EVA胶膜的改性技术研究

  乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)热熔胶膜是一种低温黏接胶膜，拥有非常良好的透光性，常温条件下无黏性，热压可以熔融黏结和交联固化，大范围的应用于光伏面板、玻璃工艺品等行业。

  将EVA、交联剂、硅烷偶联剂及其他改性剂均匀搅拌后于密闭容器中静置，再经过混炼塑化、流延挤出、冷却成型和收卷等工序制成熔融态胶膜，即EVA胶膜。

  应用于光伏组件的EVA胶膜，其乙酸乙烯酯含量在28%~33%(w)。EVA胶膜的最大的作用是将光伏玻璃、电池片、背板黏在一起，起到保护电池片、隔绝空气的作用。EVA胶膜占光伏组件成本的3%~4%。

  对光伏组件用EVA胶膜的研究大多分布在在提升EVA胶膜的抗电势诱导衰减性能，提升太阳能利用率以及其他性能的改善。本文综述了光伏组件用EVA胶膜的改性技术探讨研究进展。

  使用EVA胶膜封装的太阳能光伏组件，由于长期暴露于自然环境中容易受到光、热、氧、水分等因素影响，使EVA水解产生乙酸，乙酸与玻璃中的钠盐反应可引起钠离子迁移因此导致电势诱导衰减。

  EVA胶膜与玻璃之间产生漏电电流造成光伏组件的功率持续衰减，一般衰减在20％以上，严重时衰减可达50％左右。

  为提升EVA胶膜的抗电势诱导衰减性能，常州百佳年代薄膜科技股份有限公司采用基体树脂内交联碱性有机物降低电势诱导衰减效应。

  将93.00phrEVA，0.30phrγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，0.80phr叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.60phr三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，0.40phr丙氧化甘油二丙烯酸酯，0.20phr4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶醇，0.30phrβ-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳酸酯，0.25phr丙烯酸二甲氨基乙酯和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，2.00phr碳酸钡，4.00phr10％(w)的磺化改性的高分散凹凸棒石黏土分散液混合均匀，于50℃烘箱内封闭静置，使上述助剂完全被树脂吸收，然后共挤流延成膜，冷却，分切，收卷。

  通过放卷控制，在辐照剂量18kJ/kg下辐照0.3min，使丙烯酸二甲氨基乙酯接枝在EVA上，收卷后即为光伏封装胶膜。该胶膜透光率91.7%，水汽透过率7.32g/(m2·24h)，体积电阻率7.19×1016Ω·cm，光伏组件功率衰减1.68%，能保证光伏组件在长期使用的过程中保持稳定的功率。

  常州斯威克光伏新材料有限公司开发了双层共挤抗极化型EVA复合胶膜，能大大的提升光伏组件的抗电势诱导衰减性能。

  将100.0phr乙烯丙烯酸共聚物、0.8phr过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、0.9phr三丙烯基异氰脲酸酯、0.5phrγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、0.2phr双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯、0.2phr2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸基二苯甲酮、0.1phr2,6-二叔丁基对甲酚混合均匀，倒入第一台单螺杆挤出机料仓中。

  将100.0phrEVA[熔体流动速率为25g/10min，透光率大于91%，体积电阻率大于1.0×1014Ω·cm，熔融温度为56℃、乙酸乙烯酯含量28％(w)]、0.8phr过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、0.9phr三丙烯基异氰脲酸酯、0.5phrγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、0.2phr双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯、0.2phr2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸基二苯甲酮、0.1phr2,6-二叔丁基对甲酚混合均匀，倒入第二台单螺杆挤出机料仓中。

  同时开启两台单螺杆挤出机，挤出温度都为80~100℃，挤出压花复合制备双层共挤抗极化型EVA复合胶膜。

  该胶膜拉伸强度11.21MPa，断裂伸长率844.89%，体积电阻率大于1.0×1016Ω·cm，紫外光透光率82%，可见光透光率大于89%，胶膜与玻璃的剥离强度232.17N/cm，紫外光老化黄变指数小于1，湿热老化不脱层，电势诱导功率衰减3.25%。

  从电站收益分析，双面双玻光伏组件能增加10％的发电量，如何在保证EVA良好的封装可靠性的同时提高抗电势诱导衰减效应，是亟待解决的问题。

  阿特斯阳光电力集团股份有限公司公开了一种抗电势诱导衰减效应的EVA胶膜及其制备方法，将0.7phr过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯，0.4phrN-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺，0.4phr丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，0.5phr三丙烯基异氰脲酸酯，0.4phrγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，0.4phr双(2,2,6,6,-四甲基哌啶基)癸二酸酯于65℃熔融混合30min得到混合助剂。

