摘要：本次針對(duì)EVA (乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物)經(jīng)過(guò)可靠性試驗(yàn)過(guò)程中老化變色現(xiàn)象、老化機(jī)理以及同時(shí)對(duì)太陽(yáng)能組件功率的影響。
關(guān)鍵詞：EVA 變色 老化 太陽(yáng)能組件

一、前言

隨著世界能源危機(jī)愈演愈烈的背景之下可再生能源是可循環(huán)利用的清潔能源，是滿足人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展需要的最終能源選擇，其中光伏太陽(yáng)能發(fā)電是目前最具有廣闊的發(fā)展前景。各國(guó)也紛紛上馬光伏項(xiàng)目，由中國(guó)資源綜合利用協(xié)會(huì)可再生能源專業(yè)委員會(huì)等共同發(fā)布的《中國(guó)光伏發(fā)展報(bào)告》指出,中國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?如能得到政府穩(wěn)定的政策扶持，可以預(yù)計(jì)：到2030年，中國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到1億千瓦,年發(fā)電量可達(dá)1300億千瓦時(shí),相當(dāng)于少建30多個(gè)大型煤電廠。世界上多個(gè)研究機(jī)構(gòu)的研究結(jié)果都顯示，在未來(lái)的幾十年，主要的電力來(lái)源是光伏發(fā)電。目前,中國(guó)光伏產(chǎn)品的原材料主要依賴進(jìn)口，90%的產(chǎn)品都出口到歐洲、美國(guó)、日本等國(guó)外市場(chǎng)，雖然我國(guó)面臨巨大的光伏市場(chǎng)，然而國(guó)內(nèi)的在原材料技術(shù)上任重而道遠(yuǎn)。太陽(yáng)電池組件在戶外使用時(shí)太陽(yáng)能組件中EVA材料性能影響電池片的轉(zhuǎn)化效率甚至使太陽(yáng)能組件壽命提前失效

二、EVA膠膜

EVA主要的成分乙烯與醋酸乙烯共聚物，EVA 具有優(yōu)良的柔韌性、耐沖擊性、彈性、光學(xué)透明性、低溫繞曲性、粘著性、耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性、耐候性、耐腐蝕性、熱密，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(shù)M I表示）和醋酸乙烯酯（以VA 表示）的含量。當(dāng)M I一定時(shí)，VA 的含量增高，EVA 的彈性、柔軟性、粘結(jié)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(dāng)VA 含量一定時(shí)，分子量降低則軟化點(diǎn)下降，而加工性及表面光澤改善，但強(qiáng)度降低；分子量增大，可提高耐沖擊性和應(yīng)力開(kāi)裂性。目前光伏組件EVA膠膜國(guó)內(nèi)的主要廠家有杭州福斯特、東莞永固、臺(tái)灣陽(yáng)溢，國(guó)外日本普利斯通、三井化學(xué)，美國(guó)STR等。

但隨著科技不斷創(chuàng)新，太陽(yáng)能組件的封裝膠膜也會(huì)有新產(chǎn)品問(wèn)世，例如美國(guó)3M公司現(xiàn)在生產(chǎn)的封裝膠膜EPE。

三、層壓工藝：

真空層壓機(jī)應(yīng)用于太陽(yáng)能電池組裝生產(chǎn)線上。稱之為太陽(yáng)能電池組件層壓機(jī)。無(wú)論層壓機(jī)應(yīng)用于哪種作業(yè)，其工作原理都是相同的。高溫的組件表面施加一定的壓力，將這些物質(zhì)緊密地壓合在一起。所不同的是根據(jù)層壓廠家的材料不同，壓合的條件各不相同。
組件層壓過(guò)程：

開(kāi)蓋━上室真空━放入待壓組件━合蓋━下室抽空━上室充氣（層壓）━下室抽氣━開(kāi)蓋━取出太陽(yáng)能組件

根據(jù)市場(chǎng)主流層壓溫度參數(shù)設(shè)定基本是按照EVA廠家提供的參數(shù)設(shè)定： 從溫度角度設(shè)定層壓參數(shù)國(guó)產(chǎn)EVA參數(shù)在135-140℃之間，進(jìn)口EVA在138-145℃之間。溫度是影響組件交聯(lián)度及粘結(jié)強(qiáng)度的重要因數(shù)之一，若溫度過(guò)高會(huì)交聯(lián)度也隨之增大，EVA的柔韌性變差容易脫層脆裂等不良現(xiàn)象，溫度過(guò)低則未交聯(lián)EVA透光率和交聯(lián)度會(huì)減小。

