光伏组件封装材料综述
光伏组件封装材料综述

光伏组件封装材料综述光伏组件封装材料是太阳能光伏发电技术中的重要组成部分,它在保护太阳能电池片的同时,还具有提高组件效率、延长组件寿命等功能。
封装材料的选择与性能直接影响到光伏组件的发电效率和工作稳定性。
本文将综述光伏组件封装材料的种类和性能,并对未来的发展趋势进行展望。
光伏组件封装材料的种类主要包括有机封装材料、无机封装材料和复合封装材料。
有机封装材料是当前应用最广泛的一类材料,它具有良好的光透过性、导电性和导热性,适用于各种封装工艺。
无机封装材料具有较好的耐候性和抗紫外线老化性能,但由于其导热性和导电性较差,需要通过改进配方和工艺来提高性能。
复合封装材料是有机封装材料和无机封装材料的综合体,既具有有机材料的优良特性,又具有无机材料的耐候性和耐腐蚀性。
光伏组件封装材料的性能直接影响到组件的发电效率和寿命。
首先是光透过性,光伏组件需要能够吸收太阳光并转化为电能,因此封装材料应具有良好的光透过性,尽量减少能量转换过程中的能量损失。
其次是导电性,封装材料需要具有良好的导电性,以保证电能能够顺利传输到外部电路中。
第三是导热性,由于光伏发电过程中会产生热量,封装材料需要具有较好的导热性,以防止过热损伤电池片。
此外,封装材料还需要具有良好的机械强度、耐候性和耐腐蚀性,以保障组件在复杂的外界环境中能够长期稳定运行。
未来光伏组件封装材料的发展趋势主要包括以下几个方面。
首先是提高光透过性和光吸收性能,封装材料应具有更好的透明性,提高光在材料中的传输效率。
其次是提高导电性和导热性,封装材料可以通过掺杂或添加导电和导热剂来改善性能。
第三是提高机械强度和耐候性,封装材料可以通过改进分子结构和添加增强剂来提高材料的机械性能和耐候性。
最后是实现材料的可降解性和可循环利用性,封装材料应具备可回收再利用或可降解的特性,以减少对环境的影响。
综上所述,光伏组件封装材料是太阳能光伏发电技术中的重要组成部分,它在保护太阳能电池片的同时,还具有提高组件效率、延长组件寿命等功能。
全面剖析光伏组件封装胶膜EVA和PVB

光伏产业是将太阳能转换为电能的迅猛发展的新兴产业,其中晶体硅太阳电池组件主要应用于大规模并网发电、离网电站、BIPV光伏建筑一体化等,其封装胶膜主要有EVA和PVB。
两种材料不同成份组成使得存在不同的特性和使用要求。
1.组件结构1.1常规组件的结构玻璃—EVA-电池片-EVA-背板-边框1.2BIPV组件的结构钢玻璃(超白)-PVB-电池片-PVB-钢化玻璃(普通)2.EVA胶膜2.1简介EVA一种热固性有粘性的胶膜,用于放在夹胶玻璃中间(EVA是Ethylene乙烯Vinyl乙烯基Acetate醋酸盐的简称)。
由于EVA胶膜在粘着力、耐久性、光学特性等方面具有优越性,使得它被越来越广泛的应用于电流组件以及各种光学产品。
2.2EVA的特性2.2.1分子组成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。
2.2.2交联特性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。
2.2.3交联测试原理将EVA样品装入120目不锈钢丝网袋内,置沸腾二甲苯中萃取。
未经交联的EVA,在二甲苯沸腾液中,样品迅速全部熔溶到二甲苯中,故交联度为0。
而交联EVA,在萃取操作结束后,还能清楚观察到不锈钢丝网袋中残留有亮晶的试样,该残留试样量与试样总量之比即为交联度。
2.3交联度对光伏组件的影响不同的温度对EVA的交联度有比较大的影响,EVA的交联度直接影响到组件的性能以及使用寿命。
光伏组件封装材料综述

