光伏组件EVA背板.ppt
2023/5/31,1,定义 EVA是一种柔韧性和粘接性能好，具有良好透光性能和耐老化性能的透明胶体。它将晶体硅片组“上盖下垫”，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）利用真空层压技术粘合为一体构成晶体硅组件。长期的实践证明：它在太阳电池封装与户外使用均获得相当满意的效果。,2023/5/31,2,EVA的发展历程：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接性，经一定条件热压便发生熔融粘接与交联固化。我国于上世纪80年代中期开始陆续从美国引进单晶硅太阳电池生产线七条，并逐渐从美国进口EVA胶膜，为改变每年进口封装材料的被动局面，国家改委将EVA胶膜国产化列入“八五”攻关计划。从此EVA行业在中国进入了快速发展的阶段。80年代后期着手EVA研究的浙江化工研究院就是一个案例。现在国产EVA使用比较频繁的是：1.浙江化工EVA；2.福斯特EVA。在我国使用比较多的国外EVA主要是日本的普利斯通EVA和三井化学EVA。,EVA的成分：我们所说的光伏材料EVA，是指VA含量在25%-40%的乙烯、醋酸乙烯脂的共聚物。它的化学结构如下：CH2CH2）x（CHCH2）y|O|O=CH CH2EVA是一种热融胶粘剂，常温下无粘性而具抗粘性，以便操作，经过一定条件热压便发生熔融粘接与交联固化，并变的完全透明，固化后的EVA和玻璃粘合后能提高玻璃的透光率，起着增透的作用，并对太阳电池组件的输出有增益作用。EVA厚度在0.4mm0.6mm之间，表面平整，厚度均匀，内含交联剂，能在150固化温度下交联，采用挤压成型工艺形成稳定胶层。,2023/5/31,3,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，黏着性，耐环境应力开裂性，耐侯性，耐化学药品性，热密封性。EVA的性能主要取决于分子量（用熔融指数MI表示）和醋酸乙烯脂（以VA表示）的含量。当MI一定时，VA的弹性，柔软性，粘结性，相溶性和透明性提高，VA的含量降低，则接近聚乙烯的性能。当VA含量一定时，MI降低则软化点下降，而加工性和表面光泽改善，但是强度降低，分子量增大，可提高耐冲击性和应力开裂性。EVA的VA含量对材料本身的影响：EVA是由乙烯和醋酸乙烯酯共聚而制得的热塑性树脂。工业产品的醋酸乙烯酯(VA)含量为595，随VA含量增加，EVA变得更柔软。EVA软硬度将影响组件敷设的碎片。VA含量的分类：VA含量为515的EVA：适用于作农用薄膜、包装薄膜，电缆护套等。VA含量在1540的EVA：鞋底、密封条、泡沫塑料等。与许多材料有良好粘结性能，可制成各种热熔胶。VA含量在4070的EVA：塑料的加工改性剂。VA含量在7095的EVA：以乳液形式出售，用以配制各种涂料、胶粘剂及用作纸张和织物涂层。不同的温度对EVA的胶联度有比较大的影响，EVA的胶联度直接影响到组件的性能以及使用寿命。在熔融状态下,EVA与晶体硅太阳电池片，玻璃，TPT产生粘合，在这过程中既有物理也有化学的键合。未经改性的EVA透明，柔软，有热熔粘合性，熔融温度低，熔融流动性好。但是其耐热性较差，易延伸而低弹性，内聚强度低而抗蠕变性差，易产生热胀冷缩导致晶片碎裂，使得粘接脱层。因此通过采取化学交联的方式对EVA进行改性，其方法就是在EVA中添加有机过氧化物交联剂，当EVA加热到一定温度时，交联剂分解产生自由基，引发EVA分子之间的结合，形成三维网状结构，导致EVA胶层交联固化，当交联度达到60%以上时能承受大气的变化，不再发生热胀冷缩。