十溴二苯乙烷對光伏組件用灌封膠性能的影響

陳雨 梁國正

摘?要：太陽能光伏發電前景廣闊，其光伏組件長期在戶外工作，需具備抵抗不同嚴酷環境的能力。光伏組件用灌封膠需要具備粘接、絕緣、導熱、阻燃及環境耐侯性等各種性能。十溴二苯乙烷作為一種使用范圍廣泛的廣譜添加型阻燃劑，在多種行業的硅膠中都有使用。本文主要研究了其作為添加劑，對光伏組件灌封膠性能的影響，尤其是對其阻燃性的影響。

關鍵詞：光伏組件;灌封膠;十溴二苯乙烷

1 概述

由于煤炭石油等傳統能源對環境的不良影響，全世界都在尋找能源替代品。作為一種新能源，太陽能發電以其清潔無污染、取之不盡用之不竭而得到人們的廣泛興趣，[1]近十幾年來得到了長足的發展，國內外的裝機容量都有了可觀的增長。

光伏電站都建立在戶外，其中不乏環境惡劣的裝機地點，例如高溫高濕、嚴寒、鹽霧、風沙、冰雹、大雪等惡劣天氣等等，對光伏組件封裝材料老化侵蝕非常嚴重。目前大部分的光伏組件生產廠商對組件的功率質保25年，這就對組件封裝材料提出了很高的要求。

有機硅膠具有良好的耐候、密封、電絕緣性及應用高效等特點，[2]應用非常廣泛。

灌封膠是用于組件背面接線盒的封裝，[3]對組件電流輸出部分以及接線盒內的二極管起到保護作用，防止組件引出線氧化、短路、過熱引起接線盒及背板損傷甚至損壞，防止接線盒內的二極管損傷及失效。太陽能光伏組件對灌封膠的綜合性能提出了很高的要求，[4]主要包括力學性能（拉伸強度、剪切強度）、阻燃性能、導熱性能、高粘接性能、絕緣性能、長期耐候性等?？紤]到因組件在發電過程中會伴隨熱量產生，加之部分組件使用過程中存在熱斑風險，[5]尤其是屋頂項目，發生組件燃燒會造成很大的損失，因此太陽能光伏組件用封裝材料需要具有優異的阻燃性。[6]

上個世紀90年代，人們開發了阻燃劑十溴二苯乙烷以替代十溴二苯醚，[7]其熱裂解時不會產生有毒的多溴代二苯并二噁烷（PBDO）及多溴代二苯并呋喃（PBDF），因此不受歐洲關于Dioxin法案限制，[7]符合世界對于工業環保的高要求。此外，十溴二苯乙烷比較穩定，用其阻燃的部分產品可以循環使用，具有良好的抗紫外性能及白度穩定性，[8]在高聚物中不會遷移，耐候性好。[9]因此，十溴二苯乙烷滿足光伏組件用阻燃灌封膠的要求。

目前行業內常用的阻燃劑為氫氧化鋁，用于灌封膠的十溴二苯乙烷阻燃劑目前文獻報道非常少，但是溴系阻燃劑由于其分解溫度大多在200～300℃，與各種高聚物的分解溫度相匹配，能在最佳時刻，氣相及凝聚相同時起到阻燃作用，添加量少，阻燃效果好。因此十溴二苯乙烷用于灌封膠的研究有積極地意義。

2 實驗部分

2.1 實驗儀器與材料

真空捏合機HYL-200，佛山恒源力機械設備有限公司;

行星攪拌機SXJB，世赫工業設備（上海）有限公司;

十溴二苯乙烷，溴含量82 %，白度（L）大于90，上海涵豐實業有限公司;

107膠，白炭黑，二甲基硅油，廣州惠寧化工原料有限公司;

二甲基硅油，γ-氨丙基三乙氧基硅烷，二丁基二月桂酸錫，常州九環新材料有限公司。

2.2 灌封膠樣品制備（1#膠）

第一步（A組分制備），以質量份數計算，首先取粘度為1500cp的107膠60份、沉淀法白炭黑90份加入真空捏合機內，常溫捏合3-5小時;然后在溫度為120℃、真空度為0.05-008Mpa捏合共混25min，冷卻至50℃以下得到基膠;再取90份粘度為1500cp的107膠、50 份100cp的二甲基硅油、基膠3份于行星攪拌機內以580r/minr速度攪拌，攪拌分散均勻即可。

第二步（B組分制備），同樣以質量份數計算，取100cp的二甲基硅油35份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷5份，二丁基二月桂酸錫0.5份。

