EPE封止材ラミネーション剥離：太陽電池リボンに沿った線状の気泡
目次
簡介：什麼是EPE封裝膠膜？
EPE封裝膠膜，也稱為共擠出POE封裝膠膜，是透過將POE樹脂和EVA樹脂共擠出而生產的光伏封裝材料。在太陽能模組製造中，主要用於結合EVA的加工便利性與POE的防潮和抗PID性能。
傳統EVA膠膜廣泛應用於光伏模組生產，因為其具有良好的抗PID性能、高透光率、抗紫外線和濕熱黃變、抗蝸牛紋，以及對玻璃和背板的強附著力。然而，EVA也有局限性，例如防潮性能相對較弱、水蒸氣透過率較高，以及在某些操作條件下發生PID的風險較高。
相比之下，POE膠膜具有更好的水蒸氣阻隔性、更強的耐候性和更可靠的抗PID能力。但POE也有其自身的加工挑戰：其對玻璃和背板的附著力通常比EVA弱，交聯反應較慢，且在模組生產過程中膠膜可能更容易滑動或移位，這可能降低生產效率。
這就是開發EPE膠膜的原因。透過共擠出製程，POE被EVA層包裹，形成EVA-POE-EVA三明治結構。此設計保留了POE的 高防潮性 ，有助於保護太陽能電池免受水蒸氣侵害，同時也保持了EVA的 良好層壓相容性和易加工性 。在正常生產中，當材料和層壓製程得到良好控制時，EPE可以提高模組可靠性和製造良率。
技術機制：為什麼EPE在層壓過程中可能脫層
EPEはEVAとPOEの利点を兼ね備えていますが、ラミネーション中にこの2つの材料がまったく同じ挙動を示すわけではありません。それらの硬化曲線、架橋特性、極性、添加剤の吸収能力、および熱膨張挙動は異なります。これらの違いは、特に半田リボン領域周辺で局所的な圧力と厚さの変動がより顕著な場合に、層間剥離や気泡の形成を引き起こす可能性があります。
EVAとPOEは極性が異なります。EVAは極性材料であるため、多くの添加剤との相溶性が良好です。POEは極性が低いため、極性添加剤を保持する能力が異なります。保管時間が経過すると、POE層内の添加剤が、より強い極性と優れた吸収能力を持つEVA層に向かって徐々に移動する可能性があります。
この添加剤の移動により、EPEフィルムの内部構造と性能が変化します。その結果、POE層とEVA層の間の接着力が低下する可能性があります。深刻な場合、モジュールのラミネーション中にPOE層が圧迫されたり、分離したり、局所的に剥離したりする可能性があります。これは、EPEフィルムの保存期間が単一のEVAまたは単一のPOE封止フィルムよりも一般的に短い理由の1つでもあります。
| 主要因子 | メカニズム | モジュールラミネーションで起こり得る欠陥 |
|---|---|---|
| 添加剤の移動 | 架橋剤や安定剤などの極性添加剤が、時間の経過とともにPOEからEVAへ移動する | POEの架橋度の低下、凝集力の低下、EPE層間剥離 |
| 架橋速度の不一致 | ラミネーション中、EVAは通常POEよりも速く架橋する | EVA層が先に固化する一方でPOEは溶融状態のままであり、層間応力の不均衡を引き起こす |
| 熱膨張係数の差 | EVAとPOEは硬化後に異なる膨張・収縮挙動を示す | 冷却時の内部応力、層間分離の可能性 |
| 局所的な厚さの変動 | POE層の厚さがTD方向に不均一であるか、リボンやバスバー付近でEPEが局所的に薄くなる | 局所的な接着剤不足、ガス蓄積、線状の気泡 |
| リボンとバスバーの重なり圧力 | はんだ付け位置で局所的なスタック厚さが高くなる | 封止材の流動、局所的な剥離、リボン領域から延びる線状の気泡 |
技術分析：リボンに沿った線状気泡の形成
はんだリボンから延びる線状の気泡は、添加剤のマイグレーション、架橋速度の不一致、EVAとPOEの熱膨張挙動の違いが複合的に作用して発生することが多いです。
ラミネーション中、EVAはPOEよりも速く架橋します。POE層が時間内に架橋しない場合、過酸化物の分解中に発生する反応ガスが、圧力が加えられる前に完全に排出されない可能性があります。これらのガスはモジュール内に閉じ込められ、気泡を形成することがあります。
もう一つの一般的な原因は、リボンとバスバー位置でのEPEフィルムの局所的な薄肉化です。EPEの中間POE層は、原料要因によりTD方向の厚みが不均一になることがあります。さらに、ラミネーション中、リボンとバスバーの重なり厚みにより局所的な圧力が増加します。これにより、その位置でEPEが薄くなり、接着剤不足やガス蓄積が発生しやすい弱点が生じることがあります。
