Dans l'industrie photovoltaïque en plein essor, l'EVA a attiré beaucoup d'attention en tant que matériau photovoltaïque clé. L'EVA est un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle, dont la teneur en VA est comprise entre 25% et 40%. Il s'agit essentiellement d'un adhésif thermofusible. À température ambiante, il est non adhésif et antiadhésif, ce qui lui permet de rester relativement stable lorsqu'il n'est pas traité, facilitant ainsi son stockage et son transport. Lorsqu'il est pressé à chaud dans des conditions spécifiques, la magie opère : il fond, se réticule et durcit, pour finalement se transformer en une substance totalement transparente. L'EVA durci est étroitement lié au verre, ce qui améliore considérablement la transmission de la lumière, jouant ainsi un rôle indispensable dans l'amélioration de la transparence des modules solaires. Son épaisseur est généralement comprise entre 0,4 et 0,6 mm, avec une surface plane et une épaisseur uniforme. Il contient également un agent de réticulation, qui peut être réticulé avec succès à une température de durcissement de 150°C, et une couche adhésive stable peut être formée par le processus de moulage par extrusion.
Historiquement, dans les premiers temps des matériaux photovoltaïques, les chercheurs ont expérimenté diverses combinaisons de polymères, l'EVA s'imposant en raison de ses propriétés uniques. Par exemple, l'EVA a été utilisé pour la première fois dans certains des premiers projets solaires à petite échelle et, bien que l'optimisation de ses performances n'en soit qu'à ses débuts, il présentait déjà un potentiel d'amélioration de la transmission de la lumière en combinaison avec des matériaux tels que le verre.
Du point de vue des performances, l'EVA présente un certain nombre de propriétés exceptionnelles. Il est extrêmement flexible, tout comme le caoutchouc, et peut se plier dans une certaine mesure sans se rompre, ce qui lui permet de protéger les composants internes dans différents environnements d'installation et face à des impacts externes. Sa résistance aux chocs n'est pas non plus à sous-estimer : en cas d'impact d'un objet externe, il peut absorber et disperser l'énergie, ce qui évite d'endommager gravement le module solaire. Son élasticité lui permet de se remettre rapidement de déformations mineures, ce qui garantit la stabilité du matériau. La transparence optique est un avantage important dans le domaine de la photovoltaïque, permettant une transmission maximale de la lumière, réduisant la perte de lumière et améliorant l'efficacité de la conversion photoélectrique. Dans un environnement à basse température, il peut encore conserver une bonne flexibilité, ce qui est important pour certaines zones froides des installations d'énergie solaire. Ses propriétés adhésives lui permettent de se lier à une large gamme de matériaux pour construire une structure de module solide. La résistance à la fissuration sous contrainte environnementale garantit que des fissures n'apparaîtront pas facilement et n'affecteront pas les performances dans des environnements naturels complexes et changeants, tels que l'érosion par le vent et le sable et les changements radicaux de température. La résistance aux intempéries permet de supporter de longues périodes d'exposition directe au soleil, à la pluie, au vent, à la neige et à d'autres conditions climatiques difficiles. La résistance chimique garantit qu'en cas d'exposition à certaines substances chimiques, aucune réaction chimique ne se produira et n'entraînera de dégradation des performances. La thermoscellabilité facilite les opérations d'encapsulation au cours du processus de production et améliore l'efficacité de la production.
Les propriétés de l'EVA sont étroitement liées au poids moléculaire, caractérisé par l'indice de fusion MI, et à la teneur en acétate de vinyle, exprimée en VA. Lorsque le MI reste constant, une augmentation de la teneur en VA agit comme une injection de plus de "dynamisme" dans l'EVA, ce qui se traduit par une amélioration de l'élasticité, de la flexibilité, de l'adhérence, de la compatibilité et de la transparence. Inversement, si la teneur en VA diminue, l'EVA converge progressivement vers les caractéristiques de performance du polyéthylène. Lorsque la teneur en VA est déterminée, une diminution du MI entraîne un abaissement du point de ramollissement, une amélioration de l'aptitude à la transformation et de la brillance de la surface, mais une diminution de la résistance, bien qu'une augmentation du poids moléculaire améliore la résistance aux chocs et à la fissuration sous contrainte.
