光伏薄膜用材料 Ｌｏｏｋｉｎｇ ｉｎｔｏ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｆｉｌｍ？Ｈｅｒｅ ａｒｅ ｍａｔｅｒｉａｌ＆Ｄｉｅ～Ｄｅｓｉｇｎ ｉｎｓｉｇｈｔｓ ■卢山编译 目前，光伏薄膜或片材应用于制 造太阳能模块领域的市场需求量不断 加大，挤出设备专业制造商寻求进军 高端产品方面及有可能改变当前全球 的能量转化模式。太阳能电池组件有 半导体，接触器和保护电池的包装材 料（见图１）这些光电包装材料通用是 用高分子薄片加工而成，将这些高分 子薄片和其他组件一起层压制备成电 池模块。 进入这个特殊挤压产品业务的企 业需要具有很强的加工特种专业材料 的能力。材料表层及密封层必须具备 抵抗长期暴露在高温，紫外线，酸 雨，温差大、大雪、冰雹等环境中被 破坏能力。聚偏氯乙烯已经应用于光 伏工程，本文将讨论光伏产品市场上 使用的材料，因为这些材料要求特殊 的挤压技术进行有效的处理，将给出 你需要从模具设计师哪里得到启发。 膜片表层 膜片表层是包覆光伏材料的第 一层，直接暴露在环境中。为了提 高硅晶光伏电池的刚性模量，表层 通常使用玻璃。然而，为了减轻电 池整体重量和减少脆性，就要增加 光伏电池塑料使用量。此外，当使 用含氟聚合物塑料时，材料性能（刚 性）也能达到要求。 四氟乙烯共聚物（ＥＴＦＥ膜），氟 化乙烯丙烯共聚物（ＦＥＰ）和聚偏二 氟乙烯（ＰＶＤＦ）是取代玻璃应用于光 伏电池表层的首选材料，这些高分 子材料能提高几个百分点的光传输速 度，此外，含氟聚合物具有优异的耐 候性。 四氟乙烯膜作为玻璃替代品在建 筑物使用已很多年。北京国家游泳中 心（建于２００８年），慕尼黑的安联体 育场（２００４）和英国伊甸园工程（２００１） 都使用四氟乙烯膜替代玻璃建成最著 名的建筑物。这些材料的透明性，耐 候性，可焊性，重量轻等给设计者提 供了可行的方案设计选择。 根据树脂供应商的数据表明，虽 然这些建筑物长年暴露在各种气候条 件和大气污染中，但是氟化乙烯丙烯 膜和四氟乙烯膜的机械性能和光学性 能降低很小，见图２。加速耐候性实 验被用以测试证材料选择和太阳能电 池结构组件，以确定这些材料能否用 于更高端领域。 通常采用流延法挤出含氟聚合物 表层，然而，生产过程中存在挑战， 处理器需要考虑模具。首先，腐蚀性 很强的含氟物一氢氟酸（ＨＦ）气体在 材料的热降解条件下被释放出。所 以与熔体接触的金属表面应全部进 行高镍含量的镍铁合金化处理（所谓 的高温合金）。镍铁合金具有优良的 耐腐蚀性。然而合金化存在一个技 术瓶颈，因为合金材料屈服强度低 （在挤压温度下，屈服强度在３００兆 帕之间）。 挤出含氟聚合物薄膜时另一个挑 战是，在相对较低的剪切应力值（简 称Ｉ临界剪切应力）时其发生融化断裂 趋势。熔体破裂是一个不稳定流动的 形式，发生在在流道初始位置和模口 末端的气隙。熔体破裂影响到薄膜的 表面质量以及薄膜的光学性能。 从毛细管流变仪观察到熔体破裂 是一个例子如图３。低临界剪切应力 值可以获得很薄的膜（含氟表层通常 大约５０微米厚）或者控制挤出量。 当指定模具后，要确保设计师知 道材料使用局限性，可用流变特性确 定其局限性。熔体破裂不只是含氟聚 合物加工时发生的，聚烯烃和其他材 料在挤出时同样也发生熔体破裂。