EVA膠膜改性對抗PID性能的影響

周雪梅 陳劍

摘????? 要： 光伏組件的抗PID性能影響組件的發電效率和使用壽命，被光伏行業廣泛關注。EVA膠膜是光伏組件的主要封裝材料之一，其具有優異的性價比，但隨著光伏行業技術革新，對封裝材料抗PID要求越來越高。通過實驗將2種不同配方改性的EVA膠膜與普通EVA膠膜進行了性能比對，研究發現添加了高阻助劑的改性EVA膠膜B和添加了離子捕捉劑的改性EVA膠膜C具有良好的抗PID性能，其中膠膜C抗PID的穩定性更好。

關? 鍵? 詞：光伏組件；EVA膠膜；改性；高阻助劑；離子捕捉劑；抗PID性能

中圖分類號：TQ050.425?????? 文獻標識碼： A???? 文章編號： 1004-0935（2024）06-0919-04

太陽能發電是一種可持續發展的清潔低碳、環保高效的綠色能源，也是近年來全球電力行業主要投資方向。2022年太陽能發電裝機容量約390 GW，同比增長28.1%，新增裝機量在全球排首位，我國對光伏產業越發重視，光伏累計裝機量將繼續上升。從廣袤戈壁高原上的大型集中式光伏電站，到如今海上光伏、漁光互補、農光互補、屋頂光伏等分布式光伏發電站越來越多，光伏發電已聯合各行業走入我們日常生活，是未來實現碳中和的重要能源之一。光伏組件的封裝材料位于電池片和玻璃、電池片和背板之間，是用來封裝和保護光伏電池的重要材料。其對提升和保障光伏組件的質量起到至關重要的作用，特別是對光伏組件的發電效率、功率穩定性、可靠性等方面有重要影響。隨著光伏技術的快速升級，目前封裝材料已有EVA膠膜、POE膠膜、復合PE膠膜和EPE膠膜。其中EVA膠膜封裝成本最低，其是目前應用最廣泛的封裝材料，約占封裝材料市場的80%[1]。但其抗PID效果不及POE膠膜。光伏組件的PID效應會導致組件的發電效率降低，嚴重時還會導致一些災難性故障，因此增強EVA膠膜封裝組件的抗PID性能一直是行業研究的熱點。

電勢誘導衰減（PID）最早于2005年由美國Sunpower公司發現并提出[2]。PID是指光伏組件在電勢差的作用下使邊框、玻璃與太陽電池之間存在漏電流，導致光伏組件實際輸出功率低于其標稱功率[3-4]。PID效應已被證明在雙面光伏組件和系統中會引發嚴重的功率衰減和快速斷電問題[5]。光伏行業已從組件、模組和系統3個層面來提高組件的抗PID性能。提升封裝膠膜內帶電粒子阻隔能力成為優化光伏組件抗PID性能的選擇[6]，如提高膠膜的體積電阻率有利于降低PID效應。本文主要是通過分析普通EVA膠膜A、添加了高阻助劑的改性EVA膠膜B和添加離子捕捉劑的改性EVA膠膜C，對其進行常規性能和抗PID性能測試，對用EVA膠膜封裝的光伏組件優化抗PID性能提供技術支持。

1?? 實驗部分

1.1? 實驗材料

臺塑光伏EVA粒子，型號7760S； 交聯劑過氧化-2-乙基己酯碳酸叔丁酯（TBEC），工業級，阿科瑪有限公司；助交聯劑三烯丙基異氰尿酸酯 （TAIC），工業級，湖南民和化工有限公司；乙烯基三甲氧基硅烷偶（570），工業級，信越有限公司；抗氧劑1010、紫外光穩定劑770、紫外光吸收劑81，工業級，巴斯夫有限公司；TPT背板，蘇州中來光伏新材股份有限公司；鋼化玻璃，厚度3.2 mm，信義光能控股有限公司；高阻助劑，帝斯曼有限公司；離子捕捉劑，納米材料科技有限公司；單晶硅電池片，杭州正泰新能源有限公司。

