太阳能光伏组件边缘脱层原因研究及改善措施

材料，具有保护功能外，还应具备25年之久的可靠的绝缘性能、水汽阻隔性能，耐长期湿热、温度、紫外老化等性能[5]，现今主流的太阳能背板都是三层复合膜结构，其中间层PET作为主要基体力学性能，两外层膜结构起主要的抗紫外等耐候性能以及与EVA的粘附性能。

背板与EVA的接触表面看是宏观接触（组件层压时的情形如图2所示）。但是，背板与EVA粘接时的表面力已然大于背板的弹性恢复力，因此，需要从表面力与经典接触力学相结合即微尺度粘着接触理论角度分析背板与EVA粘接问题。

本文将微尺度粘着接触理论应用到层压组件边缘分层原因分析中时，将背板视为单层膜结构，力学性能考察总体三层膜的弹性模量（对于TPE 结构背板，若其E层较厚则将其剥掉）， 粘附情况考察外层膜的粘附性能。

从公式1和2中可以看出，背板剥离数与其弹性模量、背板厚度的三次方以及垫起的高度h的平方成正比，这些数值愈大，Np 愈大于1，会导致背板与EVA剥离；剥离数与弧形跨度S的四次方和粘附能成反比，即s和粘附能愈大，粘附效果愈好。并且，采用质量更好的层压胶皮，在层压胶皮严重弯曲，而是整面平整，S变大从而Np减小，有利于粘附。

3 实验结果与讨论

3.1 背板杨氏模量 选择11种背板用伺服式万能拉力机，在相同室温和拉力速度条件下做背板拉伸试验（对于SWS KPE和SWA KPE的E层较厚，将其E层剥去；其他 PYE、TPE、KPE 结构的背板，E层均较薄，且相对于PET的杨氏模量较小，所以E层均未剥去）。现获得背板的杨氏模量如表1所示（背板厂家名称不宜透露，现分别以英文代号表示，不涉及任何名称）。

将上表中的杨氏模量和E*t3数据按E*t3递增的顺序转换成如图3所示的趋势图：

根据剥离数的定义，剥离数与（E*t3）成正比，从图中（E*t3）的趋势图，可以看出各背板理论分层情况从优到劣的顺序依次是YS Hei、XFD KPE、XFS KPE、GR DDF、YS Hong、SW KPK、TB TPT、SWA KPE、SWS KPE、CWMB PYE、CWMH PYE。但对于类似TPE含E层结构的背板，其E层相当于引进了中间过渡层，增强了薄膜的结合能力[4]。

从某公司生产过程中遇到的各背板分层情况来看，各背板分层情况基本符合了上述理论试验结果。

另外，背板作为高分子复合材料，它的动态杨氏模量随温度的变化曲线符合高分子材料的基本特性，杨氏模量随温度的升高呈减小趋势[6]，于是印证了层压后组件在冷却过程中会有分层现象发生。

3.2 EVA 交联度 本实验选择一种EVA与一种TPT结构类背板，分别相同时间不同温度条件下层压做取的EVA交联度及其与背板的粘接力。

将EVA的交联度及与背板剥离强度与层压温度关系绘成图4：

从上图中可以看出，交联度越高，背板与EVA粘接力愈大，也即EVA与背板界面粘附能Δ？越大，越有利于粘接。又由于组件在层压时，玻璃受热后四角翘起不利传热，导致组件边缘交联度较中间位置偏低，从而更易发生分层，因此在解决组件边缘分层问题时，提高组件边缘EVA交联度是改善途径之一。

3.3 背板电晕值 本节实验，取不同电晕值的背板与相同EVA在相同层压条件下做层压后做剥离试验。将背板与EVA平均剥离强度汇总见表 3：

将其平均剥离强度绘成如图 5 所示的趋势曲线：

从图中可以看出电晕值从44到52达因的此背板，剥离强度最佳，也就是此时背板的表面能处于较大的最佳位置，但是图中也可以看出背板并不是电晕值越高，粘接力越大，因为过度的电晕致使背板氟层分解成小分子，粘接力反而降低[6]。因此在解决层压组件边缘分层问题时，保证背板始终最佳剥离力时的电晕值也是改善措施之一。

3.4 加垫条试验 当某背板易发生分层时，在组件边缘加垫与組件同样厚度的垫条（如图6所示），分层情况也有所改善。该方法是基于将公式1和2中的弧面高度差h趋向于零，从而使剥离数大于1而与基体粘附。

4 结论

公式1和公式2可以从理论上推出，剥离数与材料的弹性模量和厚度的三次方乘积成正比，与弧面高度差的平方成正比，与弧面宽度S四次方和界面粘附能Δγ成反比。因此对于背板其E*t3越处于较低值，越有利于粘附改善边缘分层问题；EVA的交联度处在较高的位置，和背板的电晕值处在最佳粘附力的位置，均有利于提高背板与EVA的界面粘附能Δγ，从而改善背板与 EVA 的脱层；加垫垫条可以使弧面高度差 h 减小，改善边缘脱层；选择层压时整个胶皮面更能保持平整的胶皮，使层压件边缘的弧面高度差减小，或弧面宽度S增大，亦有利于改善层压件边缘分层。总之，各影响因素应该综合考虑，选择最佳改善措施。

参考文献：

[1]Zhao Y P（赵亚溥），Wang L S（王立森），Sun K H（孙克豪）.Tabor number，adhesion parameter and elastic theory of micro-scale adhesive contact（Tabor 数、粘着数与微尺度粘着弹 性接触理论）[J].Advances in Mechanics（力学进展），2000，30：529-537.

[2] 亚溥，王立森 表面粗糙度对于微结构粘附的影响分析[J].摩擦学学报，2002，22（4）：339-343.

[3]Mastrangelo C H ，Hsu C H.Mechanical stability and adhesion of microstructures under capillary forces-part II：Experiments.Journal of Microelectromechanical Systems.1993，2：44-55.

[4]周益春， 郑学军. 材料宏微观力学性能[M].北京：高等教育出版社，2009.

[5]王端.太阳能电池背板市场[J].信息记录材料，2010（4）：28.

[6]董萼良，康新，林保平，何小元，汪凤泉.动态力学热分析法测定合成薄膜的力学性能[J].振动、测试与诊断，2003，23（4）：301-302.