摘要：總結(jié)了EVA（乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物）的老化機(jī)理以及老化現(xiàn)象，討論了影響EVA性能的各種因素，詳細(xì)論述了各種老化現(xiàn)象對(duì)太陽(yáng)電池組件性能的影響。
 

　　EVA（乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物）是目前太陽(yáng)電池封裝工藝中最常用材料，主要是通過(guò)在EVA基料中添加紫外吸收劑、紫外穩(wěn)定劑、抗氧化劑和交聯(lián)劑等各種不同的添加劑制作而成的。根據(jù)添加的交聯(lián)劑的不同，EVA又分為常規(guī)型和快速固化型（又稱快固型）兩種，主要差別在于固化時(shí)所需要的時(shí)間不一樣。EVA在固化過(guò)程中會(huì)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)太陽(yáng)電池起到很好的密封作用，但是在太陽(yáng)電池組件的使用過(guò)程中，這種結(jié)構(gòu)會(huì)在紫外線、高溫、濕氣和氧氣的作用下緩慢的發(fā)生變化，EVA性能不斷下降，從而導(dǎo)致太陽(yáng)電池組件的性能降低。

　　太陽(yáng)電池組件在戶外使用時(shí)，在組件內(nèi)部存在極少量的O2，由于光和熱的聯(lián)合作用EVA內(nèi)部發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)主要是Norrish Type II（又稱脫乙酰反應(yīng)，產(chǎn)生乙酸和烯烴）或者Norrish Type I（生成乙醛和CO，CO2，CH4等一些氣體），如圖1a所示。溫度越高、紫外輻照的強(qiáng)度越大、紫外光的波長(zhǎng)越短，反應(yīng)的速度就會(huì)越快，并且隨著乙酸濃度的增加，反應(yīng)的速度還會(huì)加快。其中的脫乙酰作用也可以在紫外線、熱單獨(dú)作用下和光熱聯(lián)合作用下發(fā)生。但是光熱聯(lián)合作用可以大大增加反應(yīng)速度。多次脫乙酰可以生成長(zhǎng)鏈的共軛烯烴。
 

 

 
 

　　在太陽(yáng)電池組件的邊緣部分，EVA會(huì)和大氣中的氧氣接觸，這時(shí)會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)使多烯烴的共軛體系變短。氧化反應(yīng)在高溫和低溫時(shí)都可以發(fā)生，但是光照和高溫會(huì)加快反應(yīng)的進(jìn)行。
 

　　有機(jī)物中顏色主要是由生色團(tuán)產(chǎn)生的。EVA中的生色團(tuán)就是共軛烯烴，共軛烯烴的共軛碳鏈越長(zhǎng)，EVA的顏色就會(huì)越深。結(jié)合上面的老化機(jī)理可以看出，EVA材料的變色的直接原因就是光熱老化下的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了多烯烴生色團(tuán)，隨著生色團(tuán)的共軛體系的延長(zhǎng)，EVA的顏色還會(huì)加深，從淺黃（輕微）變到深褐色（嚴(yán)重）。另外，還有其他一些機(jī)制會(huì)加速EVA的變色，例如隨著EVA老化產(chǎn)生的乙酸會(huì)促進(jìn)EVA的變色，EVA配方中的各種添加劑相互作用也會(huì)加速變色。
 

　　影響EVA變色的因素是多種多樣的，主要可以分成物理和化學(xué)兩個(gè)方面。
 

　　化學(xué)方面的因素有：（1）EVA的配方：改變各添加劑的配比，或者使用更為穩(wěn)定的替代品，使EVA內(nèi)各添加劑之間的相互作用減小或得到抑制，可以降低EVA變色的速度。（2）氧氣擴(kuò)散到層壓好的組件中而引起的氧化反應(yīng)破壞了生色團(tuán)，可以對(duì)EVA起到“漂白”的作用，從而影響到EVA的變色。
 

　　物理方面的因素有：（1）紫外光的強(qiáng)度：紫外光的強(qiáng)度越大，波長(zhǎng)越短，越容易導(dǎo)致EVA的變色。所以當(dāng)使用V形槽等聚光設(shè)施時(shí)可以加速EVA的變色，而使用能夠吸收紫外線的蓋板玻璃能夠延緩EVA的變色。（2）聚合物背板材料的氣體透過(guò)性：背板材料透氣性的高低可以影響EVA與氧氣的接觸，從而影響EVA的變色。（3）太陽(yáng)電池組件的層壓條件：層壓條件決定了EVA的交聯(lián)度，這直接關(guān)系到組件的性能。另外層壓時(shí)的高溫環(huán)境會(huì)導(dǎo)致一系列復(fù)雜的反應(yīng)，對(duì)EVA產(chǎn)生不利的影響。
 