  将100.0phrEVA[熔体流动速率为25g/10min，透光率大于91％，体积电阻率大于1.0×1014Ω·cm，熔融温度为70℃，乙酸乙烯酯含量28％(w)]于45℃的卧式混料器搅拌10min后喷洒混合助剂15min，喷洒结束后搅拌30min，所得混合物料加入单螺杆挤出机于80℃挤出，经流延成膜、压花、冷却、牵引和收卷工序后得到抗电势诱导衰减效应EVA胶膜。

  该胶膜的拉伸强度16.15MPa，断裂伸长率978.64%，体积电阻率1.6×1016Ω·cm，紫外光透光率84%，剥离强度184.82N/cm，正面功率衰减3.24%，背面功率衰减4.21%。

  使用此胶膜制备的双面双玻光伏组件具有较低的功率衰减值，拥有非常良好的抗电势诱导衰减效应。

  太阳光穿过EVA胶膜时会有一定的损失量，导致进入太阳能光伏器件中的光量下降，进而影响光伏器件的性能。因此，提高EVA薄膜的光谱透过率是提高太阳能光伏器件性能的有效措施之一。

  佛山华铕光电材料股份有限公司将具有光转换功能的稀土化合物与EVA胶膜均匀复合，在确保EVA胶膜良好使用性能的基础上将太阳能电池不可直接吸收的高能紫外光转换为可直接利用的可见光。

  取5.0phr转光剂母粒，190.0phrEVA(乙酸乙烯酯质量分数28％，熔体流动速率为20g/10min)，1.0phr叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯交联剂，0.3phrN,N′-间苯基双马来酰亚胺助交联剂，0.3phrγ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷偶联剂和0.8phr亚磷酸三(壬基苯基)酯抗氧剂，混合均匀后加入流延机于80℃塑化挤出、拉伸、牵引、收卷制成厚度为0.8mm的光伏封装用EVA胶膜。

  该胶膜可将波长300~400nm的紫外光转换成波长为580~700nm的红橙光，其透光率91.5%，耐紫外光辐照性能黄变指数为1.8，耐湿热老化性能黄变指数为2.1，外观无分层无气泡，可提升太阳能电池组件的光电转换效率，并且拥有非常良好的透明性和优异的耐紫外光辐照及耐湿热老化性能。

  马鞍山吉祥光电科技有限公司开发了一种用于太阳能光伏玻璃表面的EVA薄膜，能大大的提升光伏组件的光谱透过率。

  将EVA(乙酸乙烯酯质量分数为29%)和甲苯按照每30mL甲苯加入1gEVA的比例加入到反应器中，以50r/min搅拌升至60℃完全溶解后通入氮气，加入引发剂和丙烯酸单体，EVA、引发剂、丙烯酸单体质量比为50.0∶30.0∶0.5。

  再以50r/min搅拌升至85℃保温反应5h后，冷却至室温，过滤，用甲醇洗涤，于50℃线h，得到丙烯酸接枝型EVA。

  将吡啶三苯基硼烷加入二甲苯与四氢呋喃混合溶剂(二甲苯与四氢呋喃质量比为11∶7)搅拌加热至90℃加入丙烯酸接枝型EVA(吡啶三苯基硼烷、混合溶剂与丙烯酸接枝型EVA质量比为25∶12∶10)，得到有机硼改性丙烯酸接枝型EVA。

  将有机硼改性丙烯酸接枝型EVA，2,2-亚甲基-双(4-乙基-6-6叔丁基苯酚)抗氧化剂，有机过氧化物交联剂，硅烷偶联剂，邻羟基苯甲酸苯酯紫外光吸收剂，丙醇溶剂按质量比80.0∶0.2∶0.3∶0.1∶0.1∶10.0充分混合均匀加入双螺杆挤出机中流延成膜，于110℃线h制得EVA薄膜。