En termes de classification de la teneur en VA, les EVA de différentes gammes de teneur ont des applications très différentes. Par exemple, l'EVA ayant une teneur en VA de 5% à 15% est largement utilisé dans les films agricoles en raison de sa dureté et de sa flexibilité relativement élevées, offrant aux cultures une bonne isolation et une bonne rétention de l'humidité tout en offrant un certain degré de durabilité ; dans les films d'emballage pour protéger les produits de la contamination externe et des chocs mineurs ; et dans les gaines de câbles pour isoler et protéger efficacement les conducteurs internes des câbles. Lorsqu'il est utilisé dans une gaine de câble, il peut isoler et protéger efficacement le conducteur à l'intérieur du câble. Lorsque la teneur en VA est comprise entre 15% et 40%, sa flexibilité et son adhérence sont encore améliorées, de sorte qu'il est souvent utilisé dans la fabrication de semelles de chaussures, offrant une sensation de confort pour les pieds et de bonnes performances antidérapantes ; dans le domaine des bandes d'étanchéité, il peut remplir hermétiquement les espaces et jouer le rôle d'étanchéité, d'imperméabilisation, d'isolation phonique, etc.Dans la production de mousse, il peut produire des matériaux ayant une bonne capacité d'amortissement et, en raison de sa bonne capacité de liaison avec un certain nombre de matériaux, il peut également être transformé en divers matériaux thermofusibles, qui peuvent être utilisés pour fabriquer divers matériaux thermofusibles. Dans la production de mousse, il peut produire des matériaux ayant de bonnes performances d'amortissement et, en raison de ses bonnes performances de liaison avec de nombreux matériaux, il peut également être transformé en une variété d'adhésifs thermofusibles utilisés dans le processus de liaison dans la production industrielle, tandis que l'EVA avec une teneur en VA de 40% à 70% est principalement utilisé comme modificateur pour la transformation des plastiques, qui peut améliorer les performances d'autres plastiques, tels que l'augmentation de la ténacité, l'amélioration de la résistance aux chocs, et ainsi de suite. L'EVA ayant une teneur en VA comprise entre 70% et 95% est vendue sous forme d'émulsions et est utilisée dans la formulation des peintures pour assurer une bonne adhérence et une bonne flexibilité des revêtements, et lorsqu'elle est utilisée dans les revêtements de papier et de tissu pour améliorer leur résistance à l'eau, leur résistance à l'abrasion et leur flexibilité.
La température a un effet critique sur l'adhérence de l'EVA, qui à son tour a un impact direct sur la performance et la durée de vie de la pièce. À l'état fondu, l'EVA adhère aux tranches de cellules solaires en silicium cristallin, au verre et au TPT par des mécanismes de liaison à la fois physiques et chimiques. L'EVA non modifié a un aspect transparent et doux, une adhérence à chaud, des températures de fusion basses et un bon écoulement de la matière fondue, ce qui le rend avantageux pour les applications initiales. Cependant, il présente également des défauts évidents : mauvaise résistance à la chaleur, facile à déformer à haute température, allongement important et manque d'élasticité, faible force de cohésion, mauvaise résistance au fluage. Il en résulte que, lors de l'utilisation réelle du processus, il est facile de fragmenter la puce en raison du phénomène de dilatation et de contraction thermiques, ce qui entraîne une délamination de l'adhésif et d'autres problèmes graves, qui réduiront sans aucun doute considérablement les performances et la durée de vie des modules solaires.
Pour résoudre ces problèmes, la méthode de réticulation chimique a vu le jour. Un agent de réticulation à base de peroxyde organique est ajouté à l'EVA ; lorsque l'EVA est chauffé à une température spécifique, l'agent de réticulation se décompose pour produire des radicaux libres. Ces radicaux libres sont comme un "messager de connexion", déclenchant la combinaison des molécules d'EVA et formant progressivement une structure de maille tridimensionnelle, ce qui conduit finalement à la réticulation de la couche adhésive d'EVA et à son durcissement. Lorsque le degré de réticulation atteint plus de 60 %, l'EVA est capable de mieux résister aux changements atmosphériques et le phénomène de dilatation et de contraction thermique est efficacement freiné. Toutefois, il convient de noter que le degré de réticulation n'est pas le plus élevé possible, selon des études théoriques et de nombreuses expériences pratiques, plus le degré de réticulation est élevé, bien que la transmittance de l'EVA soit améliorée, la puissance de sortie globale du composant sera également augmentée en conséquence, après un ajustement minutieux des paramètres du processus de stratification, le degré de réticulation de l'EVA peut atteindre un maximum de 95 à 98 %, mais à ce moment-là, dans l'application du processus de production, le risque de fissuration sera fortement accru. D'autre part, l'EVA avec un faible degré de réticulation est sujet à la délamination avec le verre et les backsheets, ce qui conduit à une réduction significative des propriétés mécaniques des circuits internes eux-mêmes. Actuellement, après de nombreux essais et erreurs, les fabricants s'accordent généralement à dire qu'un niveau de réticulation d'environ 85% constitue l'équilibre optimal entre les performances et la minimisation des risques.
L'EVA a également une performance unique en termes de coupure des UV. L'intensité de la lumière solaire est répartie selon un schéma régulier, avec 0,7 nm - 280 nm de lumière atteignant à peine la terre, 280 nm - 400 nm dans la région UV, 400 nm - 750 nm dans la gamme visible, et 750 nm - 3000 nm dans l'infrarouge. Les produits EVA existants, tels que le Foster F406, ont une faible coupure UV, tandis que la plupart des EVA produits par d'autres fabricants ont une coupure UV de 360nm - 380nm, ce qui indique que l'EVA lui-même a une certaine capacité de coupure UV. La coupure UV repose sur les absorbeurs UV à l'intérieur de l'EVA, qui absorbent la lumière UV et la convertissent en chaleur à émettre, protégeant ainsi le module solaire des dommages excessifs causés par les UV. Toutefois, on manque de données détaillées et précises sur la durée de vie des absorbeurs d'UV, ce qui est devenu un mystère dans le domaine de la recherche sur les matériaux EVA. Une fois l'absorbeur d'UV défectueux, l'EVA peut subir des changements de propriétés, tels que le jaunissement, à la suite d'une exposition prolongée à la lumière UV.