,2023/5/31,4,交联度对组件的影响：根据理论分析，交联度越高，EVA的透光率越高，组件的整体输出功率就越高，经过层压工序调整参数，EVA的交联度最高可达到95%-98%，但交联度越高在应用过程产生龟裂的机率就越大，EVA的交联度偏低则会造成与玻璃、背板脱层，造成内部电路连同，本身机械性能下降。目前多个厂家建议的交联度范围在85%左右为最佳。,2023/5/31,5,EVA 的紫外截止波长对组件的影响：太阳光的强度分布：0.7nm-280nm不易到达地球，280nm-400nm为UV紫外光，400nm-750nm为可见光，750nm-3000nm为红外线。目前接触到的EVA当中，（福斯特 F406属于低截止紫外产品）其他厂家的UV截止波长均在360nm-380nm，本身对紫外光有一定的截止。EVA 的UV 截止主要靠EVA本身的紫外吸收剂吸收紫外光并转换成热能并散发出去。EVA 本身变黄的部分为内部的耦合剂、抗氧化剂、架桥剂等发生质变。但本身的紫外吸收剂的寿命为多少没有详细的数据。,2023/5/31,6,不同厂家EVA的UV截止波长：,EVA透射曲线及透光率，如下：,低截止EVA,普通截止EVA,EVA光透射率,电池响应光谱：,多晶电池相应光谱,单晶电池相应光谱,2023/5/31,7,EVA的交联反应 EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）胶膜:是一种受热发生交联反应，形成热固性凝胶树脂的热固性热熔胶。EVA胶膜在未层压前是线性大分子，当受热时，交联剂分解，形成活性自由基，引发EVA分子间反应形成网状结构。从而提高EVA的力学性能、耐热性、耐溶剂性、耐老化性。,体型（网状）,交联,2023/5/31,8,EVA的主要组成及对其性能影响 EVA胶膜主要由：EVA主体、交联剂体系（包括交联引发剂和交联剂）、阻聚剂、热稳定剂、光稳定剂、硅烷偶联剂等组成。各部分对EVA性能的影响如下：,2023/5/31,9,EVA的评价指标及检验方法,2023/5/31,10,常见的EVA失效方式 发黄：EVA发黄由两个因素导致（主要是添加剂体系相互反应发黄；其次EVA自身分子在氧气、光照条件 下，EVA分子自身脱乙酰反应导致发黄），所以EVA的配方决定其抗黄变性能的好坏。气泡：气泡包括两种，一种是：EVA内部成分生成气泡没有及时抽出。（EVA的添加剂体系，其它材料与EVA的匹配性，层压工艺均有关系）；另外一种为材料间匹配性差导致层压后出现气泡。脱层：与背板脱层（交联度不合格，与背板粘结强度差）；与玻璃脱层（硅烷偶联剂缺陷，玻璃脏污，交联度不合格）。,2023/5/31,11,名词解释：1.聚乙烯 聚乙烯为白色蜡状半透明材料，柔而韧，比水轻，无毒，具有优越的介电性能。易燃烧且离火后继续燃烧。透水率低，对有机蒸汽透过率则较大。聚乙烯的透明度随结晶度增加而下降在一定结晶度下，透明度随分子量增大而提高。高密度聚乙烯熔点范围为132-135oC，低密度聚乙烯熔点较低（112oC）且范围宽。常温下不溶于任何已知溶剂中，70oC以上可少量溶解于甲苯、乙酸戊酯、三率乙烯等溶剂中。聚乙烯有优异的化学稳定性，室温下耐盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、胺类、氢氧化钠、氢氧化钾等各种化学物质，硝酸和硫酸对聚乙烯有较强的破坏作用。