Nell'industria fotovoltaica in forte espansione, l'EVA ha attirato molta attenzione come materiale fotovoltaico chiave. Il cosiddetto EVA è un copolimero di etilene e acetato di vinile, il cui contenuto di VA è compreso tra 25% e 40%. Si tratta essenzialmente di un adesivo hot melt. A temperatura ambiente è non adesivo e antiadesivo, il che gli consente di rimanere relativamente stabile quando non viene trattato, rendendolo facile da immagazzinare e trasportare. Quando viene pressato a caldo in condizioni specifiche, avviene la magia: si scioglie, si reticola e si indurisce, trasformandosi infine in una sostanza completamente trasparente. L'EVA polimerizzato è strettamente legato al vetro e ne aumenta notevolmente la trasmittanza luminosa, svolgendo così un ruolo indispensabile per migliorare la trasparenza dei moduli solari. Il suo spessore è solitamente compreso tra 0,4 e 0,6 mm, con una superficie piatta e uno spessore uniforme. Contiene anche un agente reticolante all'interno, che può essere reticolato con successo a una temperatura di polimerizzazione di 150°C, e uno strato adesivo stabile può essere formato attraverso il processo di stampaggio per estrusione.
Storicamente, agli albori dei materiali fotovoltaici, i ricercatori hanno sperimentato varie combinazioni di polimeri, con l'EVA che si è fatta notare per le sue proprietà uniche. Ad esempio, l'EVA è stato utilizzato per la prima volta in alcuni dei primi progetti solari su piccola scala e, sebbene l'ottimizzazione delle sue prestazioni fosse ancora agli inizi, mostrava già un potenziale per migliorare la trasmissione della luce in combinazione con materiali come il vetro.
Se analizzato dal punto di vista delle prestazioni, l'EVA presenta una serie di proprietà eccezionali. È estremamente flessibile, proprio come la gomma, e può piegarsi fino a un certo punto senza rompersi, il che gli consente di proteggere i componenti interni in diversi ambienti di installazione e di fronte a impatti esterni. Anche la sua resistenza agli urti non è da sottovalutare, in caso di impatto con un oggetto esterno può essere assorbita e dispersa l'energia, per evitare gravi danni al modulo solare. La sua elasticità gli permette di riprendersi rapidamente da piccole deformazioni, garantendo la stabilità del materiale. La trasparenza ottica è un vantaggio importante nel campo del fotovoltaico, in quanto consente la massima trasmissione della luce, riducendo la perdita di luce e migliorando l'efficienza della conversione fotoelettrica. In un ambiente a bassa temperatura, può ancora mantenere una buona flessibilità, il che è importante per alcune aree fredde dell'installazione di impianti a energia solare. Le sue proprietà adesive gli consentono di legarsi a un'ampia gamma di materiali per costruire una solida struttura del modulo. La resistenza alla fessurazione da stress ambientale garantisce che le fessure non appaiano facilmente e non compromettano le prestazioni in ambienti naturali complessi e mutevoli, come l'erosione da vento e sabbia e i drastici cambiamenti di temperatura. La resistenza agli agenti atmosferici consente di sopportare lunghi periodi di luce solare diretta, pioggia, vento e neve e altre condizioni climatiche difficili. La resistenza agli agenti chimici garantisce che, se esposto ad alcune sostanze chimiche, non si verifichi alcuna reazione chimica con conseguente degrado delle prestazioni. La termosaldabilità facilita le operazioni di incapsulamento durante il processo di produzione e migliora l'efficienza produttiva.
Le proprietà dell'EVA sono strettamente correlate al peso molecolare, caratterizzato dall'indice di fusione MI, e al contenuto di acetato di vinile, espresso come VA. Quando l'indice MI rimane costante, un aumento del contenuto di VA agisce come un'iniezione di maggiore "energia" nell'EVA, con conseguente miglioramento di elasticità, flessibilità, adesione, compatibilità e trasparenza. Al contrario, se il contenuto di VA diminuisce, l'EVA converge gradualmente verso le caratteristiche prestazionali del polietilene. Quando il contenuto di VA è determinato, una diminuzione del MI comporta un punto di rammollimento più basso, una migliore lavorabilità e lucentezza superficiale, ma una diminuzione della resistenza, anche se un aumento del peso molecolare migliora la resistenza agli urti e alle cricche da stress.