光伏组件封装材料综述光伏组件封装材料是指用于保护、固定和连接光伏组件的材料,主要包括贴片胶、胶带、密封胶以及背板材料等。
这些材料对于光伏组件的性能、寿命和稳定性起着重要作用。
本文将综述目前常用的光伏组件封装材料及其特点。
首先,贴片胶是一种用于粘接电池片、电池片与玻璃之间的材料,主要有有机硅胶、有机胶和无机粘胶剂等。
有机硅胶具有良好的粘接性能和耐高温性能,能够有效保护电池片,并具有较长的使用寿命。
有机胶具有良好的粘接性能和耐候性能,能够适应各种环境条件。
无机粘胶剂具有良好的粘接性能和导电性能,能够提高光伏组件的输出功率。
其次,胶带是一种用于连接电池片、电池片与背板之间的材料,主要有尼龙胶带、加强胶带和双面胶带等。
尼龙胶带具有良好的拉伸强度和耐高温性能,能够有效保护电池片,并具有较长的使用寿命。
加强胶带具有良好的拉伸强度和耐候性能,能够适应各种环境条件。
双面胶带具有良好的粘接性能和耐候性能,能够提高光伏组件的输出功率。
再次,密封胶是一种用于填充电池片、电池片与玻璃之间的材料,主要有有机硅胶、有机胶和无机粘胶剂等。
有机硅胶具有良好的粘接性能和耐高温性能,能够有效保护电池片,并具有较长的使用寿命。
有机胶具有良好的粘接性能和耐候性能,能够适应各种环境条件。
无机粘胶剂具有良好的粘接性能和导电性能,能够提高光伏组件的输出功率。
最后,背板材料是一种用于保护电池片背面的材料,主要有玻璃、钢化玻璃和背板膜等。
玻璃具有良好的透光性和耐腐蚀性,能够保护电池片背面,并具有较长的使用寿命。
钢化玻璃具有良好的强度和耐候性能,能够适应各种环境条件。
背板膜具有良好的耐腐蚀性和导电性能,能够提高光伏组件的输出功率。
综上所述,光伏组件封装材料包括贴片胶、胶带、密封胶以及背板材料等,不同材料具有不同的特点和应用范围。
选择适合的封装材料能够有效保护光伏组件,并提高其性能、寿命和稳定性。
随着科技的不断发展,光伏组件封装材料将不断更新和改进,以满足不断变化的市场需求。
太阳能光伏组件工作原理及主要封装材料介绍

太阳能光伏组件工作原理及主要封装材料介绍太阳能光伏组件的工作原理如下:当太阳光照射到太阳能电池上时,光子与太阳能电池材料中的自由电子发生相互作用,将光能转化为电能。
太阳能电池一般采用的是半导体材料,例如硅(Si)。
硅材料具有带隙能,只有当光子能量大于带隙能时,才能产生光电流。
光子将电子从价带跃升到导带,形成正电荷空穴和负电荷电子。
正电荷空穴和负电荷电子的分离会产生光电流,经过电子导线引出就可以用于供电。
1.硅胶:硅胶是一种常用的太阳能光伏组件封装材料,具有优异的耐候性、耐热性和电气绝缘性能。
硅胶具有良好的自粘性,能够有效地密封和固定太阳能电池片,防止其受到外界环境的影响。
2.环氧树脂:环氧树脂是一种具有良好机械性能和耐化学性的太阳能光伏组件封装材料。
它具有优异的抗静电性能,可以防止静电的积聚对太阳能电池造成损害。
环氧树脂还可以提供良好的机械强度和电气绝缘性能,保护太阳能电池免受外部环境的破坏。
3.聚乙烯:聚乙烯是一种常用的太阳能光伏组件封装材料,具有良好的耐候性和耐化学性。
聚乙烯能够有效地进行防水和防尘,可以阻隔太阳能电池与外界环境的接触,提高太阳能光伏组件的使用寿命。
除了以上提及的封装材料,太阳能光伏组件还可以采用玻璃、胶膜、铝合金等材料进行封装。
玻璃在太阳能光伏组件中主要用作保护太阳能电池,并提供良好的透光性能。
胶膜可以提供电池片之间的间隔和绝缘,同时也能保护太阳能电池免受外界环境的影响。
铝合金支架可以为太阳能光伏组件提供良好的结构强度和稳定性,使其能够在不同的环境条件下安全地工作。
总之,太阳能光伏组件工作原理是基于光电效应,将太阳光转化为电能。
