光伏封裝用EVA導熱復合膠膜的制備與性能研究

【摘要】：隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，人類對能源的需求正在逐步加劇，傳統(tǒng)能源大多是不可再生能源，且會造成環(huán)境污染。而太陽能是一種取之不盡、用之不竭的綠色生態(tài)能源，硅太陽能電池是一種能將太陽能轉(zhuǎn)變成電能而被人類利用的器件，實現(xiàn)利用太陽能的目的，具有十分廣闊的應用和研究前景。硅電池在發(fā)電過程中生成的溫度會對電池的應用造成巨大影響。通過分析電池的散熱途徑可以發(fā)現(xiàn)，提高組件自身的熱導率可以達到提高電池散熱的目的。位于組件下層的EVA膠膜由于對透光率沒有要求，可以通過填充改性的方式提高下層EVA膠膜的熱導率，實現(xiàn)提高電池散熱速率的目的。因此，本文采用導熱填料T-ZnOw、T-ZnOw/ZnO、T-ZnOw/AlN對EVA膠膜進行填充改性，以期制備出能夠顯著提高熱導率，同時電絕緣性能、力學性能、熱穩(wěn)定性能、交聯(lián)度能滿足應用要求的EVA復合膠膜。 本文主要做了一下幾方面的研究并取得以下結(jié)果： 一、研究了T-ZnOw單一填料，T-ZnOw/ZnO，T-ZnOw/AlN混雜填料填充EVA膠膜的導熱效果，確定了混雜填料的最佳體積比。實驗結(jié)果表明，體積比T-ZnOw/ZnO、T-ZnOw/AlN都是4:1時效果最佳。三種體系的復合膠膜隨著填料含量的增加表現(xiàn)出相似的變化趨勢，在體積含量為5%之前，復合膠膜熱導率的變化不大，在5%到15%時，導熱網(wǎng)絡通路開始形成，熱導率開始迅速增加。超過15%時，熱導率的增幅又開始放緩。 二、研究了填料的表面處理對復合膠膜熱導率的影響，采用質(zhì)量分數(shù)為1.5%的KH570和硬脂酸分別對T-ZnOw、ZnO、AlN進行表面處理，結(jié)果不同的表面處理方式對復合膠膜熱導率的影響不一，其中KH570處理T-ZnOw、AlN的效果好于硬脂酸；而硬脂酸處理ZnO的效果好于KH570。 三、研究了三種體系的填料含量對EVA復合膠膜體積電阻率的影響，結(jié)果三體系復合膠膜的體積電阻率的變化規(guī)律相似，在體積含量為5%之前，體積電阻率的變化不大，超過5%時，導電網(wǎng)絡通路開始形成，體積電阻率開始迅速下降?？傮w而言，在填充量不超過15%時，復合膠膜的電絕緣性能仍然可以達到光伏封裝材料應用要求。 四、研究了三體系的填料含量對EVA復合膠膜拉伸強度的影響，三種體系對復合膠膜的拉伸強度影響規(guī)律相似，都是先曾后減，在體積含量為10%時達到最大值，總體而言，在填料的體積含量不超過20%時，復合膠膜的拉伸強度可以滿足光伏封裝材料應用要求。 五、研究了填料的加入對EVA復合膠膜熱穩(wěn)定性能的影響，結(jié)果各體系填料都能顯著提高膠膜的熱穩(wěn)定性能。 六、研究了復合膠膜的交聯(lián)，確定了交聯(lián)的實驗條件：交聯(lián)劑的用量為質(zhì)量分數(shù)的1.5%，交聯(lián)溫度為150℃，交聯(lián)時間為30min，交聯(lián)壓力為5Mp。研究了交聯(lián)對復合膠膜熱導率和體積電阻率的影響，結(jié)果表明，交聯(lián)可以使熱導率與體積電阻率小幅提高。實驗還研究了三體系填料對復合膠膜交聯(lián)度的影響，發(fā)現(xiàn)不同填料對EVA復合膠膜交聯(lián)度的影響不一，具體表現(xiàn)為對引發(fā)劑的增強和減活效應，T-ZnOw和AlN對引發(fā)劑具有減活效應，而ZnO對交聯(lián)劑卻有增強效應。總體而言，在填料體積含量不超過15%時，交聯(lián)度可以達到光伏封裝用EVA膠膜的應用要求。 【關(guān)鍵詞】：EVA復合膠膜 導熱填料 熱導率 體積電阻率 熱穩(wěn)定性 交聯(lián)
