光伏封装材料标准及其应用研究

光伏封装材料主要包括EVA、POE、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)封装胶膜。

光伏封装胶膜置于光伏组件的玻璃与太阳能电池或背板与太阳能电池之间，用于封装并保护太阳能电池，是光伏组件的关键材料之一。

其主要作用包括：为光伏组件材料起到粘接作用及提供结构支撑；为太阳能电池起到高透光作用及提供最大光耦合；为光伏组件起到物理隔绝作用及提供电气绝缘和水汽阻隔；为光伏组件起到热传导作用及提供优异的耐候性等。

由于光伏组件的结构、使用场景及太阳能电池技术路线的迥异(见图1)，对于光伏封装材料的选择及应用亦有所不同。

图1 光伏组件典型的结构及其封装材料应用

1

光伏封装材料之封装胶膜分类

 

由于光伏封装胶膜尚没有统一明确的分类方法，通过对市场上已量产的产品的不完全统计，按其颜色、结构、花纹、材质、工艺和交联方式等划分为6大类(见图2)，并分别对其特点进行介绍。

图2 光伏封装胶膜分类

EPE胶膜：EVA和POE共挤熔融加工成型的胶膜。

透明胶膜：包括高透型和紫外截止型。高透型可透过全波段太阳光，最大化太阳能的转化效率。紫外截止型具有吸收紫外线的能力，能有效改善因紫外线造成的材料老化。

白色胶膜：包括无纺布复合结构和预交联白膜，主要通过钛白粉着色。无纺布复合结构白膜具有良好缓冲作用、防溢胶效果，零深度反射提升功率增益。

预交联白膜通过调整初始的交联度来控制溢胶翻白、起皱，良好的反射率。

单层结构胶膜：指纯EVA、POE、PVB胶膜。

多层复合结构胶膜：指EVA、POE与无纺布复合而成的白膜和EPE共挤胶膜。

磨砂型胶膜：正反两面为磨砂无规则型花纹的胶膜，防粘、防滑。

棱型胶膜：钢辊面为规则的棱型花纹的胶膜，防粘、防滑，适用高克重胶膜。

流延胶膜：采用流延方式加工成型的胶膜，目前光伏封装胶膜主要采用流延工艺加工成型。流延膜柔软性较好，流动性较大，内应力小，收缩率低。

压延胶膜：采用压延方式加工成型的胶膜。压延膜力学强度较大，硬度大，内应力大，平整性较好。

热固型胶膜：在一定的温度和时间下，通过化学交联反应形成网状结构，产生力学强度和粘结密封作用的胶膜。EVA为热固型胶膜，POE有热固型和热塑型两种。热固型胶膜主要适用于常规晶硅光伏组件的封装。

热塑型胶膜：一种非化学交联，无添加过氧化物的热熔胶膜。具有可回收利用、重复加工的特点。PVB为热塑性胶膜，主要适用于BIPV(光伏建筑一体化)光伏组件。热塑型POE主要适用于薄膜光伏组件。

2

各类组件对光伏封装胶膜的适用性需求

光伏组件分类

结合业内对光伏组件的通称，分别按材料、版形、电池、玻璃、尺寸将光伏组件分为5大类，以不交叉统计共分为21小类(见图3)。

图3 光伏组件典型分类

光伏组件对封装材料的技术要求

光伏封装胶膜作为光伏组件的核心材料之一，对组件的封装工艺及组件的性能有着极其重要的影响。

同时，光伏组件的工作环境主要为室外，长期暴露在阳光、雨水、冰雪、沙尘等自然条件下，且光伏组件的质保期通常要求25年以上。

为此，结合市场上典型组件的特点及其材料搭配、工艺适配、性能要求、可靠性保证等方面的需求深入剖析光伏封装胶膜的技术要求。

材料选型搭配，普通晶硅组件常用EVA胶膜作为主要封装材料，单玻组件正面选用高透型EVA胶膜，背板面选用紫外截止型EVA胶膜。双玻组件正背面均选用高透型POE胶膜。

薄膜组件常用PVB胶膜、紫外截止型POE和热塑型POE胶膜作为主要封装材料。渔光互补场景用组件选用POE胶膜，BIPV组件选用热塑型胶膜作为封装材料。

工艺适配性的要求，主要包括封装胶膜的克重、厚度、宽幅、收缩率、表面花纹粗糙度、流动性等技术指标。随着电池片越来越薄及焊带厚度的变化对封装胶膜克重和厚度的要求亦不同，高克重胶膜可有效改善电池片隐裂。

胶膜宽幅随着组件版形尺寸的变化而变化，受胶膜热膨胀系数和收缩率的影响，通常胶膜尺寸相比组件玻璃小5mm。

为了缓解POE胶膜助剂析出造成打滑的问题，POE胶膜的花纹设计相对更粗，粗花纹也可减缓胶膜表面界面的抗粘连性。

POE

热固型封装胶膜的流动性可通过硫化ML(最小扭矩)值来表征，高流动性的胶膜在组件层压时容易被抽出造成边缘缺胶、气泡及电池片裂片。

封装胶膜性能的要求包括光学性能、电气性能、机械性能等。

为了提高组件的光电转换效率需确保封装胶膜的透光率，同时有因为太阳光的紫外线照射会造成碳键、碳氢键裂解而产生黄变，需吸收紫外线。

太阳光中相当一部分未转换成电能的太阳能转化成了热能，加上电池电路内阻产生的热量，光伏组件电池的温度会升高，组件功率随着太阳电池工作温度的升高而降低，提高封装胶膜的导热性能将改善太阳电池的散热效果，以减小光伏电池效率的损失。

高体积电阻率和低水汽透过率对提升绝缘性减少电流泄漏和抗PID有明显的效果。热固性封装胶膜通过化学交联固化形成致密的网状结构，使组件结构牢固密封。

可靠性要求，组件25年以上的质保对性能衰减和材料老化方面都有严格的要求。PID效应造成组件功率的衰减，水汽的进入又容易导致EVA胶膜发生水解反应生成醋酸，与玻璃表面析出的碱反应生产大量的自由移动的Na离子，在外加电场的作用下向电池片表面移动并富集到减反层产生PID效应。

PID效应

水汽和高温也会造成胶膜体积电阻率的下降和加速电池片焊带的腐蚀，进一步导致PID衰减和组件老化。

光伏封装材料标准

以光伏产业链各环节生产过程和主要产品为对象分为光伏材料、光伏电池、光伏组件、光伏部件、光伏发电系统、光伏应用以及光伏设备等七个领域共35个子项(见图4)。

图4 光伏产业标准体系框架

光伏封装材料标准解析

表2 光伏封装材料与光伏组件工艺、性能及可靠性的相关性