不 两个法中，交联剂可以配成混合物母 粒。然后把母粒与ＥＶＡ混合，在配有 片材成型口模单螺杆挤出机中生产。 另一种方法是将交联剂与ＥＶＡ高分 子材料混合以片材挤出。后种方法生 有过热的材料。在模具中，熔体温度和 停留时间必须在控制之下。 良好的模具温度控制是依靠优化 的热电偶的位置和机身加热器获得 的。图５是一个典型的ＥＶＡ挤出模 体过热。 由于交联反应动力学的温度和时 间依赖性，在模具中低短留时间也是 不可取。使短停留时间和低切应力 （或压降）之间得到平衡，对流道设计 难度很大。矛盾的要求，低停留时间 产过程中通常会使用啮合型同向双螺 杆挤，齿轮泵，和片材成型口模。 加工ＥＶＡ材料存在一些挑战，首 具实图。然而，熔体温度的控制，在 很大程度上取决于对粘性耗散，因为 在低挤出温度约２１０ Ｆ（１００￣Ｃ）时 通常需要较小的通道流量，低剪切应 力通常从较大流量中获得。模具设计 先，该化合物可能反应，在挤出系统未 太阳能级ＥＶＡ粘度相对较高。出于 经验和先进的设计工具，如三维流动 启动前它严重过早发生交联反应。在 这个原因，通过流道的设计处理在模 仿真可用于接近最佳的设计方案。圈 挤出机中，必须达到良好的分散性，没 具中通过剪切和／或压力控制防止熔 色母料载体树脂选用的探讨 Ｗｏｒｋｉｎｇ ｗｉｔｈ ｃｏｌｏｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｓ ■颜干才编译 使用色母料碰到最大的困难也许是如何把它适当地添加到材料 中。本文中关注两个主要因素，分别是用于生产色母的载体树 脂及其分子量，而它们往往是不能由购买色母料的公司所能决 定的。 使用色母料碰到最大的困难也许 加色母，在最终的混合物中，载体树脂 样，聚甲醛共聚物可作为载体树脂用 是如何适当地添加到材料中。除了一 的含量占１％～３％或以上。这样一来就 在聚甲醛均聚物上，ＳＡＮ也可作为 些有特别要求的颜色之外，一般不会 使它成为了添加剂系列中含量最大的 ＡＢＳ的相容载体（但聚苯乙烯不可 使用那些对聚合物性能产生潜在破坏 一种添加剂，因此在选择载体树脂时 以）。此外，对于某一种塑料合金而 性的原料，本文中关注两个主要因 应该注意一些细节。具体来说，载体树 言，可采用合金当中二种聚合物之一 素，分别是用于生产色母的载体树脂 脂和基体树脂应该是具有化学相容 作为色母料的载体树脂。 及其分子量，而它们往往是不能由购 性。而最好的办法就是选择与被填充 在生产过程中若使用不相容树脂 买色母料的公司所能决定的。颗粒状 的基体树脂是相同类型的聚合物。 作为载体则本质上就是刻意引入污染 色母料通常含有３０％～５０％的着色剂， 在这些规则中存在一定的适用范 物，注塑厂家懂得这点后，就会推荐 其余的聚合物体系如载体树脂，其本 围。例如，可把尼龙６作为载体树脂 母料加工厂使用一些相容性较好的载 质上是作为着色剂的粘合体。 应用在尼龙６６或尼龙４６的着色上。 体。然而，大多数人关心的则是如何 色母料添加到树脂当中的量一般 这些尼龙都是相容的，并且尼龙６的 以最低成本来满足顾客指定所需的颜 为２％～５％。因此，如果正确地混合添 熔点较低，可以促进良好的混合。同 色。其中的一个办法就是使用廉价聚 ４２ Ｗｏｒｌｄ Ｐｉａｅｔｌｃ８ ２０１２Ｖｏｌ ３０ Ｎｏ ４