主要封装材料包括硅胶、环氧树脂、聚乙烯等,用于保护太阳能电池并提供良好的绝缘和防水性能。
除了这些材料外,还可以采用玻璃、胶膜、铝合金等进行封装,以提供更好的保护和支撑。
光伏组件封装材料综述

光伏组件封装材料综述摘要光伏市场在过去五到七年间的快速增长带动了封装材料市场的强劲爆发,并导致供应链的暂时性短缺。
与此同时,组件价格也出现显著下降,给生产成本和光伏组件原料成本带来巨大压力,促使封装材料市场朝着新型材料和创新供应商转变。
由于封装材料对组件效率、稳定性和可靠性方面有着显著的影响,加之上述市场压力的推动,对封装技术和材料的选择便成为了组件设计过程中的一个关键步骤。
本文对目前市场上的不同材料、光伏组件封装材料的整体需求以及这些材料与其它组件部件间的相互作用进行了综合介绍。
前言光伏组件结构晶体硅(c-Si)光伏组件通常由太阳能玻璃前盖、聚合物封装层、前后表面印刷有金属电极的单晶或多晶硅电池、连接单个电池的焊带以及聚合物(少数采用玻璃)背板组成。
而薄膜光伏组件既可以通过在组件背面沉积半导体层的底衬工艺(substrateprocess)制造,也可以使用在组件前表面沉积半导体层的顶衬工艺(superstrateprocess)制造而成(如图一中(b)和(c)所示)。
为了确保组件的力学稳定性和对整个太阳能电池吸收光谱范围内的高透光率,并保护电池和金属电极不受外界环境侵蚀,必须在电池前表面使用太阳能玻璃。
对于柔性太阳能电池技术,则选择聚合物作为前板,这层结构对材料阻挡特性要求非常高。
背面材料同样要确保力学稳定性、电气安全性,使电池和组件其它部件不受外界影响。
生产工艺一套标准的组件生产工艺由以下几个步骤组成:玻璃清洗和干燥;电池片串焊;组件层压,包括十字接头的焊接;固化;边缘密封和装框;安装接线盒;最后是功率测试。
有三种工艺可以将电池矩阵固定在这些材料中。
其中最常用的是真空层压工艺,该工艺最初用于加工乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)封装材料,之后还用于加工热塑性薄膜。
对于薄膜电池工艺还有另一个选择,即装配了热压器的卷对卷层压机,该设备常见于玻璃行业。
使用铸塑树脂可以避免使用层压工艺,例如硅胶。
在c-Si组件工艺中,液态封装材料需要分两次添加:第一次添加于玻璃表面,随后再添加于电池矩阵。
光伏组件封装材料综述

光伏组件封装材料综述
一、影响光伏组件封装性能的因素
组件的封装包括封装材料、封装方式和封装工艺三个要素,在光伏组件封装中,封装的材料最为重要。
因为封装材料的质量和性能直接关系到光伏组件的效率、结构安全性和环境耐久性。
此外,封装材料还会对组件整体的安装、拆分、改造、回收和替换等维护操作产生影响。
下面将从以下几个方面着眼,对光伏组件封装材料的特性进行详细介绍:
1)电绝缘性
电绝缘材料是光伏组件封装的关键要素之一,它不仅能防止电路中的电流互相干扰,还可以有效降低散热量,保护光伏模块的稳定性。
此外,电绝缘材料还能有效防止整个组件被浸没在水中,从而延长组件的使用寿命。
2)热绝缘性
热绝缘材料的另一个作用是防止模块的过热,它可以在模块和室外环境之间形成一层热隔绝层,从而保护模块的稳定性和寿命。
热绝缘材料的重要特性是其所具有的低热传导系数,它可以有效减少模块所受的外界热量流入,从而提高模块的效率。
3)稳定性
由于模块处于外部环境中,会受到风、雨、霜冻、腐蚀和极端温度等多种影响,因此光伏组件的封装材料需要具备足够的稳定性。
太阳能光伏组件封装材料的特性——TPT和硅胶

太阳能光伏组件封装材料的特性——TPT和硅胶TPT(背板)用于组件的背面,也是主要封装材料之一。
