鹿山新材太阳电池EVA封装材料的研究进展

余 鹏1,2,唐舫成1,2,汪加胜1

(1 广州鹿山新材料股份有限公司,广东 广州 5105302 广东省热熔胶工程技术研究开发中心,广东 广州 510530)

 

摘要:本文介绍了鹿山新材在太阳电池EVA胶膜上的研究进展,通过对EVA胶膜性能的提升,进一步提高组件性能、降低封装成本、提高转化效率。

关键词:太阳电池;EVA胶膜;研究进展

 

EVA胶膜目前是最主要的太阳电池封装材料,用于玻璃、太阳电池、背板之间起到密封、保护的作用[1]EVA胶膜占组件成本的不足5%,但对组件的封装质量起到关键的作用。作为太阳电池的关键辅材之一,EVA胶膜的发展仍是以降低组件封装成本、提高封装质量和转化效率为主要方向。

广州鹿山新材料股份有限公司(简称鹿山新材)十分重视科技创新,建设有国家级博士后科研工作站、广东省热熔胶工程技术中心、广东省企业技术中心和广州市太阳能电池关键封装材料重点实验室,专业致力于太阳电池关键封装材料的研究、生产。依托高水平的研发平台,对太阳电池关键封装材料开展了一系列的研究,部分成果已实现产业化,现对鹿山新材在太阳电池EVA胶膜上的研究进展做如下介绍。

1 排气速率研究[2]

EVA胶膜的排气性能影响着组件层压出现气泡的概率,在层压过程中产生气体的原因分为两部分:一部分是抽气过程的气体,来源于层间残留空气;另一部分是加压固化过程的气体,来源于交联固化产生的小分子挥发物。交联固化过程的排气效率与其固化效率有关,而EVA胶膜的排气速率直接影响到抽气阶段排气效率。通过大量的实验验证,提出了EVA胶膜在层压抽气阶段的排气机理,如图1所示。

 

EVA胶膜的排气过程主要分为收缩阶段和扩展阶段。(1) 收缩阶段。在收缩阶段中,链段活动能力增强, 流延拉升产生的内应力使胶膜开始收缩。由于胶膜收缩方向与排气方向相反,阻碍内部空气的排出,使大部分空气密封于夹层之间。
(2) 扩展阶段。在胶膜收缩后,持续的加热使得熔体流动性增强。在此阶段中,自由流动的熔体开始扩展,由于扩展方向与排气方向一致,密封在夹层里的空气开始向外排气。
EVA熔体扩展过程有如下两种情况:
(a) 如果EVA胶膜具有较高的熔体流动性(高MI值),夹层中的狭缝保留时间短,更容易被密封,使得较少空气从狭缝中排出,而较多空气从熔体中排出。
(b) 如果EVA胶膜具有较低的熔体流动性(低MI值), 夹层中的狭缝保留时间长,使得更多空气从狭缝排出,而更少空气从熔体排出。
V (狭缝) >V (熔体)
V (高MI熔体) >V (低MI熔体)
 
2 超快固化EVA胶膜(第一代)
降低太阳电池封装成本的途径之一即提高封装效率,目前影响组件封装效率的关键环节在于组件的层压时间,而层压时间是保证EVA胶膜达到理想交联度的关键,进一步提高EVA胶膜固化速度可实现封装效率的提高和太阳电池成本的降低。
常规快速固化型EVA胶膜通过提高层压温度来提升交联速度存在两方面缺点:(1) 温度升高出现气泡的概率增加,(2) 溢胶情况严重。
鹿山第一代超快固化技术通过对配方体系的优化,在快速提高EVA胶膜交联速度的同时,仍保持充足的缓交联时间(>5min),保证安全的抽气阶段,降低气泡出现的概率。
通过鹿山第一代超快固化技术的应用,产品的可在12min或以内交联度达到80%或以上,较常规快速固化产品(18—20min)封装效率提高50%。图2为超快固化产品的交联曲线。
鹿山第一代超快固化技术(EVA胶膜)的特点如下:
(1) 交联速度快,可在12min或以内完成组件封装,封装效率提升50%;
(2) 具有充足的安全抽气时间,降低高温下的气泡概率;
(3) 溢胶情况较好。
 