　　EVA變色會(huì)降低光學(xué)透過(guò)率，從而降低組件的輸出功率。據(jù)報(bào)道，由此造成的短路電流和轉(zhuǎn)換效率的降低值分別超過(guò)13％和19％。如果變色不均勻，還會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)電池之間、組件之間的不匹配，這種情況比均勻變色引起的影響要壞很多，據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，這種原因造成的損失可以達(dá)到11.1％。另外詳細(xì)考察組件光學(xué)透過(guò)率的變化，會(huì)發(fā)現(xiàn)它不只是簡(jiǎn)單的一味的降低，而是先升高，然后再降低。這是因?yàn)樵诮M件使用的初期，紫外吸收劑會(huì)不斷地消耗導(dǎo)致紫外部分的透過(guò)率增加，這個(gè)效應(yīng)大于輕微變色導(dǎo)致的透過(guò)率的下降，所以總的透過(guò)率是上升的，當(dāng)紫外吸收劑消耗完以后，由變色引起的透過(guò)率變化才占據(jù)主要地位，導(dǎo)致組件總的透過(guò)率隨著EVA變色程度的加深而不斷地下降。另外這個(gè)過(guò)程中光學(xué)方面的變化不只是透過(guò)率的變化，還有光譜的變化，而太陽(yáng)電池對(duì)不同波段的光的響應(yīng)是不一樣的，所以組件的電性能受到的影響與光學(xué)性能受到的影響并不一致，但是總體上，也還是先升高再降低。

　　2、EVA的氧化褪色

　　氧化褪色主要是在氧氣的參與下，EVA發(fā)生了氧化反應(yīng)，致使多烯烴的部分雙鍵發(fā)生斷裂，破壞了生色團(tuán)的結(jié)構(gòu)，使老化的EVA不顯示出顏色。另外變色后的EVA也會(huì)因?yàn)檠趸磻?yīng)重新變得透明。因?yàn)檠趸磻?yīng)的存在，上世紀(jì)90年代就有人試驗(yàn)用透氣性好的材料作為電池組件的正面材料，來(lái)防止EVA的變色，直到現(xiàn)在還有這方面的研究，主要是制作“能呼吸”的背板材料。這種材料雖然在減輕EVA變色方面有一定的作用，但是氧氣的存在會(huì)使聚合物的分子鏈上形成過(guò)氧基團(tuán)或含氧基團(tuán)，從而引起分子鏈的斷裂或交聯(lián)，導(dǎo)致聚合物力學(xué)性能損失，包括韌性、沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等，也可導(dǎo)致聚合物外觀發(fā)生顯著變化，如粉化、產(chǎn)生裂紋、失去光澤、變黃等。
 

　　脫層指的是EVA與蓋面材料、背板材料或者太陽(yáng)電池之間失去粘合性，相互分離。發(fā)生脫層的原因可能有：（1）EVA在長(zhǎng)期的日光照射和自然條件（空氣，濕氣）等的作用下粘合力慢慢地降低；（2）太陽(yáng)電池組件制作過(guò)程中EVA與太陽(yáng)電池就沒(méi)有很好粘合，原始的粘合力就比較低；（3）層壓工藝控制不好，使EVA的交聯(lián)度沒(méi)有控制在一個(gè)比較合理的范圍內(nèi)（一般認(rèn)為是75％-85％），EVA的彈性受到影響。這樣，在使用過(guò)程中，太陽(yáng)電池組件就會(huì)因長(zhǎng)期的晝夜交替造成的高低溫循環(huán)而產(chǎn)生脫層。
 

　　脫層不但會(huì)影響組件的外觀，而且脫層處形成的界面還會(huì)增加光學(xué)的損失，從而影響組件的效率。另外脫層發(fā)生在組件的邊緣時(shí)，空氣會(huì)順著脫層處的界面進(jìn)人到內(nèi)部，使EVA被氧化。
 

　　EVA老化產(chǎn)生的乙酸會(huì)腐蝕太陽(yáng)電池的背板、電極和焊帶等金屬部分，嚴(yán)重的腐蝕一是可以造成斷路，直接導(dǎo)致組件的失效，二是在系統(tǒng)電壓比較高時(shí)，某處的斷路點(diǎn)還會(huì)發(fā)生打火的現(xiàn)象，頻繁的打火會(huì)使局域溫度上升到很高，甚至引起玻璃的熔化，如果緊挨著易燃物還有可能引起火災(zāi)，這就非常嚴(yán)重了。
 

　　為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們進(jìn)行了很多研究，其中最重要的一項(xiàng)就是上面提到的“能呼吸”的背板材料。這種材料能使EVA老化產(chǎn)生的乙酸擴(kuò)散到空氣中，從而減輕了對(duì)太陽(yáng)電池組件內(nèi)部金屬部分的腐蝕。
 

　　EVA老化的最根本因素是自身的化學(xué)結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，在紫外線、溫度、濕度氧氣和晝夜交替的高低溫循環(huán)下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，性能不斷地衰退。EVA老化的主要現(xiàn)象有變色、氧化褪色、脫層以及產(chǎn)生乙酸等，這些老化現(xiàn)象的存在，會(huì)使太陽(yáng)電池組件的電性能不斷下降，影響太陽(yáng)電池組件的外觀，縮短組件的壽命。要解決這個(gè)問(wèn)題，最主要的就是要改進(jìn)EVA的配方，使EVA的性能更加穩(wěn)定；其次就是能夠提高其他材料的性能，如“能呼吸”的背板材料，以此來(lái)延緩EVA的老化及其對(duì)太陽(yáng)電池組件的影響；最后就是優(yōu)化太陽(yáng)電池組件的制作工藝，使EVA的性能能夠達(dá)到最優(yōu)化，這樣才能進(jìn)一步延長(zhǎng)太陽(yáng)電池組件的使用壽命。