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

　　EVA（乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物）是目前太陽電池封裝工藝中最常用材料，主要是通過在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所需要的時間不一樣。EVA在固化過程中會發(fā)生交聯(lián)反應，形成一種三維網(wǎng)狀結(jié)構，對太陽電池起到很好的密封作用，但是在太陽電池組件的使用過程中，這種結(jié)構會在紫外線、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，從而導致太陽電池組件的性能降低。

　　太陽電池組件在戶外使用時，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)生的化學反應主要是Norrish Type II（又稱脫乙酰反應，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、紫外輻照的強度越大、紫外光的波長越短，反應的速度就會越快，并且隨著乙酸濃度的增加，反應的速度還會加快。其中的脫乙酰作用也可以在紫外線、熱單獨作用下和光熱聯(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速度。多次脫乙?？梢陨砷L鏈的共軛烯烴。
 

 

 
 

　　在太陽電池組件的邊緣部分，EVA會和大氣中的氧氣接觸，這時會發(fā)生氧化反應使多烯烴的共軛體系變短。氧化反應在高溫和低溫時都可以發(fā)生，但是光照和高溫會加快反應的進行。
 

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

　　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兩個方面。
 

　　化學方面的因素有：（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）氧氣擴散到層壓好的組件中而引起的氧化反應破壞了生色團，可以對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）紫外光的強度：紫外光的強度越大，波長越短，越容易導致EVA的變色。所以當使用V形槽等聚光設施時可以加速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，這直接關系到組件的性能。另外層壓時的高溫環(huán)境會導致一系列復雜的反應，對EVA產(chǎn)生不利的影響。
 

　　EVA變色會降低光學透過率，從而降低組件的輸出功率。據(jù)報道，由此造成的短路電流和轉(zhuǎn)換效率的降低值分別超過13％和19％。如果變色不均勻，還會導致太陽電池之間、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)相關文獻報道，這種原因造成的損失可以達到11.1％。另外詳細考察組件光學透過率的變化，會發(fā)現(xiàn)它不只是簡單的一味的降低，而是先升高，然后再降低。這是因為在組件使用的初期，紫外吸收劑會不斷地消耗導致紫外部分的透過率增加，這個效應大于輕微變色導致的透過率的下降，所以總的透過率是上升的，當紫外吸收劑消耗完以后，由變色引起的透過率變化才占據(jù)主要地位，導致組件總的透過率隨著EVA變色程度的加深而不斷地下降。另外這個過程中光學方面的變化不只是透過率的變化，還有光譜的變化，而太陽電池對不同波段的光的響應是不一樣的，所以組件的電性能受到的影響與光學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，致使多烯烴的部分雙鍵發(fā)生斷裂，破壞了生色團的結(jié)構，使老化的EVA不顯示出顏色。另外變色后的EVA也會因為氧化反應重新變得透明。因為氧化反應的存在，上世紀90年代就有人試驗用透氣性好的材料作為電池組件的正面材料，來防止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，但是氧氣的存在會使聚合物的分子鏈上形成過氧基團或含氧基團，從而引起分子鏈的斷裂或交聯(lián)，導致聚合物力學性能損失，包括韌性、沖擊強度、彎曲強度等，也可導致聚合物外觀發(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）太陽電池組件制作過程中EVA與太陽電池就沒有很好粘合，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)度沒有控制在一個比較合理的范圍內(nèi)（一般認為是75％-85％），EVA的彈性受到影響。這樣，在使用過程中，太陽電池組件就會因長期的晝夜交替造成的高低溫循環(huán)而產(chǎn)生脫層。
 

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

　　EVA老化產(chǎn)生的乙酸會腐蝕太陽電池的背板、電極和焊帶等金屬部分，嚴重的腐蝕一是可以造成斷路，直接導致組件的失效，二是在系統(tǒng)電壓比較高時，某處的斷路點還會發(fā)生打火的現(xiàn)象，頻繁的打火會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，這就非常嚴重了。
 

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

　　EVA老化的最根本因素是自身的化學結(jié)構不夠穩(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)生化學反應，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，會使太陽電池組件的電性能不斷下降，影響太陽電池組件的外觀，縮短組件的壽命。要解決這個問題，最主要的就是要改進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，以此來延緩EVA的老化及其對太陽電池組件的影響；最后就是優(yōu)化太陽電池組件的制作工藝，使EVA的性能能夠達到最優(yōu)化，這樣才能進一步延長太陽電池組件的使用壽命。