3 低温超快固化EVA胶膜(第二代)
低温超快固化为鹿山第二代超快固化技术。结合鹿山新材在反应接枝的丰富经验,采用反应接枝技术,形成交联活性点,定向交联,快速完成固化。
鹿山第二代超快固化技术(EVA胶膜)的特点如下:
(1) 适合低温 (140℃或以下)快速加工,封装效率提高40%,能耗降低10%;
(2) 充足的缓交联时间,保证层压质量和存放安全性;
(3) 低温加工,有利于避免高温对电池片、其他辅材及相互匹配性的影响,提高封装质量。
4 RF(Reinforced Friendly)技术
常规EVA胶膜生产工艺(流延、压延)由于热拉伸、冷却,EVA胶膜均会存在内应力,在层压加工时出现收缩。鹿山采用独特的RF技术,可以实现EVA胶膜的零收缩。
RF技术在粘结界面引入化学键合,较常规EVA具有更持久的粘结强度,同时具有更佳的绝缘性能,与125μmPET粘合可使局部放电通过1200V,达到常规背板要求。
鹿山RF技术特点如下:
(1) 零收缩,可防止电池片移位,同时提高排气性能,降低气泡出现概率;
(2) 无热收缩,可缩短抽气时间,提高封装效率;
(3) 胶膜无热变形,受压流动性小,可减少边缘溢胶,减轻修边工序;
(4) 持久粘结性,提高组件持久的粘结效果;
(5) 与PET膜材联用,降低封装成本。
5 高反射EVA胶膜
太阳电池组件在使用过程中,由于电池片背面材料的反射率不高造成光谱能量利用效率较低。鹿山UR—EV1050G1封装胶膜是以进口EVA树脂为原料,在原有成熟配方体系下,添加鹿山公司新开发的高反光助剂,采用独特的工艺技术生产。该产品可实现90%以上的光反射,使用方法如图6所示:
鹿山高反射EVA胶膜特点如下:
(1) 极高的反射率,有利于提高转换效率;
(2) 收缩率为零,可防止移位;
(3) 绝缘性能优异,可提高组件的稳定性。
6 高透光EVA胶膜(第一代)
太阳电池组件的结构决定了太阳光谱在达到电池片之前必先透过玻璃和EVA胶膜,既电池片能否利用到更多的太阳光谱能量与玻璃、EVA胶膜的光学透光率相关。由于普通超白玻璃的光学性能限制(截止波段295nm,透光率91~92%),使得封装后的光透过率难以超过92%。实际上通过EVA胶膜封装的透过率仍能保持91%左右,说明EVA胶膜封装的光损失仅为1%左右。所以对于封装材料来说,提高其光学性能的方法:(1) 进一步降低封装的光损失,既<1%或趋近于0;(2) 降低封装材料截止波长与玻璃趋于一致,既使透过玻璃的光尽可能的透过封装材料。方法(1)与封装材料本身材料特性有关,对于EVA胶膜进一步提高的空间有限,所以目前第一代高透光技术着重于降低EVA胶膜的截止波长,以提高其对近紫外波段的透过率。
 
鹿山高透光EVA胶膜的特点如下:
(1) 截止波长短,与普通超白玻璃重合,提高输出功率0.3~0.5%;
(2) 耐老化性能优异,黄变小;
(3) 与其他辅材匹配性好,无发黄、鼓泡等不良缺陷。
7 双玻组件用EVA胶膜
鹿山EV1050G3封装胶膜是鹿山新材自主研发,采用特殊功能树脂以及独特工艺生产的适用于光伏建筑一体化(BIPV)双玻组件封装的新型EVA胶膜
PVB封装双玻组件在抽真空条件下一般通过高温炉进行,封装过程复杂,生产效率低,且PVB价格较高。常规EVA胶膜因其产品性能和层压工艺的影响,双玻组件容易产生气泡、缺胶、电池片移位、溢胶严重等缺陷。
EV1050G3能有效解决常规EVA胶膜封装缺陷,适用于层压机对双玻组件进行层压封装,简单易操作且效率大大提高。使用方法如图9所示。 
 
表1 EV1050G3与PVB封装对比
封装胶膜
封装方法
工艺参数
冷却方式
EV1050G3
层压机封装,操作简单
层压温度145℃左右,总时间20min左右,能耗低
层压后常温冷却
PVB
1.层压机将电池片固定;
2.高压釜封装。
加工温度160℃左右,总时间40min以上,能耗高
需再次固化冷却,且速度缓慢
 
与常规EVA胶膜相比,EV1050G3的优势体现在可有效的改善移位、气泡等问题,如图10-11所示。
 鹿山双玻组件用EVA胶膜的特点如下:
(1) 可通过普通层压机封装双玻组件;
(2) 可有效改善双玻组件封装过程中出现的气泡问题;
(3) 可有效改善双玻组件封装过程中出现的移位问题。
8 减薄化技术(降本增效)
鹿山新材通过对EVA胶膜配方、工艺、设备的不断优化,通过减薄化技术控制产品稳定性,推出减薄化产品,不仅在材料成本上进一步下降,且封装的组件具有更好的功率表现。

 

 

鹿山减薄化EVA胶膜特点如下:
(1) 成本降低,降低组件成本;
(2) 降低光损失,提高输出功率;
(3) 保持良好的稳定性和工艺适应性。
太阳能的发展趋势是电力的平价化,EVA胶膜作为关键辅材其发展方向也必须满足这种趋势的要求。鹿山新材将重点围绕EVA胶膜的制造成本降低、层压效率提高及组件输出功率提升进行设计、研发、制造,同时结合自身在树脂合成、改性的技术积累,优化改良上游树脂分子结构,为封装材料的功能化、差异化提供原辅材料基础。鹿山新材通过对太阳电池封装材料的研发,加速推动关键辅材国产化的进行,助力光伏平价时代的到来。
 
参考文献:
[1] 余鹏,李伟博,唐舫成,等. 太阳能电池封装材料研究进展[J]. 广州化工,2011, 39: P50-52;
[2] 余鹏,汪加胜,等. 太阳能电池封装材料进展[J]. 2011亚洲EVA产业链发展论坛论文集,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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