太阳能组件用聚烯烃封装膜制备技术及前景分析文献综述

文 献 综 述

1.太阳能封装薄膜技术的概述

随着环境污染的日益严重和能源的短缺，太阳能作为一种清洁、可再生的能源，越来越成为当今世界和当下研究学者的关心焦点。太阳能电池是有效利用光电转换器将太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种转换装置，是一种新型的清洁能源的有效转换装置。太阳能电池经常用到的半导体材料为硅，但硅如果暴露在空气中，会影响其光电转换机能的衰减，所以太阳能封装薄膜的生产和发展成了必然的趋势。同时，针对电池的结构进行改进在技术以及产业化方面还存在许多难题亟待解决，相比之下通过不同途径提高封装胶膜的透光率从而提高电池的光电转化效率则显得简单易行。因此，高性能，低成本将成为太阳能薄膜发展的两个重要方向。

1.1目前太阳能封装薄膜的种类

同时，良好的太阳能封装薄膜的出现，可以有效的增加太阳光的利用率。延长电池板的发电时间和电池板的寿命，降低太阳能电池的成本。目前太阳能电池封装薄膜用的是EVA（乙烯醋酸乙烯酯共聚物）薄膜，POE（乙烯辛烯共聚物）薄膜，PVB（聚乙烯醇缩丁醛）薄膜等。

1.2太阳能封装薄膜的要求：

太阳能薄膜对于成品膜的性能要求很严格，主要有以下几个方面的性能要求；

①高透光率，可以提高组件的光电转化效率；

②适宜的交联度，以保证组建的稳定性及使用寿命；

③优异的耐紫外老化性能及耐湿热老化性能，以保证电池组件在户外的一定的使用寿命；

④低的收缩率，以保证组件的尺寸稳定性；

⑤对于各种背板和玻璃有较强的粘接度，以确定组件的安全运行的稳定性，防止有害物质渗入。

2.国内外生产封装膜的企业及商品名等现状

目前国内的太阳能封装材料以EVA为主。虽然其他的封装材料如POE，PVB和PDMS也有相关的专利陆续发表，但是其市场占有额远远不如EVA。

①2011年，美国陶氏化学公司用于太阳能光伏组件的ENLIGHT聚烯烃薄膜（POE）正式开始投产。陶氏公司计划逐步提高产能，将配备世界级的ENLIGHT聚烯烃封装膜生产设备以满足太阳能市场的需求。

②杭州福斯特在2010年一季度七条EVA生产线即将投产，累积投入金额2000万余元。与此同时，国内生产EVA的厂家还有温州瑞阳光 伏材料有限公司，河南思可达等。

③台湾塑胶（台塑）2009年10月底开始向客户发货，第一条生产线的年产量在630万平方米，并将在3年内提高到2500万平方米，其目标是在3年内市场占有率达25%。台塑集团并表示2009年EVA胶膜需求量在1.21.3亿平方米，价值约 45亿美元，并预测到2020年，全球EVA胶膜的需求量可能达到67亿平方米，价值20亿美金。

④日本三井化学也涉及EVA太阳能电池膜的生产。

3、当前太阳能封装薄膜的各自优缺点

3.1、EVA薄膜

EVA膜是乙烯醋酸乙烯酯的共聚物，EVA由于分子链中引入了醋酸乙烯酯单体，降低了结晶度，从而它具有优良的柔韧性、耐冲击性、弹性、光透明性，低温挠曲性、填料相容性、热密封性及电性能等性能，同时EVA具有易加工性，性价比较高。相比于PVB，EVA拥有更好的隔音效果。

但是EVA胶膜在高温、高湿的环境中易发生水解产生醋酸，酸性环境会加速胶膜的水解，同时促使EVA剥离力的降低。同时， EVA热稳定性差，在使用条件下易发生光热老化，从而导致EVA讲解老化，发生黄变，严重影响EVA胶膜的透光率和太阳的使用寿命。

3.2、POE薄膜

POE是乙烯和辛烯的嵌段共聚物，辛烯的柔软链卷曲结构和结晶的乙烯链作为交联点，具有优异的韧性又具有良好的加工性；由于没有不饱和双键，所以耐候性优异；良好的流动性能，可以改善填料的分散效果，同时，其还具有高透明性、阻水性、和高绝缘性等特性。作为封装材料，其性能和成本由于EVA。

但是POE是一种非极性高分子材料基本不具有界面粘接性能，与玻璃及改性等极性材料粘接性很 差，所以要对其进行反应性接枝改性，以提高其粘接性能。

3.3、PVB薄膜

PVB即聚乙烯醇缩丁醛。PVB膜的耐光老化性能比EVA膜好，PVB 膜有优良的粘弹性能、与（无机）玻璃的粘接强度高，具有优越的抗冲击性能。同时用PVB膜密封的光伏电池组件光电转换损耗低。PVB具有与EVA相似的介电性能。且其电阻随温度升高而增大，有益于光伏组件在高温工作时保持其电力输出性能。而且现在PVB薄膜已可采用与EVA膜类同的生产工艺、装备、流涎挤出成形，降低了其生产成本。