聚乙烯容易光氧化、热氧化、臭氧分解，在紫外线作用下容易发生降解，碳黑对聚乙烯有优异的光屏蔽作用。受辐射后可发生交联、断链、形成不饱和基团等反映。2.聚醋酸乙烯脂 聚醋酸乙烯脂胶是醋酸乙烯酯单体在引发剂存在下进行聚合反应而形成一种热塑性树脂。此胶是乳白色，无嗅，无毒的乳状胶液，故称乳白胶，它是热塑性树脂，性质接近于中性，能溶于许多有机溶剂。其固化后的软化点为4590摄氏度，所以不能用于温度超过65摄氏度的场合。吸水性大，在湿度65的空气中为1.3%，在湿度为96的空气中为3.5。能抵抗稀酸，稀碱，但遇浓酸浓碱会引起水解而成水溶性的聚乙烯醇。,2023/5/31,12,背板位于太阳能电池板的背面，对电池片起保护和支撑作用，具有可靠的绝缘性、阻 水性、耐老化性。（一般都用TPT、TPE等）太阳能背材又称TPT材料，由三层结构组成，外层是T薄膜，中间层P薄膜，T与P之间用胶水粘结。其中T表示聚氟乙烯薄膜（PVF），厚度一般在37um左右，该层是用作太阳能电池封装材料的主要层，其作用就是耐气候、抗UV紫外、耐老化、不感光等；P表示聚酯薄膜，厚度一般为250um，主要的作用及功能是水气阻隔性、电气绝缘性、尺寸稳定性，易加工性及耐撕裂性等。,2023/5/31,13,常用背板种类:TPT、TPE、FPF、FPE、PET-PET、和PET/聚烯烃结构。其中:T指杜邦公司的聚氟乙烯（PVF）薄膜，商品名为Tedlar 现指所有氟塑料薄膜PVDF、THV、ECTFE等 P指双向拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，即PET薄膜 E指乙烯-醋酸乙烯树脂EVA,或者聚烯烃 F指氟碳涂料:PTFE(聚四氟乙烯)涂料;PVDF(聚偏氟乙烯)涂 料;FEVE 氟乙烯与乙烯基醚的共聚物,2023/5/31,14,常用背板结构举例,TPT结构,TPE结构,2023/5/31,15,常用背板氟塑料薄膜材料结构,2023/5/31,16,几种氟塑料薄膜的主要供应商,PVF供应商:杜邦(Tedlar)PVDF供应商:国内上海三爱富、浙江巨化、山东东岳化工和江苏梅兰等，国际上欧洲的阿克玛、苏威;日本的大金、吴羽等。ECTFE供应商:美国的Ausimont;欧洲的苏威,日本旭硝子,但是应用较少.THV的供应商:美国3M子公司Dyneon。四种氟塑料薄膜性能均能满足太阳能电池背板对耐候性的要求。,2023/5/31,17,PVF(聚氟乙烯)薄膜的生产工艺及产品特性,PVF(Tedlar)薄膜加工工艺非常复杂，在加工中需要加入较大偶极矩的试剂作为潜溶剂。所谓潜溶剂指在室温下对PVF没有任何溶解能力，但100以上可以部分溶解PVF的试剂。在制造PVF薄膜时将含潜溶剂的PVF挤出到不锈钢板上，然后挥发掉溶剂得到PVF薄膜。由于PVF薄膜的制造工艺的特殊性，其薄膜表面有较多的针孔，PVF薄膜是上述四种氟塑料中水汽阻隔能力最差的。由于PVF薄膜针孔的存在和材料本身含氟量最小，所以PVF薄膜需要较厚的厚度来保证其性能。但是PVF是所有氟材料中成本最低的，考虑太阳能电池将来的大规模使用，其仍是一种非常合适的材料。杜邦公司的Tedlar是最广泛使用的PVF薄膜，其有第一代和第二代之分。从实际使用情况而言，第一代产品质量更好一些。其厚度在30m左右，目前较多供应欧美市场。第二代产品成本低一些，厚度为25m，表面有肉眼可见的针孔，供应亚洲市场较多。具悉杜邦公司已有第三代产品，但目前市场上还未见成熟产品推广。