高温高湿条件下光伏组件用材料阻隔性能深度解析

1.分子动力学角度：在高温高湿环境下，材料内部的分子运动进一步加剧。对于聚合物材料，温度和湿度的升高都会使其分子链的热运动能量大幅增加，分子链段的运动速度更快，分子链之间原本紧密的排列变得更加疏松，空隙增大。以光伏组件的封装材料 EVA 为例，在高温高湿条件下，其分子链更容易出现较大的空隙，水汽分子不仅可以通过高温时产生的间隙，还能借助高湿度环境下更多的水汽聚集和扩散作用，更容易地渗透进入材料内部，从而严重降低材料的阻隔性能。此外，根据菲克定律，高温高湿会使水汽分子在材料中的扩散系数显著增大，其在材料中的扩散速度更快、更容易，进一步削弱了材料对水汽的阻隔能力。

2.材料物理化学性质变化角度：

物理变化：许多材料在高温高湿环境下会发生更明显的物理变化。热塑性封装材料在高温高湿条件下，从较硬的玻璃态转变为柔软的高弹态的速度加快，且由于湿度的影响，材料的体积膨胀程度更大，内部结构变得更加松散。比如光伏组件中的密封胶，在高温高湿下其体积膨胀加剧，更容易使密封处出现微小缝隙，大量水汽和氧气能够轻易地通过这些缝隙进入光伏组件内部。

化学变化：高温高湿还会引发材料更复杂的化学变化。在光伏组件材料中，化学键在这种环境下更容易断裂或重组。对于含有添加剂的材料，添加剂在高温高湿下的分解反应可能会加速，产生更多的小分子物质，这些小分子物质不仅会在材料内部形成更多的通道，还可能与水汽发生反应，改变材料的化学结构，使其变得更易被水汽和氧气穿透。含碳 - 氢（C - H）键的材料，在高温、高湿和氧气存在的情况下，氧化反应速率加快，对材料的阻隔性能破坏更为严重 。

以乙烯 - 醋酸乙烯酯共聚物（EVA）为例，常温下通过分子链的相互作用，对水汽和氧气有一定的阻隔作用，并且具有良好的柔韧性和粘结性，能将电池片与其他组件材料很好地封装在一起。当处于高温高湿环境时，EVA的阻隔性能下降更为显著。一方面，EVA作为热塑性材料，在高温高湿下分子链运动剧烈，分子链之间的间距进一步增大；另一方面，EVA 中的醋酸乙烯酯（VA）成分在高温高湿下分解反应加速，产生的小分子物质增多，这些因素共同作用，使得 EVA 的水汽透过率比常温下成倍增加，对光伏组件内部的电池片等部件的保护极为不利 。

1.测试方法

?水汽透过率测试

红外传感器法：利用红外传感器检测透过材料的水汽浓度。在高温高湿的测试环境下，将材料置于传感器和水汽源之间，传感器可实时测量透过材料的水汽量，进而快速计算出水汽透过率。如使用广州标际研发生产 W413 2.0 水蒸气透过率测定仪搭配 GB-YBT 光伏片材测试平台，可在模拟高温高湿的条件下准确测量材料的水汽透过性能。 

▲W413 2.0 水蒸气透过率测定仪+GB-YBT光伏片材测试平台

?氧气透过率测试

库伦电量法：利用库仑传感器检测透过样品的氧气。将预先处理好的试样固定在测试腔中间，高纯氧气在薄膜的上腔流动，高纯氮气（载气）在下腔流动，氧分子透过薄膜扩散到另一侧的氮气中，被流动的氮气携带至传感器，通过对传感器测量到的氧气浓度进行分析，计算出氧气透过率。该方法灵敏度极高，可检测极低的氧气透过率，适用于评估高阻隔性能的背板材料，尤其适用于对氧气阻隔性能要求苛刻的高端光伏组件和其他对氧气敏感的应用领域，如使用 Y310 2.0 氧气透过率测定仪搭配 GB-YBT310 光伏片材测试平台。

▲Y310 2.0氧气透过率测定仪+GB-YBT310光伏片材测试平台

在光伏行业，不同国家和地区对背板材料的水蒸气透过率要求有所不同。日本夏普、京瓷等企业要求严格，必须低于 0.3 g/m2?day；德国、奥地利同类产品要求为 1.6 g/m2?day，而国内行业标准规定 WVTR 小于 2.5 g/m2?day 。对于水汽透过率和氧气透过率等阻隔性能指标，均有相应的合格范围标准。若材料在高温高湿下的阻隔性能测试结果超出了这些标准范围，则该材料可能不适合用于光伏组件，或者需要进一步改进其配方和生产工艺，以确保光伏组件在实际的高温高湿应用环境中的可靠性、耐久性和安全性 。