摘要：综述了自上世纪80年代以来乙烯－醋酸乙烯酯共聚物（EVA）的老化机理及研究成果，介绍了光伏组件用EVA配方及结构对封装胶膜老化性能和使用寿命的影响。提出了光伏组件封装胶膜老化研究存在的问题。

关键词：太阳能电池；EVA；老化；封装胶膜

       随着煤、石油、天然气等为主的化石能源日益枯竭及环境污染日益严重，迫切需要寻求可替代再生能源。太阳能是自然界中最丰富的取之不尽的可再生能源。太阳能安全可靠、无噪声、无污染、可方便地与建筑物相结合等优点都是其他能源无法比拟的。太阳能光伏发电就是直接应用太阳能的一种形式。

       所谓太阳能光伏发电是指利用太阳能电池的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换成电能的一种新型发电系统。一套基本的光伏发电系统一般是由太阳能电池板、太阳能控制器、逆变器和蓄电池（组）构成。太阳能电池板（也称“光伏组件”，简称ＰＶ组件）是太阳能光伏发电系统中的核心部分之一，太阳能电池板若直接暴露于大气中，其光电转换性能易于衰减，失去实用价值，因而太阳能电池板封装材料的研究十分重要。ＰＶ组件的一个关键组分就是它的封装材料，通常由透明的聚合物制成，从而保证在指定的光谱范围内有良好的透光率。它可以为太阳能电池的安装提供结构支撑、光学匹配、电绝缘、物理隔离/保护和热传导作用。目前太阳能电池封装工艺中最常用的封装材料是含33%醋酸乙烯酯的乙烯－醋酸乙烯酯共聚物（EVA）。

       因聚合物材料和硅电池及金属连接片的热胀系数存在显著差异，昼夜的热循环会产生内应力，由此而导致电池开裂，连接片破坏，或密封材料的断裂和分离。为了避免这些问题，密封材料必须能够包容组件中不同材料的膨胀差异而不会对电池和连接片产生过多的内应力，且本身能抵抗撕裂性。为了达到这个要求，密封剂必须是低模量的黏弹性材料（如模量不超过20.7 MPa）。从经济和实际应用考虑，封装材料应该满足如下要求：低成本，良好加工性，高光学透过率，高介电常数，低吸水性和渗水率，优良的耐UV降解和热氧化能力，良好粘附性、机械强度和化学惰性。

       EVA作为高分子材料在户外长期使用时不可避免地会受到光、热、水、化学介质与生物侵蚀等因素的综合作用，产生降解而老化，性能逐渐下降。

2.1EVA的老化降解

       目前有多种机理，如热解，氧化降解，光降解，物理化学降解，化学降解，金属催化降解等等。以下主要介绍EVA的各种老化现象及对光伏组件的影响。EVA在户外的使用过程中，受紫外线及热的影响最为明显。由于PV组件用EVA中VA占33%（质量分数），即平均每6个乙烯单元含有1个VA单元。EVA的分子式可表达为：

            —（ＣＨ－ＣＨ）—（ＣＨ－ＣＨＡｃ）—

       其中Ａｃ指－ＯＣＯＣＨ基团，即光伏组件用封装胶膜EVA是由约6个乙烯单元和1个ＶAC单元组成的重复单元构成的大分子链。正是由于ＥＶＡ胶膜中ＶＡｃ含量较高，所以容易发生老化降解。

       EVA的光热降解反应包括了NorrishⅠ型和NorrishⅡ型反应，前者产生乙醛并伴随其他一些气体，如ＣＯ，ＣＯ，ＣＨ，后者基于脱乙酰的机理上认为醋酸乙烯酯侧基从EVA主链的重复单元上脱落形成乙酸和分子主链为聚烯烃的大分子。聚烯烃分子中的共轭双键是生色基团，它会使EVA分子变色且随着共轭体系的延长，EVA的颜色还会从浅黄（轻微）到深褐色（严重）逐渐加深。

       另外，其他因素也可能加重EVA的变色，如Klemchuk和Pern等人认为多余的固化剂在光的作用下降解产生活泼的自由基，可与ＥＶＡ内某些添加剂反应生成生色基团；某些固化剂也可与EVA内在的α、β不饱和羰基之间的反应生成对紫外线敏感的生色基团等。EVA降解产生的醋酸也会催化EVA的降解，提高黄变速率。EVA的光热降解机理正如早期Willis所描述的那样，与聚乙烯和聚醋酸乙烯的老化过程相同，见图１。