太阳能电池用EVA胶膜的市场及研究进展

柳　阳，黄楚云，吕　辉，徐国旺，张金业（1.湖北工业大学理学院，湖北省武汉市 430068；2.太阳能高效利用湖北省协同创新中心，湖北省武汉市 430068）

太阳能电池用EVA胶膜的市场及研究进展

柳阳1，2，黄楚云1，2，吕辉1，2，徐国旺1，2，张金业1，2
（1.湖北工业大学理学院，湖北省武汉市 430068；2.太阳能高效利用湖北省协同创新中心，湖北省武汉市 430068）

分析了国内外太阳能电池用乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）胶膜的市场及研究进展，对EVA胶膜的国内外生产情况、价格以及国内研究机构对新产品的研发现状进行了综述。国产EVA胶膜存在的问题主要是抗老化性能差，使用一段时间后，会出现黄变，从而降低了太阳能的转换效率。国内对EVA的研究主要集中在提高EVA胶膜的热氧稳定性、耐老化性能等方面。针对国内EVA胶膜的技术劣势，指出EVA生产厂家需紧跟市场需求，开发高质量等级EVA胶膜专用树脂，降低进口依存度。

乙烯-乙酸乙烯共聚物 胶膜 太阳能电池 热氧稳定性

太阳能电池封装用乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA）胶膜是以EVA为主要原料，添加各种助剂后，经加热挤出成型制得［1-2］。目前，这种胶膜主要用于太阳能电池板的封装。EVA胶膜的主要作用包括：1）黏结密封作用；2）吸收紫外线作用；3）对玻璃的增投作用［3-4］。采用透明、耐光老化、黏结性好且具有弹性的EVA胶层将硅晶片组包封，并与上层保护材料玻璃、下层保护材料聚氟乙烯复合膜黏合为一体，构成太阳能电池板，即EVA薄膜光伏组件，其具备降低太阳能发电成本的潜力，被认为是未来太阳能组件产业中增长最快的部分。薄膜太阳能电池的硅消耗量低，仅为硅太阳能电池的1/200。

1　国内外市场状况

2010—2015年，全球光伏组件产量年增长率为49.7%，预计今后仍将保持高速增长。预计到2020年，光伏组件年产量将达到42.0 GW，需要高性能EVA胶膜60 000万m2，即需要EVA树脂285.6 kt。目前，高性能EVA胶膜还严重依赖进口，国内每年需进口超过10亿元的高性能EVA胶膜，且受制于价格高、交付日期长，供应量不能确保，严重制约着我国光伏产业的发展［5-8］。

浙江化工研究院于20世纪80年代后期着手研究EVA胶膜的生产技术，并在国内建了一套50 km2/a的试验装置，产品满足用户要求。为扩大再生产，1998年，国内第一条自控程度较高、年产300 km2、薄膜幅宽达1 000 mm以上的EVA胶膜标准生产线在浙江建成投产，生产快速固化胶膜，市场占有率迅速扩大。

国际市场上，有代表性的EVA胶膜所用EVA的乙酸乙烯（VA）质量分数为30%～33%。目前，进口的EVA胶膜专用树脂主要有：美国胜邦公司的Elvax150（VA质量分数32%，），日本三井化学公司的150［VA质量分数33%，熔体流动速率（MFR）为30 g/10 min］，新加坡TPC公司的MA-10（VA质量分数33%，MFR为40 g/10 min，密度为0.952 g/cm3，拉伸强度为5.9 MPa，断裂伸长率为880%，硬度为18）［8］。

2　EVA胶膜的生产及价格变化情况

2015年，全球太阳能光伏的供应市场依然是由少数公司主导的竞争格局，与2014年以前相比，国内EVA生产商迅速扩张，逐步代替日本、美国等国家的企业，EVA胶膜产量占世界总产量的80%以上。从表1看出：2014年，日本三井化学公司、美国胜邦公司的产能分别为1 000 万m2、15 000万m2，杭州福斯特光伏材料股份有限公司占据主要市场份额，2015年约占47.8%。但国内生产的EVA胶膜主要为中低端产品，高端产品目前仍依赖进口。

表1　2014—2015年EVA胶膜的产能Tab.1 Production capacity of EVA film in 2014—2015 万m2

从图1可以看出，受国际原油价格下跌的影响，EVA胶膜的价格也有大幅下降，从2010年的14元/m2逐步降低到10元/m2以下，2014—2015年，EVA胶膜的价格维持在9.4，9.2元/m2。

