No setor fotovoltaico em expansão, o EVA tem atraído muita atenção como um material fotovoltaico importante. O chamado EVA é um copolímero de etileno e acetato de vinila, no qual o conteúdo de VA está na faixa de 25% a 40%. Ele é essencialmente um adesivo de fusão a quente. Em temperatura ambiente, é não adesivo e antiadesivo, o que permite que permaneça relativamente estável quando não tratado, facilitando o armazenamento e o transporte. Quando prensado a quente sob condições específicas, a mágica acontece: ele derrete, forma ligações cruzadas e cura, transformando-se em uma substância totalmente transparente. Esse EVA curado é firmemente ligado ao vidro, o que aumenta muito a transmissão de luz do vidro, desempenhando assim um papel indispensável na melhoria da transparência de saída dos módulos solares. Sua espessura geralmente fica entre 0,4 mm e 0,6 mm, com uma superfície plana e espessura uniforme. Ele também contém um agente de reticulação em seu interior, que pode ser reticulado com sucesso a uma temperatura de cura de 150°C, e uma camada adesiva estável pode ser formada por meio do processo de moldagem por extrusão.
Historicamente, nos primórdios dos materiais fotovoltaicos, os pesquisadores fizeram experimentos com várias combinações de polímeros, com o EVA ganhando destaque devido às suas propriedades exclusivas. Por exemplo, o EVA foi usado pela primeira vez em alguns dos primeiros projetos solares de pequena escala e, embora a otimização de seu desempenho ainda estivesse em sua infância, ele já mostrava potencial para melhorar a transmissão de luz em combinação com materiais como o vidro.
Quando analisado sob a perspectiva do desempenho, o EVA tem várias propriedades excepcionais. Ele é extremamente flexível, assim como a borracha, e pode se dobrar até certo ponto sem quebrar, o que permite proteger os componentes internos em diferentes ambientes de instalação e em face de impactos externos. Sua resistência ao impacto também não deve ser subestimada; no caso de um impacto de objeto externo, a energia pode ser absorvida e dispersa, para evitar danos graves ao módulo solar. Sua elasticidade permite que ele se recupere rapidamente de pequenas deformações, garantindo a estabilidade do material. A transparência óptica é uma vantagem importante no campo da energia fotovoltaica, permitindo a transmissão máxima de luz, reduzindo a perda de luz e melhorando a eficiência da conversão fotoelétrica. Em ambientes de baixa temperatura, ele ainda pode manter uma boa flexibilidade, o que é significativo para algumas áreas frias da instalação de instalações de energia solar. Suas propriedades adesivas permitem que ele se una a uma ampla gama de materiais para construir uma estrutura sólida de módulo. A resistência à rachadura por estresse ambiental garante que as rachaduras não apareçam facilmente e afetem o desempenho em ambientes naturais complexos e mutáveis, como erosão por vento e areia e mudanças drásticas de temperatura. A resistência a intempéries permite suportar longos períodos de luz solar direta, chuva, vento e neve, além de outras condições climáticas adversas. A resistência química garante que, quando exposto a algumas substâncias químicas, não ocorrerá nenhuma reação química que leve à degradação do desempenho. A capacidade de vedação térmica facilita as operações de encapsulamento durante o processo de produção e melhora a eficiência da produção.
As propriedades do EVA estão intimamente relacionadas ao peso molecular, caracterizado pelo índice de fusão MI, e ao teor de acetato de vinila, expresso como VA. Quando o MI permanece constante, um aumento no teor de VA atua como uma injeção de mais "vigor" no EVA, resultando em maior elasticidade, flexibilidade, adesão, compatibilidade e transparência. Por outro lado, se o teor de VA diminui, o EVA converge gradualmente para as características de desempenho do polietileno. Quando o teor de VA é determinado, uma diminuição no MI resulta em um ponto de amolecimento mais baixo, melhor capacidade de processamento e brilho da superfície, mas uma diminuição na resistência, embora um aumento no peso molecular aumente a resistência ao impacto e à quebra por estresse.