浙江蓝天环保有规模化生产PVF薄膜的计划，目前市场上还未看到以其产品生产的背板。,2023/5/31,18,PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜的产品特性及生产工艺,PVDF是使用量第二大的氟塑料，品种完善，供应商众多。其熔点和分解点相差大，可以使用热塑性塑料加工方法进行加工。无论从世界范围内的供应量、加工适应性还是耐候性、阻隔性而言，其都是最合适的太阳能电池背板耐候材料。同样厚度的PVDF薄膜的透湿性大约只有PVF薄膜的十分之一。由于其含氟量高，耐候非常优异。日本吴羽公司甚至推出结构为PVDF/PMMA复合膜以替代PVF和PVDF薄膜作为太阳能电池背板的耐候层，其表层PVDF的厚度只有4m。苏威公司PVDF1008制成的薄膜，经使用各种老化手段测试后，各项性能指标均无明显变化.,2023/5/31,19,PVDF制膜较成熟的是使用吹膜的方法。阿克玛公司披露其利用单泡法可吹出5m厚度的高融体强度PVDF薄膜。国外报道使用双泡法来生产PVDF薄膜，因其纵向、横向拉伸比大，使薄膜的物理性能优于单泡法吹出的薄膜。PVDF薄膜加工中常加入PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)作为增塑剂以提高其熔融状态下成膜性。但研究表明加入PMMA后会影响薄膜的抗老化性能。澳大利亚Leoben大学对采用不同氟塑料薄膜的背板老化后进行比较，发现含PMMA（10-20%）的PVDF薄膜经1000至2000小时湿热老化后薄膜破损严重。所以，选用PVDF薄膜作为背板的耐候层时，要选用不含或只含有少量PMMA的PVDF薄膜。,2023/5/31,20,ECTFE(乙烯-三氟氯乙烯共聚物)薄膜产品特性,ECTFE-乙烯-三氟氯乙烯共聚物：ECTFE由CTFE(三氟氯乙烯)和乙烯按照1：1的比例交替共聚而成。ECTFE由杜邦公司在1946年开发成功;1974年应用化学组织第一次以HALAR为商品名将ECTFE商品化;1986年应用化学组织把ECTFE的产品和技术都卖给了美国的Ausimont公司.ECTFE具有典型的氟塑料的性能-耐化学腐蚀，没有一种溶剂在120下能侵蚀ECTFE使其应力开裂。ECTFE的渗透率极低，电学性能优良，表面极端光滑，可在低温到149的温度范围内安全使用。ECTFE具有高耐候性和水汽阻隔性。从这两个方面而言，在商品化的背板中ECTFE是最好的耐候层的氟塑料。目前提供商品化的ECTFE产品只有美国的Ausimont公司,和法国苏威公司,产量少,价格高,在背板行业推广较少.,2023/5/31,21,THV氟塑料的特点,THV-四氟乙烯(TFE)、六氟丙烯(HFP)与偏氟乙烯(VDF)的共聚物THV，一般应含有45wt65wtTFE、10wt20wtHFP、15wt35wtVDFTHV:美国3M公司的子公司Dyneon公司在20世纪80年代开发，也只有其生产。THV氟塑料耐化学性能优越，对许多腐蚀性化学品有极好的防渗透功能。THV氟塑料具有极好的光透明性和低折射率，可以允许从紫外线到红外线所有频率光的穿透，由于其低折射率和高柔韧性是塑料光导纤维包覆的理想材料。THV是目前商品化最柔软的氟塑料，当和其它材料复合成多层结构时，其优异的柔韧性非常突出。THV氟塑料自身容易粘接，也容易与其他材料粘接，无需表面处理就能与其他材料很好粘合,这对生产背板的复合工艺和用硅胶粘贴接线盒而言都十分重要。综合而论，在一些对背板要求柔软的场合，THV的背板比任何其它材料都更合适。