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摘 要：太阳能光伏发电前景广阔，其光伏组件长期在户外工作，需具备抵抗不同严酷环境的能力。光伏组件用灌封胶需要具备粘接、绝缘、导热、阻燃及环境耐侯性等各种性能。十溴二苯乙烷作为一种使用范围广泛的广谱添加型阻燃剂，在多种行业的硅胶中都有使用。本文主要研究了其作为添加剂，对光伏组件灌封胶性能的影响，尤其是对其阻燃性的影响。
关键词：光伏组件;灌封胶;十溴二苯乙烷
1 概述
由于煤炭石油等传统能源对环境的不良影响，全世界都在寻找能源替代品。作为一种新能源，太阳能发电以其清洁无污染、取之不尽用之不竭而得到人们的广泛兴趣，[1]近十几年来得到了长足的发展，国内外的装机容量都有了可观的增长。
光伏电站都建立在户外，其中不乏环境恶劣的装机地点，例如高温高湿、严寒、盐雾、风沙、冰雹、大雪等恶劣天气等等，对光伏组件封装材料老化侵蚀非常严重。目前大部分的光伏组件生产厂商对组件的功率质保25年，这就对组件封装材料提出了很高的要求。
有机硅胶具有良好的耐候、密封、电绝缘性及应用高效等特点，[2]应用非常广泛。
灌封胶是用于组件背面接线盒的封装，[3]对组件电流输出部分以及接线盒内的二极管起到保护作用，防止组件引出线氧化、短路、过热引起接线盒及背板损伤甚至损坏，防止接线盒内的二极管损伤及失效。太阳能光伏组件对灌封胶的综合性能提出了很高的要求，[4]主要包括力学性能（拉伸强度、剪切强度）、阻燃性能、导热性能、高粘接性能、绝缘性能、长期耐候性等。考虑到因组件在发电过程中会伴随热量产生，加之部分组件使用过程中存在热斑风险，[5]尤其是屋顶项目，发生组件燃烧会造成很大的损失，因此太阳能光伏组件用封装材料需要具有优异的阻燃性。[6]
上个世纪90年代，人们开发了阻燃剂十溴二苯乙烷以替代十溴二苯醚，[7]其热裂解时不会产生有毒的多溴代二苯并二噁烷（PBDO）及多溴代二苯并呋喃（PBDF），因此不受欧洲关于Dioxin法案限制，[7]符合世界对于工业环保的高要求。此外，十溴二苯乙烷比较稳定，用其阻燃的部分产品可以循环使用，具有良好的抗紫外性能及白度稳定性，[8]在高聚物中不会迁移，耐候性好。[9]因此，十溴二苯乙烷满足光伏组件用阻燃灌封胶的要求。
目前行业内常用的阻燃剂为氢氧化铝，用于灌封胶的十溴二苯乙烷阻燃剂目前文献报道非常少，但是溴系阻燃剂由于其分解温度大多在200～300℃，与各种高聚物的分解温度相匹配，能在最佳时刻，气相及凝聚相同时起到阻燃作用，添加量少，阻燃效果好。因此十溴二苯乙烷用于灌封胶的研究有积极地意义。
2 实验部分
2.1 实验仪器与材料
真空捏合机HYL-200，佛山恒源力机械设备有限公司;
行星搅拌机SXJB，世赫工业设备（上海）有限公司;
十溴二苯乙烷，溴含量82 %，白度（L）大于90，上海涵丰实业有限公司;
107胶，白炭黑，二甲基硅油，广州惠宁化工原料有限公司;
二甲基硅油，γ-氨丙基三乙氧基硅烷，二丁基二月桂酸锡，常州九环新材料有限公司。
2.2 灌封胶样品制备（1#胶）
第一步（A组分制备），以质量份数计算，首先取粘度为1500cp的107胶60份、沉淀法白炭黑90份加入真空捏合机内，常温捏合3-5小时;然后在温度为120℃、真空度为0.05-008Mpa捏合共混25min，冷却至50℃以下得到基胶;再取90份粘度为1500cp的107胶、50 份100cp的二甲基硅油、基胶3份于行星搅拌机内以580r/minr速度搅拌，搅拌分散均匀即可。
第二步（B组分制备），同样以质量份数计算，取100cp的二甲基硅油35份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷5份，二丁基二月桂酸锡0.5份。
第三步（混合制备）將A、B 组分按照质量比为10∶1充分混合，灌注入2cm深模具中，在25℃、75%RH条件下硫化7天测试性能。
