染料敏化太阳能电池封装材料的研究现状及发展.docx

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1、染料敏化太阳能电池封装材料的研究现状及发展 摘要随着人们环保意识的增加以及科学技术水平的提高，在提倡低碳生活的今日，太阳能电池行业也以惊人的速度增长，而为得到较高的光电转化率，就迫切须要具有优异性能的封装材料。本文主要综述了国内外对染料敏化太阳能电池封装材料的探讨现状及发展趋势。论文关键词：染料敏化太阳能电池,封装材料,耐久候性,耐老化性 在社会经济快速发展，生活水平日益提高的同时，全球也在消耗着越来越多的能源。作为清洁的可再生能源太阳能，则越来越受到人们的重视，应用领域也越来越广泛。自1991年，Grätzel于Nature上发表了关于染料敏化纳米晶体太阳能电池的文章，以较低的成本

2、得到了大于7%的光电转化效率，开拓了太阳能电池发展史上一个崭新的时代，为利用太阳能供应了一条新的途径以来，到目前为止，DSSCs的光电转化效率已能稳定在11以上1，据推算寿命能达1520年，且其制造成本仅为硅太阳能电池的1/51/10。随着太阳能行业的增长，对封装材料的需求也在增加，如图1。封装材料是应用于防止对敏感电子设备造成损害而运用的爱护屏障，其选取工艺将干脆确定太阳电池的电性能、热性能、光性能、美观性和 图1 全球光伏封装剂需求增长的预料 机械性能，影响光伏组件的牢靠性和寿命。目前都在提倡高性能、低成本，但低成本并不意味着低劣，高性能的牢靠性体现和许久的保持须要重视封装技术和工艺，所以

3、封装工艺是太阳能组件的关键技术之一。据全球询问机构FrostSullivan公司的探讨分析，全球封装材料市场的年价值约为20亿美元，2022年光伏封装材料部门价值约3.54亿美元,而中国的结构胶市场正处于增长阶段2。 2 封装材料 2.1 EVA（乙烯醋酸乙烯脂） 它是一种进行化学交联的弹性体，具有良好的柔韧性、耐冲击性、弹性、光学透亮性、低温挠曲性、粘着性、耐环境应力开裂性、耐候性、耐腐蚀性、热密封性。EVA 主要用于晶硅电池的背衬底，少部分薄膜也有采纳，主要起到爱护电池以及将电池片与盖板玻璃紧密贴合的作用。EVA封装在真空室（真空层压器）里进行。一般包括三道工序：第一道工序是将全部的组件叠

4、放在一起，放入真空室（不能有任何气泡和错位），其次道工序是加热加压，（仍在真空状态下）此时箔起先溶化，并完全包袱住电池，将全部的组件沾湿。第三道工序是再加热，使EVA相互交联，这一道工序变更了聚合物的结构，使其在太阳光的充分照耀下也不会再软化，如图2所示。Poisson等人采纳PE/EVA/PA三层薄膜，制备的EAV的热封时间削减了40%，并具有良好的机械性能和透光性3。李连春等人对国内EVA做了改性，制备的EVA-5型封装剂的性能优于国内产品，黄变指数改变小4。很多主要厂商都在2022年公布了重大投资，美国有机硅生产商道康宁公司与德国设备供应商REIS ROBOTICS公司签署了战略伙伴关系

5、；日本可乐丽公司增加了在德国法兰克福的生产线，以应对对封装剂增长的需求，使其实力提高了1万吨/年3.9万吨/年；首诺公司以3.02亿美元收购乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）封装材料生产。 图2 双面玻璃封装 图3 2022-2022年全球环氧树脂塑封产量 2.2 环氧树脂（EP） 环氧基树脂优点在于其具有良好的粘接性能、电气绝缘性能、耐热、耐腐蚀和机械性能, 价钱也特别便宜, 并且采纳灌胶封装的方式还可以制作弯曲的组件。低廉的价格和良好的加工加工性能始终深受宠爱，环氧树脂塑封产量逐年增长，如图3所示。常用的环氧树脂封胶909AB-S为透亮液体，粘度低，主要用于太阳能电池板、LED灯饰面板及其它工艺

