鹿山新材太陽電池EVA封裝材料的研究進展

余 鵬1,2,唐舫成1,2,汪加勝1

(1 廣州鹿山新材料股份有限公司,廣東 廣州 5105302 廣東省熱熔膠工程技術研究開發中心,廣東 廣州 510530)

 

摘要:本文介紹了鹿山新材在太陽電池EVA膠膜上的研究進展,通過對EVA膠膜性能的提升,進一步提高組件性能、降低封裝成本、提高轉化效率。

關鍵詞:太陽電池;EVA膠膜;研究進展

 

EVA膠膜目前是最主要的太陽電池封裝材料,用于玻璃、太陽電池、背板之間起到密封、保護的作用[1]EVA膠膜占組件成本的不足5%,但對組件的封裝質量起到關鍵的作用。作為太陽電池的關鍵輔材之一,EVA膠膜的發展仍是以降低組件封裝成本、提高封裝質量和轉化效率為主要方向。

廣州鹿山新材料股份有限公司(簡稱鹿山新材)十分重視科技創新,建設有國家級博士后科研工作站、廣東省熱熔膠工程技術中心、廣東省企業技術中心和廣州市太陽能電池關鍵封裝材料重點實驗室,專業致力于太陽電池關鍵封裝材料的研究、生產。依托高水平的研發平臺,對太陽電池關鍵封裝材料開展了一系列的研究,部分成果已實現產業化,現對鹿山新材在太陽電池EVA膠膜上的研究進展做如下介紹。

1 排氣速率研究[2]

EVA膠膜的排氣性能影響著組件層壓出現氣泡的概率,在層壓過程中產生氣體的原因分為兩部分:一部分是抽氣過程的氣體,來源于層間殘留空氣;另一部分是加壓固化過程的氣體,來源于交聯固化產生的小分子揮發物。交聯固化過程的排氣效率與其固化效率有關,而EVA膠膜的排氣速率直接影響到抽氣階段排氣效率。通過大量的實驗驗證,提出了EVA膠膜在層壓抽氣階段的排氣機理,如圖1所示。

 

EVA膠膜的排氣過程主要分為收縮階段和擴展階段。(1) 收縮階段。在收縮階段中,鏈段活動能力增強, 流延拉升產生的內應力使膠膜開始收縮。由于膠膜收縮方向與排氣方向相反,阻礙內部空氣的排出,使大部分空氣密封于夾層之間。
(2) 擴展階段。在膠膜收縮后,持續的加熱使得熔體流動性增強。在此階段中,自由流動的熔體開始擴展,由于擴展方向與排氣方向一致,密封在夾層里的空氣開始向外排氣。
EVA熔體擴展過程有如下兩種情況:
(a) 如果EVA膠膜具有較高的熔體流動性(高MI值),夾層中的狹縫保留時間短,更容易被密封,使得較少空氣從狹縫中排出,而較多空氣從熔體中排出。
(b) 如果EVA膠膜具有較低的熔體流動性(低MI值), 夾層中的狹縫保留時間長,使得更多空氣從狹縫排出,而更少空氣從熔體排出。
V (狹縫) >V (熔體)
V (高MI熔體) >V (低MI熔體)
 
2 超快固化EVA膠膜(第一代)
降低太陽電池封裝成本的途徑之一即提高封裝效率,目前影響組件封裝效率的關鍵環節在于組件的層壓時間,而層壓時間是保證EVA膠膜達到理想交聯度的關鍵,進一步提高EVA膠膜固化速度可實現封裝效率的提高和太陽電池成本的降低。
常規快速固化型EVA膠膜通過提高層壓溫度來提升交聯速度存在兩方面缺點:(1) 溫度升高出現氣泡的概率增加,(2) 溢膠情況嚴重。
鹿山第一代超快固化技術通過對配方體系的優化,在快速提高EVA膠膜交聯速度的同時,仍保持充足的緩交聯時間(>5min),保證安全的抽氣階段,降低氣泡出現的概率。
通過鹿山第一代超快固化技術的應用,產品的可在12min或以內交聯度達到80%或以上,較常規快速固化產品(18—20min)封裝效率提高50%。圖2為超快固化產品的交聯曲線。
鹿山第一代超快固化技術(EVA膠膜)的特點如下:
(1) 交聯速度快,可在12min或以內完成組件封裝,封裝效率提升50%;
(2) 具有充足的安全抽氣時間,降低高溫下的氣泡概率;
(3) 溢膠情況較好。
 