2.3 含十溴二苯乙烷灌封胶实验样品制备（2#胶）
在2.2第一步制备比例基础上，增加一定比例的十溴二苯乙烷，参与捏合，其余条件不变，得到实验品。
2.4 样品测试
2.4.1 灌封胶性能测试
测试项目及测试标准如表1所示。样品每组选取3个样本，测试结果取平均值。
2.4.2 接线盒产品湿热性能测试
将灌封胶灌封于组件接线盒产品，进行湿热测试，评估其用于产品中承受长期湿气渗透的能力，测试项目如表2。
3 结果与讨论
3.1 阻燃性能
根据UL94的燃烧测试标准，实验结果如表3所示。
从表3看，2#胶平均燃烧时间平均为1#胶的1/4，阻燃级别由V1级上升为V0级。这是因为十溴二苯乙烷在燃烧分解时能捕捉硅胶降解反应生成的自由基，从而延缓或终止燃烧的链反应;同时释放出的溴化氢，溴化氢气体本身是一种难燃性气体，密度较大，覆盖在硅胶表面起到阻隔表面可燃气体的作用，也能抑制材料的燃烧。[10]
3.2 其他理化性能测试
表4给出了1#和2#胶的其他综合性能。
缩合型双组份胶的硫化过程是在催化剂存在下，基础聚合物分子链末端的羟基与交联分子中的可水解性基的缩合交联反应，[11]十溴二苯乙烷本身并不参与交联反应，所以对其他理化综合性能影响相对较小。与1#胶相比，2#胶的硬度和拉伸强度稍低，断裂伸长率稍高。这是由于十溴二苯乙烷加入后，导致硬度和拉伸强度稍稍偏低、断裂伸长率稍有增加，但是基本上影响较小。因填料等没有变化，两者的导热系数基本不变。因交联剂、偶联剂等无差异，粘结性能没有明显变化。
3.3 灌封胶及其组件产品的湿热性能 采用Hast测试后，对比1#胶和2#胶Hast实验前后的外观变化。如图1所示，与1#胶相比，2#胶经48h高温、高湿及高压实验后，外观无开裂、粉化、黄变等现象，说明十溴二苯乙烷的存在没有劣化硅胶的湿热性能。
图2是用2#胶灌封于接线盒内，经1000小时的湿热测试（DH1000）实验前后的外观。很明显看出，经2#胶灌封的接线盒，在1000小时的湿热测试后，无变黄，开裂等现象，即2#胶中的阻燃剂十溴二苯乙烷的加入没有劣化硅胶的长期耐湿热性能，可以满足组件长期使用要求。
4 结语
基于十溴二苯乙烷阻燃性及稳定性等特点，针对光伏组件对接线盒使用的高性能阻燃灌封胶的需求，设计制备了以十溴二苯乙烷为阻燃剂、以硅胶为灌封胶基本组成的新型灌封胶（2#胶）。十溴二苯乙烷的存在将硅胶的阻燃级别从UL94-V1提升到了UL94-V0，而且基本不改变其他综合性能（包括其基本的理化性能、灌封于接线盒后的湿热性能），满足行业要求。当然，此次研究有一定的局限性，在大规模的工业生产中，需要考虑其在批量性生产中对产品稳定性以及对成本的影响，需要相关从业人员进行综合考虑。
参考文献：
[1]李芬，陈正洪，何明琼，等.太阳能光伏发电的现状及前景[J].水电能源科学，2010，29（12）：188-192.
[2]幸松民，等.有机硅合成工艺及产品应用[M].北京：化学工业出版社，2010.
[3]陈思斌，王兵，宋立芝，谭月敏.太阳光伏组件用有机硅粘接密封胶的分类与选用探讨.有机硅材料，2011，25（6）：394-396.
[4]陶小乐，郑苏秦，高建军，郁泽林.硅橡胶在太阳能光伏组件领域的应用[M].有机硅材料，2014，28（1）：44-48.
[5]HANS J，SOLHEIM HALLVARD G.Measurementand simulation of hot spots in solar cells[J].Energy Procedia，2013，38：183-189.
[6]李劍，汪义川，李华，等.单晶硅太阳电池组件的热击穿[J].太阳能学报，2011，32（5）：690-693.
[7]欧育湘.阻燃剂——制造、性能及应用[M].北京：兵器工业出版社，1997.
[8]Saadat H，Baton R.Process for decabromodiphenylalkane predominant product[P].US：5302768.1994.