图1 太阳能光伏组件封装材料——TPT1.TPT(背板)的结构由PVF(聚氟乙烯薄膜)-PET(聚脂薄膜)-PVF三层薄膜构成的背膜,简称TPT;TPT有三层结构:外层保护层PVF具有良好的抗环境侵蚀能力,中间层为聚脂薄膜具有良好的绝缘性能,内层PVF经表面处理和EV A具有良好的粘接性能。
TPT必须保持清洁,不得沾污或受潮,特别是内层不得用手指直接接触,以免影响和EV A 的粘接强度。
2.TPT(背板)的特性具有良好的耐候性、极佳的机械性能、延展性、耐老化、耐腐蚀、不透气,以及耐众多化学品、溶剂和着色剂的腐蚀。
有出色的抗老化性能并在很宽的温度范围内保持了韧性和弯曲性。
3.TPT(背板)的作用白色TPT对阳光起反射作用,提高组件吸收光的能率。
因此对组件的效率略有提高,并因其具有较高的红外发射率,还可降低组件的工作温度,也有利于提高组件的效率。
增强组件的抗渗水性,对组件背部起到了很好密封保护作用,延长了组件的使用寿命,提高了组件的绝缘性能4.TPT(背板)的储存环境背膜应避光、避热、避潮运输,平整堆放。
背膜的最佳贮存条件:放在恒温、恒湿的仓库内,其温度在0-40℃之间,相对湿度小于</S硅胶光伏组件专用密封胶是中性单组分有机硅密封胶,要具有不腐蚀金属和环保的特点。
由含氟硅氧烷、交联剂、催化剂、填料等组成。
图2 太阳能光伏组件封装材料——硅胶光伏组件用硅胶要具有以下功能:1.密封性好,对铝材、玻璃、TPT/TPE背材、接线盒塑料PPO/PA有良好的粘附性;2.胶体超级耐黄变,经85℃老化测试,胶体表面未见明显黄变;3.独特的固化体系,经高温高湿环测,与各类EV A有良好的兼容性;4.独特的流变体系,胶体的工艺性优良,良好的耐形变能力;5.抗老化、防腐蚀和良好的耐候性(25年以上)。
6.良好的绝缘性能。
光伏组件的封装方案

光伏组件的封装方案一、引言随着清洁能源的日益重要,光伏能源已成为未来可持续发展的重要组成部分。
光伏组件作为光伏能源核心部件之一,其封装方案直接影响着光伏发电的效率和寿命。
光伏组件的封装方案至关重要。
本文旨在对光伏组件的封装方案进行详细介绍,包括封装材料、封装结构和封装工艺等内容。
二、封装材料1. 玻璃光伏组件的封装通常采用双层玻璃结构,其中夹层采用特殊的EVA(乙烯醋酸乙烯)材料,具有良好的透光性和保护性能。
玻璃的选择应考虑其耐候性、抗紫外线能力以及透光率等因素,以确保光伏组件长期稳定运行。
2. 背板背板是支撑光伏组件的重要部件,一般采用聚酯薄膜或者铝合金材料。
其主要功能是提供组件的结构支撑和保护作用,同时要具备一定的阻燃性能和电气绝缘性能,以确保光伏组件在各种恶劣环境下都能安全稳定运行。
3. 边框光伏组件的边框一般采用铝合金材料,主要用于固定玻璃和背板,同时也可以提供对组件的保护作用。
边框的连接处通常采用特殊的角码进行连接,以提高组件的结构强度和密封性。
4. 导线光伏组件的导线通常采用特殊的电气连接线,具有良好的耐高温、耐紫外线和抗老化能力。
导线的连接点应采用焊接或压接方式,确保连接稳固可靠。
5. 封装胶EVA(乙烯醋酸乙烯)是光伏组件封装中最重要的材料之一,主要用于夹层封装。
EVA 具有优良的光伏特性、机械性能和耐老化性能,能够有效地保护电池片不受外界环境的影响。
三、封装结构1. 电池片光伏组件的核心部件是电池片,一般采用硅片或薄膜电池片。
硅片电池一般采用多晶硅或单晶硅材料,其尺寸和电池布局将直接影响光伏组件的封装结构。
2. 夹层夹层是光伏组件封装的关键部位,主要由EVA封装胶材料构成。
夹层的主要功能是粘合和封装电池片,同时具备良好的光透过性和保护作用。
3. 玻璃光伏组件的面板采用双层玻璃结构,主要用于保护夹层和电池片,并提供光学透光性。
