光伏組件中封裝膠膜主要用于保護(hù)電池片，提高組件的使用壽命。乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA膠膜）是目前應(yīng)用相對(duì)最廣泛的高分子膠膜，其工藝成熟且性價(jià)比高。
EVA膠膜
但EVA膠膜水汽透過(guò)率低，容易分解釋放醋酸分子，腐蝕玻璃和背板等部件，縮短組件的使用壽命。近年來(lái)，發(fā)現(xiàn)在電站使用過(guò)程中EVA膠膜存在嚴(yán)重的電勢(shì)誘導(dǎo)衰減（PID）現(xiàn)象，導(dǎo)致電站輸出功率大幅下降，嚴(yán)重影響電站運(yùn)營(yíng)效率。可見封裝材料的性能直接決定了電池片和組件的使用壽命。
POE膠膜
POE膠膜由茂金屬作催化劑開發(fā)而來(lái)，是具有相對(duì)窄分子質(zhì)量分布、窄共聚單體分布、結(jié)構(gòu)可控的新型聚烯烴熱塑性彈性體。乙烯-a-烯烴共聚物（POE）為代表的聚烯烴材料具備優(yōu)異的透光性、電絕緣性、水汽阻隔性以及出色的耐候性能和抗PID性能，被認(rèn)定為替代EVA封裝材料的理想材料。
PID現(xiàn)象
自2017年以來(lái)光伏組件封裝材料POE膠膜使用量?jī)H次于EVA膠膜，主要原因是POE樹脂成本高于EVA樹脂。
近兩年隨著光伏組件持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)，受EVA樹脂產(chǎn)能限制，加快了POE樹脂的技術(shù)和市場(chǎng)開發(fā)，目前POE樹脂量升價(jià)跌，市場(chǎng)占有率不斷提高。EVA膠膜相對(duì)POE膠膜價(jià)格優(yōu)勢(shì)逐步減弱，當(dāng)POE膠膜生產(chǎn)企業(yè)加速降本增效，將來(lái)有望超過(guò)EVA膠膜的使用量，促進(jìn)光伏電站效益的提升。
POE膠膜的配方如表1所示。按表1將POE樹脂與各助劑在立式混色機(jī)內(nèi)精細(xì)共混，混合好后陳化放置24h，再將混合料加入小型擠出機(jī)，通過(guò)流延法制備厚度為0.5mm的POE膠膜。
POE是非極性分子結(jié)構(gòu)，通過(guò)化學(xué)交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可有效提高其力學(xué)性能和耐老化性能。層壓固化條件的溫度和時(shí)間均影響交聯(lián)度。
《光伏組件封裝用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）膠膜》（GB/T29848—2018）標(biāo)準(zhǔn)要求EVA膠膜交聯(lián)度≥75%，行業(yè)內(nèi)一般層壓固化條件140℃、20min即可達(dá)到國(guó)標(biāo)要求。但POE分子屬于非極性分子，導(dǎo)致在相同條件下層壓固化，其交聯(lián)度低于極性的EVA膠膜。
《光伏組件封裝用共聚烯烴膠膜》（T/CPIA0006—2017）標(biāo)準(zhǔn)要求交聯(lián)型共聚烯烴膠膜的交聯(lián)度≥60%。目前行業(yè)內(nèi)POE膠膜的層壓固化條件一般為145℃、20min，圖1是在此條件下不同POE膠膜交聯(lián)度變化趨勢(shì)，A樣品交聯(lián)度75.1%相對(duì)最大。
圖1?不同POE膠膜的交聯(lián)度
熔融指數(shù)（MI）是反映樹脂流動(dòng)性能的重要指標(biāo)，MI越高，樹脂的流動(dòng)性能越好，越有利于加工。由圖1可知，在相同溫度和層壓時(shí)間下，MI越高，流動(dòng)性越好，POE分子鏈段和自由基碰撞速率越快，故交聯(lián)度越高。可見在其他條件相同時(shí)，熔融指數(shù)在一定程度上影響POE膠膜的交聯(lián)度。
不同POE膠膜的透光率如表2所示。
由表2可知，POE膠膜在200~1100nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)透光率均在91%~92%之間，差異不大。
可見材料的透光率主要由材料的結(jié)晶性能決定，而結(jié)晶性是由材料內(nèi)部分子規(guī)則性和分子之間的對(duì)稱性決定，材料的流動(dòng)性能對(duì)材料的結(jié)晶性能無(wú)影響，故POE膠膜透光率不隨熔融指數(shù)變化，由材料的本體結(jié)構(gòu)決定。
POE膠膜的黏結(jié)性能如圖2所示。
圖2?不同POE膠膜的剝離強(qiáng)度