Em termos de classificação do conteúdo de VA, os EVAs em diferentes faixas de conteúdo têm aplicações muito diferentes. Por exemplo, o EVA com um teor de VA de 5% a 15% é amplamente utilizado em filmes agrícolas devido à sua dureza e flexibilidade relativamente altas, proporcionando às culturas um bom isolamento e retenção de umidade, além de oferecer um certo grau de durabilidade; em filmes de embalagem para proteger os produtos contra contaminação externa e pequenos impactos; e em revestimentos de cabos para isolar e proteger com eficácia os condutores internos dos cabos. Quando usado em revestimentos de cabos, ele pode isolar e proteger com eficácia o condutor dentro do cabo. Quando o teor de VA está na faixa de 15% a 40%, sua flexibilidade e adesão melhoram ainda mais, por isso é frequentemente usado na fabricação de solas de sapato, proporcionando uma sensação confortável para os pés e bom desempenho antiderrapante.Na produção de espuma, ele pode produzir materiais com bom desempenho de amortecimento e, devido ao seu bom desempenho de ligação com vários materiais, também pode ser transformado em uma variedade de materiais de fusão a quente, que podem ser usados para produzir uma variedade de materiais de fusão a quente. Na produção de espuma, ele pode produzir materiais com bom desempenho de amortecimento e, devido ao seu bom desempenho de colagem com muitos materiais, também pode ser transformado em uma variedade de adesivos termofusíveis usados no processo de colagem na produção industrial, enquanto o EVA com um teor de VA de 40% a 70% é usado principalmente como modificador para processamento de plásticos, o que pode melhorar o desempenho de outros plásticos, como aumentar a tenacidade, melhorar a resistência ao impacto e assim por diante. O EVA com um teor de VA de 70% a 95% é vendido como emulsões e é usado na formulação de tintas para proporcionar boa adesão e flexibilidade aos revestimentos e, quando usado em revestimentos de papel e tecido, para melhorar sua resistência à água, resistência à abrasão e flexibilidade.
A temperatura tem um efeito crítico sobre a adesão do EVA, que, por sua vez, tem um impacto direto sobre o desempenho e a vida útil da peça. No estado fundido, o EVA se liga a wafers de células solares de silício cristalino, vidro e TPT por meio de mecanismos de ligação física e química. O EVA não modificado tem uma aparência transparente e macia, adesão de fusão a quente, baixas temperaturas de fusão e bom fluxo de fusão, o que o torna vantajoso para aplicações iniciais. No entanto, ele também tem defeitos óbvios, baixa resistência ao calor, fácil de deformar em altas temperaturas, grande alongamento e falta de elasticidade, baixa força de coesão e baixa resistência à fluência. Isso resulta no uso real do processo, fácil devido à expansão térmica e ao fenômeno de contração da fragmentação do chip, o que, por sua vez, levou à delaminação do adesivo e a outros problemas sérios, o que, sem dúvida, reduzirá muito o desempenho e a vida útil dos módulos solares.
Para resolver esses problemas, surgiu o método de reticulação química. O agente de reticulação de peróxido orgânico é adicionado ao EVA. Quando o EVA é aquecido a uma temperatura específica, o agente de reticulação se decompõe e produz radicais livres. Esses radicais livres são como um "mensageiro de conexão", desencadeando a combinação de moléculas de EVA e formando gradualmente uma estrutura de malha tridimensional, o que, por fim, leva à reticulação da camada adesiva de EVA e à cura. Quando o grau de reticulação atinge mais de 60%, o EVA é capaz de suportar melhor as mudanças atmosféricas e o fenômeno da expansão e contração térmicas é efetivamente contido. No entanto, deve-se observar que o grau de reticulação não é tanto maior quanto melhor, de acordo com estudos teóricos e muita experiência prática, que mostram que quanto maior o grau de reticulação, embora a transmitância do EVA seja melhorada, a potência de saída geral do componente também será aumentada, de acordo com o ajuste cuidadoso dos parâmetros do processo de laminação, o grau de reticulação do EVA pode atingir um máximo de 95 a 98%, mas nesse momento, na aplicação do processo de produção, o risco de rachaduras aumentará drasticamente. Por outro lado, o EVA com um baixo grau de reticulação é propenso à delaminação com vidro e backsheets, o que leva a uma redução significativa das propriedades mecânicas dos próprios circuitos internos. Atualmente, após muitas tentativas e erros, os fabricantes geralmente concordam que um nível de reticulação de cerca de 85% é o equilíbrio ideal entre desempenho e minimização de riscos.
O EVA também tem um desempenho exclusivo em termos de corte de UV. A intensidade da luz solar é distribuída em um padrão regular, com 0,7 nm a 280 nm de luz que dificilmente atinge a Terra, 280 nm a 400 nm na região UV, 400 nm a 750 nm na faixa visível e 750 nm a 3000 nm no infravermelho. Os produtos de EVA existentes, como o Foster F406, têm um baixo corte de UV, enquanto a maioria dos EVAs produzidos por outros fabricantes tem um corte de UV de 360 nm a 380 nm, o que indica que o próprio EVA tem uma certa capacidade de corte de UV. O corte de UV depende dos absorvedores de UV dentro do EVA, que absorvem a luz UV e a convertem em calor a ser emitido, protegendo assim o módulo solar de danos excessivos por UV. No entanto, faltam dados detalhados e precisos sobre a vida útil dos absorvedores de UV, o que se tornou um mistério no campo da pesquisa de materiais de EVA. Quando o absorvedor de UV falha, o EVA pode sofrer alterações de propriedade, como amarelamento, como resultado da exposição prolongada à luz UV.
