光伏封装用EVA导热复合胶膜的制备与性能研究

【摘要】：随着现代社会的发展，人类对能源的需求正在逐步加剧，传统能源大多是不可再生能源，且会造成环境污染。而太阳能是一种取之不尽、用之不竭的绿色生态能源，硅太阳能电池是一种能将太阳能转变成电能而被人类利用的器件，实现利用太阳能的目的，具有十分广阔的应用和研究前景。硅电池在发电过程中生成的温度会对电池的应用造成巨大影响。通过分析电池的散热途径可以发现，提高组件自身的热导率可以达到提高电池散热的目的。位于组件下层的EVA胶膜由于对透光率没有要求，可以通过填充改性的方式提高下层EVA胶膜的热导率，实现提高电池散热速率的目的。因此，本文采用导热填料T-ZnOw、T-ZnOw/ZnO、T-ZnOw/AlN对EVA胶膜进行填充改性，以期制备出能够显著提高热导率，同时电绝缘性能、力学性能、热稳定性能、交联度能满足应用要求的EVA复合胶膜。 本文主要做了一下几方面的研究并取得以下结果： 一、研究了T-ZnOw单一填料，T-ZnOw/ZnO，T-ZnOw/AlN混杂填料填充EVA胶膜的导热效果，确定了混杂填料的最佳体积比。实验结果表明，体积比T-ZnOw/ZnO、T-ZnOw/AlN都是4:1时效果最佳。三种体系的复合胶膜随着填料含量的增加表现出相似的变化趋势，在体积含量为5%之前，复合胶膜热导率的变化不大，在5%到15%时，导热网络通路开始形成，热导率开始迅速增加。超过15%时，热导率的增幅又开始放缓。 二、研究了填料的表面处理对复合胶膜热导率的影响，采用质量分数为1.5%的KH570和硬脂酸分别对T-ZnOw、ZnO、AlN进行表面处理，结果不同的表面处理方式对复合胶膜热导率的影响不一，其中KH570处理T-ZnOw、AlN的效果好于硬脂酸；而硬脂酸处理ZnO的效果好于KH570。 三、研究了三种体系的填料含量对EVA复合胶膜体积电阻率的影响，结果三体系复合胶膜的体积电阻率的变化规律相似，在体积含量为5%之前，体积电阻率的变化不大，超过5%时，导电网络通路开始形成，体积电阻率开始迅速下降。总体而言，在填充量不超过15%时，复合胶膜的电绝缘性能仍然可以达到光伏封装材料应用要求。 四、研究了三体系的填料含量对EVA复合胶膜拉伸强度的影响，三种体系对复合胶膜的拉伸强度影响规律相似，都是先曾后减，在体积含量为10%时达到最大值，总体而言，在填料的体积含量不超过20%时，复合胶膜的拉伸强度可以满足光伏封装材料应用要求。 五、研究了填料的加入对EVA复合胶膜热稳定性能的影响，结果各体系填料都能显著提高胶膜的热稳定性能。 六、研究了复合胶膜的交联，确定了交联的实验条件：交联剂的用量为质量分数的1.5%，交联温度为150℃，交联时间为30min，交联压力为5Mp。研究了交联对复合胶膜热导率和体积电阻率的影响，结果表明，交联可以使热导率与体积电阻率小幅提高。实验还研究了三体系填料对复合胶膜交联度的影响，发现不同填料对EVA复合胶膜交联度的影响不一，具体表现为对引发剂的增强和减活效应，T-ZnOw和AlN对引发剂具有减活效应，而ZnO对交联剂却有增强效应。总体而言，在填料体积含量不超过15%时，交联度可以达到光伏封装用EVA胶膜的应用要求。 【关键词】：EVA复合胶膜 导热填料 热导率 体积电阻率 热稳定性 交联
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 ：绪论11-24
• 1.1 引言11
• 1.2 光伏组件11-13
• 1.2.1 玻璃盖板11-12
• 1.2.2 硅电池片12
• 1.2.3 背板12
• 1.2.4 EVA 胶膜12-13
• 1.3 光伏散热13-16
• 1.3.1 光伏/光热一体化（PV-T）系统13-15
• 1.3.2 组件散热15-16
• 1.4 聚合物基导热复合材料16-22
• 1.4.1 导热机理16-17
• 1.4.2 影响因素17-20
• 1.4.2.1 基体17-18
• 1.4.2.2 填料与界面18-20
• 1.4.3 常见改善方法20-22
• 1.4.3.1 单一填料20-21
• 1.4.3.2 混杂填料21-22
• 1.4.3.3 界面处理22
• 1.5 课题提出22-23
• 1.6 论文的主要研究内容23-24
• 第二章 ：四针状氧化锌晶须/EVA 导热复合胶膜24-43
• 2.1 引言24-25
• 2.2 实验部分25-30
• 2.2.1 实验仪器和设备25
• 2.2.2 实验药品25-26
• 2.2.3 样品制备26-27
• 2.2.3.1 填料表面处理26
• 2.2.3.1.1 KH570 改性四针状氧化锌晶须26
• 2.2.3.1.2 硬脂酸改性四针状氧化锌晶须26
• 2.2.3.2 EVA 胶膜样片制备26-27
• 2.2.4 性能测试与表征27-30
• 2.2.4.1 导热性能测试27-28
• 2.2.4.2 体积电阻率测试28
• 2.2.4.3 力学性能测试28
• 2.2.4.4 热稳定性能测试（TGA）28
• 2.2.4.5 交联度测试28-29
• 2.2.4.6 扫描电镜（SEM）29
• 2.2.4.7 红外光谱（FT-IR）29-30
