太陽能電池用EVA膠膜的市場及研究進展

柳　陽，黃楚云，呂　輝，徐國旺，張金業（1.湖北工業大學理學院，湖北省武漢市 430068；2.太陽能高效利用湖北省協同創新中心，湖北省武漢市 430068）

太陽能電池用EVA膠膜的市場及研究進展

柳陽1，2，黃楚云1，2，呂輝1，2，徐國旺1，2，張金業1，2
（1.湖北工業大學理學院，湖北省武漢市 430068；2.太陽能高效利用湖北省協同創新中心，湖北省武漢市 430068）

分析了國內外太陽能電池用乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）膠膜的市場及研究進展，對EVA膠膜的國內外生產情況、價格以及國內研究機構對新產品的研發現狀進行了綜述。國產EVA膠膜存在的問題主要是抗老化性能差，使用一段時間后，會出現黃變，從而降低了太陽能的轉換效率。國內對EVA的研究主要集中在提高EVA膠膜的熱氧穩定性、耐老化性能等方面。針對國內EVA膠膜的技術劣勢，指出EVA生產廠家需緊跟市場需求，開發高質量等級EVA膠膜專用樹脂，降低進口依存度。

乙烯-乙酸乙烯共聚物 膠膜 太陽能電池 熱氧穩定性

太陽能電池封裝用乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）膠膜是以EVA為主要原料，添加各種助劑后，經加熱擠出成型制得［1-2］。目前，這種膠膜主要用于太陽能電池板的封裝。EVA膠膜的主要作用包括：1）黏結密封作用；2）吸收紫外線作用；3）對玻璃的增投作用［3-4］。采用透明、耐光老化、黏結性好且具有彈性的EVA膠層將硅晶片組包封，并與上層保護材料玻璃、下層保護材料聚氟乙烯復合膜黏合為一體，構成太陽能電池板，即EVA薄膜光伏組件，其具備降低太陽能發電成本的潛力，被認為是未來太陽能組件產業中增長最快的部分。薄膜太陽能電池的硅消耗量低，僅為硅太陽能電池的1/200。

1　國內外市場狀況

2010—2015年，全球光伏組件產量年增長率為49.7%，預計今后仍將保持高速增長。預計到2020年，光伏組件年產量將達到42.0 GW，需要高性能EVA膠膜60 000萬m2，即需要EVA樹脂285.6 kt。目前，高性能EVA膠膜還嚴重依賴進口，國內每年需進口超過10億元的高性能EVA膠膜，且受制于價格高、交付日期長，供應量不能確保，嚴重制約著我國光伏產業的發展［5-8］。

浙江化工研究院于20世紀80年代后期著手研究EVA膠膜的生產技術，并在國內建了一套50 km2/a的試驗裝置，產品滿足用戶要求。為擴大再生產，1998年，國內第一條自控程度較高、年產300 km2、薄膜幅寬達1 000 mm以上的EVA膠膜標準生產線在浙江建成投產，生產快速固化膠膜，市場占有率迅速擴大。

國際市場上，有代表性的EVA膠膜所用EVA的乙酸乙烯（VA）質量分數為30%～33%。目前，進口的EVA膠膜專用樹脂主要有：美國勝邦公司的Elvax150（VA質量分數32%，），日本三井化學公司的150［VA質量分數33%，熔體流動速率（MFR）為30 g/10 min］，新加坡TPC公司的MA-10（VA質量分數33%，MFR為40 g/10 min，密度為0.952 g/cm3，拉伸強度為5.9 MPa，斷裂伸長率為880%，硬度為18）［8］。

2　EVA膠膜的生產及價格變化情況

2015年，全球太陽能光伏的供應市場依然是由少數公司主導的競爭格局，與2014年以前相比，國內EVA生產商迅速擴張，逐步代替日本、美國等國家的企業，EVA膠膜產量占世界總產量的80%以上。從表1看出：2014年，日本三井化學公司、美國勝邦公司的產能分別為1 000 萬m2、15 000萬m2，杭州福斯特光伏材料股份有限公司占據主要市場份額，2015年約占47.8%。但國內生產的EVA膠膜主要為中低端產品，高端產品目前仍依賴進口。