In termini di classificazione del contenuto di VA, gli EVA in diversi intervalli di contenuto hanno applicazioni molto diverse. Ad esempio, l'EVA con un contenuto di VA compreso tra 5% e 15% è ampiamente utilizzato nei film per l'agricoltura, grazie alla sua durezza e flessibilità relativamente elevate, che garantiscono alle colture un buon isolamento e una buona ritenzione dell'umidità, offrendo al contempo un certo grado di durata; nei film per l'imballaggio, per proteggere i prodotti dalla contaminazione esterna e da piccoli urti; nei rivestimenti dei cavi, per isolare e proteggere efficacemente i conduttori interni dei cavi. Se utilizzato nel rivestimento dei cavi, può isolare e proteggere efficacemente il conduttore all'interno del cavo. Quando il contenuto di VA è compreso tra 15% e 40%, la flessibilità e l'adesione sono ulteriormente migliorate, per cui viene spesso utilizzato nella produzione di suole per scarpe, che offrono una sensazione di comfort al piede e buone prestazioni antiscivolo; nel campo delle strisce sigillanti, può riempire saldamente gli spazi vuoti e svolgere il ruolo di sigillatura e impermeabilizzazione, isolamento acustico, ecc.Nella produzione di schiuma, può produrre materiali con buone prestazioni di ammortizzazione e, grazie alle sue buone prestazioni di legame con diversi materiali, può anche essere trasformato in una varietà di materiali hot-melt, che possono essere utilizzati per produrre una varietà di materiali hot-melt. Nella produzione di schiuma, può produrre materiali con buone prestazioni di ammortizzazione e, grazie alle sue buone prestazioni di legame con molti materiali, può anche essere trasformato in una varietà di adesivi hot melt utilizzati nel processo di incollaggio nella produzione industriale, mentre l'EVA con un contenuto di VA compreso tra 40% e 70% viene utilizzato principalmente come modificatore per la lavorazione delle materie plastiche, che può migliorare le prestazioni di altre materie plastiche, come l'aumento della tenacità, il miglioramento della resistenza agli urti e così via. L'EVA con un contenuto di VA compreso tra 70% e 95% viene venduta sotto forma di emulsioni ed è utilizzata nella formulazione di vernici per fornire una buona adesione e flessibilità ai rivestimenti e, se utilizzata nei rivestimenti di carta e tessuti, per migliorarne la resistenza all'acqua, all'abrasione e alla flessibilità.
La temperatura ha un effetto critico sull'adesione dell'EVA, che a sua volta ha un impatto diretto sulle prestazioni e sulla durata del pezzo. Allo stato fuso, l'EVA si lega ai wafer di celle solari in silicio cristallino, al vetro e al TPT mediante meccanismi di legame sia fisici che chimici. L'EVA non modificato ha un aspetto trasparente e morbido, un'adesione a caldo, basse temperature di fusione e un buon flusso di fusione, tutti fattori che lo rendono vantaggioso per le prime applicazioni. Tuttavia, presenta anche difetti evidenti, scarsa resistenza al calore, facilità di deformazione ad alte temperature, grande allungamento e mancanza di elasticità, bassa forza coesiva, scarsa resistenza al creep. Ciò si traduce, nell'uso effettivo del processo, in una facilità dovuta al fenomeno di espansione e contrazione termica della frammentazione del chip, che a sua volta ha portato alla delaminazione dell'adesivo e ad altri gravi problemi, che senza dubbio ridurranno notevolmente le prestazioni e la durata dei moduli solari.
Per risolvere questi problemi, è nato il metodo di reticolazione chimica. L'agente reticolante a base di perossido organico viene aggiunto all'EVA; quando l'EVA viene riscaldato a una temperatura specifica, l'agente reticolante si decompone producendo radicali liberi; questi radicali liberi sono come un "messaggero di connessione", che innesca la combinazione delle molecole di EVA e forma gradualmente una struttura a rete tridimensionale, che alla fine porta alla reticolazione dello strato adesivo di EVA e all'indurimento. Quando il grado di reticolazione raggiunge più del 60%, l'EVA è in grado di resistere meglio ai cambiamenti atmosferici e il fenomeno dell'espansione e della contrazione termica viene efficacemente frenato. Tuttavia, va notato che il grado di reticolazione non è tanto più alto quanto migliore; in base a studi teorici e a numerose esperienze pratiche, si evince che più alto è il grado di reticolazione, anche se la trasmittanza dell'EVA sarà migliorata, aumenterà di conseguenza anche la potenza di uscita complessiva del componente; dopo un'attenta regolazione dei parametri del processo di laminazione, il grado di reticolazione dell'EVA può raggiungere un massimo del 95-98%, ma in questo momento nell'applicazione del processo di produzione il rischio di fessurazione sarà nettamente aumentato. D'altra parte, l'EVA con un basso grado di reticolazione è incline alla delaminazione con il vetro e i backsheet, che porta a una significativa riduzione delle proprietà meccaniche dei circuiti interni stessi. Attualmente, dopo molte prove ed errori, i produttori sono generalmente concordi nel ritenere che un livello di reticolazione di circa 85% rappresenti l'equilibrio ottimale tra prestazioni e minimizzazione dei rischi.
L'EVA ha anche prestazioni uniche in termini di taglio dei raggi UV. L'intensità della luce solare è distribuita in modo regolare, con 0,7nm - 280nm di luce che raggiunge a malapena la terra, 280nm - 400nm nella regione UV, 400nm - 750nm nella gamma visibile e 750nm - 3000nm nell'infrarosso. I prodotti EVA esistenti, come Foster F406, hanno un basso cut-off UV, mentre la maggior parte degli EVA prodotti da altri produttori ha un cut-off UV di 360nm - 380nm, il che indica che l'EVA stesso ha una certa capacità di cut-off UV. Il cut-off UV si basa sugli assorbitori UV all'interno dell'EVA, che assorbono la luce UV e la convertono in calore da emettere, proteggendo così il modulo solare da un eccessivo danno UV. Tuttavia, mancano dati dettagliati e precisi sulla durata di vita degli assorbitori UV, che sono diventati un mistero nel campo della ricerca sui materiali EVA. Una volta che l'assorbitore UV si guasta, l'EVA può subire cambiamenti di proprietà, come l'ingiallimento, a causa dell'esposizione prolungata alla luce UV.
