N/cm，与玻璃剥离强度为≥60N/cm。六、与之相关的质量问题6.1、气泡或缺胶o层压温度过高，交联剂分解出气体，致使交联度降低并产生气泡oEVA吸潮。水分在100度以上会气化，在组件内形成气泡甚至脱胶。o层压温度过高。导致交联剂分解，产生氧气，此时EVA已呈固态，气体很难抽出，故容易形成气泡。o层压时间过长，交联剂分解产生氧气，形成气泡。6.2、背板褶皱或突起·抽真空时间过长，或层压温度过高。·EVA交联度不够，流动性大，导致背板褶皱。·TPE结构背板的内层EVA与组件使用的EVA熔融性不好，导致背板褶皱。6.3、电池片移位或碎裂o下压速度过快，压力差过大。oEVA收缩率过大，带动电池片移位。o组件内有异物，层压是造成电池片碎裂。oEVA交联度不够，流动性大，带动电池片移位。
七、注意事项7.1、使用1.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，但出现气泡、缺胶、位移、凸点等的机率会小一些。2.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，不如绒面超白玻璃。3.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。4.层压好的组件，最好待温度降至80°C以下时再掀开高温布。5.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）。6.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。7.EVA胶膜使用时一定要注意纵横向，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。8.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。9.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。7.2、贮存1 EVA胶膜的吸附能力强，在使用过程中，要注意防潮防尘，避免与带色物体接触。·若吸潮，会影响 EVA和玻璃及背板的粘接强度，并且其中的水份会随着温度升高气化，会产生气泡。·若吸尘，必定影响组件的透光率，并且会导致EVA与玻璃、背板的粘结度下降，甚至会伴随气泡产生。·若和带色、不洁的物体接触，易被污染。2 不要将脱去外包装的整卷胶膜暴露在空气中，分切成片的胶膜如不能当日用完，应遮盖紧密。3 存放环境为温度低于30度，湿度低于60%。
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