EVA的真空层压工艺

andow

EVA的真空层压工艺

EVA是晶体硅太阳电池封装中应用最广泛的一种热熔胶，真空层压工艺就是针对
EVA的特
性来设计的。这个工艺的主要目的就是使
EVA实现最优程度的固化，并防止移位和气泡的
产生。本文所关注的就是所有材料准备好了以后，放入层压机中层压的这一个具体过程。
1 EVA的基本特性

1.1
固化温度。EVA是一种热熔胶，即在常温下，
EVA是固体，没有粘性。当把
EVA
加热到一定温度时，EVA会熔化粘结在与它接触的物体上。用于太阳电池封装的
EVA是专门设计的热固性热熔胶，即在加热熔融的同时会发生固化反应。当温度
较低时，交联反应发生的速度很缓慢，完成固化所需要的时间较长，反之需要的
时间就比较短。因此要选择一适宜的层压温度，使
EVA在熔融中获得流动性，
同时发生固化反应。随着反应的进行，交联度增加，
EVA失去流动性，起到封装
的作用。
1.2
交联度。用于太阳电池封装的
EVA在层压过程中发生了交联反应，形成了三维
网状结构。通常，EVA的交联度用凝胶含量来表示，凝胶含量是交联的
EVA占
总的
EVA的重量百分含量。实验上的测定方法有很多，常用的是二甲苯萃取法。
2
层压机和层压工艺

2.1
层压机。层压机是真空层压工艺使用的主要仪器，它的作用就是在真空条件下对
EVA进行加热加压，实现
EVA的固化，达到对太阳电池密封的目的。对于层压
机来说需要设置的参数主要有四个：
z
层压温度：对应着
EVA的固化温度。

..抽气时间：对应着加压前的抽气时间。又因为抽气完成后就是充气加压的过程，
所以抽气时间又对应着加压的时机。抽气的目的，一是排出封装材料间隙的空
气和层压过程中产生的气体，消除组件内的气泡；二是在层压机内部造成一个
压力差，产生层压所需要的压力（参见层压机的工作原理）。

..充气时间：对应着层压时施加在组件上的压力，充气时间越长，压力越大。因
为像
EVA交联后形成的这种高分子一般结构比较疏松，压力的存在可以使
EVA胶膜固化后更加致密，具有更好的力学性能。同时也可以增强
EVA与其
他材料的粘合力。

z
层压时间：对应着施加在组件上的压力的保持时间，是整个过程中时间最长的
一个阶段。抽气时间，层压时间和抽气时间之和就对应着总的固化时间。

2.2
层压工艺。层压工艺要达到的要求是
EVA交联度在
75-85%；EVA与玻璃和
TPT
粘合紧密（剥离强度，玻璃
/EVA大于
30N/cm，TPT/EVA大于
15N/cm），电池片
无位移，组件无明显的气泡。在具体操作上就是对主要就是对层压机的几个参数
进行设置。这几个参数的设置要考虑到很多的因素。下面从理想状况和实际状况
两个方面来介绍。
2.2.1
理想的层压条件设置。图
1是一个比较理想的层压过程中的参数设置。它
的要点就是在较低温度下进行抽气，然后在较高的温度下使
EVA固化。这
个过程大概可以分成三步：
..开始阶段，层压机的温度保持在较低温度，
EVA熔化，有良好的流动性，
但是交联速度很慢。真空泵对下室抽真空，于是组件内部的气体迅速并
且很容易的被抽走。上室保持真空，组件不受压力。

z
EVA固化阶段。层压机温度升高到一个较高温度，
EVA发生快速的交联
1


反应。下室继续保持抽真空，及时排出固化过程产生的气体。同时上室
充气，上下室之间的压力差使层压机中的橡胶层对组件施加压力。
..结束阶段。EVA固化完成。先是上室抽真空，撤去压力，然后下室充气，
开盖。

