硅烷偶聯劑對光伏密封膠耐候黏接性的影響

趙龍寶

（江蘇東鋆光伏科技有限公司，江蘇無錫 214420）

從使用安全、制造成本和對生態環境影響等方面考慮，光伏發電技術可以為人類提供清潔高效能源。光伏電池制備工藝中，封裝膠膜會對光伏電池材料性能產生很大的影響，可以固定、封裝和保護光伏發電板，避免受到自然環境中氧氣、水分等的破壞，對保證光電轉換效率、延長使用年限等方面發揮著重要作用。當前，光伏電池板封裝膠膜主要采用EVA、聚氨脂等材料，雖然上述材料具有更好的膠膜力學性能和抗老化性能，由于聚氨酯、離聚物制備價格高，采用該材料的光伏板只有國外少數國家，因此，還延用EVA封裝膜作為主要封裝材料。硅烷偶聯劑為特殊結構化學物質，分子中含有親有機、無機功能基團，可以將兩種不同性質結構、親和力差異大的界面進行很好連接。

1 EVA膠膜與黏接促進劑

我國光伏行業進入到高速發展時期，對EVA封裝膠膜有著很大的需求，而EVA材料基礎樹脂為醋酸乙烯，引發劑為過氧化物，添加適宜的抗氧劑可以提高膠膜抗濕熱氧化能力，應用紫外線穩定劑可以降低紫外線對EVA大分子鏈損壞，采用黏接促進劑可以提升膠膜對玻璃的黏接強度。光伏材料封裝后的使用壽命會相應縮短，受到環境中熱量、氧氣、水汽和紫外線上等因素影響，封裝膠膜的透明度會不斷減弱，會變黃、開裂和脫膠，光電轉換效率會降低。EVA膠膜對玻璃、背板黏接強度性能會對光伏材料穩定性、可靠性產生直接影響，尤其是濕熱老化環境下導致封裝失效，會導致多晶硅和金屬線路出現氧化、腐蝕，光伏材料發電性能會相應下降。

當前，為了加強光伏材料封裝對EVA膠膜、玻璃板黏接性能，可以在EVA膠膜中添加硅烷偶聯劑，將膠膜與玻璃間生成共價連接鍵。隨著光伏材料封裝技術的不斷進步，層壓速度會變得更快，溫度也會相應變低，會導致黏接性下降，無法滿足封裝性能要求，會呈現出初始剝離強度偏小的問題。除此之外，在光伏封裝材料濕熱老化時，環境中的水蒸氣會在EVA、玻璃板相互間界面上不斷擴散，界面部位硅烷偶聯劑和玻璃間共價鍵受到水解或溶脹，會導致黏接部位剝離強度變小。為了提高初始剝離強度和濕熱老化環境下黏接可靠性，需要對硅烷偶聯劑類型、層壓溫度對光伏封裝組件剝離強度的影響情況過行分析。

2 實驗部分

2.1 主要原材料

甲基硅油，nm碳酸鈣，乙烯基三甲氧基硅烷，氫氧化鋁，硅烷偶聯劑，鈦絡合物，二甲氧基封端聚二甲基硅氧烷等

2.2 實驗設備

攪拌設備，高溫高濕實驗箱，高低溫度實驗箱，紫外耐候箱，拉力機等。

2.3 實驗方法

實驗時需要防止環境中水汽進入到攪拌設備中，確保實驗環境的干燥。把二甲氧基封端聚二甲基硅氧烷置于攪拌設備中，在120℃高溫真空環境下持續攪拌脫水3h，再將其冷卻到50℃，添加催化劑、交聯劑和偶聯劑，對其進行充分均勻地攪拌，在-0.09～-0.1MPa負壓真空環境下持續攪拌30～40min，將攪拌混合的材料倒出即可得到實驗用膠。

2.4 性能測試

根據給表干時間相關規定進行測試，進行Ⅱ型啞鈴實驗，將拉伸速度控制在（500±50）mm/min，密封膠黏接性能測試根據相應標準開展。

3 硅烷偶聯劑對耐候黏接性影響分析

3.1 對光伏密封膠性能影響

從表1可以發現，一些硅烷偶聯劑參加了交聯反應，導致脫醇型光伏密封膠的表干時間相應減少，進一步提升了固化速度和拉伸強度，但伸長率卻減少，偶聯劑類型沒有對密封膠性能產生太大的影響。

表1 光伏密封膠性能影響統計表

3.2 對常溫黏接性能的影響

當前，光伏材料黏接基材表面為鋼化玻璃、PET、PP、銅、PC接線盒等，表2統計數據為不適合進行黏接底涂條件下，將不同類型硅烷偶聯劑添加到密封劑后，在常溫環境下的各種基材黏接性能影響情況。采用手接剝離實驗來測試AF界面破壞和內聚破壞情況，從統計數據可知，沒加入偶聯劑對照組多種基材都出現不同程度的界面損壞。添加KH560后可以優化陽極氧化鋁、銅在常溫條件下的黏接性，而只添加一種KH550、偶聯劑共聚物等，可以改進不同基材表面黏接性。

表2 常溫黏接性影響統計表

3.3 對密封膠耐候性能影響

為達到光伏封裝材料密封膠對戶外環境影響因素的要求，需要對不同偶聯劑密封耐候黏接性能進行分析與研究。實驗按照夾層玻璃封邊保護劑相關標準規定，對紫外輻射、濕熱度、熱循環性能進行實驗。從實驗統計數據中發現，不同偶聯劑會對光伏密封膠耐候黏接性能有著很大的影響，一般的陽極氧化鋁、銅和玻璃對環境條件、偶聯劑選擇性不強，而難于黏接的PP、PC和PET卻有著更高的要求。添加偶聯劑密封膠對紫外線、濕熱、熱循環對應的黏接性具有促進作用。這是由于偶聯共聚物中有著很長的KH550、KH560分子鏈，疏水鏈區段比較長，可以很好地調節密封膠材料的疏水性，這樣就可以具備很好的耐水性能。在進行聚合時一些KH550內氨基會加入到反應中來，會導致偶聯劑的強堿性變小，這樣就有著很好的耐溫性能。不同偶聯劑對紫外線、濕熱和熱循環黏接性能統考計數據見表3～表5。

表3 不同偶聯劑紫外線輻射對黏接性影響統計表

表4 不同偶聯劑對濕熱黏接性影響統計表

表5 不同偶聯劑熱循環黏接性影響統計表

4 結語

在密封膠中添加偶聯劑可以提升表干時間、固化速度，拉伸強度也可以得到相應的增加，伸長率會有一定程度降低。可以提升光伏密封材料常溫條件下的黏接性，還可以提升密封膠的耐紫外線輻射性能、耐高溫高濕性、耐濕熱性，具有良好的耐候黏接性。