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摘要：本次針對EVA (乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物)經過可靠性試驗過程中老化變色現象、老化機理以及同時對太陽能組件功率的影響。
關鍵詞：EVA 變色 老化 太陽能組件
一、前言
隨著世界能源危機愈演愈烈的背景之下可再生能源是可循環利用的清潔能源，是滿足人類社會可持續發展需要的最終能源選擇，其中光伏太陽能發電是目前最具有廣闊的發展前景。各國也紛紛上馬光伏項目，由中國資源綜合利用協會可再生能源專業委員會等共同發布的《中國光伏發展報告》指出,中國太陽能光伏發電產業發展潛力巨大,如能得到政府穩定的政策扶持，可以預計：到2030年，中國太陽能光伏發電裝機容量將達到1億千瓦,年發電量可達1300億千瓦時,相當于少建30多個大型煤電廠。世界上多個研究機構的研究結果都顯示，在未來的幾十年，主要的電力來源是光伏發電。目前,中國光伏產品的原材料主要依賴進口，90%的產品都出口到歐洲、美國、日本等國外市場，雖然我國面臨巨大的光伏市場，然而國內的在原材料技術上任重而道遠。太陽電池組件在戶外使用時太陽能組件中EVA材料性能影響電池片的轉化效率甚至使太陽能組件壽命提前失效
二、EVA膠膜
EVA主要的成分乙烯與醋酸乙烯共聚物，EVA 具有優良的柔韌性、耐沖擊性、彈性、光學透明性、低溫繞曲性、粘著性、耐環境應力開裂性、耐候性、耐腐蝕性、熱密，密封性以及電性能等。EVA 的性能主要取決于分子量（ 可以用熔融指數M I表示）和醋酸乙烯酯（以VA 表示）的含量。當M I一定時，VA 的含量增高，EVA 的彈性、柔軟性、粘結性、相溶性和透明性提高；VA 的含量降低，EVA 則接近于聚乙烯的性能。當VA 含量一定時，分子量降低則軟化點下降，而加工性及表面光澤改善，但強度降低；分子量增大，可提高耐沖擊性和應力開裂性。目前光伏組件EVA膠膜國內的主要廠家有杭州福斯特、東莞永固、臺灣陽溢，國外日本普利斯通、三井化學，美國STR等。
但隨著科技不斷創新，太陽能組件的封裝膠膜也會有新產品問世，例如美國3M公司現在生產的封裝膠膜EPE。
三、層壓工藝：
真空層壓機應用于太陽能電池組裝生產線上。稱之為太陽能電池組件層壓機。無論層壓機應用于哪種作業，其工作原理都是相同的。高溫的組件表面施加一定的壓力，將這些物質緊密地壓合在一起。所不同的是根據層壓廠家的材料不同，壓合的條件各不相同。
組件層壓過程：
開蓋━上室真空━放入待壓組件━合蓋━下室抽空━上室充氣（層壓）━下室抽氣━開蓋━取出太陽能組件
根據市場主流層壓溫度參數設定基本是按照EVA廠家提供的參數設定： 從溫度角度設定層壓參數國產EVA參數在135-140℃之間，進口EVA在138-145℃之間。溫度是影響組件交聯度及粘結強度的重要因數之一，若溫度過高會交聯度也隨之增大，EVA的柔韌性變差容易脫層脆裂等不良現象，溫度過低則未交聯EVA透光率和交聯度會減小。
四、老化機理
根據光伏組件使用壽命25年限的要求，(IEC)國際電工委員會和美國保險商實驗室等針對太陽能組件出臺了IEC 61215及UL 1703等測試標準。針對封裝材料EVA膠膜測試要求是在經過老化實驗、紫外輻照實驗、高低溫老化實驗等各項可靠性測試過程中保持無變色、無脫層的現象。而所謂的變色、脫層其實質是EVA老化所造成的，EVA封裝膠膜因受到熱氧的作用而降解，EVA膠膜添加有抗氧化劑、紫外光吸收劑、光穩定劑和粘接促進劑等助劑體系，而研究發現EVA的降解主要包括兩步：一是醋酸的減少，二是氧化和主鏈的斷裂。