• 2.3 讨论与分析30-42
• 2.3.1 T-ZnOw/EVA 复合胶膜导热性能分析30-37
• 2.3.1.1 T-ZnOw 含量对 EVA 复合胶膜热导率影响30-31
• 2.3.1.2 T-ZnOw 的表面处理对复合胶膜热导率的影响31-32
• 2.3.1.3 KH570 改性 T-ZnOw 红外光谱图32
• 2.3.1.4 填料的表面处理机理分析32-34
• 2.3.1.4.1 硬脂酸作用机理分析33
• 2.3.1.4.2 KH570 作用机理分析33-34
• 2.3.1.5 KH570 改性填料表面复合胶膜热导率34-35
• 2.3.1.6 交联对复合胶膜热导率的影响35-37
• 2.3.2 T-ZnOw/EVA 电绝缘性能研究37-38
• 2.3.3 T-ZnOw/EVA 力学性能分析38-39
• 2.3.4 T-ZnOw/EVA 热稳定性能分析39-40
• 2.3.5 填料对 EVA 胶膜交联度的影响40-42
• 2.3.5.1 引发剂 DCP 含量的确定40-41
• 2.3.5.2 填料含量对 EVA 胶膜交联度的影响41-42
• 2.4 小结42-43
• 第三章 ：四针状氧化锌晶须/氧化锌/EVA 导热复合胶膜43-54
• 3.1 引言43
• 3.2 实验部分43-46
• 3.2.1 实验器材和设备43-44
• 3.2.2 实验药品44
• 3.2.3 样品制备44-45
• 3.2.3.1 填料表面处理44-45
• 3.2.3.1.1 KH570 处理 T-ZnOw、ZnO44
• 3.2.3.1.2 硬脂酸处理 T-ZnOw、ZnO44-45
• 3.2.3.2 样品制备45
• 3.2.4 性能测试45-46
• 3.2.4.1 热导率测试45
• 3.2.4.2 体积电阻率测试45
• 3.2.4.3 力学性能测试45-46
• 3.2.4.4 热稳定性能测试（TGA）46
• 3.2.4.5 交联度测试46
• 3.2.4.6 粒度分析46
• 3.2.4.7 红外光谱(FT-IR)46
• 3.3 讨论与分析46-53
• 3.3.1 T-ZnOw/ZnO/EVA 复合胶膜热导率分析46-50
• 3.3.1.1 确定较佳的 ZnO 的表面处理方式46-47
• 3.3.1.2 硬脂酸改性 ZnO 填料表面红外光谱47
• 3.3.1.3 确定最佳的 T-ZnOw/ZnO 体积比47-49
• 3.3.1.4 T-ZnOw/ZnO/EVA 复合胶膜导热性能49-50
• 3.3.2 T-ZnOw/ZnO/EVA 复合胶膜电绝缘性能研究50-51
• 3.3.3 T-ZnOw/ZnO/EVA 复合胶膜力学性能分析51
• 3.3.4 T-ZnOw/ZnO/EVA 复合胶膜热稳定性分析51-52
• 3.3.5 T-ZnOw/ZnO 对胶膜交联度影响52-53
• 3.4 小结53-54
• 第四章 ：四针状氧化锌晶须/纳米氮化铝/EVA 导热复合胶膜54-65
• 4.1 引言54
• 4.2 实验部分54-57
• 4.2.1 实验仪器和设备54-55
• 4.2.2 实验药品55
• 4.2.3 样品制备55-56
• 4.2.3.1 填料表面处理55-56
• 4.2.3.1.1 KH570 处理 T-ZnOw55
• 4.2.3.1.2 硬脂酸处理 T-ZnOw55
• 4.2.3.1.3 KH570 和硬脂酸处理纳米级 AlN55-56
• 4.2.3.2 样品制备56
• 4.2.4 性能测试56-57
• 4.2.4.1 热导率测试56
• 4.2.4.2 体积电阻率测试56
• 4.2.4.3 力学性能测试56
• 4.2.4.4 热稳定性能测试（TGA）56-57
• 4.2.4.5 交联度测试57
• 4.2.4.6 粒度分析57
• 4.2.4.7 红外光谱(FT-IR)57
• 4.3 实验结果与分析57-64
• 4.3.1 T-ZnOw/AlN/EVA 复合胶膜热导率分析57-61
• 4.3.1.1 纳米级 AlN 粒径分布57
• 4.3.1.2 确定较佳的表面处理方式57-58
• 4.3.1.3 KH570 处理纳米 AlN 红外光谱图58-59
• 4.3.1.4 确定最佳 T-ZnOw/AlN 体积比59-60
• 4.3.1.5 T-ZnOw/AlN/EVA 复合胶膜热导率分析60-61
• 4.3.2 T-ZnOw/AlN/EVA 复合胶膜电绝缘性能研究61-62
• 4.3.3 T-ZnOw/AlN/EVA 复合胶膜力学分析62
• 4.3.4 T-ZnOw/AlN/EVA 复合胶膜热稳定性能分析62-63
• 4.3.5 T-ZnOw/AlN 含量对复合胶膜交联度影响63-64
• 4.4 小结64-65
• 第五章 ：总结与展望65-67
• 5.1 总结65-66
• 5.2 展望66-67
• 参考文献67-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士期间的研究成果74

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