玻璃的选择应考虑其透光性、机械性能和耐候性等因素。
4. 背板背板主要用于支撑和保护光伏组件,同时通过边框固定在一起。
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光伏组件封装材料综述摘要光伏市场在过去五到七年间的快速增长带动了封装材料市场的强劲爆发,并导致供应链的暂时性短缺。
与此同时,组件价格也出现显著下降,给生产成本和光伏组件原料成本带来巨大压力,促使封装材料市场朝着新型材料和创新供应商转变。
由于封装材料对组件效率、稳定性和可靠性方面有着显著的影响,加之上述市场压力的推动,对封装技术和材料的选择便成为了组件设计过程中的一个关键步骤。
本文对目前市场上的不同材料、光伏组件封装材料的整体需求以及这些材料与其它组件部件间的相互作用进行了综合介绍。
前言光伏组件结构晶体硅(c-Si)光伏组件通常由太阳能玻璃前盖、聚合物封装层、前后表面印刷有金属电极的单晶或多晶硅电池、连接单个电池的焊带以及聚合物(少数采用玻璃)背板组成。
而薄膜光伏组件既可以通过在组件背面沉积半导体层的底衬工艺(substrateprocess)制造,也可以使用在组件前表面沉积半导体层的顶衬工艺(superstrateprocess)制造而成(如图一中(b)和(c)所示)。
为了确保组件的力学稳定性和对整个太阳能电池吸收光谱范围内的高透光率,并保护电池和金属电极不受外界环境侵蚀,必须在电池前表面使用太阳能玻璃。
对于柔性太阳能电池技术,则选择聚合物作为前板,这层结构对材料阻挡特性要求非常高。
背面材料同样要确保力学稳定性、电气安全性,使电池和组件其它部件不受外界影响。
生产工艺一套标准的组件生产工艺由以下几个步骤组成:玻璃清洗和干燥;电池片串焊;组件层压,包括十字接头的焊接;固化;边缘密封和装框;安装接线盒;最后是功率测试。
有三种工艺可以将电池矩阵固定在这些材料中。
其中最常用的是真空层压工艺,该工艺最初用于加工乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)封装材料,之后还用于加工热塑性薄膜。
对于薄膜电池工艺还有另一个选择,即装配了热压器的卷对卷层压机,该设备常见于玻璃行业。
使用铸塑树脂可以避免使用层压工艺,例如硅胶。
在c-Si组件工艺中,液态封装材料需要分两次添加:第一次添加于玻璃表面,随后再添加于电池矩阵。
在一系列组件生产步骤中,固化工艺的耗时最长。
而组件生产商追求的主要目标是通过研制能在相同时间内加工更多组件的层压机来降低工艺耗时。
除此之外还有另一种可行的方法,即对封装材料本身进行调整,例如添加经过优化的过氧化物交联剂以加快交联速度,或者使用热塑性封装材料。
“对于所有固化工艺来说,最主要的挑战是如何获得均匀和足够的固化或交联水平以确保粘合强度和稳定的层压效果”对于所有固化工艺来说,最主要的挑战是如何获得均匀和足够的固化或交联水平以确保粘合强度和稳定的层压效果。
要达到这一目的,组件封装操作必须提供良好的导热和均匀的压力、高度精确的温度控制以及保证工艺参数的长期稳定。
与组件效率相关的损失机制以及与其它部件的互相影响电池-组件(CTM)效率比可以定义为互连电池片封装成组件后的效率与封装前电池平均效率之间的关系。
CTM值大小受电池种类的影响非常大。
例如,对于同一种封装材料,拥有均匀减反射膜和高蓝光光谱响应的高效太阳电池的CTM损失通常比低效电池高。
从电池到组件,中间有几种因素影响着发电效率,但多数影响都是负面的。
其中,由组件内部非活性区域引起的损失只影响组件效率而不会降低实际功率输出。