第三步（混合制備）將A、B 組分按照質量比為10∶1充分混合，灌注入2cm深模具中，在25℃、75%RH條件下硫化7天測試性能。

2.3 含十溴二苯乙烷灌封膠實驗樣品制備（2#膠）

在2.2第一步制備比例基礎上，增加一定比例的十溴二苯乙烷，參與捏合，其余條件不變，得到實驗品。

2.4 樣品測試

2.4.1 灌封膠性能測試

測試項目及測試標準如表1所示。樣品每組選取3個樣本，測試結果取平均值。

2.4.2 接線盒產品濕熱性能測試

將灌封膠灌封于組件接線盒產品，進行濕熱測試，評估其用于產品中承受長期濕氣滲透的能力，測試項目如表2。

3 結果與討論

3.1 阻燃性能

根據UL94的燃燒測試標準，實驗結果如表3所示。

從表3看，2#膠平均燃燒時間平均為1#膠的1/4，阻燃級別由V1級上升為V0級。這是因為十溴二苯乙烷在燃燒分解時能捕捉硅膠降解反應生成的自由基，從而延緩或終止燃燒的鏈反應;同時釋放出的溴化氫，溴化氫氣體本身是一種難燃性氣體，密度較大，覆蓋在硅膠表面起到阻隔表面可燃氣體的作用，也能抑制材料的燃燒。[10]

3.2 其他理化性能測試

表4給出了1#和2#膠的其他綜合性能。

縮合型雙組份膠的硫化過程是在催化劑存在下，基礎聚合物分子鏈末端的羥基與交聯分子中的可水解性基的縮合交聯反應，[11]十溴二苯乙烷本身并不參與交聯反應，所以對其他理化綜合性能影響相對較小。與1#膠相比，2#膠的硬度和拉伸強度稍低，斷裂伸長率稍高。這是由于十溴二苯乙烷加入后，導致硬度和拉伸強度稍稍偏低、斷裂伸長率稍有增加，但是基本上影響較小。因填料等沒有變化，兩者的導熱系數基本不變。因交聯劑、偶聯劑等無差異，粘結性能沒有明顯變化。

3.3 灌封膠及其組件產品的濕熱性能

采用Hast測試后，對比1#膠和2#膠Hast實驗前后的外觀變化。如圖1所示，與1#膠相比，2#膠經48h高溫、高濕及高壓實驗后，外觀無開裂、粉化、黃變等現象，說明十溴二苯乙烷的存在沒有劣化硅膠的濕熱性能。

圖2是用2#膠灌封于接線盒內，經1000小時的濕熱測試（DH1000）實驗前后的外觀。很明顯看出，經2#膠灌封的接線盒，在1000小時的濕熱測試后，無變黃，開裂等現象，即2#膠中的阻燃劑十溴二苯乙烷的加入沒有劣化硅膠的長期耐濕熱性能，可以滿足組件長期使用要求。

4 結語

基于十溴二苯乙烷阻燃性及穩定性等特點，針對光伏組件對接線盒使用的高性能阻燃灌封膠的需求，設計制備了以十溴二苯乙烷為阻燃劑、以硅膠為灌封膠基本組成的新型灌封膠（2#膠）。十溴二苯乙烷的存在將硅膠的阻燃級別從UL94-V1提升到了UL94-V0，而且基本不改變其他綜合性能（包括其基本的理化性能、灌封于接線盒后的濕熱性能），滿足行業要求。當然，此次研究有一定的局限性，在大規模的工業生產中，需要考慮其在批量性生產中對產品穩定性以及對成本的影響，需要相關從業人員進行綜合考慮。

參考文獻：

[1]李芬，陳正洪，何明瓊，等.太陽能光伏發電的現狀及前景[J].水電能源科學，2010，29（12）：188-192.

[2]幸松民，等.有機硅合成工藝及產品應用[M].北京：化學工業出版社，2010.

[3]陳思斌，王兵，宋立芝，譚月敏.太陽光伏組件用有機硅粘接密封膠的分類與選用探討.有機硅材料，2011，25（6）：394-396.

[4]陶小樂，鄭蘇秦，高建軍，郁澤林.硅橡膠在太陽能光伏組件領域的應用[M].有機硅材料，2014，28（1）：44-48.

[5]HANS J，SOLHEIM HALLVARD G.Measurementand simulation of hot spots in solar cells[J].Energy Procedia，2013，38：183-189.

[6]李劍，汪義川，李華，等.單晶硅太陽電池組件的熱擊穿[J].太陽能學報，2011，32（5）：690-693.

[7]歐育湘.阻燃劑——制造、性能及應用[M].北京：兵器工業出版社，1997.

[8]Saadat H，Baton R.Process for decabromodiphenylalkane predominant product[P].US：5302768.1994.

[9]De W.C.Brominated Flame Retardants.Journal of Toxicology and Environmental Health[J].2000，22：405-415.

[10]曾偉麗，朱建新.阻燃PE的研究現狀[J].化工新型材料，2001，29（4）：17.

[11]黃文潤.液體硅橡膠[M].成都：四川科學技術出版社，2009.6：178.