3 低溫超快固化EVA膠膜(第二代)
低溫超快固化為鹿山第二代超快固化技術。結合鹿山新材在反應接枝的豐富經驗,采用反應接枝技術,形成交聯活性點,定向交聯,快速完成固化。
鹿山第二代超快固化技術(EVA膠膜)的特點如下:
(1) 適合低溫 (140℃或以下)快速加工,封裝效率提高40%,能耗降低10%;
(2) 充足的緩交聯時間,保證層壓質量和存放安全性;
(3) 低溫加工,有利于避免高溫對電池片、其他輔材及相互匹配性的影響,提高封裝質量。
4 RF(Reinforced Friendly)技術
常規EVA膠膜生產工藝(流延、壓延)由于熱拉伸、冷卻,EVA膠膜均會存在內應力,在層壓加工時出現收縮。鹿山采用獨特的RF技術,可以實現EVA膠膜的零收縮。
RF技術在粘結界面引入化學鍵合,較常規EVA具有更持久的粘結強度,同時具有更佳的絕緣性能,與125μmPET粘合可使局部放電通過1200V,達到常規背板要求。
鹿山RF技術特點如下:
(1) 零收縮,可防止電池片移位,同時提高排氣性能,降低氣泡出現概率;
(2) 無熱收縮,可縮短抽氣時間,提高封裝效率;
(3) 膠膜無熱變形,受壓流動性小,可減少邊緣溢膠,減輕修邊工序;
(4) 持久粘結性,提高組件持久的粘結效果;
(5) 與PET膜材聯用,降低封裝成本。
5 高反射EVA膠膜
太陽電池組件在使用過程中,由于電池片背面材料的反射率不高造成光譜能量利用效率較低。鹿山UR—EV1050G1封裝膠膜是以進口EVA樹脂為原料,在原有成熟配方體系下,添加鹿山公司新開發的高反光助劑,采用獨特的工藝技術生產。該產品可實現90%以上的光反射,使用方法如圖6所示:
鹿山高反射EVA膠膜特點如下:
(1) 極高的反射率,有利于提高轉換效率;
(2) 收縮率為零,可防止移位;
(3) 絕緣性能優異,可提高組件的穩定性。
6 高透光EVA膠膜(第一代)
太陽電池組件的結構決定了太陽光譜在達到電池片之前必先透過玻璃和EVA膠膜,既電池片能否利用到更多的太陽光譜能量與玻璃、EVA膠膜的光學透光率相關。由于普通超白玻璃的光學性能限制(截止波段295nm,透光率91~92%),使得封裝后的光透過率難以超過92%。實際上通過EVA膠膜封裝的透過率仍能保持91%左右,說明EVA膠膜封裝的光損失僅為1%左右。所以對于封裝材料來說,提高其光學性能的方法:(1) 進一步降低封裝的光損失,既<1%或趨近于0;(2) 降低封裝材料截止波長與玻璃趨于一致,既使透過玻璃的光盡可能的透過封裝材料。方法(1)與封裝材料本身材料特性有關,對于EVA膠膜進一步提高的空間有限,所以目前第一代高透光技術著重于降低EVA膠膜的截止波長,以提高其對近紫外波段的透過率。
 
