胡小康，陳炳耀，張 熠，彭小琴，全文高，倪志薇

（1.三和化工科技有限公司，廣東 中山528429；2.中山市阜和化工科技有限公司，廣東 中山528434；3.順德三和化工有限公司，廣東 佛山528325）

前 言

太陽能光伏發(fā)電是指利用光生伏打效應(yīng)使太陽光輻射轉(zhuǎn)變成電能。隨著人類經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展對能源與環(huán)保的要求越來越高，這一發(fā)電方式越來越受到人們的重視。而太陽能光伏發(fā)電的核心部件是太陽能電池片，由于太陽能電池片自身存在著薄、脆、易氧化等缺陷，暴露在空氣、雨水等自然環(huán)境下很容易造成永久性破壞。因此要實現(xiàn)太陽能發(fā)電的工業(yè)化應(yīng)用，就要求對其進(jìn)行保護(hù)性密封從而形成太陽能光伏組件[1]。有機(jī)硅密封膠由于其優(yōu)越的耐高低溫性能、耐候性能，良好的粘接性與密封性特別適用于太陽能電池組件的保護(hù)性密封。本文就有機(jī)硅密封膠中填料的組成、硅油的黏度、硅烷偶聯(lián)劑的種類三個方面進(jìn)行實。

1 實 驗

1.1 主要原材料及使用設(shè)備

α，ω-二羥基聚二有機(jī)硅氧烷（107膠）：黏度80000mPa·s(25℃），江西星火有機(jī)硅廠；二甲基硅油：黏度500～2000mPa·s(25℃），嘉興科瑞有機(jī)硅有限公司；納米碳酸鈣：粒徑60～80nm，恩平盛世化工科技有限公司；氣相二氧化硅：比表面積150m2/g，卡博特(中國)投資有限公司；硅烷交聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑：純度≥98%，湖北新藍(lán)天新材料股份有限公司；催化劑：自制。

實驗型強(qiáng)力分散機(jī)：QF-5佛山市金銀河機(jī)械設(shè)備有限公司；實驗型壓料機(jī)：YLJ-5佛山市金銀河機(jī)械設(shè)備有限公司；高速分散釜：NX-5廣東省佛山市諾星機(jī)械設(shè)備有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱：101-2AB天津市泰斯特儀器有限公司；雙柱拉力材料試驗機(jī)：ZL-1009A東莞市正藍(lán)精密儀器有限公司。

1.2 太陽能光伏膠的制備

將α，ω-二羥基聚二有機(jī)硅氧烷（107膠）、二甲基硅油、納米碳酸鈣一起加入到高速分散釜種進(jìn)行分散脫水，分散脫水后的基料加入到實驗型強(qiáng)力分散機(jī)中進(jìn)行攪拌，依次加入硅烷交聯(lián)劑、氣相法白炭黑、硅烷偶聯(lián)劑、催化劑最后制得膏狀太陽能密封膠。

1.3 測試內(nèi)容

表干時間：按GB/T13477.5-2003試驗；

固化深度：使用固化深度板檢測樣品在標(biāo)準(zhǔn)條件下24h的固化深度；

拉伸粘結(jié)強(qiáng)度：按GB/T13477.8—2002測試；

斷裂伸長率：按GB/T528-1992測試；

體積電阻率：按GB/T1410-2006測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 填料的組成配比對太陽能光伏膠性能影響

納米CaCO3由于粒子超細(xì)化，其晶體結(jié)構(gòu)和表面電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了普通CaCO3所不具有的量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子效應(yīng)，經(jīng)表面處理后用作聚合物的填料，不僅起增量及降低成本的作用，更重要的是對聚合物具有一定的補(bǔ)強(qiáng)作用，被廣泛應(yīng)用于密封膠行業(yè)。

氣相法二氧化硅(俗稱氣相法白炭黑)具有粒徑小、比表面積大、表面活性高等優(yōu)點，被廣泛用于高分子材料的諸多領(lǐng)域，起到補(bǔ)強(qiáng)、增韌、增稠觸變等作用[2]。它可以提高有機(jī)硅密封膠的力學(xué)性能、熱性能等。表1和表2為不同配比的納米碳酸鈣和氣相法白炭黑對太陽能光伏膠的性能影響。

從表1可以看出隨著氣相法二氧化硅比例的增加，制作出的太陽能光伏膠其表干時間縮短，固化深度變大，施工性逐漸變好。力學(xué)性能方面，拉伸強(qiáng)度表現(xiàn)為減小趨勢，而斷裂伸長率表現(xiàn)為增大趨勢，這是因為納米碳酸鈣的補(bǔ)強(qiáng)效果要優(yōu)于氣相法二氧化硅，但氣相法二氧化硅的增韌、增稠觸變性要強(qiáng)于納米碳酸鈣。這就表現(xiàn)為隨著氣相法二氧化硅比例的增大，制作出的太陽能光伏膠其強(qiáng)度不斷下降，韌性不斷上升。當(dāng)填料粒徑比和不同粒徑填料比例合適時，填料可以堆積緊密，呈現(xiàn)出最佳的補(bǔ)強(qiáng)效果。

表1 不同配比的納米CaCO3 和氣相法SiO2 對太陽能光伏膠老化前性能影響Table 1 The effect of ratio of nano CaCO3 to fumed SiO2 on the performances of solar photovoltaic glue before aging

表2 不同配比的納米CaCO3 和氣相法SiO2 對太陽能光伏膠老化后性能影響Table 2 The effect of ratio of nano CaCO3 to fumed SiO2 on the performances of solar photovoltaic glue after aging