6、品表面的封装在常温或中温下可固化，混合后粘度低、高透亮、工艺性佳；固化后透亮度佳、有肯定的硬度和韧性，表面平整、光亮，无气泡，附着力强，耐溶剂性、抗黄性等优。但随着电子行业的飞速发展，要求发展材料的韧性、导热性、阻燃性等方面都有良好的改善。张艳银等人利用聚氧化丙烯二胺（D230）和异佛尔酮二胺（IPDA）固化剂的固化效应，提高了环氧树脂的透光性、抗紫外光老化性和耐热性，不但毒性低，无刺激性，而且工艺流程简洁，成本低6。日本油化公司开发生产的联苯型环氧树脂YX4000系列，在常温下为粉末状，加热熔融后粘度很小。东都化成公司开发生产的结晶性的环氧树脂YDC1321、YDC1321A，常温下呈粉末状

7、，一旦加热超过其熔点，呈低粘度熔融状态，可实现高填充7。 2.3 聚乙烯醇缩丁醛（PVB） 是一种进行非化学交联的热塑性塑料，外观为半透亮薄膜，无杂质，表面平整，有肯定的粗糙度和良好的松软性，对无机玻璃有很好的粘结力、具有透亮、耐热、耐寒、耐湿、机械强度高等特性，是当前世界上制造夹层、平安玻璃用的最佳粘合材料，还可以回收用作再次封装的材料。过去曾经用在光伏产业中，但因为其在水蒸气中会变得模糊而不受欢迎，但近来的探讨表明PVB在玻璃玻璃的模块的制造中有其优势，而最新的PVB箔在保持透亮度方面有与EVA同样的性能。Peter M以EVA,TPUS,PVB以及其他热塑性材料为基材，制备出的密封胶剂具

8、有较好的耐湿性和耐久性5。PVB 目前主要用在薄膜电池行业，生产企业和产品型号均较少，目前以Dupont、Kuraray 等为主，国内也有个别企业正在尝试生产，如鑫富药业在湖州的项目；目前市场运用的产品以Dupont 的Tedlar 最为知名，但也有不少其他国际大厂在生产各种产品，如埃蒂梅克斯太阳能（ETIMEX Solar）公司也使其现有的聚乙烯醇缩丁醛（PVB）实力进行了扩增。 2.4 聚氟乙烯（TPT） 是一种塑料复合膜，白色，对阳光起反射作用，因此对组件的效率略有提高，并因其具有较高的红外放射率，还可降低组件的工作温度，也有利于提高组件的效率。当然，此氟塑料膜具有太阳电池封装材料所要求

9、的耐老化、耐腐蚀、不透气等基本要求。目前日本索拉派(SolarPET)太阳能电池背板(又名背封膜，封装膜，背面爱护膜，TPT替代品)，采纳世界独一无二的特别PET材料制成，具有更好的空气隔绝性能，更好的防氧化和抗潮湿性能,良好的电绝缘性能,极具吸引力的价格成本。此材料在日本已被夏普、京瓷、三洋等太阳能厂家长期隐私运用，是太阳能组件层压封装材料同类产品中最具性价比的一款产品。 2.5 其他封装材料 近年来，德国拜耳公司利用一种耐光热塑性聚氨酯制成商品名为VISTASOLAR的新型聚氨酯薄膜，代替的EVA薄膜，大大提高了太阳能电池的发电效率8。西岛孝一等人以乙烯-（甲基）丙烯酸脂共聚物为原料，添加特定的有机过氧化物并按肯定比例加入交联助剂，能够得到性能很好的密封材料9。藤井秀树等人独创了太阳能电池用聚酯树脂片，具有较好的耐水解性和机械强度10。保谷裕等人独创了一种在非交联状态下具有良好性能的丙烯类热塑料聚合物11。宫治新一郎等人以聚酯聚合物为基材，并附上一层金属氧化物构成密封膜，具有较好的耐湿性、耐候性和机械强度12。 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页