太陽能組件的性能及使用壽命與封裝材料的性能息息相關(guān)，因此研究它們的性能也是光伏組件研究過程中的重點(diǎn)之一。對目前市場主流的四種封裝膠膜：EVA、POE、EPE、PVB，對比分析它們的耐老化性能，PVB膠膜抗老化性能優(yōu)異，EVA膠膜初始性能好但抗老化性能偏弱。「美能光伏」紫外老外試驗(yàn)箱、溫濕度綜合環(huán)境箱、濕凍環(huán)境試驗(yàn)箱等一系列環(huán)境箱檢測設(shè)備，可模擬外界的溫濕度、UV等環(huán)境因素，對封裝材料進(jìn)行穩(wěn)定性測試。

由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物樹脂制成，是市場占比最大的光伏組件封裝材料，通過高壓聚合引入乙酸乙烯酯基團(tuán)，其含量影響膠膜性能，通常含量為28%-33%。EVA 膠膜技術(shù)成熟且成本較低，作為光伏組封裝膠膜具有以下優(yōu)點(diǎn):

• 對光伏玻璃、太陽電池、背板的粘接性強(qiáng)
• 溶體流動(dòng)性好及熔融溫度低
• 透光率高
• 柔軟性好，層壓加工時(shí)對太陽電池的損害小
• 耐候性較好

POE 膠膜

由乙烯和1-辛烯聚合而成的無規(guī)共聚物彈性體，具有熔點(diǎn)低、分子量分布窄、長支鏈等特點(diǎn)。在乙烯-辛烯共聚物體系中，辛烯單元可隨意接到乙烯主鏈上，使其具有優(yōu)異的機(jī)械性能和透光率等。水汽阻隔性好：水汽透過率是EVA的1/8左右，分子鏈結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，老化速度較慢，能在高溫高濕環(huán)境下更好地保護(hù)太陽電池不受水汽侵蝕，使太陽能組件具有更好的抗PID性能。

耐候性優(yōu)秀：分子鏈中無可水解的酯鍵，在老化過程中不會因水解產(chǎn)生酸性物質(zhì)。EPE 共擠膠膜

EPE共擠膠膜是為解決 POE 膠膜在應(yīng)用中出現(xiàn)的問題而研發(fā)的一種封裝膠膜。POE膠膜層壓時(shí)助劑易析出導(dǎo)致膠膜使用過程中打滑，影響產(chǎn)品良品率，因此將EVA和POE以多層共擠出的方式形成EVA/POE/EVA多層共擠膠膜。兼具兩種材料優(yōu)點(diǎn)：既具備POE的阻水性、抗PID性能，又具備EVA的高粘接性等特點(diǎn)。

工藝控制難度大：聚烯烴彈性體（POE）為非極性分子，乙烯 - 醋酸乙烯共聚物（EVA）為極性分子，兩種樹脂的交聯(lián)反應(yīng)活性、熔體粘度和剪切熔體升溫速率差異明顯，簡單共擠工藝難以有效控制品質(zhì)。PVB 膠膜

在光伏組件封裝領(lǐng)域，尤其是光伏建筑一體化（BIPV）組件封裝中具有顯著優(yōu)勢。由聚醋酸乙烯水解或醇解生成的聚乙烯醇與正丁醛經(jīng)酸催化縮合而成的熱塑性高分子材料，具有可回收重復(fù)加工性，且無需交聯(lián)反應(yīng)。粘結(jié)與機(jī)械性能強(qiáng)：與玻璃具有很強(qiáng)的粘結(jié)力，且機(jī)械強(qiáng)度高。

耐老化性能優(yōu)異：環(huán)境耐老化性能特別優(yōu)異，在戶外使用更有保障，在不影響使用性能的前提下能夠保存4年之久，其與玻璃的粘接性和抗沖擊性能均優(yōu)于 EVA 膠膜，且耐老化性能也優(yōu)于 EVA 膠膜。力學(xué)性能測試

取兩塊膠膜按特定順序疊合層壓，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)采用5型試樣，以100mm/min拉伸速度測試?yán)鞆?qiáng)度及斷裂伸長率。

不同封裝膠膜的各項(xiàng)性能參數(shù)

EVA膠膜：比POE更優(yōu)異，拉伸強(qiáng)度可達(dá)17.62MPa，斷裂伸長率為1595.17%。

POE膠膜：拉伸強(qiáng)度為15.95MPa，斷裂伸長率1531.47%，力學(xué)性能比EVA稍差。

EPE共擠膠膜：拉伸強(qiáng)度15.26MPa，斷裂伸長率 1460.41%，介于EVA和POE之間。

PVB膠膜：基本性能較為優(yōu)異，拉伸強(qiáng)度達(dá)到25.85MPa，斷裂伸長率為541.83%。耐老化性能——紫外加速老化測試

用紫外加速老化測試驗(yàn)證耐大氣光老化性能，準(zhǔn)備材料層壓后放入紫外老化箱，控制測試條件，測試?yán)匣竽z膜與玻璃的剝離強(qiáng)度和黃變指數(shù)。

紫外輻照后樣品與玻璃的剝離強(qiáng)度和黃變指數(shù)

