电晕处理改善PET基封装膜与EVA胶膜之间的粘接强度
柔性太阳能电池(FlexibleSolarCells,FSCs)结构质量轻、转换效率高、可弯曲性强,具有广阔的应用前景[1]。FSCs若直接暴露在大气中,易被雨、雪、风沙等腐蚀,因此,需要对其加以封装,以提高电池组件的使用寿命、延缓组件的效率衰减。FSCs通常采用以有机高分子薄膜为衬底的高阻水性、高透光性的阻隔膜进行封装保护。FSCs一般为三层封装结构,如图1所示,封装膜前板、太阳能电池片、封装膜背板,上、下两层之间通过胶膜进行粘接密封。
图 1 太阳能电池封装结构图
封装膜,指的是在有机高分子薄膜上制取SiOx、SiNx、AlOx等无机材料或者有机-无机叠层杂化材料,以实现对水蒸气的阻隔性,另外,会根据使用寿命设置相应的耐候层。目前,柔性太阳能电池封装膜采用的有机高分子薄膜多为PET。PET基材一面用于制备阻隔层;另一面,即层压面,同太阳能电池片进行粘接。如今,太阳能电池工业化封装技术主要为基于乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)胶膜的真空层压封装工艺。
空层压样片的粘接力与基材、胶膜以及真空层压的工艺条件等因素密切相关,而胶膜类型及其对应的层压工艺已根据制备太阳能电池组件的需求确定下来,故从基材的角度出发改善其粘接性能。层压过程发生的主要步骤首先是胶膜受热熔化后对基材进行润湿,然后胶膜分子产生交联反应形成三维网状结构,并与基材表面的分子进行键合,前板、电池片、背板三层材料粘接成为一体。因此,对于PET基封装膜,粘接性能优劣的根源为基材表面的性能。
PET基材层压面接触角~80°、表面能~32dyn/cm,该状态下,薄膜无法与EVA胶膜进行有效粘接,可以通过氧等离子电晕处理的方式对其表面进行改性。
氧等离子体产生的机理如公式(1)所示。O2→[O],O2→O3+O++e-,O2→O2++e-
氧等离子体电晕处理,可产生各种活性氧,不仅可去除薄膜表面的杂质、污染等,并且可对其表面进行改性。在活性氧的轰击下,PET基材表面的大分子发生断链或抽氢作用,形成活性自由基,这些活性自由基与氧接触形成-COOH、-OH、-C=O等极性官能团。理论上,改性的PET基材与EVA分子之间化学键合的强度会增加,粘接性能会得到改善。
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