【學位授予單位】：浙江理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 ：緒論11-24
• 1.1 引言11
• 1.2 光伏組件11-13
• 1.2.1 玻璃蓋板11-12
• 1.2.2 硅電池片12
• 1.2.3 背板12
• 1.2.4 EVA 膠膜12-13
• 1.3 光伏散熱13-16
• 1.3.1 光伏/光熱一體化（PV-T）系統(tǒng)13-15
• 1.3.2 組件散熱15-16
• 1.4 聚合物基導熱復合材料16-22
• 1.4.1 導熱機理16-17
• 1.4.2 影響因素17-20
• 1.4.2.1 基體17-18
• 1.4.2.2 填料與界面18-20
• 1.4.3 常見改善方法20-22
• 1.4.3.1 單一填料20-21
• 1.4.3.2 混雜填料21-22
• 1.4.3.3 界面處理22
• 1.5 課題提出22-23
• 1.6 論文的主要研究內(nèi)容23-24
• 第二章 ：四針狀氧化鋅晶須/EVA 導熱復合膠膜24-43
• 2.1 引言24-25
• 2.2 實驗部分25-30
• 2.2.1 實驗儀器和設(shè)備25
• 2.2.2 實驗藥品25-26
• 2.2.3 樣品制備26-27
• 2.2.3.1 填料表面處理26
• 2.2.3.1.1 KH570 改性四針狀氧化鋅晶須26
• 2.2.3.1.2 硬脂酸改性四針狀氧化鋅晶須26
• 2.2.3.2 EVA 膠膜樣片制備26-27
• 2.2.4 性能測試與表征27-30
• 2.2.4.1 導熱性能測試27-28
• 2.2.4.2 體積電阻率測試28
• 2.2.4.3 力學性能測試28
• 2.2.4.4 熱穩(wěn)定性能測試（TGA）28
• 2.2.4.5 交聯(lián)度測試28-29
• 2.2.4.6 掃描電鏡（SEM）29
• 2.2.4.7 紅外光譜（FT-IR）29-30
• 2.3 討論與分析30-42
• 2.3.1 T-ZnOw/EVA 復合膠膜導熱性能分析30-37
• 2.3.1.1 T-ZnOw 含量對 EVA 復合膠膜熱導率影響30-31
• 2.3.1.2 T-ZnOw 的表面處理對復合膠膜熱導率的影響31-32
• 2.3.1.3 KH570 改性 T-ZnOw 紅外光譜圖32
• 2.3.1.4 填料的表面處理機理分析32-34
• 2.3.1.4.1 硬脂酸作用機理分析33
• 2.3.1.4.2 KH570 作用機理分析33-34
• 2.3.1.5 KH570 改性填料表面復合膠膜熱導率34-35
• 2.3.1.6 交聯(lián)對復合膠膜熱導率的影響35-37
• 2.3.2 T-ZnOw/EVA 電絕緣性能研究37-38
• 2.3.3 T-ZnOw/EVA 力學性能分析38-39
• 2.3.4 T-ZnOw/EVA 熱穩(wěn)定性能分析39-40
• 2.3.5 填料對 EVA 膠膜交聯(lián)度的影響40-42
• 2.3.5.1 引發(fā)劑 DCP 含量的確定40-41
• 2.3.5.2 填料含量對 EVA 膠膜交聯(lián)度的影響41-42
• 2.4 小結(jié)42-43
• 第三章 ：四針狀氧化鋅晶須/氧化鋅/EVA 導熱復合膠膜43-54
• 3.1 引言43
• 3.2 實驗部分43-46
• 3.2.1 實驗器材和設(shè)備43-44
• 3.2.2 實驗藥品44
• 3.2.3 樣品制備44-45
• 3.2.3.1 填料表面處理44-45
