常熟阿特斯阳光电力科技有限公司 ■ 许涛 张昌远 吴洁 徐悯芷 万俊鹏 陈道远

一 引言

随着环境污染和能源短缺问题日趋严重，太阳能作为一种绿色能源逐渐受到重视。太阳电池可以直接将太阳能转化为电能，特别是随着研究的深入和技术的改进，一些新材料应用到太阳电池组件中，使组件的光电转化效率得到了较大提高[1～3]。

EVA(乙烯－醋酸乙烯共聚体)是目前太阳电池封装工艺中最常用的材料，其主要功能有：封装组件；连接玻璃与电池片、连接背板与电池片；阻碍外部环境对电池片的不利影响。

EVA是由聚乙烯(PE)和醋酸乙烯酯(VA)构成的一种热塑性高分子材料，是线性分子结构的高聚物(图1)，耐热性差，易延展而弹性差，抗蠕变性差，易产生热胀冷缩导致电池片碎裂。为提高太阳能组件性能，要对EVA进行改性，这就需要在EVA中加入各种不同的添加剂，其中交联剂使EVA胶膜受热发生交联反应，形成一种三维网状结构，提高其耐候性能[3,4]。

为确定EVA的交联程度，太阳能行业主要采用二甲苯萃取法。二甲苯具有一定的毒性，且在萃取的过程中，未交联的EVA溶解不充分或萃取时EVA继续发生交联反应，会导致测量的结果偏大。目前使用差示扫描量热(DSC)法对EVA交联程度的研究还不成熟，基本处于起步阶段，相关报道较少。将上述两种方法进行对比分析的更少[5～7]。本文主要分析了使用这两种不同方法测试EVA交联程度的差异，并研究了层压时间对这两种测量结果的影响。

二 实验过程

1 实验材料及设备

实验中使用的材料主要有EVA胶膜、二甲苯、二叔丁基对甲酚、铝坩埚。实验中使用的设备主要有差示扫描量热仪(Q2000)、层压机、萃取炉、精密电子天平(精确度：0.01mg)、恒温干燥箱等。

2 二甲苯萃取法

由于交联前的EVA溶于二甲苯，而交联后的EVA不溶于二甲苯，根据萃取前后EVA质量的变化可计算出EVA的交联度[8]。

首先，将层压后的EVA裁剪成2～4mm的小颗粒，并称取0.15g，记录下空铁丝网袋质量W1及装有EVA小颗粒后的铁丝网袋质量W2，用铜丝固定铁丝网袋，悬挂浸入二甲苯沸腾溶液中进行萃取，萃取时间持续3h左右。最后取出萃取好的网袋和EVA，烘干后称量铁丝网袋、剩余EVA质量W3，则交联度(Gel Content)为：

3 DSC法

DSC法测量EVA固化度是利用EVA固化段的吸放热不同，进行计算的一种方法。EVA在交联的过程中，交联剂(主要为过氧化物类)会受热分解，促进交联反应的进行。通过测量交联前后过氧化物的含量可反映出交联的程度。

首先，分别准确称取10mg层压前和层压后的EVA放入实验用的铝坩埚中，压紧后放入差示扫描量热仪中，将一个空的铝坩埚称重后放入仪器中的参考盘位置，以10℃/min的升温速率进行测试。测试层压前EVA的热焓值为△H0，层压后EVA的热焓值为△H1，则EVA的固化度(Curing Degree)为[9]：

三 结果与分析

1 检测方法对测试结果的影响

将三块不同的EVA样品A、B、C(每块大小约为70cm×70cm)分别进行层压，改变层压参数，使EVA的交联度不同。取出层压后的EVA样品，在每个样品的中心部位上取三个区域分别采用二甲苯萃取法和DSC法进行交联程度的测试，测试结果见表1。从测试结果可以看到，三种样品的固化度均比交联度低，约为27.25%。采用二甲苯萃取法测试的结果比较稳定，虽然样品A的测试差异相对较大，但差异值仅为3%；而采用DSC法测试的三种样品固化度却存在较大的波动。由此可见，DSC法测得的结果没有二甲苯萃取法稳定。

2 层压时间对测试结果影响

表1 不同样品的两种测试结果

EVA的交联程度与层压的参数有关[10]，不同的层压时间对EVA的交联程度的影响不同。为了研究层压时间对交联度和固化度测试结果的影响，在同一块EVA原料中裁剪出若干份大小相同的样品，保持层压温度不变，依次进行层压。在每个样品的中心部位上取三个区域分别采用二甲苯萃取法和DSC法进行交联程度的测试，取三个区域测试结果的平均值得出三样品的交联度和固化度随层压时间变化趋势，如图2所示。

从图2可以看到，交联度与固化度随着层压时间的增加都呈现上升趋势，最终趋于稳定。二甲苯萃取法得到的交联度在0～10min区间内呈上升趋势，10min后基本趋于稳定；而DSC法测得的固化度在0～25min内一直呈上升趋势，25min后才趋于稳定。在0～25min内，交联度与固化度之间的差值从大到小变化，越来越接近，25min时两者测试值基本相同，约为95%，但固化度略高于交联度。继续增加层压时间，固化度值大于交联度值，且增加幅度变大。

从图2中还可以看出EVA的交联反应在10min时基本达到了最大程度，故在10min后尽管层压时间增加，但交联反应趋近结束。但EVA中的交联剂在层压后仍然有剩余，Ezrin等人[11]发现约为30%。随着层压时间的增加，交联度趋于稳定，但由于EVA中剩余交联剂会继续受热分解(△H1变小），导致固化度随着层压时间的增加而增大(△H0－△H1变大)。

3 DSC法测试EVA原料

层压后的EVA中仍含有一定量的交联剂，这说明EVA原料中的交联剂含量超过了交联反应所需的量。在交联剂充足的情况下，如果其含量发生轻微的变化，DSC法测得的固化度也会随之发生明显的变化，而交联度却不会有明显的变化。

DSC法可检测EVA原料中的交联剂含量，若测得的热焓值越大，则表明EVA原料中的交联剂含量越高。将160cm×100cm的EVA原料均分为160块，每一小块依次进行DSC测试，得到原料的平均热焓值，再以每块的测试结果与平均值进行对比，得到的差异分布如图3所示。从图3可以看出，EVA原料中交联剂分布不均匀，故实际测试得到的热焓值存在较大差异。本次实验的160个测试值中最大值为16.21J/g，最小值为13.8J/g，与平均值的差异分别为7.75%、8.27%。因此，为提高DSC法测得固化度的准确性，须保证EVA原料中交联剂能够均匀分布。

四 结果与讨论

采用二甲苯萃取法测得的交联度与DSC法测得的固化度，并不满足一定的规律，与层压时间和交联剂的含量有关。通过对EVA的原料进行交联剂含量检测发现EVA中交联剂的含量分布不均匀，这虽然对交联度不会造成太大的影响，但是对固化度的检测影响非常大。因此使用DSC法测试EVA固化度，必须保证原料中的交联剂分布均匀，并且层压的时间必须相同。

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