[9]De W.C.Brominated Flame Retardants.Journal of Toxicology and Environmental Health[J].2000，22：405-415.
[10]曾伟丽，朱建新.阻燃PE的研究现状[J].化工新型材料，2001，29（4）：17.
[11]黄文润.液体硅橡胶[M].成都：四川科学技术出版社，2009.6：178.
关键词：光伏组件;灌封胶;十溴二苯乙烷
1 概述
由于煤炭石油等传统能源对环境的不良影响，全世界都在寻找能源替代品。作为一种新能源，太阳能发电以其清洁无污染、取之不尽用之不竭而得到人们的广泛兴趣，[1]近十几年来得到了长足的发展，国内外的装机容量都有了可观的增长。
光伏电站都建立在户外，其中不乏环境恶劣的装机地点，例如高温高湿、严寒、盐雾、风沙、冰雹、大雪等恶劣天气等等，对光伏组件封装材料老化侵蚀非常严重。目前大部分的光伏组件生产厂商对组件的功率质保25年，这就对组件封装材料提出了很高的要求。
有机硅胶具有良好的耐候、密封、电绝缘性及应用高效等特点，[2]应用非常广泛。
灌封胶是用于组件背面接线盒的封装，[3]对组件电流输出部分以及接线盒内的二极管起到保护作用，防止组件引出线氧化、短路、过热引起接线盒及背板损伤甚至损坏，防止接线盒内的二极管损伤及失效。太阳能光伏组件对灌封胶的综合性能提出了很高的要求，[4]主要包括力学性能（拉伸强度、剪切强度）、阻燃性能、导热性能、高粘接性能、绝缘性能、长期耐候性等。考虑到因组件在发电过程中会伴随热量产生，加之部分组件使用过程中存在热斑风险，[5]尤其是屋顶项目，发生组件燃烧会造成很大的损失，因此太阳能光伏组件用封装材料需要具有优异的阻燃性。[6]
上个世纪90年代，人们开发了阻燃剂十溴二苯乙烷以替代十溴二苯醚，[7]其热裂解时不会产生有毒的多溴代二苯并二噁烷（PBDO）及多溴代二苯并呋喃（PBDF），因此不受欧洲关于Dioxin法案限制，[7]符合世界对于工业环保的高要求。此外，十溴二苯乙烷比较稳定，用其阻燃的部分产品可以循环使用，具有良好的抗紫外性能及白度稳定性，[8]在高聚物中不会迁移，耐候性好。[9]因此，十溴二苯乙烷满足光伏组件用阻燃灌封胶的要求。
目前行业内常用的阻燃剂为氢氧化铝，用于灌封胶的十溴二苯乙烷阻燃剂目前文献报道非常少，但是溴系阻燃剂由于其分解温度大多在200～300℃，与各种高聚物的分解温度相匹配，能在最佳时刻，气相及凝聚相同时起到阻燃作用，添加量少，阻燃效果好。因此十溴二苯乙烷用于灌封胶的研究有积极地意义。
2 实验部分
2.1 实验仪器与材料
真空捏合机HYL-200，佛山恒源力机械设备有限公司;
行星搅拌机SXJB，世赫工业设备（上海）有限公司;
十溴二苯乙烷，溴含量82 %，白度（L）大于90，上海涵丰实业有限公司;
107胶，白炭黑，二甲基硅油，广州惠宁化工原料有限公司;
二甲基硅油，γ-氨丙基三乙氧基硅烷，二丁基二月桂酸锡，常州九环新材料有限公司。
2.2 灌封胶样品制备（1#胶）
第一步（A组分制备），以质量份数计算，首先取粘度为1500cp的107胶60份、沉淀法白炭黑90份加入真空捏合机内，常温捏合3-5小时;然后在温度为120℃、真空度为0.05-008Mpa捏合共混25min，冷却至50℃以下得到基胶;再取90份粘度为1500cp的107胶、50 份100cp的二甲基硅油、基胶3份于行星搅拌机内以580r/minr速度搅拌，搅拌分散均匀即可。
第二步（B组分制备），同样以质量份数计算，取100cp的二甲基硅油35份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷5份，二丁基二月桂酸锡0.5份。
第三步（混合制备）將A、B 组分按照质量比为10∶1充分混合，灌注入2cm深模具中，在25℃、75%RH条件下硫化7天测试性能。
2.3 含十溴二苯乙烷灌封胶实验样品制备（2#胶）
在2.2第一步制备比例基础上，增加一定比例的十溴二苯乙烷，参与捏合，其余条件不变，得到实验品。
2.4 样品测试
2.4.1 灌封胶性能测试
测试项目及测试标准如表1所示。样品每组选取3个样本，测试结果取平均值。