• 3.2.3.1.1 KH570 處理 T-ZnOw、ZnO44
• 3.2.3.1.2 硬脂酸處理 T-ZnOw、ZnO44-45
• 3.2.3.2 樣品制備45
• 3.2.4 性能測試45-46
• 3.2.4.1 熱導率測試45
• 3.2.4.2 體積電阻率測試45
• 3.2.4.3 力學性能測試45-46
• 3.2.4.4 熱穩(wěn)定性能測試（TGA）46
• 3.2.4.5 交聯(lián)度測試46
• 3.2.4.6 粒度分析46
• 3.2.4.7 紅外光譜(FT-IR)46
• 3.3 討論與分析46-53
• 3.3.1 T-ZnOw/ZnO/EVA 復合膠膜熱導率分析46-50
• 3.3.1.1 確定較佳的 ZnO 的表面處理方式46-47
• 3.3.1.2 硬脂酸改性 ZnO 填料表面紅外光譜47
• 3.3.1.3 確定最佳的 T-ZnOw/ZnO 體積比47-49
• 3.3.1.4 T-ZnOw/ZnO/EVA 復合膠膜導熱性能49-50
• 3.3.2 T-ZnOw/ZnO/EVA 復合膠膜電絕緣性能研究50-51
• 3.3.3 T-ZnOw/ZnO/EVA 復合膠膜力學性能分析51
• 3.3.4 T-ZnOw/ZnO/EVA 復合膠膜熱穩(wěn)定性分析51-52
• 3.3.5 T-ZnOw/ZnO 對膠膜交聯(lián)度影響52-53
• 3.4 小結(jié)53-54
• 第四章 ：四針狀氧化鋅晶須/納米氮化鋁/EVA 導熱復合膠膜54-65
• 4.1 引言54
• 4.2 實驗部分54-57
• 4.2.1 實驗儀器和設(shè)備54-55
• 4.2.2 實驗藥品55
• 4.2.3 樣品制備55-56
• 4.2.3.1 填料表面處理55-56
• 4.2.3.1.1 KH570 處理 T-ZnOw55
• 4.2.3.1.2 硬脂酸處理 T-ZnOw55
• 4.2.3.1.3 KH570 和硬脂酸處理納米級 AlN55-56
• 4.2.3.2 樣品制備56
• 4.2.4 性能測試56-57
• 4.2.4.1 熱導率測試56
• 4.2.4.2 體積電阻率測試56
• 4.2.4.3 力學性能測試56
• 4.2.4.4 熱穩(wěn)定性能測試（TGA）56-57
• 4.2.4.5 交聯(lián)度測試57
• 4.2.4.6 粒度分析57
• 4.2.4.7 紅外光譜(FT-IR)57
• 4.3 實驗結(jié)果與分析57-64
• 4.3.1 T-ZnOw/AlN/EVA 復合膠膜熱導率分析57-61
• 4.3.1.1 納米級 AlN 粒徑分布57
• 4.3.1.2 確定較佳的表面處理方式57-58
• 4.3.1.3 KH570 處理納米 AlN 紅外光譜圖58-59
• 4.3.1.4 確定最佳 T-ZnOw/AlN 體積比59-60
• 4.3.1.5 T-ZnOw/AlN/EVA 復合膠膜熱導率分析60-61
• 4.3.2 T-ZnOw/AlN/EVA 復合膠膜電絕緣性能研究61-62
• 4.3.3 T-ZnOw/AlN/EVA 復合膠膜力學分析62
• 4.3.4 T-ZnOw/AlN/EVA 復合膠膜熱穩(wěn)定性能分析62-63
• 4.3.5 T-ZnOw/AlN 含量對復合膠膜交聯(lián)度影響63-64
• 4.4 小結(jié)64-65
• 第五章 ：總結(jié)與展望65-67
• 5.1 總結(jié)65-66
• 5.2 展望66-67
• 參考文獻67-73
• 致謝73-74
• 攻讀碩士期間的研究成果74

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