表1　2014—2015年EVA膠膜的產能Tab.1 Production capacity of EVA film in 2014—2015 萬m2

從圖1可以看出，受國際原油價格下跌的影響，EVA膠膜的價格也有大幅下降，從2010年的14元/m2逐步降低到10元/m2以下，2014—2015年，EVA膠膜的價格維持在9.4，9.2元/m2。

圖1　2010—2015年國內EVA膠膜價格變化曲線Fig.1 EVA film price changes in 2010—2015

3　國內研究開發現狀

太陽能光伏組件要在室外使用30年之久，光伏組件的使用壽命是太陽能發電投資商最為關心的，也是廣大光伏組件廠商所關注的。我國西藏自治區某氣象局較早使用了太陽能發電，但發電效率極低，僅幾年時間，基本失去了發電功能，究其原因是組件內膠膜黃變嚴重，極大影響了電池的光電轉換效率。作為太陽能光伏組件中關鍵原材料之一，EVA膠膜的性能在此起著決定性作用。因此，如何解決EVA膠膜老化黃變問題，延長組件使用壽命，最終成功研制出耐老化性能優良的EVA膠膜，解決國內高性能EVA膠膜長期依賴進口的局面是需要攻關的課題。

張臻等［9］對不同組成的EVA膠膜進行了長達1 000 h紫外光老化試驗，分析了老化過程中膠膜力學性能、透過率和黃色指數的變化，老化前后太陽能電池組件外觀及EVA膠膜特性的變化。研究表明，選擇合理復配的含抗氧劑、紫外光穩定劑和紫外光吸收劑的抗老化體系，所制EVA膠膜具有優異的耐紫外光老化的性能，能滿足太陽能電池封裝膠膜的需要。李連春［10］選用w（VA）為33%的EVA樹脂為基本原料，通過熔融共混擠出的方法加入抗氧劑、紫外光吸收劑、紫外光穩定劑、交聯劑和增黏劑，再經熱壓得到EVA膠膜。探究了不同組成的EVA膠膜在老化過程中的力學性能、透光率以及黃色指數的變化。結果表明，選用適宜的交聯劑，能夠使EVA膠膜在低溫、短時間內進行封裝固化，所制改性EVA膠膜的熱氧穩定性明顯提高。陸佳琦［11］制備了有轉光功能的EVA膠膜，可以把不能吸收的紫外光轉成紅色光后吸收，提高了的光能轉化率。制備方法為：首先以丙烯酸、二苯甲酰甲烷、水楊酸、鄰菲羅啉為配體合成了3種含銪的稀土熒光劑，并篩選出最優的熒光劑；然后，選擇合適的交聯體，改進了薄膜的老化性能，合成一種耐老化性能優異的EVA膠膜；最后，將制得的EVA膠膜與稀土熒光劑復合制備EVA膠膜，可使太陽能吸收效率提高10%以上。李海波等［12］分別以丙烯酸，甲基丙烯酸甲酯，γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷KH-570作為接枝單體，對EVA進行接枝改性，探討了接枝單體對EVA膠膜交聯性能、黏結性能、透光性和耐濕熱老化性能的影響。結果表明：用KH-570接枝的EVA膠膜的綜合性能較好，其凝膠率超過90%（即交聯度較高）、剝離強度相對最大，1 mm厚EVA膠膜對400～1 000 nm的紫外光的透光率超過85%，且耐濕熱老化性能良好。李哲龍等［13］在制備EVA膠膜的原料中增加了聚丙烯酰胺，將其作為吸酸阻水劑，有效消除或中和了EVA中含有的少量游離乙酸和老化過程中產生的酸性小分子物質，使EVA膠膜具備優良的水汽阻隔性能，且由于采用的聚丙烯酰胺為納米級顆粒或粉末狀，對膠膜的透光率基本沒影響。曾作祥等［14］將EVA與交聯固化劑和偶聯劑預混合，再添加抗氧劑復配體系和光穩劑復配體系，在高速攪拌條件下混合均勻；混合物加入到雙螺桿擠出機中，于80～95 ℃成膜，所制EVA膠膜用作太陽能電池封裝熱熔膠，不僅具有很強的紫外光透過能力，而且能保持優良的耐老化性能，可明顯提高光伏組件的光電轉化效率。朱清梅［15］將100.00 phr的EVA（VA質量分數為28%）與0.20 phr三烯丙基異三聚氰酸酯，1.00 phr過氧化二苯甲酰，0.18 phr的γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合均勻，然后添加0.28 phr的3-（3,5-二叔丁基-4羥基苯基）丙酸正十八烷醇酯，0.13 phr三（2,4-二叔丁基）亞磷酸苯酯，0.10 phr的2-羥基正辛氧基二苯甲酮，0.30 phr雙（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶）葵二酸酯，0.20 phr四甲基一哌啶癸二酸酯，混合均勻后利用雙螺桿擠出機，采用低溫擠出流延法制備EVA膠膜。所制EVA膠膜的耐老化性能與日本普利司通公司產品相當，黃變指數可控制在1.0以下，透光率達85%且剝離強度保持率可達85%以上，對高性能EVA膠膜國產化產生積極影響。