A process cycle diagram (time, temperature and pressure) for a fast-cure EVA cycle【1】。
这种工艺的的好处，一是低温阶段抽气，可以得到比较好的抽气效果；二是可
以对
EVA的固化进行比较好的控制。但是实际生产过程中这是很不受欢迎的，
因为每层压一次都要降温，降到一定温度然后在开始新的层压过程。这既浪费
时间，又浪费能源。所以在实际生产过程中往往是“一步到位”，直接设置到
固化温度。

2.2.2
实际的参数设置。“一步到位”的层压工艺虽然省时省力，却也带来了很多
问题：一是开始阶段温度就很高，
EVA会很快的熔化，这样就不利于组件内
部间隙间的空气被抽出，容易造成气泡；二是开始阶段温度就很高，
EVA会
很快开始交联，交联度不能得到很好的控制。如何解决这些问题并达到封装
的要求，可以从下面几点来看：
2.2.2.1
所使用
EVA的特性。参考
EVA的固化曲线，对层压参数的设置
进行指导。EVA的固化曲线是在一个恒定的温度下测得的，与实际生
产中
EVA的固化环境相似，近似反映了
EVA在实际生产环境下的交
联过程，所以具有很大的参考价值。图
2 是在直接固化温度下，利用
无转子硫化仪测得的某品牌
EVA的固化曲线（EVA在固化过程中的粘
度不断增大，硫化仪即是在
EVA固化过程中通过测试扭矩来反应
EVA
的粘度变化，并由此来间接测定交联程度的一种仪器。在硫化曲线中，
ML为最小转矩，代表胶料的最低粘度；
MH为最大转矩，代表胶料
的最大交联密度，对应的
Tm为理论上的正硫化时间。
T10为焦烧时
间，即转矩达到[ML+（MH-ML）*10%]的时间；T90为正硫化时间，
即转矩达到[ML+（MH-ML）*90%]的时间。）。从图中可以看出，
EVA
的扭矩随着时间的变化是先下降，再上升。下降阶段对应着
EVA熔化
阶段，到最低点时
EVA的流动性最好。上升阶段即为
EVA的固化阶
段，可以看出在开始上升时曲线很陡，表明交联进行的速度很快，随
2


着交联剂的消耗，交联剂含量减小，交联速度变慢。

图2 用无转子硫化仪测得的EVA的固化（硫化）曲线，横轴为时间，纵轴为转矩S*。图中所示的测
试条件为 测试温度：140℃；角度：±5°；测试时间：22min；测试结果：MH：14.739dN.m; ML:1.059dN.m;
tc10:1:42; tc90:12:55; ts1:1:38; ts2:2:02.（本图所示的只是一个具体的实例，不同品牌的产品，
其固化曲线会有所不同）
从这个曲线可以得到以下关于层压工艺的信息：
..层压温度。层压温度可以说是最关键的一个因素，直接关系着组件的质量。可以先
测试 EVA在不同固化温度下的固化曲线，然后参考这些曲线确定合适的固化温度。
..下室抽真空的设置。这个设置主要有两个方面要注意。
..抽气的关键点是动作要快，越早开始抽气越好。图 2中的 Tc10为 1：42，在
这个时间之前的一段时间内可以认为是最佳的抽气时间。在这段时间内 EVA
或者为固态，或者为流动性好的液体状态，组件内部空隙里的残存气体可以比
较容易的抽走。过了这段时间，随着 EVA交联程度的增加，流动性越来越差，
残存的气体就被陷在了组件里面，很难再去处掉。这个最佳时间段是很短的，
所以在层压机内放置样品时速度一定要快，要做到迅速的放样品，放好样品后
马上合盖，合盖后马上开始抽气。抽气之前的这个过程占用的时间越少，抽气
效果就会越好。另外由此还得到启发：一， EVA的改进中可以包括一个指标，
即焦烧时间。如果焦烧时间延长，就能增加操作的安全性，减少了气泡的发生；
二是增大真空泵的功率，加快抽真空的速度，这也是相当于延长了 tc10。但是
这个功率不能太大，否则大的气流可能导致电池片的移位。
..抽气时间的长短。抽气时间的长短关系到两个问题，一是能否排尽残存气体，
二是影响到加压的时机。参考下面的加压时机的说明。
..充气的设置。充气对应着加压，有三个地方要注意。
..加压的时机。对应着抽空时间，因为对于自动运行的层压机来说抽空后马上对
应着上充气，所以抽空时间对应着加压时机。加压时机的控制应该注意几个方
面：一，加压不要过早。加压过早的话， EVA流动性还很好，压力的存在容
易导致 EVA的流动，使电池片移位。二，加压不要过晚。加压过晚的话， EVA
交联程度已经很高，高分子的三维网络结构基本形成，压力对于增大 EVA的
密度的作用不大。对于这个问题可以这样考虑，当交联度达到某一个取值范围
时加压最好，这个范围对应的时间就是最好的时机。目前就此还没有一个共识，
3


