摘要随着人们环保意识的增强以及科学技术水平的提高，在倡导低碳生活的今天，太阳能电池行业也以惊人的速度增长，而为得到较高的光电转化率，就迫切需要具有优异性能的封装材料。本文主要综述了国内外对染料敏化太阳能电池封装材料的研究现状及发展趋势。

　　论文关键词：染料敏化太阳能电池，封装材料，耐久候性，耐老化性

　　
　　在社会经济快速发展，生活水平日益提高的同时，全球也在消耗着越来越多的能源。作为清洁的可再生能源——太阳能，则越来越受到人们的重视，应用领域也越来越广泛。自1991年，Gr?tzel于《Nature》上发表了关于染料敏化纳米晶体太阳能电池的文章，以较低的成本得到了大于7%的光电转化效率，开辟了太阳能电池发展史上一个崭新的时代，为利用太阳能提供了一条新的途径以来，到目前为止，DSSCs的光电转化效率已能稳定在11％以上[1]，据推算寿命能达15～20年，且其制造成本仅为硅太阳能电池的1/5～1/10。随着太阳能行业的增长，对封装材料的需求也在增加，如图1。封装材料是应用于防止对敏感电子设备造成损害而使用的保护屏障，其选取工艺将直接决定太阳电池的电性能、热性能、光性能、美观性和

　　
　　图1 全球光伏封装剂需求增长的预测

　　
　　机械性能，影响光伏组件的可靠性和寿命。目前都在提倡高性能、低成本，但低成本并不意味着低劣，高性能的可靠性体现和长久的保持需要重视封装技术和工艺，所以封装工艺是太阳能组件的关键技术之一。据全球咨询机构Frost＆Sullivan公司的研究分析，全球封装材料市场的年价值约为20亿美元，2009年光伏封装材料部门价值约3.54亿美元，而中国的结构胶市场正处于增长阶段[2]。

　　
　　2 封装材料

　　
　　2.1 EVA（乙烯醋酸乙烯脂）

　　
　　它是一种进行化学交联的弹性体，具有良好的柔韧性、耐冲击性、弹性、光学透明性、低温挠曲性、粘着性、耐环境应力开裂性、耐候性、耐腐蚀性、热密封性。EVA 主要用于晶硅电池的背衬底，少部分薄膜也有采用，主要起到保护电池以及将电池片与盖板玻璃紧密贴合的作用。EVA封装在真空室（真空层压器）里进行。一般包括三道工序：第一道工序是将所有的组件叠放在一起，放入真空室（不能有任何气泡和错位），第二道工序是加热加压，（仍在真空状态下）此时箔开始融化，并完全包裹住电池，将所有的组件“沾湿”。第三道工序是再加热，使EVA相互交联，这一道工序改变了聚合物的结构，使其在太阳光的充分照射下也不会再软化，如图2所示。Poisson等人采用PE/EVA/PA三层薄膜，制备的EAV的热封时间减少了40%，并具有良好的机械性能和透光性[3]。李连春等人对国内EVA做了改性，制备的EVA-5型封装剂的性能优于国内产品，黄变指数变化小[4]。许多主要厂商都在2010年公布了重大投资，美国有机硅生产商道康宁公司与德国设备供应商REIS ROBOTICS公司签署了战略伙伴关系；日本可乐丽公司增加了在德国法兰克福的生产线，以应对对封装剂增长的需求，使其能力提高了1万吨/年—3.9万吨/年；首诺公司以3.02亿美元收购乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）封装材料生产。

　　
　　耐久候性染料敏化太阳能电池

　　
　　图2 双面玻璃封装 图3 2005-2010年全球环氧树脂塑封产量

　　
　　2.2 环氧树脂（EP）

　　
　　环氧基树脂优点在于其具有良好的粘接性能、电气绝缘性能、耐热、耐腐蚀和机械性能， 价钱也非常便宜， 并且采用灌胶封装的方式还可以制作弯曲的组件。低廉的价格和良好的加工加工性能一直深受喜爱，环氧树脂塑封产量逐年增长，如图3所示。常用的环氧树脂封胶909AB-S为透明液体，粘度低，主要用于太阳能电池板、LED灯饰面板及其它工艺品表面的封装在常温或中温下可固化，混合后粘度低、高透明、工艺性佳；固化后透明度佳、有一定的硬度和韧性，表面平整、光亮，无气泡，附着力强，耐溶剂性、抗黄性等优。但随着电子行业的飞速发展，要求发展材料的韧性、导热性、阻燃性等方面都有良好的改善。张艳银等人利用聚氧化丙烯二胺（D230）和异佛尔酮二胺（IPDA）固化剂的固化效应，提高了环氧树脂的透光性、抗紫外光老化性和耐热性，不但毒性低，无刺激性，而且工艺流程简单，成本低[6]。日本油化公司开发生产的联苯型环氧树脂YX—4000系列，在常温下为粉末状，加热熔融后粘度很小。东都化成公司开发生产的结晶性的环氧树脂YDC—1321、YDC—1321A，常温下呈粉末状，一旦加热超过其熔点，呈低粘度熔融状态，可实现高填充[7]。

