柳　陽，黃楚云，呂　輝，徐國(guó)旺，張金業(yè)（1.湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院，湖北省武漢市 430068；2.太陽能高效利用湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北省武漢市 430068）

太陽能電池用EVA膠膜的市場(chǎng)及研究進(jìn)展

柳陽1，2，黃楚云1，2，呂輝1，2，徐國(guó)旺1，2，張金業(yè)1，2
（1.湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院，湖北省武漢市 430068；2.太陽能高效利用湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北省武漢市 430068）

分析了國(guó)內(nèi)外太陽能電池用乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）膠膜的市場(chǎng)及研究進(jìn)展，對(duì)EVA膠膜的國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)情況、價(jià)格以及國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)對(duì)新產(chǎn)品的研發(fā)現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。國(guó)產(chǎn)EVA膠膜存在的問題主要是抗老化性能差，使用一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)黃變，從而降低了太陽能的轉(zhuǎn)換效率。國(guó)內(nèi)對(duì)EVA的研究主要集中在提高EVA膠膜的熱氧穩(wěn)定性、耐老化性能等方面。針對(duì)國(guó)內(nèi)EVA膠膜的技術(shù)劣勢(shì)，指出EVA生產(chǎn)廠家需緊跟市場(chǎng)需求，開發(fā)高質(zhì)量等級(jí)EVA膠膜專用樹脂，降低進(jìn)口依存度。

乙烯-乙酸乙烯共聚物 膠膜 太陽能電池 熱氧穩(wěn)定性

太陽能電池封裝用乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）膠膜是以EVA為主要原料，添加各種助劑后，經(jīng)加熱擠出成型制得［1-2］。目前，這種膠膜主要用于太陽能電池板的封裝。EVA膠膜的主要作用包括：1）黏結(jié)密封作用；2）吸收紫外線作用；3）對(duì)玻璃的增投作用［3-4］。采用透明、耐光老化、黏結(jié)性好且具有彈性的EVA膠層將硅晶片組包封，并與上層保護(hù)材料玻璃、下層保護(hù)材料聚氟乙烯復(fù)合膜黏合為一體，構(gòu)成太陽能電池板，即EVA薄膜光伏組件，其具備降低太陽能發(fā)電成本的潛力，被認(rèn)為是未來太陽能組件產(chǎn)業(yè)中增長(zhǎng)最快的部分。薄膜太陽能電池的硅消耗量低，僅為硅太陽能電池的1/200。

1　國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)狀況

2010—2015年，全球光伏組件產(chǎn)量年增長(zhǎng)率為49.7%，預(yù)計(jì)今后仍將保持高速增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2020年，光伏組件年產(chǎn)量將達(dá)到42.0 GW，需要高性能EVA膠膜60 000萬m2，即需要EVA樹脂285.6 kt。目前，高性能EVA膠膜還嚴(yán)重依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)每年需進(jìn)口超過10億元的高性能EVA膠膜，且受制于價(jià)格高、交付日期長(zhǎng)，供應(yīng)量不能確保，嚴(yán)重制約著我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展［5-8］。

浙江化工研究院于20世紀(jì)80年代后期著手研究EVA膠膜的生產(chǎn)技術(shù)，并在國(guó)內(nèi)建了一套50 km2/a的試驗(yàn)裝置，產(chǎn)品滿足用戶要求。為擴(kuò)大再生產(chǎn)，1998年，國(guó)內(nèi)第一條自控程度較高、年產(chǎn)300 km2、薄膜幅寬達(dá)1 000 mm以上的EVA膠膜標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)線在浙江建成投產(chǎn)，生產(chǎn)快速固化膠膜，市場(chǎng)占有率迅速擴(kuò)大。

國(guó)際市場(chǎng)上，有代表性的EVA膠膜所用EVA的乙酸乙烯（VA）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%～33%。目前，進(jìn)口的EVA膠膜專用樹脂主要有：美國(guó)勝邦公司的Elvax150（VA質(zhì)量分?jǐn)?shù)32%，），日本三井化學(xué)公司的150［VA質(zhì)量分?jǐn)?shù)33%，熔體流動(dòng)速率（MFR）為30 g/10 min］，新加坡TPC公司的MA-10（VA質(zhì)量分?jǐn)?shù)33%，MFR為40 g/10 min，密度為0.952 g/cm3，拉伸強(qiáng)度為5.9 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為880%，硬度為18）［8］。