近年來，國內幾個知名的EVA膠膜生產廠和科研院所合作進行了大量研究工作。杭州福斯特光伏材料股份有限公司一直致力于EVA膠膜的開發和研究，推出的FRSTTM F806 EVA在各項性能上均可與國際頂尖EVA供應商（如美國勝邦公司、日本三井化學公司、日本Bridgestone公司、德國Etimex公司等）相抗衡，尤其是耐老化性能卓越。楓華塑膠科技有限公司是國內首家生產EVA膠膜的專業廠家，現擁有國內最寬的EVA膠膜生產線，年生產能力1 000萬m2以上。南京大學常州高新技術研究院開發了耐老化EVA膠膜。深圳斯威克科技有限公司與中山大學太陽能研究所以及華南理工大學長期合作，生產的EVA膠膜具有優異的黏結性、附著性，低收縮性和抗紫外光老化性。

4　發展趨勢

太陽能電池板的需求上升推動EVA需求增長，業內人士預測該行業全球年需求量將以30%～40%速率增長。2015年，我國光伏裝機規模17.8 GW，占全球的1/3。亞洲生產商近期目標是擴大w（VA）為30%～33%的EVA產量，以滿足太陽能電池板市場的急速增長需求［15-17］。

太陽能電池板廣泛應用于住宅、商業、工業、農業和交通運輸部門。國際市場上，w（VA）為30%～33%的EVA比w（VA）為28%的EVA貴100美元/t，后者主要用作電纜涂料和熱熔膠黏劑，價格低廉，無法給企業帶來高附加值。因此，研制開發高附加值的太陽能電池膠膜用EVA樹脂具有廣闊的市場前景。受國際原油價格走低的影響，EVA膠膜的價格明顯下降，維持在9.2～9.4元/m2。EVA膠膜的整體發展趨勢是高阻隔性、高耐候性、高性價比。

5　結束語

受霧霾天氣影響，國內加大了清潔能源的開發力度，各地光伏產業發展迅猛，給EVA膠膜擴大市場提供了商機，在光伏組件成本下降，使用壽命提升，應用環境多樣化市場需求的倒逼下，高品質、低成本的EVA市場需求開發迫切。國內生產商應進一步提高EVA膠膜的熱氧穩定性、耐老化性能，同時緊跟市場需求，開發抗氧化性能高的太陽能電池膠膜用EVA樹脂，降低進口依存度。

［1］ 湯明，李蕾.EVA樹脂開發和應用進展［J］.塑料工業，2011，39（10）：24-26.［2］ 李玉芳，伍小明.我國乙烯-醋酸乙烯共聚樹脂的市場分析［J］.化學工業，2015，33（1）：30-34.