從表2可以看出經(jīng)過老化處理(85℃×85RH%×1000h)后太陽能光伏膠的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率無規(guī)律可循，但對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析得出在氣相法二氧化硅的添加量沒達(dá)到20份之前，太陽能光伏膠經(jīng)過老化處理后拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率都較老化前下降超過80%,下降幅度較大，當(dāng)達(dá)到20份以后下降幅度明顯減小。從表中還可以看出當(dāng)氣相法二氧化硅的添加量達(dá)到40份時，太陽能光伏膠經(jīng)老化后出現(xiàn)輕微黃變現(xiàn)象，這是因為在大規(guī)模生產(chǎn)中，受原料、設(shè)備等諸多因素的影響，氣相法白炭黑中往往含有微量的氯化鐵(FeCl3)雜質(zhì)。FeCl3的存在給密封膠的色澤帶來較大影響，在本實驗中當(dāng)二氧化硅的添加量超過一定值后太陽能光伏膠老化處理后會發(fā)生輕微黃變[3]。綜合考慮，填料中納米碳酸鈣與氣相法二氧化硅的配比為100∶20時，制作出的太陽能光伏膠能夠達(dá)到優(yōu)異的性能。

2.2 硅油黏度對太陽能光伏膠性能影響

二甲基硅油是一種無色透明的新型合成高分子材料，具有特殊的滑爽性、柔軟性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的電絕緣性、耐高低溫性和耐候性,被當(dāng)作增塑劑和耐候劑廣泛應(yīng)用于有機(jī)硅密封膠中。表3為不同黏度的二甲基硅油對太陽能光伏膠性能的影響[4]。

表3 不同黏度的二甲基硅油對太陽能光伏膠性能的影響Table 3 The effect of dimethyl silicone viscosity on the performances of solar photovoltaic glue

從表3可以看出二甲基硅油的加入對太陽能光伏膠的性能有很大改善作用。隨著二甲基硅油黏度的增大，太陽能光伏膠的拉伸強(qiáng)度也在逐漸增大，而斷裂伸長率卻呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。當(dāng)黏度達(dá)到2000mPa·s(25℃）時太陽能光伏膠的拉伸強(qiáng)度達(dá)到2.24MPa，斷裂伸長率為334%，此時體積電阻率也達(dá)到最大。從老化后的性能數(shù)據(jù)中可以看出當(dāng)加入的二甲基硅油的黏度小于2000mPa·s(25℃）時，老化處理后太陽能光伏膠的性能下降都超過處理前的80%。同時也可以看其體積電阻率反而優(yōu)于處理前，這是因為老化處理在一定程度上破壞了太陽能光伏膠內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其電阻增大，從而使體積電阻率增加。綜上所述，當(dāng)二甲基硅油的黏度選用2000mPa·s(25℃）時，制得的太陽能光伏膠性能最優(yōu)。

2.3 硅烷偶聯(lián)劑種類對太陽能光伏膠性能影響

太陽能光伏組件不僅需要承受自重，還需承受風(fēng)載、積雪、冰雹等機(jī)械載荷，因此應(yīng)用在太陽能光伏組件上的有機(jī)硅密封膠必須具備足夠的粘接強(qiáng)度。硅烷偶聯(lián)劑是一類分子中同時具有兩種不同化學(xué)性質(zhì)官能團(tuán)的有機(jī)硅化合物。通過使用硅烷偶聯(lián)劑，可在無機(jī)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)的界面之間架起“分子橋”，把兩種性質(zhì)懸殊的材料連接在一起，能提高它們的粘接強(qiáng)度、耐水、耐候等性能。有機(jī)硅密封膠中常用的硅烷偶聯(lián)劑有KH550、KH560、KH792這三種。表4和表5為不同種類的硅烷偶聯(lián)劑對太陽能光伏膠性能的影響[5]。

從表4可以看出三種牌號的硅烷偶聯(lián)劑對太陽能光伏膠的各項性能都有明顯的促進(jìn)作用，其中KH792的促進(jìn)作用最強(qiáng)，太陽能光伏膠的固化深度達(dá)到5.8mm/24h、拉伸強(qiáng)度達(dá)到2.32MPa、斷裂伸長率達(dá)到388%[6]。與之相比使用KH550牌號的硅烷偶聯(lián)劑的太陽能光伏膠其各項性能雖然沒KH792的促進(jìn)作用強(qiáng)，但兩者數(shù)據(jù)相差不是很大。

表4 不同種類硅烷偶聯(lián)劑對太陽能光伏膠老化前性能的影響Table 4 The effect of different types of silane coupling agent on the performances of solar photovoltaic glue before aging

表5 不同種類硅烷偶聯(lián)劑對太陽能光伏膠老化后性能的影響Table 5 The effect of different types of silane coupling agent on the performances of solar photovoltaic glue after aging

表5為經(jīng)過老化處理(85℃×85RH%×1000h)后太陽能光伏膠的性能的影響。從表中明顯可以看出，經(jīng)過老化處理后所有太陽能光伏膠的各項性能都有所下降。其中使用牌號為KH560、KH792的太陽能光伏膠其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率都不足老化處理前的80%，性能下降太多達(dá)不到使用要求，同時使用了KH792牌硅烷偶聯(lián)劑的太陽能光伏膠在老化處理后出現(xiàn)了黃變現(xiàn)象，這就更加不能使用在太陽能光伏組件上[7]。綜上所述，優(yōu)選硅烷偶聯(lián)劑的牌號為KH550。

4 結(jié) 論

太陽能光伏膠配方填料選擇納米碳酸鈣和氣相法白炭黑配比為100∶20、選擇黏度1000mPa·s(25℃）的二甲基硅油、牌號為KH550硅烷偶聯(lián)劑，可制得高性能的太陽能光伏膠。

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