2　EVA膠膜的生產(chǎn)及價(jià)格變化情況

2015年，全球太陽能光伏的供應(yīng)市場(chǎng)依然是由少數(shù)公司主導(dǎo)的競(jìng)爭(zhēng)格局，與2014年以前相比，國(guó)內(nèi)EVA生產(chǎn)商迅速擴(kuò)張，逐步代替日本、美國(guó)等國(guó)家的企業(yè)，EVA膠膜產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的80%以上。從表1看出：2014年，日本三井化學(xué)公司、美國(guó)勝邦公司的產(chǎn)能分別為1 000 萬m2、15 000萬m2，杭州福斯特光伏材料股份有限公司占據(jù)主要市場(chǎng)份額，2015年約占47.8%。但國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的EVA膠膜主要為中低端產(chǎn)品，高端產(chǎn)品目前仍依賴進(jìn)口。

表1　2014—2015年EVA膠膜的產(chǎn)能Tab.1 Production capacity of EVA film in 2014—2015 萬m2

從圖1可以看出，受國(guó)際原油價(jià)格下跌的影響，EVA膠膜的價(jià)格也有大幅下降，從2010年的14元/m2逐步降低到10元/m2以下，2014—2015年，EVA膠膜的價(jià)格維持在9.4，9.2元/m2。

圖1　2010—2015年國(guó)內(nèi)EVA膠膜價(jià)格變化曲線Fig.1 EVA film price changes in 2010—2015

3　國(guó)內(nèi)研究開發(fā)現(xiàn)狀

太陽能光伏組件要在室外使用30年之久，光伏組件的使用壽命是太陽能發(fā)電投資商最為關(guān)心的，也是廣大光伏組件廠商所關(guān)注的。我國(guó)西藏自治區(qū)某氣象局較早使用了太陽能發(fā)電，但發(fā)電效率極低，僅幾年時(shí)間，基本失去了發(fā)電功能，究其原因是組件內(nèi)膠膜黃變嚴(yán)重，極大影響了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。作為太陽能光伏組件中關(guān)鍵原材料之一，EVA膠膜的性能在此起著決定性作用。因此，如何解決EVA膠膜老化黃變問題，延長(zhǎng)組件使用壽命，最終成功研制出耐老化性能優(yōu)良的EVA膠膜，解決國(guó)內(nèi)高性能EVA膠膜長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的局面是需要攻關(guān)的課題。