,2023/5/31,22,氟碳涂料类型背板的出现,由于前几年太阳能电池背板需求旺盛，国外公司均不供应或者高价供应中国氟塑料薄膜，所以国内开发了其它国家没有的使用氟碳涂料的背板。该类背板的设计思路是使用氟碳涂料涂布到PET薄膜上以替代氟塑料薄膜。使用氟碳涂料类型背板需要考虑的问题,1 与PET的粘接性:如果涂料在PET表面不能形成完整的薄膜，一旦开裂，涂料就会从PET表面脱落或水汽渗入而失去保护作用。氟塑料薄膜自然成膜，与PET粘接后，即使在使用中有部分脱胶，表面的薄膜仍然完整，仍能保护内部的PET层。2 如何使如何避免针孔:涂料在涂布过程中非常容易形成针孔而使水汽阻隔能力下降。氟塑料薄膜的表面针孔少，特别是PVDF、ECTFE和THV薄膜表面基本几乎没有针孔。3 如何控制层间附着:避免针孔的一个办法是多次涂布，但带来了每层氟涂层相互间的附着问题。氟材料表面有不粘性，氟涂料一旦成膜后，再次涂布变得非常困难。氟塑料薄膜是一次成型，为一体结构，没有层间附着力问题。4 开裂问题:由于常用的氟涂料主要使用在建筑上，而背板需要成卷运输，氟涂料在PET表面长时间成卷是否会导致隐性开裂也是一个必须考虑的问题。氟塑料薄膜有一定的延展性，成卷不会导致开裂。5 溶剂对PET的腐蚀:氟涂料一般使用溶剂型，必须使用强溶剂，其对PET薄膜的侵蚀是否造成潜在的质量因素需要时间考察。粘接氟塑料薄膜和PET薄膜使用的粘接剂一般使用无毒无害的乙酸乙酯作为溶剂，其对PET薄膜没有腐蚀性。如要使用氟碳涂料制成的背板，需要慎重考核其各项性能，目前还没有国外的任何公司宣称开始使用涂料生产背板。,2023/5/31,23,背板的评价指标及检验方法,注：可靠性测试主要是针对材料变更或定期检测；所列背板的测试项目，可以根据实际情况选测。,2023/5/31,24,常见的背板失效方式,背板自身结构缺陷：使用年限不达标（表现为PET脆化、发黄，背板破裂，如纯PET结构组件一般使用年限不超过10年）。层间胶黏剂缺陷：背板层间分层（涂胶工艺稳定性问题，或层间胶黏剂粘结强度不够，或层间剥离力老化衰减快）与EVA粘结层的缺陷：与EVA剥离强度不够，脱层（表面处理问题：表面材质粘结性差，或表面电晕失效）、背板黄变（涂层材料不耐老化，如东洋PVDF+W-PET+V-PET+LE的LE层容易老化发黄）。背板层压时起皱，或者做双85湿热循环老化，热冻循环老化后出现背板起皱现象(通常原因：背板材质选择以及结构设计不合理）背板的材质与质量决定了组件的使用年限,2023/5/31,25,影响组件输出功率和使用寿命的主要因素有以下几点构成：,背板的反光率：背板的反光率的大小对组件的输出功率会造成影响，根据组件的设计不同，电池片之间的缝隙会将太阳光反射回玻璃上，通过的玻璃的折射反射到电池片上增加组件的输出功率。,2023/5/31,26,热传导系数：组件在应用过程中，电池片本身吸收的太阳光会有一部分转变成热能，造成组件内部温度升高，EVA内的紫外吸收剂将吸收的紫外光转换成一部分热能，散发到组件内部。一般来讲正常组件的工作温度在70-80之间，根据测试数据证明，温度升高会对组件的功率输出造成影响，组件本身的温度每升高1，组件的输出功率会相应的减少约1W，因此在背板材料在选型过程中应考虑背板材料的热传导系数。热传导系数和背板本身的基材和成分组成有关，热量主要靠介质传导。,透水率：背板透水率的大小直接反应在潮湿的自然环境下水汽通过背板背板进入组件的数量，背板的透水率过大，进入组件内部的水汽就越多，将直接导致内部电路被腐蚀，长久使用，组件将丧失发电性能，内部电路也会因氧化严重而被破坏，组件寿命就此截止。