1.2? 實驗儀器

小型擠出機和流延機，舟山精科擠出機廠；立式混色機，金恒力有限公司；TDCT-BY-5 層壓機，秦皇島市奧瑞特科技有限公司；XD-121 電腦拉力機，信任達（上海）有限公司；UV3600紫外分光光度計，島津國際貿易（上海）有限公司；體積電阻率測試儀，型號DSM8104，日置有限公司；UVTEST紫外濕熱老化箱，ATLS； 恒溫恒濕試驗箱，上海愛斯佩克環境設備有限公司；抗PID電源，上海質衛環保科技有限公司；AVY-220電子天平，島津國際貿易（上海）有限公司；單次閃光太陽能模擬器，上海赫爽太陽能科技有限公司；太陽能電池組件電致發光檢測儀，型號EL-M，ASICCN。

1.3? 樣品制備

在普通EVA膠膜A的配方基礎上添加高阻助劑制成EVA膠膜B；在普通EVA膠膜A的配方基礎上添加離子捕捉劑制成EVA膠膜C。

1.4? 測試方法

在140℃、20 min條件下層壓制樣，按照《光伏組件封裝用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）膠膜》 （GB/T29848—2018）[7]標準方法測試EVA膠膜的交聯度、透光率、剝離強度、體積電阻率、紫外和濕熱黃變指數。

電勢誘導衰減抗PID性能按照IEC TS 62804- 1-1-2020[8]中的方法進行測試：在140 ℃、20 min層壓條件下，將A、B、C膠膜分別用于封裝相同型號的單晶硅電池片，制成同樣型號的組件，在實驗條件為溫度85 ℃，相對濕度85%，-1 000 V的電壓下進行96 h的抗PID測試，再繼續進行300 h的抗PID性能測試。

2? 結果與討論

2.1? 不同EVA膠膜的交聯度

EVA膠膜的交聯度是EVA膠膜加熱時線狀分子交聯成網狀分子的質量比例。交聯度的高低對膠膜的黏結強度和抗老化性能均有影響，國標規定EVA膠膜交聯度不低于75%，行業內要求交聯度一般不要高于90%。不同EVA膠膜的交聯度見圖1。

由圖1可以看出，3種型號的EVA膠膜交聯度均大于80%。其中A和C的交聯度差異不大，B膠膜的交聯度最大。這是由于B膠膜添加了高阻助劑，高阻助劑屬于活性添加劑，有利于增加EVA膠膜的交聯密度，從而提高EVA膠膜交聯度。C添加了離子捕捉劑，屬于無機化合物，其對交聯度影響不大，故A和C的交聯度接近。

2.2? 不同EVA膠膜的透光率

EVA膠膜的透光率影響到組件的發電效率，故在對EVA膠膜進行改性時，要特別關注對膠膜透光率的影響。不同EVA膠膜的透光率見圖2。

由圖2可知，3種EVA膠膜的透光率均大于91%。其中A和B透光率接近92%，C膠膜的透光率最低。透光率主要由樹脂的基本性能決定，添加的助劑純度和種類對透光率有一定影響。高阻助劑是一種無色的有機活性液體助劑，對EVA膠膜的透光率沒有影響，但離子捕捉劑是無機金屬陽離子混合物，其含的無機物會降低膠膜的透光率。由于選用的是粒徑很小的離子捕捉劑，且采用造粒的方式添加，分散更均勻，其次添加量合適，對透光率影響較小，膠膜的透光率仍大于91%，不影響組件的發電效率。

2.3? 不同EVA膠膜的體積電阻率

EVA膠膜的體積電阻率是EVA膠膜的重要電學性能，體積電阻率越大，絕緣性能越好。據研究EVA膠膜原材料EVA粒子的VA含量越低，添加助劑的純度越高，EVA膠膜體積電阻率越高。不同EVA膠膜的體積電阻率如圖3所示。

由圖3可知，3種EVA膠膜中膠膜B的體積電阻率最高，A的體積電阻率最小。原因是B添加的高阻助劑，其結構可以抑制EVA水解，從而保證EVA膠膜層壓后交聯度更高，網狀結構更致密，絕緣性能增強，所以其體積電阻率提升最明顯。由?? 圖3可知，B的體積電阻率是A的4倍多。C添加的離子捕捉劑，其主要成分是無機金屬陽離子，其通過離子交換、吸附，大量減少了Na+的遷移，提高了EVA膠膜的絕緣性能，但考慮到其透光率，添加量不宜過多，故C的體積電阻率是A的2倍多。這說明改性對EVA膠膜的體積電阻率影響較大。