　　
　　2.3 聚乙烯醇缩丁醛（PVB）

　　
　　是一种进行非化学交联的热塑性塑料，外观为半透明薄膜，无杂质，表面平整，有一定的粗糙度和良好的柔软性，对无机玻璃有很好的粘结力、具有透明、耐热、耐寒、耐湿、机械强度高等特性，是当前世界上制造夹层、安全玻璃用的最佳粘合材料，还可以回收用作再次封装的材料。过去曾经用在光伏产业中，但因为其在水蒸气中会变得模糊而不受欢迎，但近来的研究表明PVB在玻璃——玻璃的模块的制造中有其优势，而最新的PVB箔在保持透明度方面有与EVA同样的性能。Peter M以EVA,TPUS,PVB以及其他热塑性材料为基材，制备出的密封胶剂具有较好的耐湿性和耐久性[5]。PVB 目前主要用在薄膜电池行业，生产企业和产品型号均较少，目前以Dupont、Kuraray 等为主，国内也有个别企业正在尝试生产，如鑫富药业在湖州的项目；目前市场使用的产品以Dupont 的Tedlar 最为知名，但也有不少其他国际大厂在生产各种产品，如埃蒂梅克斯太阳能（ETIMEX Solar）公司也使其现有的聚乙烯醇缩丁醛（PVB）能力进行了扩增。

　　
　　2.4 聚氟乙烯（TPT）

　　
　　是一种塑料复合膜，白色，对阳光起反射作用，因此对组件的效率略有提高，并因其具有较高的红外发射率，还可降低组件的工作温度，也有利于提高组件的效率。当然，此氟塑料膜具有太阳电池封装材料所要求的耐老化、耐腐蚀、不透气等基本要求。目前日本索拉派（SolarPET）太阳能电池背板（又名背封膜，封装膜，背面保护膜，TPT替代品），采用世界独一无二的特殊PET材料制成，具有更好的空气隔绝性能，更好的防氧化和抗潮湿性能，良好的电绝缘性能，极具吸引力的价格成本。此材料在日本已被夏普、京瓷、三洋等太阳能厂家长期秘密使用，是太阳能组件层压封装材料同类产品中最具性价比的一款产品。

　　
　　2.5 其他封装材料

　　
　　近年来，德国拜耳公司利用一种耐光热塑性聚氨酯制成商品名为VISTASOLAR的新型聚氨酯薄膜，代替的EVA薄膜，大大提高了太阳能电池的发电效率[8]。西岛孝一等人以乙烯-（甲基）丙烯酸脂共聚物为原料，添加特定的有机过氧化物并按一定比例加入交联助剂，能够得到性能很好的密封材料[9]。藤井秀树等人发明了太阳能电池用聚酯树脂片，具有较好的耐水解性和机械强度[10]。保谷裕等人发明了一种在非交联状态下具有良好性能的丙烯类热塑料聚合物[11]。宫治新一郎等人以聚酯聚合物为基材，并附上一层金属氧化物构成密封膜，具有较好的耐湿性、耐候性和机械强度[12]。

　　长门大等人在透明的聚酯聚合物上涂覆了一层固化性氟树脂，具有较好的机械强度和透光性，同时耐湿性、耐候性和耐久性都较高，但其封装工艺较为复杂[13]。在玻璃粉中加入铊或者是铊的氧化物，再加入银浆，有机催化剂以及其他添加剂，所制胶剂具有良好的导电性能[14]。L-T.Huang等人在聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）上涂上一层氮氧化氯（ALOxNy）的钝化膜，提高了DSSC的长期稳定性[15]。王家俊等人在聚酰亚胺（PI）中加入氮化铝（AlN）制备出导热型高性能塑料封装材料[16]。李春斌等人开发了具有非极性结构的紫外辐射固化树脂，通过对UV固化密封胶的实验测试，其防泄漏性能要大大优于常用的热塑性密封胶[17]。于男等人对比了AB胶和光固化无影胶，发现后者在紫外光照射下，固化速度快，耐溶剂性好，封装效果较好[18]。Epoxies Etc公司的低硬度无填料双组分聚氨酯灌封胶是黑色弹性体，与硅橡胶相比，具有粘附性和韧性好的优点，此外还具有优异的水解稳定性、低透湿性和良好的介电性能[19]。Dow Corning 的液态硅封装料和Wacker Chemie 的硅树脂等，也在研发制备中，但目前还没有成为主流。

　　
　　3 结束语

　　
　　目前国内外以EVA-玻璃为主的封装技术基本上可以满足太阳能电池的封装要求。但近年来，一些太阳能电池组件的生产者和终端用户相继报道了在自然条件下，太阳能电池的封装材料变黄，剥离，脱胶而使太阳能电池光电转化率和使用寿命大大下降。因此，提高太阳能电池封装胶膜的耐候性和耐老化性能，已成为太阳能电池推广应用中一个迫切需要解决的问题，以透明树脂叠成聚氟树脂构成的密封膜，结合透明树脂和聚氟树脂两者的优点，使其具有较高的光透过率和机械强度以及较好的耐水解性、耐溶剂性、耐蚀性、耐候性、耐老化性和轻质化，是未来染料敏化太阳能电池封装技术的发展方向[20] [21]。

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