紫外光對EVA老化而變色的影響是最大的，在研究中發現純EVA膠膜中包含短α-β不飽和羰基和可以起到光敏劑作用的雜質。在120℃以下的層壓過程EVA結構發生微小的變化，但在135℃-150℃之間，EVA結構會發生很大的變化，產生了新的uv生色團。EVA顏色的改變降低了可見光的透過率。早期通過資料分析認為EVA變黃的原因是C=C共扼體系的形成和延長。但是經過后期的研究表明EVA的變色不能說明是聚醋酸乙烯降解產生共軛烯烴造成的，很有可能是EVAN內過氧化物交聯劑分解后與內部添加防老化劑反應生成生色團。
圖1 1000小時熱循環后EVA變黃
圖2 1000小時紫外后EVA變色
圖3 濕冷試驗后EVA變黃
圖1與圖3分別是經過熱循環-40℃—85℃1000小時、從+85℃，85%相對濕度到-40℃10次后EVA出現變色、脫層現象，組件的EVA膠膜在高溫環境環境之下發生降解，主要是內在添加劑體系之間加合效應與協同效應不夠理想。圖2是經過1000h紫外試驗波長在280nm到385nm范圍內,紫外輻射為15kWh·m-2, 其中波長為280nm到320nm的紫外輻射為5kWh·m-2，紫外是高分子材料主要的戶外殺手之一，加速材料的老化，圖3經過濕冷試驗后出現變黃的現象，分析表明光穩定劑能夠強烈吸收290—380nm波段的紫外線或能有效猝滅地激發態高分子的能量，或具有足夠的能力捕獲光氧化產生的自由基。然而實際上光穩定劑的機理十分復雜，同一種化合物往往可以多種方式發揮光穩定劑穩定效用，在EVA聚合物中添加光穩定劑能否穩定存在？甚至失效，是EVA在紫外試驗失效的主要原因。
五、電性能測試
圖4為試驗前無色變太陽能組件的電性能
圖5為試驗后變色太陽能組件的電性能
六結論：
EVA膠膜變色歸為老化，老化足以使太陽能組件壽命縮短，而且EVA變色導致組件功率會加快衰減，老化隨時間推移也會出現脫層、甚至組件失效。針對國內廣闊的EVA市場同時在質量上又存在諸多缺陷，我國EVA產品技術的可持續性還需提高，我們也相信在國家“十二五”規劃能源產業布局，推進能源科技創新，完善能源宏觀調控體系，深化能源體制改革方針下，不久的將來中國光伏行業的明天會更加美好。
關鍵詞：EVA 變色 老化 太陽能組件
一、前言
隨著世界能源危機愈演愈烈的背景之下可再生能源是可循環利用的清潔能源，是滿足人類社會可持續發展需要的最終能源選擇，其中光伏太陽能發電是目前最具有廣闊的發展前景。各國也紛紛上馬光伏項目，由中國資源綜合利用協會可再生能源專業委員會等共同發布的《中國光伏發展報告》指出,中國太陽能光伏發電產業發展潛力巨大,如能得到政府穩定的政策扶持，可以預計：到2030年，中國太陽能光伏發電裝機容量將達到1億千瓦,年發電量可達1300億千瓦時,相當于少建30多個大型煤電廠。世界上多個研究機構的研究結果都顯示，在未來的幾十年，主要的電力來源是光伏發電。目前,中國光伏產品的原材料主要依賴進口，90%的產品都出口到歐洲、美國、日本等國外市場，雖然我國面臨巨大的光伏市場，然而國內的在原材料技術上任重而道遠。太陽電池組件在戶外使用時太陽能組件中EVA材料性能影響電池片的轉化效率甚至使太陽能組件壽命提前失效
二、EVA膠膜
EVA主要的成分乙烯與醋酸乙烯共聚物，EVA 具有優良的柔韌性、耐沖擊性、彈性、光學透明性、低溫繞曲性、粘著性、耐環境應力開裂性、耐候性、耐腐蝕性、熱密，密封性以及電性能等。EVA 的性能主要取決于分子量（ 可以用熔融指數M I表示）和醋酸乙烯酯（以VA 表示）的含量。當M I一定時，VA 的含量增高，EVA 的彈性、柔軟性、粘結性、相溶性和透明性提高；VA 的含量降低，EVA 則接近于聚乙烯的性能。當VA 含量一定時，分子量降低則軟化點下降，而加工性及表面光澤改善，但強度降低；分子量增大，可提高耐沖擊性和應力開裂性。目前光伏組件EVA膠膜國內的主要廠家有杭州福斯特、東莞永固、臺灣陽溢，國外日本普利斯通、三井化學，美國STR等。
