光伏组件中封装胶膜主要用于保护电池片，提高组件的使用寿命。乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA胶膜）是目前应用相对最广泛的高分子胶膜，其工艺成熟且性价比高。
EVA胶膜
但EVA胶膜水汽透过率低，容易分解释放醋酸分子，腐蚀玻璃和背板等部件，缩短组件的使用寿命。近年来，发现在电站使用过程中EVA胶膜存在严重的电势诱导衰减（PID）现象，导致电站输出功率大幅下降，严重影响电站运营效率。可见封装材料的性能直接决定了电池片和组件的使用寿命。
POE胶膜
POE胶膜由茂金属作催化剂开发而来，是具有相对窄分子质量分布、窄共聚单体分布、结构可控的新型聚烯烃热塑性弹性体。乙烯-a-烯烃共聚物（POE）为代表的聚烯烃材料具备优异的透光性、电绝缘性、水汽阻隔性以及出色的耐候性能和抗PID性能，被认定为替代EVA封装材料的理想材料。
PID现象
自2017年以来光伏组件封装材料POE胶膜使用量仅次于EVA胶膜，主要原因是POE树脂成本高于EVA树脂。
近两年随着光伏组件持续扩产，受EVA树脂产能限制，加快了POE树脂的技术和市场开发，目前POE树脂量升价跌，市场占有率不断提高。EVA胶膜相对POE胶膜价格优势逐步减弱，当POE胶膜生产企业加速降本增效，将来有望超过EVA胶膜的使用量，促进光伏电站效益的提升。
POE胶膜的配方如表1所示。按表1将POE树脂与各助剂在立式混色机内精细共混，混合好后陈化放置24h，再将混合料加入小型挤出机，通过流延法制备厚度为0.5mm的POE胶膜。
POE是非极性分子结构，通过化学交联形成网状结构，可有效提高其力学性能和耐老化性能。层压固化条件的温度和时间均影响交联度。
《光伏组件封装用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）胶膜》（GB/T29848—2018）标准要求EVA胶膜交联度≥75%，行业内一般层压固化条件140℃、20min即可达到国标要求。但POE分子属于非极性分子，导致在相同条件下层压固化，其交联度低于极性的EVA胶膜。
《光伏组件封装用共聚烯烃胶膜》（T/CPIA0006—2017）标准要求交联型共聚烯烃胶膜的交联度≥60%。目前行业内POE胶膜的层压固化条件一般为145℃、20min，图1是在此条件下不同POE胶膜交联度变化趋势，A样品交联度75.1%相对最大。
图1 不同POE胶膜的交联度
熔融指数（MI）是反映树脂流动性能的重要指标，MI越高，树脂的流动性能越好，越有利于加工。由图1可知，在相同温度和层压时间下，MI越高，流动性越好，POE分子链段和自由基碰撞速率越快，故交联度越高。可见在其他条件相同时，熔融指数在一定程度上影响POE胶膜的交联度。
不同POE胶膜的透光率如表2所示。
由表2可知，POE胶膜在200~1100nm波长范围内透光率均在91%~92%之间，差异不大。
可见材料的透光率主要由材料的结晶性能决定，而结晶性是由材料内部分子规则性和分子之间的对称性决定，材料的流动性能对材料的结晶性能无影响，故POE胶膜透光率不随熔融指数变化，由材料的本体结构决定。
POE胶膜的黏结性能如图2所示。
图2 不同POE胶膜的剥离强度
A的剥离强度为209N·cm-1，B的剥离强度为145N·cm-1，C的剥离强度为211N·cm-1，可见POE胶膜的剥离强度不随MI线性变化。由于POE本身的结晶度高、相对分子质量很大，分子链不易运动和扩散，其表面分子排列非常精密，孔隙率低。
在一定范围内随着MI增大，表面能增大，剥离强度增加。但MI减小到一定范围，材料表面能虽然降低了，材料的本体强度却随之增大，所以POE胶膜的剥离强度也会增大。
不同POE胶膜的体积电阻率如图3所示。由图3可知，体积电阻率的变化趋势和交联度趋势相同，随着熔融指数的降低，POE胶膜的体积电阻率随之降低。
图3 不同POE胶膜的体积电阻率
A的体积电阻率相对最大5.8×1015Ω·cm，C的体积电阻率相对最小1.13×1015Ω·cm。从以上结果可以看出，熔融指数越高，交联度越高，分子间的网状结构越致密，胶膜的绝缘性能越好，体积电阻率越高。
光伏组件在户外使用过程中，会经历风吹日晒雨淋，故对耐候性能有较高的要求。POE胶膜具有优异的水汽阻隔能力和粒子阻隔能力，水汽透过率仅为EVA胶膜的1/8左右，由于分子链结构稳定，老化过程不会分解产生酸性物质，导致其具有优异的抗老化性能，是高效高可靠光伏封装胶膜的首先材料。
不同POE胶膜湿热和紫外老黄变指数如表3所示。由表3可知，不同熔融指数的POE胶膜湿热老化黄变指数在0.5~1.0之间，紫外黄变指数在0.1~0.3之间波动，老化性能差异不大。
这是由于影响POE胶膜耐老化性能内因主要是POE胶膜的物理结构，由凝聚态结构以及配方条件决定，而热、氧、阳光以及湿汽是引起高分子材料老化的外在因素。由于实验过程中POE胶膜仅熔融指数不同，其他条件均相同，故耐老化性能相差不大。
PID全称电势诱导衰减，PID效应使得大量电荷聚集在电池表面，使电池表面钝化失效，从而导致电池组件的功率骤降。
组件的封胶胶膜EVA材料无法做到100%绝缘，使用过程中，水汽透过硅胶板、背板等渗透到组件内部，EVA材料遇水后发生分解，从而产生只有移动的醋酸和玻璃表面析出的碱反应后，会形成钠离子，在外加电场作用下，向电池片表面移动，聚集到电池表面的减反射层从而导致PID现象的发生。
PID现象导致光伏电站发电效率降低，使用寿命缩短，严重影响了光伏电站的运营效率，故目前各组件厂对抗PID性能愈发重视，其已成为衡量组件质量和电站寿命的重要性能指标。
将样品A、B和C分别在相同条件下用来封装光伏组件，然后测试其抗PID性能，结果如图4所示。
图4 不同POE胶膜的抗PID衰减
由图4可知，这3款POE胶膜均具有优异的抗PID性能，96h抗PID性能均小于0.5%。同时发现熔指越高POE胶膜的抗PID性能相对越好，样品A抗PID衰减仅0.27%，这是由于A的交联度和体积电阻率最高，其致密性和绝缘性能相对最好，可减少电荷聚集到电池表面的减反射层，从而降低电势诱导衰减。
采用精细共混、陈化以及熔融共挤流延法制得不同熔融指数下的POE胶膜，指出熔融指数对交联度、体积电阻率、剥离强度和抗PID性能均有影响，对透光率和耐候性能影响较小。
来源： 熔融指数对POE胶膜性能的影响
原文始发于微信公众号（光伏产业通）：熔融指数对POE胶膜性能的影响