图1　2010—2015年国内EVA胶膜价格变化曲线Fig.1 EVA film price changes in 2010—2015

3　国内研究开发现状

太阳能光伏组件要在室外使用30年之久，光伏组件的使用寿命是太阳能发电投资商最为关心的，也是广大光伏组件厂商所关注的。我国西藏自治区某气象局较早使用了太阳能发电，但发电效率极低，仅几年时间，基本失去了发电功能，究其原因是组件内胶膜黄变严重，极大影响了电池的光电转换效率。作为太阳能光伏组件中关键原材料之一，EVA胶膜的性能在此起着决定性作用。因此，如何解决EVA胶膜老化黄变问题，延长组件使用寿命，最终成功研制出耐老化性能优良的EVA胶膜，解决国内高性能EVA胶膜长期依赖进口的局面是需要攻关的课题。

张臻等［9］对不同组成的EVA胶膜进行了长达1 000 h紫外光老化试验，分析了老化过程中胶膜力学性能、透过率和黄色指数的变化，老化前后太阳能电池组件外观及EVA胶膜特性的变化。研究表明，选择合理复配的含抗氧剂、紫外光稳定剂和紫外光吸收剂的抗老化体系，所制EVA胶膜具有优异的耐紫外光老化的性能，能满足太阳能电池封装胶膜的需要。李连春［10］选用w（VA）为33%的EVA树脂为基本原料，通过熔融共混挤出的方法加入抗氧剂、紫外光吸收剂、紫外光稳定剂、交联剂和增黏剂，再经热压得到EVA胶膜。探究了不同组成的EVA胶膜在老化过程中的力学性能、透光率以及黄色指数的变化。结果表明，选用适宜的交联剂，能够使EVA胶膜在低温、短时间内进行封装固化，所制改性EVA胶膜的热氧稳定性明显提高。陆佳琦［11］制备了有转光功能的EVA胶膜，可以把不能吸收的紫外光转成红色光后吸收，提高了的光能转化率。制备方法为：首先以丙烯酸、二苯甲酰甲烷、水杨酸、邻菲罗啉为配体合成了3种含铕的稀土荧光剂，并筛选出最优的荧光剂；然后，选择合适的交联体，改进了薄膜的老化性能，合成一种耐老化性能优异的EVA胶膜；最后，将制得的EVA胶膜与稀土荧光剂复合制备EVA胶膜，可使太阳能吸收效率提高10%以上。李海波等［12］分别以丙烯酸，甲基丙烯酸甲酯，γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷KH-570作为接枝单体，对EVA进行接枝改性，探讨了接枝单体对EVA胶膜交联性能、黏结性能、透光性和耐湿热老化性能的影响。结果表明：用KH-570接枝的EVA胶膜的综合性能较好，其凝胶率超过90%（即交联度较高）、剥离强度相对最大，1 mm厚EVA胶膜对400～1 000 nm的紫外光的透光率超过85%，且耐湿热老化性能良好。李哲龙等［13］在制备EVA胶膜的原料中增加了聚丙烯酰胺，将其作为吸酸阻水剂，有效消除或中和了EVA中含有的少量游离乙酸和老化过程中产生的酸性小分子物质，使EVA胶膜具备优良的水汽阻隔性能，且由于采用的聚丙烯酰胺为纳米级颗粒或粉末状，对胶膜的透光率基本没影响。曾作祥等［14］将EVA与交联固化剂和偶联剂预混合，再添加抗氧剂复配体系和光稳剂复配体系，在高速搅拌条件下混合均匀；混合物加入到双螺杆挤出机中，于80～95 ℃成膜，所制EVA胶膜用作太阳能电池封装热熔胶，不仅具有很强的紫外光透过能力，而且能保持优良的耐老化性能，可明显提高光伏组件的光电转化效率。朱清梅［15］将100.00 phr的EVA（VA质量分数为28%）与0.20 phr三烯丙基异三聚氰酸酯，1.00 phr过氧化二苯甲酰，0.18 phr的γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合均匀，然后添加0.28 phr的3-（3,5-二叔丁基-4羟基苯基）丙酸正十八烷醇酯，0.13 phr三（2,4-二叔丁基）亚磷酸苯酯，0.10 phr的2-羟基正辛氧基二苯甲酮，0.30 phr双（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，混合均匀后利用双螺杆挤出机，采用低温挤出流延法制备EVA胶膜。所制EVA胶膜的耐老化性能与日本普利司通公司产品相当，黄变指数可控制在1.0以下，透光率达85%且剥离强度保持率可达85%以上，对高性能EVA胶膜国产化产生积极影响。

近年来，国内几个知名的EVA胶膜生产厂和科研院所合作进行了大量研究工作。杭州福斯特光伏材料股份有限公司一直致力于EVA胶膜的开发和研究，推出的FRSTTM F806 EVA在各项性能上均可与国际顶尖EVA供应商（如美国胜邦公司、日本三井化学公司、日本Bridgestone公司、德国Etimex公司等）相抗衡，尤其是耐老化性能卓越。枫华塑胶科技有限公司是国内首家生产EVA胶膜的专业厂家，现拥有国内最宽的EVA胶膜生产线，年生产能力1 000万m2以上。南京大学常州高新技术研究院开发了耐老化EVA胶膜。深圳斯威克科技有限公司与中山大学太阳能研究所以及华南理工大学长期合作，生产的EVA胶膜具有优异的黏结性、附着性，低收缩性和抗紫外光老化性。