但隨著科技不斷創新，太陽能組件的封裝膠膜也會有新產品問世，例如美國3M公司現在生產的封裝膠膜EPE。
三、層壓工藝：
真空層壓機應用于太陽能電池組裝生產線上。稱之為太陽能電池組件層壓機。無論層壓機應用于哪種作業，其工作原理都是相同的。高溫的組件表面施加一定的壓力，將這些物質緊密地壓合在一起。所不同的是根據層壓廠家的材料不同，壓合的條件各不相同。
組件層壓過程：
開蓋━上室真空━放入待壓組件━合蓋━下室抽空━上室充氣（層壓）━下室抽氣━開蓋━取出太陽能組件
根據市場主流層壓溫度參數設定基本是按照EVA廠家提供的參數設定： 從溫度角度設定層壓參數國產EVA參數在135-140℃之間，進口EVA在138-145℃之間。溫度是影響組件交聯度及粘結強度的重要因數之一，若溫度過高會交聯度也隨之增大，EVA的柔韌性變差容易脫層脆裂等不良現象，溫度過低則未交聯EVA透光率和交聯度會減小。
四、老化機理
根據光伏組件使用壽命25年限的要求，(IEC)國際電工委員會和美國保險商實驗室等針對太陽能組件出臺了IEC 61215及UL 1703等測試標準。針對封裝材料EVA膠膜測試要求是在經過老化實驗、紫外輻照實驗、高低溫老化實驗等各項可靠性測試過程中保持無變色、無脫層的現象。而所謂的變色、脫層其實質是EVA老化所造成的，EVA封裝膠膜因受到熱氧的作用而降解，EVA膠膜添加有抗氧化劑、紫外光吸收劑、光穩定劑和粘接促進劑等助劑體系，而研究發現EVA的降解主要包括兩步：一是醋酸的減少，二是氧化和主鏈的斷裂。紫外光對EVA老化而變色的影響是最大的，在研究中發現純EVA膠膜中包含短α-β不飽和羰基和可以起到光敏劑作用的雜質。在120℃以下的層壓過程EVA結構發生微小的變化，但在135℃-150℃之間，EVA結構會發生很大的變化，產生了新的uv生色團。EVA顏色的改變降低了可見光的透過率。早期通過資料分析認為EVA變黃的原因是C=C共扼體系的形成和延長。但是經過后期的研究表明EVA的變色不能說明是聚醋酸乙烯降解產生共軛烯烴造成的，很有可能是EVAN內過氧化物交聯劑分解后與內部添加防老化劑反應生成生色團。
圖1 1000小時熱循環后EVA變黃
圖2 1000小時紫外后EVA變色
圖3 濕冷試驗后EVA變黃
五、電性能測試
圖4為試驗前無色變太陽能組件的電性能
圖5為試驗后變色太陽能組件的電性能
圖4為試驗前無黃變太陽能組件的電性能，圖5是試驗后太陽能組件變黃的電性能，從數據中可以看出試驗前EVA無色變，電池片的轉化效率為14.31%，而試驗后太陽能組件EVA變色電池的轉化效率下降為13.97%，主要是EVA變色透光率減少所致，功率自然也會隨著下降?？梢婋S著時間推移，EVA膠膜的質量對太陽能組件的使用壽命影響很大。
六結論：
EVA膠膜變色歸為老化，老化足以使太陽能組件壽命縮短，而且EVA變色導致組件功率會加快衰減，老化隨時間推移也會出現脫層、甚至組件失效。針對國內廣闊的EVA市場同時在質量上又存在諸多缺陷，我國EVA產品技術的可持續性還需提高，我們也相信在國家“十二五”規劃能源產業布局，推進能源科技創新，完善能源宏觀調控體系，深化能源體制改革方針下，不久的將來中國光伏行業的明天會更加美好。
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