A reação de reticulação do EVA é uma parte fundamental do aprimoramento de seu desempenho, pois o filme de EVA, como um adesivo termofixo de fusão a quente, passa por uma reação de reticulação durante o processo de aquecimento para formar uma resina de gel termofixo. Antes da laminação, o filme de EVA tem uma estrutura macromolecular linear. Quando aquecido, o agente de reticulação se decompõe para formar radicais livres reativos, que desencadeiam reações intermoleculares entre as moléculas de EVA, conectando gradualmente as moléculas para formar uma estrutura de malha. Essa estrutura em forma de teia é como uma "teia de aranha" sólida, o que melhora muito as propriedades mecânicas do EVA, tornando-o mais robusto e durável; a resistência ao calor foi significativamente aprimorada, permitindo que ele trabalhe de forma estável em temperaturas mais altas; a resistência a solventes foi aprimorada, tornando-o menos suscetível à erosão por solventes químicos; e a resistência ao envelhecimento foi aprimorada, permitindo que ele seja usado por longos períodos de tempo.
Os filmes de EVA são compostos por vários componentes, incluindo o corpo do EVA, o sistema de agente de reticulação (que abrange tanto o iniciador de reticulação quanto o agente de reticulação), o agente bloqueador de polimerização, o estabilizador de calor, o estabilizador de luz, o agente de acoplamento de silano e outros componentes. Esses componentes trabalham em sinergia uns com os outros para determinar o desempenho do EVA. Por exemplo, o sistema de agente de reticulação é responsável por iniciar a reação de reticulação quando aquecido, o que cria a estrutura de malha do EVA; o estabilizador de calor protege o EVA contra decomposição excessiva ou deformação em altas temperaturas; o estabilizador de luz ajuda a proteger o EVA contra danos causados por raios ultravioleta e outros raios de luz; e o agente de acoplamento de silano desempenha um papel importante no aumento da resistência da ligação entre o EVA e outros materiais.
Na prática, o EVA está sujeito a uma série de falhas. O amarelamento é um dos problemas mais comuns, causado principalmente por dois fatores. Por um lado, o sistema de aditivos reage entre si para desencadear o amarelamento, que é como uma "reação química interna", uma reação química indesejada entre diferentes aditivos, alterando assim a cor e o desempenho do EVA; por outro lado, a molécula de EVA está sob as condições de oxigênio e luz, e sua própria reação de desacetilação leva ao amarelamento. Portanto, o design das formulações de EVA é de suma importância, pois determina diretamente o desempenho antiamarelamento do EVA. As bolhas não devem ser ignoradas, um dos componentes internos das bolhas de EVA geradas pela falha no bombeamento em tempo hábil, o que está intimamente relacionado ao sistema de aditivos de EVA, ao grau de correspondência de outros materiais e ao EVA e ao processo de laminação, além de vários outros fatores; o outro é uma correspondência ruim entre os materiais na laminação das bolhas geradas, o que é como dois parceiros de "personalidade" forçados a se unir, que é a "personalidade" dos parceiros. Isso é como dois parceiros com "personalidades incompatíveis" combinados à força, o que inevitavelmente produzirá contradições e problemas. O fenômeno da delaminação também ocorre de tempos em tempos, e a delaminação do backplane pode ser devido ao grau de reticulação não qualificado ou à baixa força de ligação com o backplane; e a delaminação do vidro pode ser devido a problemas com o agente de acoplamento de silano, à superfície do vidro não estar limpa ou ao grau de reticulação não qualificado, entre outros motivos.
Em resumo, o EVA como material fotovoltaico desempenha um papel extremamente importante nos módulos solares, embora tenha muitas propriedades excelentes, mas também enfrenta alguns desafios e problemas. Com o progresso contínuo da ciência e da tecnologia e a pesquisa aprofundada, acredita-se que, no futuro, o desempenho do EVA será ainda mais otimizado e sua aplicação no campo fotovoltaico, bem como em outros campos relacionados, será mais extensa e aprofundada, contribuindo para a transição energética global e o desenvolvimento sustentável. Ao mesmo tempo, a pesquisa sobre materiais de EVA continuará a promover o desenvolvimento de todo o campo da ciência dos materiais, levando ao surgimento e à aplicação de mais materiais novos.