La réaction de réticulation de l'EVA est un élément clé de l'amélioration de ses performances, car le film EVA, en tant qu'adhésif thermofusible thermodurcissable, subit une réaction de réticulation pendant le processus de chauffage pour former un gel de résine thermodurcissable. Avant le laminage, le film EVA a une structure macromoléculaire linéaire. Lorsqu'il est chauffé, l'agent de réticulation se décompose pour former des radicaux libres réactifs, qui déclenchent des réactions intermoléculaires entre les molécules d'EVA, reliant progressivement les molécules pour former une structure en treillis. Cette structure ressemble à une "toile d'araignée" solide, qui améliore considérablement les propriétés mécaniques de l'EVA, le rendant plus robuste et plus durable ; la résistance à la chaleur a été considérablement améliorée, ce qui lui permet de fonctionner de manière stable à des températures plus élevées ; la résistance aux solvants a été améliorée, ce qui le rend moins sensible à l'érosion par les solvants chimiques ; et la résistance au vieillissement a été améliorée, ce qui lui permet d'être utilisé pendant de longues périodes et de conserver des performances stables sur de longues périodes.
Les films EVA sont constitués d'un certain nombre de composants, notamment le corps EVA, le système d'agent de réticulation (couvrant à la fois l'initiateur de réticulation et l'agent de réticulation), l'agent de blocage de la polymérisation, le stabilisateur thermique, le stabilisateur de lumière, l'agent de couplage silane et d'autres composants. Ces composants agissent en synergie les uns avec les autres pour déterminer les performances de l'EVA. Par exemple, le système d'agents de réticulation est responsable de l'initiation de la réaction de réticulation lorsqu'il est chauffé, ce qui construit la structure en treillis de l'EVA ; le stabilisateur thermique protège l'EVA d'une décomposition ou d'une déformation excessive à des températures élevées ; le stabilisateur de lumière aide à protéger l'EVA des dommages causés par les rayons ultraviolets et autres rayons lumineux ; et l'agent de couplage au silane joue un rôle important dans l'amélioration de la force du lien entre l'EVA et d'autres matériaux.
Dans la pratique, l'EVA est sujet à un certain nombre de défaillances. Le jaunissement est l'un des problèmes les plus courants, principalement causé par deux facteurs. D'une part, le système d'additifs réagit les uns avec les autres pour déclencher le jaunissement, qui est comme une "mêlée de réactions chimiques" interne, une réaction chimique indésirable entre différents additifs, modifiant ainsi la couleur et la performance de l'EVA ; d'autre part, la molécule d'EVA est soumise aux conditions de l'oxygène et de la lumière, et sa propre réaction de désacétylation conduit au jaunissement. Par conséquent, la conception des formulations d'EVA est d'une importance capitale, car elle détermine directement la performance anti-jaunissement de l'EVA. Les bulles ne doivent pas être ignorées, l'un des composants internes des bulles EVA est généré par l'incapacité à pomper en temps voulu, ce qui est étroitement lié au système d'additifs EVA, au degré d'adéquation des autres matériaux et de l'EVA, au processus de laminage et à divers autres facteurs ; l'autre est une mauvaise adéquation entre les matériaux dans le laminage des bulles générées, ce qui est exactement comme deux partenaires à "personnalité" forcée, ce qui est la "personnalité" des partenaires. C'est comme deux partenaires aux "personnalités incompatibles" combinés de force, ce qui produira inévitablement des contradictions et des problèmes. Le phénomène de décollement se produit également de temps à autre, et le décollement du fond de panier peut être dû à un degré de réticulation non qualifié ou à une mauvaise force de liaison avec le fond de panier ; le décollement du verre peut être dû à des problèmes d'agent de couplage au silane, à une surface de verre non propre ou à un degré de réticulation non qualifié et à d'autres raisons.
En résumé, l'EVA en tant que matériau photovoltaïque joue un rôle extrêmement important dans les modules solaires, bien qu'il possède de nombreuses propriétés excellentes, mais il est également confronté à certains défis et problèmes. Grâce aux progrès constants de la science et de la technologie et aux recherches approfondies, on pense qu'à l'avenir, les performances de l'EVA seront encore optimisées et que son application dans le domaine photovoltaïque ainsi que dans d'autres domaines connexes sera plus étendue et plus approfondie, contribuant ainsi à la transition énergétique mondiale et au développement durable. Parallèlement, la recherche sur les matériaux EVA continuera à promouvoir le développement de l'ensemble du domaine de la science des matériaux, conduisant à la naissance et à l'application d'un plus grand nombre de nouveaux matériaux.