太阳电池用耐老化EVA封装胶膜的制备、结构与性能研究

摘要

环境污染和能源短缺是人类在21世纪面临的最大挑战。利用太阳电池组件将清洁的、可再生的阳光转变为电能是解决这两个问题的最有效途径之一。太阳能电池组件中的核心部分硅电池本身寿命已具有30年以上的使用寿命，然而对电池片起到固定、密封和保护作用的透明高分子封装胶在室外天候环境中会很快老化变黄，从而导致整个电池组件的光电转化效率下降。结果，封装胶膜的使用寿命就限制了整个电池组件的寿命。因此，研制自然天候条件下，光、电和力学性能稳定可靠、使用期长的透明高分子封装材料是提高太阳电池组件寿命，降低太阳能发电成本的关键。 选用含33％VA的EVA做基本原料，通过熔融共混挤出的方法加入抗氧剂、紫外光吸收剂、紫外光稳定剂、交联剂和增粘剂，再经过热压，得到太阳能电池封装用EVA胶膜。研究了在不同交联条件下交联剂对EVA胶膜交联度的影响和增粘剂对EVA胶膜粘合强度的影响。 EVA胶膜的热氧老化试验在90℃下进行。在本试验中研究了不同组成的EVA胶膜在老化过程中的力学性能、透光率以及黄色指数的变化，并采用热重分析、红外光谱等分析手段探讨了EVA胶膜在热氧老化过程中的结构变化和老化机理。结果表明，选用适宜的交联剂，能够使EVA胶膜在低温短时间条件下进行封装固化，并且在此条件下固化的EVA胶膜具有更好的热氧稳定性。本工作所制备的改性EVA胶膜的热氧稳定性明显优于国产产品，接近进口产品。 针对太阳电池封装用EVA胶膜的老化机理，在国内首次对EVA胶膜长达1000小时的紫外光老化过程中的变色现象进行了系统的、定量的实验研究。采用AtlasUV2000紫外老化测试仪对所研究的EVA胶膜进行加速老化。分析了不同组成的EVA胶膜老化过程中力学性能的变化，透过率和黄色指数的变化，以及老化前后太阳能组件外观及I-V特性的变化，并借助红外光谱和荧光光谱来研究EVA胶膜在紫外光老化过程中的结构变化。研究表明，选择合理复配的含抗氧剂、紫外光稳定剂和紫外光吸收剂的抗老化体系，制备出了具有优异的耐紫外光老化性能的的EVA胶膜B-17、B-28。这两种EVA胶膜老化过程中生成的新的生色团的浓度比国产EVA胶膜要低得多，与进口EVA胶膜相当，与之相一致地是所制备的EVA胶膜的耐紫外光稳定性比国产EVA胶膜要好，接近进口EVA胶膜。 在通过实验室研究制备出的耐老化性能较优的EVA胶膜的基础上，尝试将实验室的制备工艺转化为实际生产中可行的方法和工艺。成功地采用共混挤出、流延、冷却、牵引、卷取等工序一次加工制备出了能满足封装条件的EVA胶膜，并委托有关检测机构对所制得的EVA胶膜的紫外光老化性能和粘合性能进行了评价。结果表明，经实际生产所制备的EVA胶膜对可见光的透过率均达到92％以上；与玻璃、TPT以及新型的上盖板材料PC的粘合强度都大于30N/cm，完全符合太阳电池组件的封装材料的基本要求；耐紫外光稳定性优于国内同类产品，接近于国外进口的EVA胶膜。

目录

文摘

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第一章绪论

引言

1.1太阳能的利用

1.1.1太阳能光热转换材料

1.1.2太阳能光电转换材料

1.1.3其它太阳能材料

1.2太阳能电池组件

1.2.1太阳能电池的研究进展

1.2.2太阳能电池封装胶膜

1.2.3太阳能电池组件的其它构件

1.3太阳能电池封装胶膜的研究进展

1.3.1封装胶膜材料的研究进展

1.3.2 EVA封装胶膜老化性能的研究

1.3.3 EVA交联性能研究进展

1.3.4粘合性能研究

1.4本课题的研究意义、主要研究内容

1.4.1研究意义

1.4.2研究内容

第二章EVA胶膜的制备及其封装性能

引言

2.1实验部分

2.1.1主要原料及试剂

2.1.2实验设备和仪器

2.1.3 EVA胶膜的制备及其基本性能测试

2.2结果与讨论

2.2.1改性EVA胶膜的交联性能的研究

2.2.2 EVA胶膜的粘合性能研究

2.3本章小结

第三章EVA胶膜在热氧老化中的性能与结构变化

引言

3.1实验部分

3.1.1实验设备和仪器

3.1.2试样的制备

3.1.3 EVA胶膜的热氧老化试验

3.1.4性能测试与结构表征

3.2结果与讨论

3.2.1热氧老化前后EVA胶膜力学性能的变化

3.2.2热氧老化对EVA胶膜的透光率和黄色指数的影响

3.2.3热氧老化引起的胶膜结构变化分析与表征

3.3本章小结

第四章EVA胶膜在紫外光老化中变色与结构变化

引言

4.1实验部分

4.1.1实验设备和仪器

4.1.2试样的制备

4.1.3 EVA胶膜的紫外光加速老化试验

4.1.4性能测试与结构表征

4.2结果与讨论

4.2.1紫外老化前后胶膜力学性能的变化

4.2.2紫外老化对胶膜透过率影响及黄色指数变化

4.2.3紫外老化对太阳电池组件性能的影响

4.2.4紫外老化引起的胶膜结构变化分析与表征

4.3本章小结

第五章EVA胶膜的工业化制备流程及其性能评价

引言

5.1实验部分

5.1.1工业化EVA胶膜的生产流程

5.1.2 EVA胶膜粘合性能的测试

5.1.3 EVA胶膜对可见光的透过率的测试

5.1.4 EVA胶膜耐紫外老化性能的测试

5.2结果与讨论

5.2.1 EVA胶膜粘合性能的测试结果

5.2.2 EVA胶膜对可见光的透过率(T)测试结果

5.2.3 EVA胶膜在紫外光老化过程中透光性能的变化

5.2.4 EVA胶膜在紫外光老化过程中变色程度的研究

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文

致谢