簡単に言うと、リボン領域はラミネーション中により高い圧力を受けます。EVA層がすでに架橋を開始している一方で、リボン近くのPOE層がまだ流動状態にある場合、EPE構造が局所的に分離することがあります。リボン位置に残る封止材はPOEに近い挙動を示し、架橋が遅く流動性が高い傾向があります。ラミネーション圧力下で、これによりリボンから外側に広がる着色または透明の線状気泡が発生することがあります。
注目すべき主要なプロセス症状
気泡は主にはんだリボンの経路に沿って発生し、モジュール全体にランダムに発生するわけではありません。
欠陥は、リボンやバスバー領域から外側に延びる細い線状の空気の跡のように見えることがあります。
EPEフィルムの保管時間が長い場合、問題がより顕著になることがあります。
ラミネーション温度、真空時間、圧力タイミング、または硬化度が特定のEPE配合と適切に一致しない場合、欠陥が増加する可能性があります。
EPEラミネーション欠陥に対する実用的な管理提案
EPE封止材の材料特性に起因する気泡の場合、解決策は材料管理とラミネーションプロセス最適化を組み合わせる必要があります。フィルムの保管状態、ラミネーションカーブ、リボン領域の圧力分布を確認せずに、一つのパラメータだけを調整するだけでは不十分です。
1. EPE材料の保管時間を管理する
EPE封裝膜的調度と生産使用を慎重に計画してください。生産に影響を与えない条件下で、EPEフィルムの在庫時間をできるだけ短縮してください。保管時間が短いほど、POE層からEVA層への添加剤の移行が減少し、元の層間接着と架橋挙動がより安定に保たれます。
2. 第一チャンバーのラミネーション温度を適切に上げる
第一チャンバーのラミネーション温度を適切に上げることで、EPEフィルム内のPOEの架橋を加速できます。これにより、EVAが比較的高い架橋度に達している一方でPOEがまだ溶融状態にあるという状況を回避できます。EVAとPOEの硬化をより同期させることで、層間応力を低減し、リボン位置付近の線状の気泡の発生を防ぐのに役立ちます。
3. 真空、圧力、硬化タイミングを一致させる
POE層がまだ高い流動性を持つ間に圧力をかけすぎると、ガスが閉じ込められたり、リボン領域に沿って押し出されたりする可能性があります。適切に設計されたラミネーションレシピでは、全圧力をかける前に、空気の排出と材料の軟化に十分な時間を確保する必要があります。正確な設定は、ラミネーション後の架橋度試験、剥離強度試験、外観検査によって検証する必要があります。
4. リボンとバスバーのスタック高さを確認する
リボンとバスバーの周囲では局所的な圧力が高いため、スタック厚さが過剰だとこれらの点でEPEが薄くなる可能性があります。生産チームは、はんだ付けの平坦性、リボンの位置合わせ、バスバーの重なり、レイアップの一貫性を確認する必要があります。局所的な高さの差を減らすことで、局所的な封止材の変形や気泡形成のリスクを低減できます。
5. 入荷するEPEの品質を検証する
EPEフィルムの場合、入荷検査では外観と厚さだけでなく、厚さの均一性、保存期間、保管条件、ゲル含有量の挙動、接着性能にも焦点を当てる必要があります。可能であれば、サプライヤー、バッチ、またはモジュール構造を変更する際には、量産前に試作ラミネーションを行う必要があります。
このブログは、PVモジュール生産における実際の異常分析と以下の参考文献に基づいています：
太陽光発電モジュール生産中の異常欠陥分析からの現場経験
ダウ・ケミカル、張文新、「POEが高性能太陽光発電モジュールを強化する」
西南証券、「N型イテレーション、POE産業が高成長サイクルを開く」
化学生産と技術、「太陽光発電用ポリオレフィン封止フィルムの架橋反応に関する研究」
Ooitechの見解
設備サプライヤーとして、私たちは次のように考えています。EPE関連のリボンラインの気泡は、材料の問題だけでなく、ラミネーション温度プロファイル、真空効率、圧力タイミング、積層の平坦性に依存するプロセスウィンドウの問題でもあります。先進的なセル技術とより大きなフォーマットを使用するモジュールメーカーにとって、封止材の流動性と局所的なスタック高さに対する許容度ははるかに小さくなるため、材料の保存期間管理とラミネーションレシピの検証は、同じ品質システムの一部として扱うべきです。安定したソーラーパネル生産ラインには、優れた封止材の選択と、量産前の規律あるプロセス検証の両方が必要です。