  其透光率93.9%，紫外光老化后透光率89.45%，湿热老化后透光率91.86%，可有效提升电池组的光电转化率，并且抗紫外光和抗湿热老化性能良好。

  太阳能光伏组件长期暴露于自然环境中，湿热老化和紫外光老化导致EVA胶膜黏结强度下降并且易黄变，使胶膜透光率下降，还可能会引起光伏组件褪色分层起泡。

  为提升光伏胶膜的抗老化性能，北京知淘科技有限责任公司制备了太阳能光伏组件封装用EVA胶膜，在高速搅拌机中加入100.00phrEVA胶粒和4.00phr甲基乙烯基硅树脂粉，以1000r/min搅拌5min，再加入0.90phr过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、0.60phr2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、0.45phr3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷与0.15phr乙烯基三乙氧基硅烷，以1200r/min搅拌3min，最后分别加入0.10phr紫外光吸收剂和抗氧剂，以1500r/min搅拌1min，得到混合料。

  混合料进入双螺杆挤出机挤出成膜，膜厚度为0.50mm，经牵引收卷得到太阳能光伏组件封装用EVA胶膜。该胶膜的交联度高达91.8％，胶膜结构致密，抗拉强度在16.1MPa，断裂伸长率962％，透光率92.7％。

  该EVA胶膜与盖板玻璃之间的剥离强度为112.7N/cm，与光伏组件背板之间的剥离强度为87.0N/cm，黏结性能优异。

  进行加速湿热老化实验，EVA胶膜的黄变指数为0.86，透光率为91.1％，胶膜与盖板玻璃之间的剥离强度为82.5N/cm，与光伏组件背板之间的剥离强度为63.7N/cm。

  进行紫外光老化实验，EVA胶膜的黄变指数为1.32，透光率为90.4％，胶膜与盖板玻璃之间的剥离强度为892.5N/cm，与光伏组件背板之间的剥离强度为75.3N/cm，该胶膜力学性能及透光率好，抗湿热老化性能好，抗紫外光老化性能良好。

  传统的晶硅光伏组件主要是白色组件，分布式电站的屋顶等场所由于白色光反射造成一定的光污染，一些城市规定太阳能组件的面板颜色必须是黑色、深灰色、低彩度(彩度2以下)的深蓝色等。

  光伏市场上，深色光伏组件受到更多客户的青睐。但是深色组件功率较普通白色组件功率低2％~6％。深色组件需要用深色EVA胶膜封装。

  江苏鹿山新材料有限公司公开了一种封装用黑色EVA胶膜制备方法，该胶膜用于褐色光伏组件时可以明显降低光伏组件温度，提高组件功率。

  制备母粒：取100phrEVA(乙酸乙烯酯质量分数28％、熔体流动速率25g/10min，体积电阻率为1.0×1015Ω·cm)、8phr苯胺黑、8phr靛青颜料、10phr二氧化钛，室温条件下在混料釜中搅拌30min混合均匀形成第一混合物，加入6phrγ-甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂和6phr环氧丙烯酸酯增黏树脂，加料速率为60~70g/min，于50~60℃搅拌混合40~50min至混合料完全干燥，形成第二混合物通过双螺杆造粒机混炼并挤出，挤出温度控制在150~160℃，挤出物经过冷却、牵引和切粒，制成母粒。

  制备EVA封装胶膜：使用100phrEVA(乙酸乙烯酯质量分数28％，熔体流动速率25g/10min，体积电阻率为1.0×1015Ω·cm)、20phr母粒、3phr2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷、3phr癸二酸二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)酯、1phr四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和5phr助交联剂(由质量比为1∶5的三羟基甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和N-羟甲基丙烯酰胺组成)于40~50℃搅拌70~100min至完全干燥，加入单螺杆挤出流延机中，于90~100℃挤出，并经压花、冷却、牵引、裁边及收卷制得膜材，膜材厚度为0.5mm，经过电子束辐照处理，预交联度5％~10％，得到封装用黑色EVA胶膜。

  该胶膜的交联度为89%，与玻璃的剥离强度为142N/cm，与背板的剥离强度为129N/cm，对700~1200nm光的反射率为51.5%。

  胶膜封装光伏组件的温升1.3℃，电势诱导功率衰减2.1%，反射率和功率提高而组件的温升降低。

  EVA胶膜大范围的应用于光伏组件封装，通过对生产的基本工艺和原料配方的逐渐完备，可以使光伏组件太阳能利用率更高，抗电势诱导衰减性能更强，抗老化性能增强，可制备适应城市规划要求的深色光伏组件封装用EVA胶膜。太阳能慢慢的变成了能源使用的重要组成部分，通过对光伏组件和封装胶膜的不断研究可以更好地利用太阳能。