可以做一些细致的研究。
..加压的大小。压力的大小对应着充气时间的长短，充气时间越长，压力就越大，
反之越小。压力大小的控制应该注意几个方面：一，压力不能太大。压力太大
可能导致电池片被压碎，另外也容易导致 EVA的流动，造成太阳电池移位。
二，压力不能太小。压力太小，对 EVA固化后的致密度影响很小，起不到什
么作用，对去处残存气泡的作用也不大，EVA与 TPT、EVA与玻璃之间的粘
合力比较小。在操作过程中，应该是在不造成太阳电池破裂和移位的情况下，
尽量的增大压力。
..层压的时间。层压时间主要关系到 EVA最后的交联度。交联度的测定由专门的方
法，但是在设置层压时间时可以参考 tc90。
2.2.3
层压机性能。因为 EVA的交联速度对温度很敏感，所以层压机的温度的精
度（指层压机内部温度相对于设定温度的变化范围）和均匀性（层压机内部
不同区域的温度差异）是很重要的。层压机的精度低的话， EVA的交联速度
不是一个稳定的值，会有很大的波动，就不容易对 EVA的交联度由很好的
控制。层压机的温度均匀性影响到层压出的组件内部 EVA性能的均匀性，
包括力学和光学性能的均匀性，这对组件的性能会产生很大的影响。
2.2.4
层压组件的结构。主要是普通平板组件（玻璃/EVA/太阳电池 /EVA/TPT结
构）和双面玻璃组件（玻璃/EVA/太阳电池/EVA/玻璃结构）。普通平板组件
中，TPT是柔性的并且质量较轻，所以在层压过程中比较容易控制。在双面
玻璃组件中，放在上面的玻璃是刚性的，质量大，本身的自重就是对组件的
一个压力，这就增加了抽气的难度。同时也使电池片更容易产生移位。另外，
一般层压机的加热板是在下面，由于传热的不均匀，放在上面的玻璃很容易
产生内应力导致破碎。
2.2.5
组件的大小。组件越大，组件内部空隙的残存气体越不容易抽走，尤其是
对于尺寸比较大的双面玻璃组件。对于这种情况，就要适当的增加抽气时间。
2.2.6
组件选用的封装材料。在封装材料里面影响比较大的就是玻璃的厚度。对
于普通平板组件，背面玻璃的厚度增加延长了热量向 EVA传热的时间，可
以适当的增加层压时间。对于双面玻璃组件，上面玻璃厚度的增加加大了玻
璃对 EVA的压力，使抽气变得更加困难。
以上所述只是定性的说明如何优化层压工艺，有哪些资料可以供我们参考。因为涉及的变化
量太多，很难定量化，所以具体的设置还需要在实际工作中去摸索。

3207988

很详细~~感谢楼主~

duoladmeng

感谢楼主 说的很好

371326

我们的参数都是根据客户的材料设计好的，层压机上只管操作，哈哈

whm98011

很受教益,谢谢!

melo1025

比较全面，不过EVA不同，层压参数也设置不同。是什么影响的呢？

yuping

回复 andow 的帖子

很祥细，很实用

风情

谢谢楼主分享，交联度很困惑的问题

dorisda

很好的帖子

qq1916

真空层压机真空泵还是用东莞大路通的真空泵，还可以，推荐一下:http://www.dltkzy.com
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