La reazione di reticolazione dell'EVA è una parte fondamentale del miglioramento delle sue prestazioni, in quanto il film EVA, come adesivo termoindurente a caldo, subisce una reazione di reticolazione durante il processo di riscaldamento per formare una resina gel termoindurente. Prima della laminazione, il film EVA ha una struttura macromolecolare lineare. Quando viene riscaldato, l'agente reticolante si rompe per formare radicali liberi reattivi, che innescano reazioni intermolecolari tra le molecole di EVA, collegando gradualmente le molecole per formare una struttura a rete. Questa struttura, simile a una solida "ragnatela", migliora notevolmente le proprietà meccaniche dell'EVA, rendendolo più robusto e durevole; la resistenza al calore è stata notevolmente migliorata, consentendogli di lavorare in modo stabile a temperature più elevate; la resistenza ai solventi è stata potenziata, rendendolo meno suscettibile all'erosione da parte dei solventi chimici; la resistenza all'invecchiamento è stata migliorata, consentendogli di essere utilizzato per lunghi periodi di tempo e La resistenza all'invecchiamento è stata inoltre migliorata per mantenere prestazioni stabili per lunghi periodi di tempo.
I film EVA sono costituiti da una serie di componenti, tra cui il corpo dell'EVA, il sistema di agenti reticolanti (che comprende sia l'iniziatore che l'agente reticolante), l'agente bloccante della polimerizzazione, lo stabilizzatore termico, lo stabilizzatore alla luce, l'agente di accoppiamento silanico e altri componenti. Questi componenti lavorano in sinergia tra loro per determinare le prestazioni dell'EVA. Ad esempio, il sistema di agenti reticolanti è responsabile dell'avvio della reazione di reticolazione quando viene riscaldato, che costruisce la struttura a maglie dell'EVA; lo stabilizzatore termico protegge l'EVA da un'eccessiva decomposizione o deformazione ad alte temperature; lo stabilizzatore alla luce aiuta a proteggere l'EVA dai danni causati dai raggi ultravioletti e da altri raggi luminosi; e l'agente di accoppiamento silanico svolge un ruolo importante nel migliorare la forza del legame tra l'EVA e altri materiali.
In pratica, l'EVA è soggetto a una serie di guasti. L'ingiallimento è uno dei problemi più comuni, causato principalmente da due fattori. Da un lato, il sistema di additivi reagisce l'uno con l'altro per innescare l'ingiallimento, che è una sorta di "mischia chimica" interna, una reazione chimica indesiderata tra diversi additivi, che modifica il colore e le prestazioni dell'EVA; dall'altro, la molecola di EVA si trova in condizioni di ossigeno e luce e la sua stessa reazione di de-acetilazione porta all'ingiallimento. Pertanto, la progettazione delle formulazioni di EVA è di fondamentale importanza, in quanto determina direttamente le prestazioni anti-ingiallimento dell'EVA. Le bolle non devono essere ignorate: uno dei componenti interni delle bolle EVA è generato dal mancato pompaggio tempestivo, che è strettamente legato al sistema di additivi EVA, al grado di abbinamento di altri materiali con l'EVA e al processo di laminazione e a una serie di altri fattori; l'altro è uno scarso abbinamento tra i materiali nella laminazione delle bolle generate, che è proprio come due partner con "personalità" costretti a stare insieme, che è la "personalità" dei partner. È come se due partner con "personalità incompatibili" venissero forzatamente uniti, il che produrrà inevitabilmente contraddizioni e problemi. Di tanto in tanto si verifica anche un fenomeno di delaminazione: la delaminazione del backplane può essere dovuta a un grado di reticolazione non qualificato o a una scarsa forza di legame con il backplane; la delaminazione del vetro può essere dovuta a problemi con l'agente di accoppiamento silano, a una superficie del vetro non pulita o a un grado di reticolazione non qualificato e ad altre ragioni.
In sintesi, l'EVA come materiale fotovoltaico svolge un ruolo estremamente importante nei moduli solari, sebbene abbia molte proprietà eccellenti, ma deve anche affrontare alcune sfide e problemi. Con il continuo progresso della scienza e della tecnologia e la ricerca approfondita, si ritiene che in futuro le prestazioni dell'EVA saranno ulteriormente ottimizzate e la sua applicazione nel settore fotovoltaico e in altri campi correlati sarà più ampia e approfondita, contribuendo alla transizione energetica globale e allo sviluppo sostenibile. Allo stesso tempo, la ricerca sui materiali EVA continuerà a promuovere lo sviluppo dell'intero campo della scienza dei materiali, portando alla nascita e all'applicazione di un maggior numero di nuovi materiali.