四、老化機(jī)理

根據(jù)光伏組件使用壽命25年限的要求，(IEC)國(guó)際電工委員會(huì)和美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室等針對(duì)太陽(yáng)能組件出臺(tái)了IEC 61215及UL 1703等測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)封裝材料EVA膠膜測(cè)試要求是在經(jīng)過(guò)老化實(shí)驗(yàn)、紫外輻照實(shí)驗(yàn)、高低溫老化實(shí)驗(yàn)等各項(xiàng)可靠性測(cè)試過(guò)程中保持無(wú)變色、無(wú)脫層的現(xiàn)象。而所謂的變色、脫層其實(shí)質(zhì)是EVA老化所造成的，EVA封裝膠膜因受到熱氧的作用而降解，EVA膠膜添加有抗氧化劑、紫外光吸收劑、光穩(wěn)定劑和粘接促進(jìn)劑等助劑體系，而研究發(fā)現(xiàn)EVA的降解主要包括兩步：一是醋酸的減少，二是氧化和主鏈的斷裂。紫外光對(duì)EVA老化而變色的影響是最大的，在研究中發(fā)現(xiàn)純EVA膠膜中包含短α-β不飽和羰基和可以起到光敏劑作用的雜質(zhì)。在120℃以下的層壓過(guò)程EVA結(jié)構(gòu)發(fā)生微小的變化，但在135℃-150℃之間，EVA結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生很大的變化，產(chǎn)生了新的uv生色團(tuán)。EVA顏色的改變降低了可見(jiàn)光的透過(guò)率。早期通過(guò)資料分析認(rèn)為EVA變黃的原因是C=C共扼體系的形成和延長(zhǎng)。但是經(jīng)過(guò)后期的研究表明EVA的變色不能說(shuō)明是聚醋酸乙烯降解產(chǎn)生共軛烯烴造成的，很有可能是EVAN內(nèi)過(guò)氧化物交聯(lián)劑分解后與內(nèi)部添加防老化劑反應(yīng)生成生色團(tuán)。

圖1與圖3分別是經(jīng)過(guò)熱循環(huán)-40℃—85℃1000小時(shí)、從+85℃，85%相對(duì)濕度到-40℃10次后EVA出現(xiàn)變色、脫層現(xiàn)象，組件的EVA膠膜在高溫環(huán)境環(huán)境之下發(fā)生降解，主要是內(nèi)在添加劑體系之間加合效應(yīng)與協(xié)同效應(yīng)不夠理想。圖2是經(jīng)過(guò)1000h紫外試驗(yàn)波長(zhǎng)在280nm到385nm范圍內(nèi),紫外輻射為15kWh·m-2, 其中波長(zhǎng)為280nm到320nm的紫外輻射為5kWh·m-2，紫外是高分子材料主要的戶外殺手之一，加速材料的老化，圖3經(jīng)過(guò)濕冷試驗(yàn)后出現(xiàn)變黃的現(xiàn)象，分析表明光穩(wěn)定劑能夠強(qiáng)烈吸收290—380nm波段的紫外線或能有效猝滅地激發(fā)態(tài)高分子的能量，或具有足夠的能力捕獲光氧化產(chǎn)生的自由基。然而實(shí)際上光穩(wěn)定劑的機(jī)理十分復(fù)雜，同一種化合物往往可以多種方式發(fā)揮光穩(wěn)定劑穩(wěn)定效用，在EVA聚合物中添加光穩(wěn)定劑能否穩(wěn)定存在？甚至失效，是EVA在紫外試驗(yàn)失效的主要原因。

五、電性能測(cè)試

六結(jié)論：

EVA膠膜變色歸為老化，老化足以使太陽(yáng)能組件壽命縮短，而且EVA變色導(dǎo)致組件功率會(huì)加快衰減，老化隨時(shí)間推移也會(huì)出現(xiàn)脫層、甚至組件失效。針對(duì)國(guó)內(nèi)廣闊的EVA市場(chǎng)同時(shí)在質(zhì)量上又存在諸多缺陷，我國(guó)EVA產(chǎn)品技術(shù)的可持續(xù)性還需提高，我們也相信在國(guó)家“十二五”規(guī)劃能源產(chǎn)業(yè)布局，推進(jìn)能源科技創(chuàng)新，完善能源宏觀調(diào)控體系，深化能源體制改革方針下，不久的將來(lái)中國(guó)光伏行業(yè)的明天會(huì)更加美好。