紫外輻照對膠膜粘接性能有破壞，但比高溫高濕環(huán)境影響弱，EVA紫外輻照后黃變明顯。

剝離強(qiáng)度變化：紫外輻照對膠膜與玻璃的剝離強(qiáng)度有一定破壞，但相較于高溫高濕環(huán)境，其影響較弱。不同膠膜在紫外輻照后的剝離強(qiáng)度變化趨勢不同，如 1#（EVA）、2#（POE）、3#（EPE）和 4#（PVB）樣品在紫外輻照后剝離強(qiáng)度均有所下降，但下降程度各異。

黃變指數(shù)變化：EVA在紫外輻照后黃變較為明顯，這是因?yàn)镋VA中殘余的交聯(lián)劑在光的作用下分解生成活潑的自由基，與防老化劑（紫外吸收劑）之間發(fā)生反應(yīng)生成了生色基團(tuán)。其他膠膜在紫外輻照后的黃變指數(shù)也有一定變化，但相對EVA較小。耐老化性能——高溫高濕老化測試

將層壓后的試樣放入恒溫恒濕箱中，實(shí)驗(yàn)溫度為 (85±2)℃，相對濕度85%±5%，持續(xù)時(shí)間為1000h。濕熱老化后樣品與玻璃的剝離強(qiáng)度和黃變指數(shù)四種樣品濕熱老化后與玻璃剝離強(qiáng)度均下降，PVB 耐濕熱老化性能更優(yōu)異，EPE 介于 EVA 和 POE 之間，EVA 在高溫高濕下更易黃變。

剝離強(qiáng)度變化：1#（EVA）、2#（POE）、3#（EPE）和 4#（PVB）樣品在濕熱老化后與玻璃的剝離強(qiáng)度均有所下降，且隨著濕熱老化時(shí)間的增長，其剝離強(qiáng)度持續(xù)下降。

黃變指數(shù)變化：各樣品的黃變指數(shù)隨著濕熱老化時(shí)間增加均有所增大，其中 1# 樣品（EVA）的黃變指數(shù)增量最大，表明EVA在高溫高濕環(huán)境下更易發(fā)生黃變。耐老化性能——濕凍老化測試

將層壓后的試樣放入溫濕度循環(huán)環(huán)境試驗(yàn)箱中，循環(huán)中的環(huán)境條件為特定的溫度和濕度變化，如下圖所示，循環(huán)次數(shù)為20次（一般標(biāo)準(zhǔn)要求至少進(jìn)行10個(gè)高低溫循環(huán)，此次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行20次以更深入評估）。

濕凍老化環(huán)境測試溫度-濕度條件

濕凍老化后樣品與玻璃的剝離強(qiáng)度和黃變指數(shù)剝離強(qiáng)度變化：從圖中可以看出，濕凍循環(huán)對 1#（EVA）、2#（POE）、3#（EPE）和 4#（PVB）膠膜與玻璃的剝離強(qiáng)度影響不大，四種膠膜在濕凍循環(huán)過程中剝離強(qiáng)度相對穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯的大幅下降趨勢。黃變指數(shù)變化：四種膠膜在濕凍循環(huán)實(shí)驗(yàn)后黃變較低，說明膠膜在溫度頻繁變化后仍能維持較高的性能，對黃變有較好的抵抗能力，在濕氣大、溫差大的環(huán)境下，其光學(xué)性能相對穩(wěn)定。

通過力學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn)PVB基本性能優(yōu)異，EVA力學(xué)性能優(yōu)于POE，EPE介于兩者之間。耐老化性能測試結(jié)果綜合來看，PVB膠膜抗老化性能出色，EVA膠膜初始性能好但抗老化弱，因其價(jià)格優(yōu)勢現(xiàn)為主流材料。隨著技術(shù)發(fā)展，POE和EPE憑借優(yōu)異耐候性，未來將與 EVA 形成多品種膠膜并存格局，為光伏組件封裝提供多樣化選擇。

美能紫外老化試驗(yàn)箱

太陽能電池封裝結(jié)構(gòu)中，有EVA、硅膠、背板、接線盤及線頻等高分子材料，這些高分子材料經(jīng)過長期紫外光照時(shí)后,性能會發(fā)生變化。驗(yàn)證封裝材料經(jīng)過紫外光照射后性能變化情況而設(shè)計(jì)。

美能溫濕度綜合環(huán)境箱

美能光伏綜合環(huán)境試驗(yàn)箱，采用可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、操作簡便化的溫濕度控制系統(tǒng)以及各種節(jié)能新技術(shù)，模擬測試所需環(huán)境。滿足標(biāo)準(zhǔn)：IEC61215-MQT12、MQT13。

美能濕凍環(huán)境試驗(yàn)箱

太陽能組件應(yīng)用過程中會經(jīng)受各種嚴(yán)酷天氣的考驗(yàn)。HF環(huán)境模擬試驗(yàn)，為了驗(yàn)證評估組件或材料的可靠性，并通過熱疲勞誘導(dǎo)失效模式，早期識別制造缺陷。

原文出處：不同光伏組件封裝膠膜性能對比研究，DOI:10.3969/j.issn.1002-087X.2024.09.027

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