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高溫高濕條件下光伏組件用材料阻隔性能深度解析

欄目：技術(shù)文獻

發(fā)布時間：2025-01-22

高溫高濕對材料阻隔性能的影響

1.分子動力學(xué)角度：在高溫高濕環(huán)境下，材料內(nèi)部的分子運動進一步加劇。對于聚合物材料，溫度和濕度的升高都會使其分子鏈的熱運動能量大幅增加，分子鏈段的運動速度更快，分子鏈之間原本緊密的排列變得更加疏松，空隙增大。以光伏組件的封裝材料 EVA 為例，在高溫高濕條件下，其分子鏈更容易出現(xiàn)較大的空隙，水汽分子不僅可以通過高溫時產(chǎn)生的間隙，還能借助高濕度環(huán)境下更多的水汽聚集和擴散作用，更容易地滲透進入材料內(nèi)部，從而嚴(yán)重降低材料的阻隔性能。此外，根據(jù)菲克定律，高溫高濕會使水汽分子在材料中的擴散系數(shù)顯著增大，其在材料中的擴散速度更快、更容易，進一步削弱了材料對水汽的阻隔能力。


2.材料物理化學(xué)性質(zhì)變化角度：

物理變化：許多材料在高溫高濕環(huán)境下會發(fā)生更明顯的物理變化。熱塑性封裝材料在高溫高濕條件下，從較硬的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳浀母邚棏B(tài)的速度加快，且由于濕度的影響，材料的體積膨脹程度更大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得更加松散。比如光伏組件中的密封膠，在高溫高濕下其體積膨脹加劇，更容易使密封處出現(xiàn)微小縫隙，大量水汽和氧氣能夠輕易地通過這些縫隙進入光伏組件內(nèi)部。


化學(xué)變化：高溫高濕還會引發(fā)材料更復(fù)雜的化學(xué)變化。在光伏組件材料中，化學(xué)鍵在這種環(huán)境下更容易斷裂或重組。對于含有添加劑的材料，添加劑在高溫高濕下的分解反應(yīng)可能會加速，產(chǎn)生更多的小分子物質(zhì)，這些小分子物質(zhì)不僅會在材料內(nèi)部形成更多的通道，還可能與水汽發(fā)生反應(yīng)，改變材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使其變得更易被水汽和氧氣穿透。含碳 - 氫（C - H）鍵的材料，在高溫、高濕和氧氣存在的情況下，氧化反應(yīng)速率加快，對材料的阻隔性能破壞更為嚴(yán)重 。


以乙烯 - 醋酸乙烯酯共聚物（EVA）為例，常溫下通過分子鏈的相互作用，對水汽和氧氣有一定的阻隔作用，并且具有良好的柔韌性和粘結(jié)性，能將電池片與其他組件材料很好地封裝在一起。當(dāng)處于高溫高濕環(huán)境時，EVA的阻隔性能下降更為顯著。一方面，EVA作為熱塑性材料，在高溫高濕下分子鏈運動劇烈，分子鏈之間的間距進一步增大；另一方面，EVA 中的醋酸乙烯酯（VA）成分在高溫高濕下分解反應(yīng)加速，產(chǎn)生的小分子物質(zhì)增多，這些因素共同作用，使得 EVA 的水汽透過率比常溫下成倍增加，對光伏組件內(nèi)部的電池片等部件的保護極為不利 。


高溫高濕下阻隔性能的測試方法與評估標(biāo)準(zhǔn)

1.測試方法

?水汽透過率測試

紅外傳感器法：利用紅外傳感器檢測透過材料的水汽濃度。在高溫高濕的測試環(huán)境下，將材料置于傳感器和水汽源之間，傳感器可實時測量透過材料的水汽量，進而快速計算出水汽透過率。如使用廣州標(biāo)際研發(fā)生產(chǎn) W413 2.0 水蒸氣透過率測定儀搭配 GB-YBT 光伏片材測試平臺，可在模擬高溫高濕的條件下準(zhǔn)確測量材料的水汽透過性能。

▲W413 2.0 水蒸氣透過率測定儀+GB-YBT光伏片材測試平臺


?氧氣透過率測試

庫倫電量法：利用庫侖傳感器檢測透過樣品的氧氣。將預(yù)先處理好的試樣固定在測試腔中間，高純氧氣在薄膜的上腔流動，高純氮氣（載氣）在下腔流動，氧分子透過薄膜擴散到另一側(cè)的氮氣中，被流動的氮氣攜帶至傳感器，通過對傳感器測量到的氧氣濃度進行分析，計算出氧氣透過率。該方法靈敏度極高，可檢測極低的氧氣透過率，適用于評估高阻隔性能的背板材料，尤其適用于對氧氣阻隔性能要求苛刻的高端光伏組件和其他對氧氣敏感的應(yīng)用領(lǐng)域，如使用 Y310 2.0 氧氣透過率測定儀搭配 GB-YBT310 光伏片材測試平臺。

▲Y310 2.0氧氣透過率測定儀+GB-YBT310光伏片材測試平臺


評估標(biāo)準(zhǔn)

在光伏行業(yè)，不同國家和地區(qū)對背板材料的水蒸氣透過率要求有所不同。日本夏普、京瓷等企業(yè)要求嚴(yán)格，必須低于 0.3 g/m2?day；德國、奧地利同類產(chǎn)品要求為 1.6 g/m2?day，而國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 WVTR 小于 2.5 g/m2?day 。對于水汽透過率和氧氣透過率等阻隔性能指標(biāo)，均有相應(yīng)的合格范圍標(biāo)準(zhǔn)。若材料在高溫高濕下的阻隔性能測試結(jié)果超出了這些標(biāo)準(zhǔn)范圍，則該材料可能不適合用于光伏組件，或者需要進一步改進其配方和生產(chǎn)工藝，以確保光伏組件在實際的高溫高濕應(yīng)用環(huán)境中的可靠性、耐久性和安全性 。