［3］ 李玉芳.EVA樹脂的生成技術及國內市場分析［J］.乙醛醋酸化工，2014（5）：8-13.

［4］ 王榮君.太陽能電池封裝用EVA膠膜的制備與性能表征［D］.上海：華東理工大學，2012.

［5］ 付蒙，陳福林，芩蘭.EVA改性與應用研究進展［J］.化工新材料，2014，42（11）：220-223.

［6］ 李哲龍.高效抗紫外太陽電池封裝用EVA膠膜的研制［J］.陽光能源，2011（5）：62-63.

［7］ 劉燕武.太陽能電池封裝用抗PID型EVA膠膜的制備與性能表征［D］.上海：華東理工大學，2015.

［8］ 楊景藍，田苗，冀小強，等.基于專利信息的太陽能電池用EVA膠膜產業分析［J］ .塑料包裝，2016，26（1）：53-57.

［9］ 張臻，沈輝，李光吉，等.太陽組件用EVA膠膜在紫外光老化中的性能變化［J］.太陽能學報， 2007，28（11）：1221-1226.

［10］ 李連春.太陽電池用耐老化EVA封裝膠膜的制備、結構與性能［D］.廣州：華南理工大學，2002.

［11］ 陸佳琦. 太陽能電池EVA轉光封裝膠膜研究［D］.上海：上海交通大學，2012.

［12］ 李海波，戚嶸嶸，馮杰，等. 太陽能電池用EVA封裝膠膜的性能研究［J］.中國膠黏劑，2016（4）：22-25.

［13］ 李哲龍，朱萬育，宣中旺，等.一種太陽能電池封裝用EVA膠膜及其制備工藝：中國，104861886A［P］.2015-08-26.

［14］ 曾作祥，余四龍，李哲龍，等.一種高透紫外光太陽能電池封裝用EVA膠膜及其制備方法：中國，102925067A［P］.2013-02-13.

［15］ 朱清梅.抗老化太陽能電池封裝用EVA膠膜的研制［C］//第七屆全國有機電化學與工業學術會議暨中國化工學會精細化工專業委員會全國學術會議會議，海口：2014：122-123.

［16］ 陳國康，陳銘，陸秋歡.我國EVA市場現狀及其發展戰略［J］.石油化工技術與經濟，2009，25（1）：1-4.

［17］ 錢惠.醋酸乙烯衍生物生產與市場分析［J］.精細化工原料及中間體，2011（5）：7-11.

Analysis on market and technology of EVA sun energy film

Liu Yang1，2，Huang Chuyun1，2，Lv Hui1，2，Xu Guowang1，2，Zhang Jinye1，2
（1.Hubei University of Science and Techndogy， Wuhan 430068， China；2.Hubei Coordinative Innovation Ceter for High-efficiency Utilization of Solar Energy， Wuhan 430068，China）

The paper analyzed market and technology of ethylene vinyl acetate（EVA）sun energy battery film.The paper also summarized production，prices changes and new products researched by research institution at home and aboard. The main problem of EVA sun energy battery film is lower anti-aging performance. The film became yellow after it was used for period of time，which decreased the generating electricity efficiency. Technologies at home focused on modification of heat oxygen stability，aging resistance. Aiming at the deficiency of EVA film at home，producer should follow the requirement of market tightly，develop high grade level and special purpose material of sun energy battery film，lower dependence degree on import.

ethylene vinyl acetate copolymer； film；sun energy battery； heat oxygen stability

TQ 344

A

1002-1396（2016）05-0092-04

2016-03-29；

2016-06-28。

柳陽，男，1985年生，講師，愽士，2012年畢業于武漢大學物理科學與技術學院，美國加州大學洛杉磯分校愽士后，主要從事凝聚態物理及太陽能研究工作。聯系電話：18971675299。

湖北工業大學開放基金研究項目（HBSKFMS 2014017），湖北工業大學愽士啟動基金研究項目（BSQD12170）。