能影响功率输出的因素可以分为光学和电学因素;其中电学损失主要是由电池间的串联电阻引起的。
电池封装后会出现某些交互光学效应(如图二所示)。
首先,任何两种折射率不同的材料界面都会引起光反射。
其次,位于电池前表面的所有材料层都会吸收部分入射光线。
其中,来自电池表面的反射光,包括细栅、主栅和焊带反射光,可以被部分反射或全部反射回电池表面。
通过使用高反射率背板,可以将入射到电池间隙的光线散射回来。
如果散射光线到达组件的第一层界面,通常是玻璃—空气,会被部分或全部反射组件内部,反射效果决定于入射角。
部分被反射回来的光线将射入到电池活性层,并提高电池电流和输出功率。
对于封装材料,最关键的是避免吸收有用光谱区间的光线(其中c-Si电池的光谱区间为350-1200nm)能削弱到达电池表面光线强度的损失机制有几种,它们分别为(如图二所示):••①、③反射损失,发生于空气-组件前表面和前表面-封装材料界面;••②、④吸收损失,发生在玻璃内部和封装材料内部;••⑤电池吸收;••⑥电池表面反射以及在玻璃-空气界面处的部分或全部再反射;••⑦背板材料的吸收;••⑧背板材料的反射,以及在玻璃-空气表面处的部分或全部再反射。
封装材料的折射率影响着玻璃-封装层界面以及硅-减反射膜(ARC)-封装层界面的反射损失。
对于有陷光结构和ARC层的电池,光耦合引起的光增益会更少。
封装材料特性对封装材料的要求为了优化组件效率,对光伏组件封装的要求可以分为五个方面:发电量、电气安全、可靠性、组件工艺和成本。
••封装材料的光吸收率应该尽量低并提供合适的折射率以减少界面反射••高导热性能以降低工作温度并提高发电量••根据IEC61215的标准类型批准测试,为了保证电气安全,漏电流必须足够低••为了确保光伏组件可靠性,封装材料在UV辐射、高湿、温度循环、超低或超高环境温度、机械负载以及对地电势差等特性上都至关重要。
此外,封装材料必须与其它组件部件保持足够的粘附性,以保护电池和金属线不受外界环境影响。
••同时,组件生产商对材料成本、工艺成本和生产时间、保存期限和质保方面也非常重视评估封装材料的参数和方法根据上述要求,在选择光伏封装材料时必须考虑以下几个重要因素(见表一)。
除了基本材料特性,例如玻璃转变或熔融温度这种可以通过特性表征技术(差式扫描量热法DSC或动态机械分析法)测量的参数外,机械特性也同样至关重要,因为需要足够的缓冲效果以抵消机械冲撞和机械与热机械负载。
“一个被普遍忽略的事实是,材料温度严重影响着封装材料内部的水蒸气传送速率和氧分子传送速率”影响光伏组件耐用性的重要因素包括背板和封装材料的气体(例如氧气和水蒸气)扩散特性[2];这两种气体都能从聚合物背板表面进入封装聚合物层并穿透光伏组件,到达电池和前表面玻璃之间的区域,从而加速衰退反应。
一个被普遍忽略的事实是,材料温度严重影响着封装材料内部的水蒸气传送速率(WVTR)和氧分子传送速率(OTR)。
如图三所示,由于温度升高能大大加速渗透过程,尤其是高温下的高传送速率,组件内外将出现大量的粒子传输。
另一种用于材料表征和评估的有趣工具是拉曼光谱仪,该设备被认为是一种用于分析小型测试层压样品或全面积光伏组件封装衰退效应的快速且非破坏性方法。
封装材料市场调查在60至70年代,聚二甲基硅氧烷(PDMS)主要用于第一代光伏组件的封装,之后被其它材料所代替,例如EVA,并一直持续几十年。
所有聚合物都是热塑性材料或人造橡胶;然而,后者必须在层压过程中发生交联反应,因此增加了生产周期和成本。
受到降低光伏组件成本的压力驱使,新的封装材料纷纷被投入市场,但因为光伏制造商们必须保证其产品能够长期稳定使用,所以着重考虑影响可靠性的缺陷是必不可少的。