但是PVB对水和紫外线特别敏感，同时。PVB的玻璃化温度较高（在室温左右），相对较脆。在用时需要添加大量的塑化剂以降低其力学模量。

4各类封装膜的制备技术

4.1、EVA薄膜的制备

EVA材料用于太阳能电池密封过程中需要先经过共混，其中原料包括聚乙烯、聚乙烯醋酸乙烯酯、紫外线稳定剂及固化剂等添加剂。在90℃左右进行打料，然后在120℃左右得到未交联的原胶片时挤出成形，然后真空压层（110℃到120℃左右），在高温下（140℃到150摄氏度），进行固化。

①现在已经出现一种紫外透过型胶膜（EVA），紫外透过型胶膜（EVA）是指EVA胶膜配方经特殊设计能够透过紫外波段的光从而被电池片吸收利用提高电池转换效率的一种胶膜。

②同时，添加下转换材料在EVA中也是一种常见方法。下转换材料可以将一定数量的高能量光子转化为数量更多的低能量光子因而在 经过光转换材料后可能实现高能量光子转化为数量更多的低能量光子有光子倍增的功 效因而使用下转换材料可以优化太阳能光谱分布进而提高太阳能电池的转换效率。

③选择合适的EVA母粒也可以提高透光率。EVA母粒是由非极性的乙烯单体与强极性的乙酸乙烯单体共聚而成的热塑性树脂 其性能取决于共聚物中的含量和分子量含量的变化影响母粒的密度和结晶度含量增 加结晶度下降透光率增加相反含量降低结晶度增加所制备的膜的透光率降低。所以在在选择光伏用封装材料EVA母粒时尽量选择低VA含量的EVA母粒作为基础树脂材料。

④通过引入一些典型的高折射率的纳米粒子也可以提高光学封装材料的折射率。

4.2、POE薄膜的制备

在挤出机里投入混合均匀的原料混炼，挤出机的此时温度控制在50℃到200℃之间（注意，根据POE中的乙烯的含量的不同选择不同的加工温度。），将得到的挤出物经流延、压延成膜，然后冷却、牵引进行修整、最后收卷即可

粘接性POE的制备：

把POE的原料与极性树脂POE接枝马来酸酐共聚物以10:3的比例投放，同时在里面加入一定量的交联剂（100:1）、抗氧化剂、紫外光吸收剂、紫外稳定剂等，将这些原料投入挤出机，挤出机的温度控制在130℃，将挤出物经流延、压延成膜，然后经过冷却、牵引进行整形，收工时制成0.5毫米的厚度的封装胶膜。

POE光谱转换太阳能电池封装胶膜的制备：

把光谱转换颗粒和POE按一定比例投入到挤出机中，挤出造粒。然后将挤出颗粒物与有机过氧化物、紫外光吸收剂、紫外光稳定剂、硅烷偶联剂混合投入挤出机中，混合挤出，流延成膜。

4.3、PVB薄膜的制备：

将聚乙烯醇缩丁醛颗粒和一定量的增塑剂、抗氧化剂、紫外吸收剂、紫外稳定剂按一定比例投入到挤出机里，注意控制挤出温度，将挤出物经流延压制成膜。

5．太阳能组件用聚烯烃电池封装膜的发展趋势及前景：

随着中国经济的快速发展以及目前人们对于绿色生活的迫切要求，太阳能作为新生能源必然会新能源作为科研人员开发和研究利用的对象。这也就势必带动太阳能电池及太阳能封装薄膜的发展。

随着光伏产业的全面应用和发展光伏组件封装材料的研究也日渐深入,高性能和低成本，将是今后光伏组件封装材料发展的两个重要方向。高透光率封装胶膜如何真正发挥高性能的作用，需要重点考虑功能性材料的结构选型与改性技术以便满足与具有较好的相容性。同时，功能性材料在配方中均匀性分散技术也值得深入重点研究，为高透光胶膜产业化奠定基础。

早在上世纪80年代，中国就已经开始对太阳能封装膜进行了研究，从早先得PVB的研究，到近些年EVA的生产及应用，再到这几年美国陶氏公司的专利产品POE，可以说，现在的太阳能组件聚烯烃封装薄膜的发展趋于多元化和高效化。面对于广大市场的需求，太阳能电池封装薄膜的发展一定会趋向于高产化，这就要求太阳能电池的聚烯烃封装薄膜原料一定是性价比较高，且易于机械化大量生产的。而且太阳能组件聚烯烃封装膜要求有较强的功能性，对于气候、紫外线、粘接性、机械强度的要求比较高，所以其聚烯烃原料会多元化的增加辅助功能性填料，同时也会向日常石油裂解的普通原料方向发展，寻求更有经济效益的烯烃类作为生产原料。

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