張臻等［9］對(duì)不同組成的EVA膠膜進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)1 000 h紫外光老化試驗(yàn)，分析了老化過程中膠膜力學(xué)性能、透過率和黃色指數(shù)的變化，老化前后太陽能電池組件外觀及EVA膠膜特性的變化。研究表明，選擇合理復(fù)配的含抗氧劑、紫外光穩(wěn)定劑和紫外光吸收劑的抗老化體系，所制EVA膠膜具有優(yōu)異的耐紫外光老化的性能，能滿足太陽能電池封裝膠膜的需要。李連春［10］選用w（VA）為33%的EVA樹脂為基本原料，通過熔融共混擠出的方法加入抗氧劑、紫外光吸收劑、紫外光穩(wěn)定劑、交聯(lián)劑和增黏劑，再經(jīng)熱壓得到EVA膠膜。探究了不同組成的EVA膠膜在老化過程中的力學(xué)性能、透光率以及黃色指數(shù)的變化。結(jié)果表明，選用適宜的交聯(lián)劑，能夠使EVA膠膜在低溫、短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行封裝固化，所制改性EVA膠膜的熱氧穩(wěn)定性明顯提高。陸佳琦［11］制備了有轉(zhuǎn)光功能的EVA膠膜，可以把不能吸收的紫外光轉(zhuǎn)成紅色光后吸收，提高了的光能轉(zhuǎn)化率。制備方法為：首先以丙烯酸、二苯甲酰甲烷、水楊酸、鄰菲羅啉為配體合成了3種含銪的稀土熒光劑，并篩選出最優(yōu)的熒光劑；然后，選擇合適的交聯(lián)體，改進(jìn)了薄膜的老化性能，合成一種耐老化性能優(yōu)異的EVA膠膜；最后，將制得的EVA膠膜與稀土熒光劑復(fù)合制備EVA膠膜，可使太陽能吸收效率提高10%以上。李海波等［12］分別以丙烯酸，甲基丙烯酸甲酯，γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷KH-570作為接枝單體，對(duì)EVA進(jìn)行接枝改性，探討了接枝單體對(duì)EVA膠膜交聯(lián)性能、黏結(jié)性能、透光性和耐濕熱老化性能的影響。結(jié)果表明：用KH-570接枝的EVA膠膜的綜合性能較好，其凝膠率超過90%（即交聯(lián)度較高）、剝離強(qiáng)度相對(duì)最大，1 mm厚EVA膠膜對(duì)400～1 000 nm的紫外光的透光率超過85%，且耐濕熱老化性能良好。李哲龍等［13］在制備EVA膠膜的原料中增加了聚丙烯酰胺，將其作為吸酸阻水劑，有效消除或中和了EVA中含有的少量游離乙酸和老化過程中產(chǎn)生的酸性小分子物質(zhì)，使EVA膠膜具備優(yōu)良的水汽阻隔性能，且由于采用的聚丙烯酰胺為納米級(jí)顆?；蚍勰?，對(duì)膠膜的透光率基本沒影響。曾作祥等［14］將EVA與交聯(lián)固化劑和偶聯(lián)劑預(yù)混合，再添加抗氧劑復(fù)配體系和光穩(wěn)劑復(fù)配體系，在高速攪拌條件下混合均勻；混合物加入到雙螺桿擠出機(jī)中，于80～95 ℃成膜，所制EVA膠膜用作太陽能電池封裝熱熔膠，不僅具有很強(qiáng)的紫外光透過能力，而且能保持優(yōu)良的耐老化性能，可明顯提高光伏組件的光電轉(zhuǎn)化效率。朱清梅［15］將100.00 phr的EVA（VA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%）與0.20 phr三烯丙基異三聚氰酸酯，1.00 phr過氧化二苯甲酰，0.18 phr的γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合均勻，然后添加0.28 phr的3-（3,5-二叔丁基-4羥基苯基）丙酸正十八烷醇酯，0.13 phr三（2,4-二叔丁基）亞磷酸苯酯，0.10 phr的2-羥基正辛氧基二苯甲酮，0.30 phr雙（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶）葵二酸酯，0.20 phr四甲基一哌啶癸二酸酯，混合均勻后利用雙螺桿擠出機(jī)，采用低溫?cái)D出流延法制備EVA膠膜。所制EVA膠膜的耐老化性能與日本普利司通公司產(chǎn)品相當(dāng)，黃變指數(shù)可控制在1.0以下，透光率達(dá)85%且剝離強(qiáng)度保持率可達(dá)85%以上，對(duì)高性能EVA膠膜國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)生積極影響。

近年來，國(guó)內(nèi)幾個(gè)知名的EVA膠膜生產(chǎn)廠和科研院所合作進(jìn)行了大量研究工作。杭州福斯特光伏材料股份有限公司一直致力于EVA膠膜的開發(fā)和研究，推出的FRSTTM F806 EVA在各項(xiàng)性能上均可與國(guó)際頂尖EVA供應(yīng)商（如美國(guó)勝邦公司、日本三井化學(xué)公司、日本Bridgestone公司、德國(guó)Etimex公司等）相抗衡，尤其是耐老化性能卓越。楓華塑膠科技有限公司是國(guó)內(nèi)首家生產(chǎn)EVA膠膜的專業(yè)廠家，現(xiàn)擁有國(guó)內(nèi)最寬的EVA膠膜生產(chǎn)線，年生產(chǎn)能力1 000萬m2以上。南京大學(xué)常州高新技術(shù)研究院開發(fā)了耐老化EVA膠膜。深圳斯威克科技有限公司與中山大學(xué)太陽能研究所以及華南理工大學(xué)長(zhǎng)期合作，生產(chǎn)的EVA膠膜具有優(yōu)異的黏結(jié)性、附著性，低收縮性和抗紫外光老化性。