鹿山高透光EVA膠膜的特點如下:
(1) 截止波長短,與普通超白玻璃重合,提高輸出功率0.3~0.5%;
(2) 耐老化性能優異,黃變小;
(3) 與其他輔材匹配性好,無發黃、鼓泡等不良缺陷。
7 雙玻組件用EVA膠膜
鹿山EV1050G3封裝膠膜是鹿山新材自主研發,采用特殊功能樹脂以及獨特工藝生產的適用于光伏建筑一體化(BIPV)雙玻組件封裝的新型EVA膠膜
PVB封裝雙玻組件在抽真空條件下一般通過高溫爐進行,封裝過程復雜,生產效率低,且PVB價格較高。常規EVA膠膜因其產品性能和層壓工藝的影響,雙玻組件容易產生氣泡、缺膠、電池片移位、溢膠嚴重等缺陷。
EV1050G3能有效解決常規EVA膠膜封裝缺陷,適用于層壓機對雙玻組件進行層壓封裝,簡單易操作且效率大大提高。使用方法如圖9所示。 
 
表1 EV1050G3與PVB封裝對比
封裝膠膜
封裝方法
工藝參數
冷卻方式
EV1050G3
層壓機封裝,操作簡單
層壓溫度145℃左右,總時間20min左右,能耗低
層壓后常溫冷卻
PVB
1.層壓機將電池片固定;
2.高壓釜封裝。
加工溫度160℃左右,總時間40min以上,能耗高
需再次固化冷卻,且速度緩慢
 
與常規EVA膠膜相比,EV1050G3的優勢體現在可有效的改善移位、氣泡等問題,如圖10-11所示。
 鹿山雙玻組件用EVA膠膜的特點如下:
(1) 可通過普通層壓機封裝雙玻組件;
(2) 可有效改善雙玻組件封裝過程中出現的氣泡問題;
(3) 可有效改善雙玻組件封裝過程中出現的移位問題。
8 減薄化技術(降本增效)
鹿山新材通過對EVA膠膜配方、工藝、設備的不斷優化,通過減薄化技術控制產品穩定性,推出減薄化產品,不僅在材料成本上進一步下降,且封裝的組件具有更好的功率表現。

 

 

鹿山減薄化EVA膠膜特點如下:
(1) 成本降低,降低組件成本;
(2) 降低光損失,提高輸出功率;
(3) 保持良好的穩定性和工藝適應性。
太陽能的發展趨勢是電力的平價化,EVA膠膜作為關鍵輔材其發展方向也必須滿足這種趨勢的要求。鹿山新材將重點圍繞EVA膠膜的制造成本降低、層壓效率提高及組件輸出功率提升進行設計、研發、制造,同時結合自身在樹脂合成、改性的技術積累,優化改良上游樹脂分子結構,為封裝材料的功能化、差異化提供原輔材料基礎。鹿山新材通過對太陽電池封裝材料的研發,加速推動關鍵輔材國產化的進行,助力光伏平價時代的到來。
 
參考文獻:
[1] 余鵬,李偉博,唐舫成,等. 太陽能電池封裝材料研究進展[J]. 廣州化工,2011, 39: P50-52;
[2] 余鵬,汪加勝,等. 太陽能電池封裝材料進展[J]. 2011亞洲EVA產業鏈發展論壇論文集,2011, P61-63;
 
Research progress of EVA films for solar cells
YU Peng1,2, TANG Fang-cheng1,2, WANG Jia-sheng1
(1 Guangzhou Lushan New Materials Co.,Ltd., Guangdong Guangzhou 510530, China ; 2 Hot Melt Adhesive Engineering Technology R&D Center of Guangdong Province, Guangdong Guangzhou 510530, China)
Abstract: In this paper, development of EVA films for solar cells were introduced by Lushan. The properties of EVA films were promoted in order to improve the performance of PV module, reduce the cost of production and increase the efficiency of photoelectric conversion.
Keywords: solar cells; EVA films; research progress

 

 

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