圖3 不同EVA膠膜的體積電阻率

2.4? 不同EVA膠膜老化性能差異

黃色指數是用來表征材料偏離白色程度大小的參數，是衡量材料老化程度的重要參數。不同EVA膠膜的耐老化性能如圖4所示。

由圖4可以看出，3種EVA膠膜的黃變指數均小于3，但改性后的膠膜B和C老化性能明顯優異于膠膜A，且膠膜C的老化性能最好。這是因為膠膜B的交聯度高，致密性和絕緣性能較好，故耐紫外和濕熱老化性能較膠膜A好。膠膜C中加入了離子捕捉劑，離子捕捉劑能在不損害光學和電氣絕緣性能下提高EVA膠膜封裝的導熱性和對基材的附著力，防止氣體和水汽進入，提供防腐蝕保護[9]，而膠膜B由于高阻助劑的加入，與EVA反應形成的穩定自由基較多，交聯效率大大提高，但是形成長鏈少，所以在長期老化過程中膠膜C的黃變指數小于膠膜B，具有更優異的耐紫外和濕熱耐老化? 性能。

2.5? 不同EVA膠膜抗PID性能

EVA國標里沒有抗電勢誘導衰減PID性能。其屬于組件的一個重要性能，在組件IEC標準里有詳細測試要求。可見抗PID性能反饋了組件質量好壞，也是組件使用壽命的重要衡量指標。

96 h抗PID測試結果如圖5所示。由圖5可知，膠膜A的PID衰減接近10%，EL圖像很多黑片；改性后膠膜B和C抗PID性能均小于2%，且膠膜B的抗PID性能略好于C。EL圖像未見黑片，符合組件的IEC標準。

當抗PID實驗持續到300 h，膠膜B和C的抗PID性能均未超過3%，EL圖像均無黑片，且膠膜C的PID衰減變化最小。這是由于膠膜B中加入了高阻助劑，其有較高的EVA交聯水平，網狀致密性更強可抑制PID效應[10]；且較高的體積電阻率可減少玻璃到電池Na+的遷移，功率衰減減少[11]。而膠膜C中加入了離子捕捉劑，其通過離子交換等方式捕捉膠膜中的堿金屬離子以及堿土金屬離子等，而活化的離子交換樹脂可與外界環境中的金屬離子發生離子交換，起到吸附、固定金屬離子的作用，有效吸附膠膜中游離金屬離子，減少玻璃層金屬離子的遷移，提高封裝膠膜抗PID性能[12]。故膠膜B和C均有良好的抗PID性能。由于膠膜C有更優異的耐老化性能，故膠膜C抗PID的穩定性更好。

3? 結 論

1）采用高阻助劑和離子捕捉劑改性后的EVA膠膜B和C均有良好的抗PID性能。

2）添加了高阻助劑的膠膜B，有較高的交聯度和體積電阻率。

3）添加了離子捕捉劑的膠膜C，其長期耐老化性能和抗PID性能更優，可見耐老化性能和抗PID性能有相關性。

4）EVA膠膜的改性可以通過提高交聯密度、體積電阻率、抗老化性能以及降低膠膜內部離子的遷移方面增強其抗PID性能。

參考文獻：

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Effect of EVA Film Modification on Anti-PID Performance

ZHOU Xuemei， CHEN Jian

（Zhejiang Lichang Technology Co.， Ltd.， Wenzhou Zhejiang 325016， China）

Abstract：? The anti-PID performance of PV module affects the generation efficiency and service life of the module， which is widely concerned by the PV industry. Eva film is one of the main packaging materials of PV module， it has excellent cost-performance ratio， but with the technical innovation of PV industry， the demand of anti-PID packaging materials is higher and higher. The performance of EVA film modified by two different formulations was compared with that of ordinary EVA film， it was found that modified EVA film B with high resistive agent and modified EVA film C with ion catcher had good anti-PID performance， and the anti-PID stability of film C was better.

Key words： PV module; EVA film; modification; Ion trap agent; High resistance agent; Anti-PID performance