“受到降低光伏组件成本的压力驱使,新的封装材料纷纷被投入市场”光伏市场在近几年的增长带动了许多新兴EVA材料供应商的涌现。
同时,非EVA材料供应商的数量在过去几年也出现了增长:9家公司带着23种非EVA产品进入了该市场[5]。
然而,虽然在用的不同聚合物数量非常多,但相比于光伏市场的总年度产量,该市场仍然是聚合物供应商有利可图的市场。
因此化合物产品通常都是由小型公司生产的。
图四显示了不同材料品种的产品数量。
材料特性和稳定性封装材料可以分成1)非交联热塑性材料或热塑性橡胶(TPE)材料,以及2)橡胶材料;后者在聚合链之间形成共价键。
而使用最广泛的封装材料EVA、双组分硅胶以及氨基甲酸乙酯(TPU)材料则需要经过交联反应,该反应可以在高温或UV辐射或化学反应(双组分系统)条件下完成。
热塑性或TPE材料聚乙烯醇缩丁醛、TPSE和离子交联聚合物以及改性聚烯烃(PO)在组件生产过程中熔化并且不会在聚合物分子链(交联)之间形成化学键。
EVAEVA共聚物是全球使用最广泛的光伏组件封装材料,并已经在光伏行业使用超过20年。
长期以来,光伏EVA的耐用性这一受添加剂成分高度影响的特性,特别是在褪色(黄变)问题上[6,7],已经得到了巨大改进。
这种在第一代光伏电站中便广泛出现的黄变现象主要是由添加剂的光热衰退效应造成的,例如UV光线稳定剂、UV吸收剂和抗氧化剂[8,9]。
除了抗氧化剂分解之外,EVA主要的衰退反应是脱乙酰、水解和光热分解[6],这些反应会生成腐蚀性降解副产品,特别是醋酸,从而可能加速金属材料的腐蚀。
最初,通过在高温或UV辐射的条件下使用交联添加剂可以将热塑性材料EVA转变成橡胶。
交联反应不单对于组件生产时间是一个挑战,在材料存储(交联剂的挥发)和质量管理(索式萃取法计算交联度)也同样存在问题。
聚乙烯醇缩丁醛(PVB)PVB是一种热塑性聚合物,在80年代初期就作为光伏组件封装材料使用。
它是加工程度仅次于EVA的封装材料,且材料成本与EVA相近。
与其他封装材料相比,由于吸水率非常高导致PVB对水解反应非常敏感;因此必须结合低WVTR的背板使用[2]。
为了提高材料的力学加工性能并改变它们的相变温度[10],需要在PVB层添加塑化剂[10]。
相对于EVA,其主要优势在于更好的UV稳定性和更高的玻璃粘合度。
此外,PVB的UV透明度与EVA相差无几,但层压工艺时间却比EVA少50%[11]。
早期PVB工艺由于在高压和高温下进行,所以必须使用热压器,但新的PVB成分允许使用标准层压工艺。
PVB在光伏行业的主要应用是光伏建筑一体化(BIPV)以及使用玻璃—玻璃结构的薄膜技术。
硅胶硅胶是一种无机—有机聚合物,主要由硅、碳、氢和氧等元素组成。
虽然非常有潜力成为光伏封装材料,但由于昂贵的价格和对要求使用特殊工艺设备(以及技术),目前硅胶的使用范围还非常小。
硅胶最常用于质量要求非常高的特殊场合,例如外太空应用。
得益于它们的化学特性,硅胶能有效阻挡氧气、臭氧和UV射线的渗入。
硅胶的其它优点还包括温度稳定范围(-100℃至250℃)相当宽以及对UV-可见光光谱保持高透明度。
此外,其较低的杨氏模量和玻璃转变温度(见表二)还表明硅胶能有效缓冲机械应力。
硅胶的折射率处于1.38至1.58之间,具体大小受硅含量影响。
由于吸水率较低(小于0.05%),硅胶封装不容易受雾气影响,使其非常适合于光学和光电器件[12]。
热塑性硅橡胶(TPSE)TPSE是一种较新的封装材料,该材料集成了优良的硅胶性能以及热塑加工性,但由于价格相对较高,该材料目前只用于特殊场合。
TPSE封装材料固化速度非常快且无需添加剂就可进行物理交联,加之其在不使用塑化剂的情况下仍然有优异的机械特性,使得它们非常有希望用于连续的层压工艺[13]。