A的剝離強(qiáng)度為209N·cm-1，B的剝離強(qiáng)度為145N·cm-1，C的剝離強(qiáng)度為211N·cm-1，可見POE膠膜的剝離強(qiáng)度不隨MI線性變化。由于POE本身的結(jié)晶度高、相對(duì)分子質(zhì)量很大，分子鏈不易運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散，其表面分子排列非常精密，孔隙率低。
在一定范圍內(nèi)隨著MI增大，表面能增大，剝離強(qiáng)度增加。但MI減小到一定范圍，材料表面能雖然降低了，材料的本體強(qiáng)度卻隨之增大，所以POE膠膜的剝離強(qiáng)度也會(huì)增大。
不同POE膠膜的體積電阻率如圖3所示。由圖3可知，體積電阻率的變化趨勢(shì)和交聯(lián)度趨勢(shì)相同，隨著熔融指數(shù)的降低，POE膠膜的體積電阻率隨之降低。
圖3 不同POE膠膜的體積電阻率
A的體積電阻率相對(duì)最大5.8×1015Ω·cm，C的體積電阻率相對(duì)最小1.13×1015Ω·cm。從以上結(jié)果可以看出，熔融指數(shù)越高，交聯(lián)度越高，分子間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)越致密，膠膜的絕緣性能越好，體積電阻率越高。
光伏組件在戶外使用過(guò)程中，會(huì)經(jīng)歷風(fēng)吹日曬雨淋，故對(duì)耐候性能有較高的要求。POE膠膜具有優(yōu)異的水汽阻隔能力和粒子阻隔能力，水汽透過(guò)率僅為EVA膠膜的1/8左右，由于分子鏈結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，老化過(guò)程不會(huì)分解產(chǎn)生酸性物質(zhì)，導(dǎo)致其具有優(yōu)異的抗老化性能，是高效高可靠光伏封裝膠膜的首先材料。
不同POE膠膜濕熱和紫外老黃變指數(shù)如表3所示。由表3可知，不同熔融指數(shù)的POE膠膜濕熱老化黃變指數(shù)在0.5~1.0之間，紫外黃變指數(shù)在0.1~0.3之間波動(dòng)，老化性能差異不大。
這是由于影響POE膠膜耐老化性能內(nèi)因主要是POE膠膜的物理結(jié)構(gòu)，由凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)以及配方條件決定，而熱、氧、陽(yáng)光以及濕汽是引起高分子材料老化的外在因素。由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中POE膠膜僅熔融指數(shù)不同，其他條件均相同，故耐老化性能相差不大。
PID全稱電勢(shì)誘導(dǎo)衰減，PID效應(yīng)使得大量電荷聚集在電池表面，使電池表面鈍化失效，從而導(dǎo)致電池組件的功率驟降。
組件的封膠膠膜EVA材料無(wú)法做到100%絕緣，使用過(guò)程中，水汽透過(guò)硅膠板、背板等滲透到組件內(nèi)部，EVA材料遇水后發(fā)生分解，從而產(chǎn)生只有移動(dòng)的醋酸和玻璃表面析出的堿反應(yīng)后，會(huì)形成鈉離子，在外加電場(chǎng)作用下，向電池片表面移動(dòng)，聚集到電池表面的減反射層從而導(dǎo)致PID現(xiàn)象的發(fā)生。
PID現(xiàn)象導(dǎo)致光伏電站發(fā)電效率降低，使用壽命縮短，嚴(yán)重影響了光伏電站的運(yùn)營(yíng)效率，故目前各組件廠對(duì)抗PID性能愈發(fā)重視，其已成為衡量組件質(zhì)量和電站壽命的重要性能指標(biāo)。
將樣品A、B和C分別在相同條件下用來(lái)封裝光伏組件，然后測(cè)試其抗PID性能，結(jié)果如圖4所示。
圖4?不同POE膠膜的抗PID衰減
由圖4可知，這3款POE膠膜均具有優(yōu)異的抗PID性能，96h抗PID性能均小于0.5%。同時(shí)發(fā)現(xiàn)熔指越高POE膠膜的抗PID性能相對(duì)越好，樣品A抗PID衰減僅0.27%，這是由于A的交聯(lián)度和體積電阻率最高，其致密性和絕緣性能相對(duì)最好，可減少電荷聚集到電池表面的減反射層，從而降低電勢(shì)誘導(dǎo)衰減。
采用精細(xì)共混、陳化以及熔融共擠流延法制得不同熔融指數(shù)下的POE膠膜，指出熔融指數(shù)對(duì)交聯(lián)度、體積電阻率、剝離強(qiáng)度和抗PID性能均有影響，對(duì)透光率和耐候性能影響較小。
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