高溫高濕條件下光伏組件用材料阻隔性能深度解析

1.分子動力學角度：在高溫高濕環境下，材料內部的分子運動進一步加劇。對于聚合物材料，溫度和濕度的升高都會使其分子鏈的熱運動能量大幅增加，分子鏈段的運動速度更快，分子鏈之間原本緊密的排列變得更加疏松，空隙增大。以光伏組件的封裝材料 EVA 為例，在高溫高濕條件下，其分子鏈更容易出現較大的空隙，水汽分子不僅可以通過高溫時產生的間隙，還能借助高濕度環境下更多的水汽聚集和擴散作用，更容易地滲透進入材料內部，從而嚴重降低材料的阻隔性能。此外，根據菲克定律，高溫高濕會使水汽分子在材料中的擴散系數顯著增大，其在材料中的擴散速度更快、更容易，進一步削弱了材料對水汽的阻隔能力。

2.材料物理化學性質變化角度：

物理變化：許多材料在高溫高濕環境下會發生更明顯的物理變化。熱塑性封裝材料在高溫高濕條件下，從較硬的玻璃態轉變為柔軟的高彈態的速度加快，且由于濕度的影響，材料的體積膨脹程度更大，內部結構變得更加松散。比如光伏組件中的密封膠，在高溫高濕下其體積膨脹加劇，更容易使密封處出現微小縫隙，大量水汽和氧氣能夠輕易地通過這些縫隙進入光伏組件內部。

化學變化：高溫高濕還會引發材料更復雜的化學變化。在光伏組件材料中，化學鍵在這種環境下更容易斷裂或重組。對于含有添加劑的材料，添加劑在高溫高濕下的分解反應可能會加速，產生更多的小分子物質，這些小分子物質不僅會在材料內部形成更多的通道，還可能與水汽發生反應，改變材料的化學結構，使其變得更易被水汽和氧氣穿透。含碳 - 氫（C - H）鍵的材料，在高溫、高濕和氧氣存在的情況下，氧化反應速率加快，對材料的阻隔性能破壞更為嚴重 。

以乙烯 - 醋酸乙烯酯共聚物（EVA）為例，常溫下通過分子鏈的相互作用，對水汽和氧氣有一定的阻隔作用，并且具有良好的柔韌性和粘結性，能將電池片與其他組件材料很好地封裝在一起。當處于高溫高濕環境時，EVA的阻隔性能下降更為顯著。一方面，EVA作為熱塑性材料，在高溫高濕下分子鏈運動劇烈，分子鏈之間的間距進一步增大；另一方面，EVA 中的醋酸乙烯酯（VA）成分在高溫高濕下分解反應加速，產生的小分子物質增多，這些因素共同作用，使得 EVA 的水汽透過率比常溫下成倍增加，對光伏組件內部的電池片等部件的保護極為不利 。

1.測試方法

?水汽透過率測試

紅外傳感器法：利用紅外傳感器檢測透過材料的水汽濃度。在高溫高濕的測試環境下，將材料置于傳感器和水汽源之間，傳感器可實時測量透過材料的水汽量，進而快速計算出水汽透過率。如使用廣州標際研發生產 W413 2.0 水蒸氣透過率測定儀搭配 GB-YBT 光伏片材測試平臺，可在模擬高溫高濕的條件下準確測量材料的水汽透過性能。

▲Y310 2.0氧氣透過率測定儀+GB-YBT310光伏片材測試平臺

在光伏行業，不同國家和地區對背板材料的水蒸氣透過率要求有所不同。日本夏普、京瓷等企業要求嚴格，必須低于 0.3 g/m2?day；德國、奧地利同類產品要求為 1.6 g/m2?day，而國內行業標準規定 WVTR 小于 2.5 g/m2?day 。對于水汽透過率和氧氣透過率等阻隔性能指標，均有相應的合格范圍標準。若材料在高溫高濕下的阻隔性能測試結果超出了這些標準范圍，則該材料可能不適合用于光伏組件，或者需要進一步改進其配方和生產工藝，以確保光伏組件在實際的高溫高濕應用環境中的可靠性、耐久性和安全性 。