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通過DSC測定太陽能電池板用EVA的固化
太陽能電池
是一種直接將日光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。基于不同的太陽能電池技術(shù)，如晶體硅、有機光伏和染料敏化太陽能電池，人們已開發(fā)出各種不同的太陽能電池應(yīng)用。當(dāng)前，廣泛的商用太陽能電池是基于晶體硅技術(shù)。相較于其他的太陽能電池技術(shù)，這一技術(shù)較為成熟，且能量轉(zhuǎn)換效率高。
光伏模塊或系統(tǒng)
由許多相連的太陽能電池構(gòu)成，這些太陽能電池被聚合物密封劑封裝在底板和鋼化玻璃面板之間（見圖1）。聚合物密封劑具有提供機械支撐、電氣絕緣，并保護電池免受潮濕、紫外線輻射和熱應(yīng)力等外界環(huán)境因素影響等多種功能。適用的密封材料有很多，但EVA（乙烯-醋酸乙烯酯）是人們通常使用的一種。
熱固性EVA材料
是一種共聚物彈性體，多以片層狀用于光伏模塊封裝，它有多種理想的性能使其成為這一應(yīng)用材料。
該材料室溫下不粘，便于處理。
當(dāng)膜層被熱壓時，它能通過交聯(lián)和增強鍵合，在太陽能電池系統(tǒng)內(nèi)形成密封層。
交聯(lián)后，EVA具有較高的透光性，在不同模塊材料上的附著力良好，介電性能和防潮性能優(yōu)異，能很好地適應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)部熱膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致的熱應(yīng)力。
在PV封裝過程中，太陽能電池和底板/玻璃之間置入了EVA層。經(jīng)一段時間的高溫加熱、壓制后，材料固化。因為固化材料的最終性能很大程度上取決于固化度，所以了解EVA的固化程度對優(yōu)化封裝工藝而言十分重要。習(xí)慣上，我們采用差示掃描量熱法（DSC）來進行熱固性樹脂的固化研究。DSC可用于研究固化度和固化動力學(xué)。在本文中，我們使用了珀金埃爾默DSC 8500設(shè)備，研究不同固化時間的 EVA 材料。
圖1.晶體太陽能電池板圖解（點擊查看大圖）
本實驗使用了珀金埃爾默?雙爐體的DSC 8500。該儀器以直接地、準確地測量樣品熱流的功率控制設(shè)計為特點。其冷卻配件是一臺Intracooler 2P機械制冷機。
氮氣用作樣品吹掃氣體，流速為20 mL/min。
儀器的校準會用到兩種金屬參比物質(zhì)：銦和鋅用于溫度校準，銦的熔化熱用于熱流校準。
EVA樣品來源于某太陽能光伏制造商。樣品在高溫、高壓下固化了一段時間。
每個不同固化時長的EVA樣品稱重約10mg，裝入標準鋁鍋中。
DSC程序從-50 °C開始，以10 °C/min的速度，升溫至 220 °C。
如圖2所示，EVA原料在加熱過程中發(fā)生多次相轉(zhuǎn)變。在DSC中，材料以10 °C /min的速度，從-50 °C升溫到220 °C；之后以100 °C /min 的速度，迅速冷卻回起始溫度；以相同加熱速率，對材料進行第二次加熱。
加熱曲線顯示了一個吸熱熔融峰（26 J/g），緊隨其后的是固化焓為16.6 J/g 的放熱固化峰。
第二次加熱曲線在-35.6 °C出現(xiàn)了玻璃化轉(zhuǎn)變（Tg）；熔融峰減?。?2 J/g 對比之前的26 J/g），而且未檢測到固化放熱峰。
通過對比加熱曲線和第二次加熱曲線，我們可以看出EVA原料在加熱到220 °C后已經(jīng)固化。
圖2.原EVA材料（紅色）和第二次（藍色）加熱曲線（點擊查看大圖）
對于部分固化的EVA樣品，加熱的殘余固化峰介于EVA原料的固化焓和0（EVA固化）之間。因此，殘余固化焓可用作判斷EVA材料固化度的一個指標。我們使用DSC對一系列不同固化時間的EVA樣品進行了研究，結(jié)果如圖3所示。
圖3.固化時間不同的部分固化EVA樣品（點擊查看大圖）
計算的殘余固化焓列于表1，試驗數(shù)據(jù)可擬合成圖4的直線。從中可知，殘余固化焓與固化時間有很好的相關(guān)性（R2= 0.9893）。
圖4.八種不同EVA樣品的固化時間和殘余固化焓的關(guān)系（點擊查看大圖）
研究表明，可通過使用DSC測量殘余固化焓來研究EVA樹脂的固化度。數(shù)據(jù)顯示，殘余固化焓與固化時間呈線性關(guān)系。DSC測試簡單、快捷。珀金埃爾默雙爐DSC 8500能提供精確的熱流數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可再現(xiàn)性良好。功率控制型設(shè)計確保了精確度，實現(xiàn)了真正的等溫測量，因此適用于EVA樹脂的掃描固化和等溫固化研究。
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