2.4.2 接线盒产品湿热性能测试
将灌封胶灌封于组件接线盒产品，进行湿热测试，评估其用于产品中承受长期湿气渗透的能力，测试项目如表2。
3 结果与讨论
3.1 阻燃性能
根据UL94的燃烧测试标准，实验结果如表3所示。
从表3看，2#胶平均燃烧时间平均为1#胶的1/4，阻燃级别由V1级上升为V0级。这是因为十溴二苯乙烷在燃烧分解时能捕捉硅胶降解反应生成的自由基，从而延缓或终止燃烧的链反应;同时释放出的溴化氢，溴化氢气体本身是一种难燃性气体，密度较大，覆盖在硅胶表面起到阻隔表面可燃气体的作用，也能抑制材料的燃烧。[10]
3.2 其他理化性能测试
表4给出了1#和2#胶的其他综合性能。
缩合型双组份胶的硫化过程是在催化剂存在下，基础聚合物分子链末端的羟基与交联分子中的可水解性基的缩合交联反应，[11]十溴二苯乙烷本身并不参与交联反应，所以对其他理化综合性能影响相对较小。与1#胶相比，2#胶的硬度和拉伸强度稍低，断裂伸长率稍高。这是由于十溴二苯乙烷加入后，导致硬度和拉伸强度稍稍偏低、断裂伸长率稍有增加，但是基本上影响较小。因填料等没有变化，两者的导热系数基本不变。因交联剂、偶联剂等无差异，粘结性能没有明显变化。
3.3 灌封胶及其组件产品的湿热性能 采用Hast测试后，对比1#胶和2#胶Hast实验前后的外观变化。如图1所示，与1#胶相比，2#胶经48h高温、高湿及高压实验后，外观无开裂、粉化、黄变等现象，说明十溴二苯乙烷的存在没有劣化硅胶的湿热性能。
图2是用2#胶灌封于接线盒内，经1000小时的湿热测试（DH1000）实验前后的外观。很明显看出，经2#胶灌封的接线盒，在1000小时的湿热测试后，无变黄，开裂等现象，即2#胶中的阻燃剂十溴二苯乙烷的加入没有劣化硅胶的长期耐湿热性能，可以满足组件长期使用要求。
4 结语
基于十溴二苯乙烷阻燃性及稳定性等特点，针对光伏组件对接线盒使用的高性能阻燃灌封胶的需求，设计制备了以十溴二苯乙烷为阻燃剂、以硅胶为灌封胶基本组成的新型灌封胶（2#胶）。十溴二苯乙烷的存在将硅胶的阻燃级别从UL94-V1提升到了UL94-V0，而且基本不改变其他综合性能（包括其基本的理化性能、灌封于接线盒后的湿热性能），满足行业要求。当然，此次研究有一定的局限性，在大规模的工业生产中，需要考虑其在批量性生产中对产品稳定性以及对成本的影响，需要相关从业人员进行综合考虑。
参考文献：
[1]李芬，陈正洪，何明琼，等.太阳能光伏发电的现状及前景[J].水电能源科学，2010，29（12）：188-192.
[2]幸松民，等.有机硅合成工艺及产品应用[M].北京：化学工业出版社，2010.
[3]陈思斌，王兵，宋立芝，谭月敏.太阳光伏组件用有机硅粘接密封胶的分类与选用探讨.有机硅材料，2011，25（6）：394-396.
[4]陶小乐，郑苏秦，高建军，郁泽林.硅橡胶在太阳能光伏组件领域的应用[M].有机硅材料，2014，28（1）：44-48.
[5]HANS J，SOLHEIM HALLVARD G.Measurementand simulation of hot spots in solar cells[J].Energy Procedia，2013，38：183-189.
[6]李劍，汪义川，李华，等.单晶硅太阳电池组件的热击穿[J].太阳能学报，2011，32（5）：690-693.
[7]欧育湘.阻燃剂——制造、性能及应用[M].北京：兵器工业出版社，1997.
[8]Saadat H，Baton R.Process for decabromodiphenylalkane predominant product[P].US：5302768.1994.
[9]De W.C.Brominated Flame Retardants.Journal of Toxicology and Environmental Health[J].2000，22：405-415.
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[11]黄文润.液体硅橡胶[M].成都：四川科学技术出版社，2009.6：178.