4　发展趋势

太阳能电池板的需求上升推动EVA需求增长，业内人士预测该行业全球年需求量将以30%～40%速率增长。2015年，我国光伏装机规模17.8 GW，占全球的1/3。亚洲生产商近期目标是扩大w（VA）为30%～33%的EVA产量，以满足太阳能电池板市场的急速增长需求［15-17］。

太阳能电池板广泛应用于住宅、商业、工业、农业和交通运输部门。国际市场上，w（VA）为30%～33%的EVA比w（VA）为28%的EVA贵100美元/t，后者主要用作电缆涂料和热熔胶黏剂，价格低廉，无法给企业带来高附加值。因此，研制开发高附加值的太阳能电池胶膜用EVA树脂具有广阔的市场前景。受国际原油价格走低的影响，EVA胶膜的价格明显下降，维持在9.2～9.4元/m2。EVA胶膜的整体发展趋势是高阻隔性、高耐候性、高性价比。

5　结束语

受雾霾天气影响，国内加大了清洁能源的开发力度，各地光伏产业发展迅猛，给EVA胶膜扩大市场提供了商机，在光伏组件成本下降，使用寿命提升，应用环境多样化市场需求的倒逼下，高品质、低成本的EVA市场需求开发迫切。国内生产商应进一步提高EVA胶膜的热氧稳定性、耐老化性能，同时紧跟市场需求，开发抗氧化性能高的太阳能电池胶膜用EVA树脂，降低进口依存度。

［1］ 汤明，李蕾.EVA树脂开发和应用进展［J］.塑料工业，2011，39（10）：24-26.［2］ 李玉芳，伍小明.我国乙烯-醋酸乙烯共聚树脂的市场分析［J］.化学工业，2015，33（1）：30-34.

［3］ 李玉芳.EVA树脂的生成技术及国内市场分析［J］.乙醛醋酸化工，2014（5）：8-13.

［4］ 王荣君.太阳能电池封装用EVA胶膜的制备与性能表征［D］.上海：华东理工大学，2012.

［5］ 付蒙，陈福林，芩兰.EVA改性与应用研究进展［J］.化工新材料，2014，42（11）：220-223.

［6］ 李哲龙.高效抗紫外太阳电池封装用EVA胶膜的研制［J］.阳光能源，2011（5）：62-63.

［7］ 刘燕武.太阳能电池封装用抗PID型EVA胶膜的制备与性能表征［D］.上海：华东理工大学，2015.

［8］ 杨景蓝，田苗，冀小强，等.基于专利信息的太阳能电池用EVA胶膜产业分析［J］ .塑料包装，2016，26（1）：53-57.

［9］ 张臻，沈辉，李光吉，等.太阳组件用EVA胶膜在紫外光老化中的性能变化［J］.太阳能学报， 2007，28（11）：1221-1226.

［10］ 李连春.太阳电池用耐老化EVA封装胶膜的制备、结构与性能［D］.广州：华南理工大学，2002.

［11］ 陆佳琦. 太阳能电池EVA转光封装胶膜研究［D］.上海：上海交通大学，2012.

［12］ 李海波，戚嵘嵘，冯杰，等. 太阳能电池用EVA封装胶膜的性能研究［J］.中国胶黏剂，2016（4）：22-25.

［13］ 李哲龙，朱万育，宣中旺，等.一种太阳能电池封装用EVA胶膜及其制备工艺：中国，104861886A［P］.2015-08-26.

［14］ 曾作祥，余四龙，李哲龙，等.一种高透紫外光太阳能电池封装用EVA胶膜及其制备方法：中国，102925067A［P］.2013-02-13.

［15］ 朱清梅.抗老化太阳能电池封装用EVA胶膜的研制［C］//第七届全国有机电化学与工业学术会议暨中国化工学会精细化工专业委员会全国学术会议会议，海口：2014：122-123.

［16］ 陈国康，陈铭，陆秋欢.我国EVA市场现状及其发展战略［J］.石油化工技术与经济，2009，25（1）：1-4.

［17］ 钱惠.醋酸乙烯衍生物生产与市场分析［J］.精细化工原料及中间体，2011（5）：7-11.

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。

柳阳，男，1985年生，讲师，愽士，2012年毕业于武汉大学物理科学与技术学院，美国加州大学洛杉矶分校愽士后，主要从事凝聚态物理及太阳能研究工作。联系电话：18971675299。

湖北工业大学开放基金研究项目（HBSKFMS 2014017），湖北工业大学愽士启动基金研究项目（BSQD12170）。