4　發(fā)展趨勢(shì)

太陽能電池板的需求上升推動(dòng)EVA需求增長(zhǎng)，業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)該行業(yè)全球年需求量將以30%～40%速率增長(zhǎng)。2015年，我國(guó)光伏裝機(jī)規(guī)模17.8 GW，占全球的1/3。亞洲生產(chǎn)商近期目標(biāo)是擴(kuò)大w（VA）為30%～33%的EVA產(chǎn)量，以滿足太陽能電池板市場(chǎng)的急速增長(zhǎng)需求［15-17］。

太陽能電池板廣泛應(yīng)用于住宅、商業(yè)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通運(yùn)輸部門。國(guó)際市場(chǎng)上，w（VA）為30%～33%的EVA比w（VA）為28%的EVA貴100美元/t，后者主要用作電纜涂料和熱熔膠黏劑，價(jià)格低廉，無法給企業(yè)帶來高附加值。因此，研制開發(fā)高附加值的太陽能電池膠膜用EVA樹脂具有廣闊的市場(chǎng)前景。受國(guó)際原油價(jià)格走低的影響，EVA膠膜的價(jià)格明顯下降，維持在9.2～9.4元/m2。EVA膠膜的整體發(fā)展趨勢(shì)是高阻隔性、高耐候性、高性價(jià)比。

5　結(jié)束語

受霧霾天氣影響，國(guó)內(nèi)加大了清潔能源的開發(fā)力度，各地光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，給EVA膠膜擴(kuò)大市場(chǎng)提供了商機(jī)，在光伏組件成本下降，使用壽命提升，應(yīng)用環(huán)境多樣化市場(chǎng)需求的倒逼下，高品質(zhì)、低成本的EVA市場(chǎng)需求開發(fā)迫切。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商應(yīng)進(jìn)一步提高EVA膠膜的熱氧穩(wěn)定性、耐老化性能，同時(shí)緊跟市場(chǎng)需求，開發(fā)抗氧化性能高的太陽能電池膠膜用EVA樹脂，降低進(jìn)口依存度。

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Analysis on market and technology of EVA sun energy film

Liu Yang1，2，Huang Chuyun1，2，Lv Hui1，2，Xu Guowang1，2，Zhang Jinye1，2
（1.Hubei University of Science and Techndogy， Wuhan 430068， China；2.Hubei Coordinative Innovation Ceter for High-efficiency Utilization of Solar Energy， Wuhan 430068，China）

The paper analyzed market and technology of ethylene vinyl acetate（EVA）sun energy battery film.The paper also summarized production，prices changes and new products researched by research institution at home and aboard. The main problem of EVA sun energy battery film is lower anti-aging performance. The film became yellow after it was used for period of time，which decreased the generating electricity efficiency. Technologies at home focused on modification of heat oxygen stability，aging resistance. Aiming at the deficiency of EVA film at home，producer should follow the requirement of market tightly，develop high grade level and special purpose material of sun energy battery film，lower dependence degree on import.

ethylene vinyl acetate copolymer； film；sun energy battery； heat oxygen stability

TQ 344

A

1002-1396（2016）05-0092-04

2016-03-29；

2016-06-28。

柳陽，男，1985年生，講師，愽士，2012年畢業(yè)于武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校愽士后，主要從事凝聚態(tài)物理及太陽能研究工作。聯(lián)系電話：18971675299。

湖北工業(yè)大學(xué)開放基金研究項(xiàng)目（HBSKFMS 2014017），湖北工業(yè)大學(xué)愽士啟動(dòng)基金研究項(xiàng)目（BSQD12170）。