目前背板透水率最低为东洋的PVDF产品，透水率为0.5g/m，而TPT材料的透水率普遍在1.5g/m左右。,2023/5/31,27,背板的耐紫外强度：背板的耐紫外强度主要考察背板经受紫外光300nm-380nm照射的能力，部分背板在紫外光的照射下会发生黄变，导致背板层的分子组成部分被破坏，背板的整体性能下降，同时背板的反射率降低，影响组件的整体输出。不同厂家的背板黄变指数不同，体现出来的背板耐紫外的强度不同。含氟材料在没有经过其他处理时本身有耐紫外的能力。,背板的耐老化强度：背板的耐老化强度主要考验背板在长时间的湿热状态下的承受能力，背板的本身的氟材料是一种耐候性很强的材料，一般来讲，试验中背板变脆的情况是背板内部的PET变脆，因此背板厂家对PET的选择非常重要。根据目前的测试情况和材料的使用情况来看，影响背板整体性能的主要参数主要有背板的耐老化强度、耐紫外强度、背板的透水率和背板组成部分的选型等。而背板的某些参数虽然在使用过程中对材料本身不会造成什么影响，但对组件整体性能会造成损伤，如：背板的透水率、背板的反射率、背板的黄变指数等。大部分产品在检测中均能通过常规测试，如：背板的层间剥离强度、背板的拉伸强度、抗张强度、收缩率、与EVA得粘接强度、击穿电压等。从材料原理上来说，PET容易发生UV和湿热的降解；表现为UV光照射下的黄变和湿热条件下的脆裂；当然通过目前的一些改性PET的测试来看能够通过IEC的测试，但IEC的老化标准并不代表25年的使用寿命，这点在业内是在热议的。,2023/5/31,28,TPT、TPE复合膜是目前为止太阳电池封装上最为理想的保护性结构材料。目前，国内外的太阳电池生产企业基本上采用TPT、TPE复合膜作太阳电池的衬底材料。以TPE复合膜为例，其中一面为PVF薄膜（Tedlar），另外一面为EVA，中间为PET厚膜。TPT、TPE复合膜集合了“塑料王”氟塑料优质的耐老化，耐腐蚀，耐溶剂，耐污疏水等性能和聚酯优异的机械性能，阻隔性能和低吸水性，有效地防止了介质尤其是水，氧，腐蚀性气液体（如酸雨）等对EVA的侵蚀和对太阳电池片的影响。EVA的弹性和TPT、TPE的坚韧性结合使电池片具有较强的抗震性能，综合防护作用明显。名词解释：PVDF聚偏氟乙烯，外观为半透明或白色粉体或颗粒，分子链间排列紧密，又有较强的氢键，含氧指数为46%，不燃，洁晶度65%78%，密度为1.171.79g/cm3,熔点为172,热变形温度112145,长期使用温度为40150。PVDF树脂主要是指偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯与其他少量含氟乙烯基单体的共聚物，PVDF树脂兼具氟树脂和通用树脂的特性，除具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能外，还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能，是目前含氟塑料中产量名列第二位的大产品，全球年产能超过4.3万吨。PVDF应用主要集中在石油化工、电子电气和氟碳涂料三大领域。化学结构中以氟一碳化合键结合，这种具有短键性质的结构与氢离子形成最稳定牢固的结合因而氟碳涂料具有特异的物理化学性能，不但有很强的耐磨性和抗冲击性能，而且在极端严酷与恶劣的环境中有很高的抗褪色性与抗紫外线性能。,
