封裝材料用交聯(lián)POE的老化性能研究申報書

附表2：廣東工業(yè)大學(xué)合生珠江大學(xué)生創(chuàng)新性實驗項目申報書學(xué)院名稱材料與能源學(xué)院計劃項目名稱封裝材料用交聯(lián)POE的老化性能研究計劃項目編號項目來源（）自主立題（√）教師指導(dǎo)選題計劃項目負(fù)責(zé)人王宇源填寫日期2011年3月27日廣東工業(yè)大學(xué)制二○一一年三月

申請者的承諾與成果使用授權(quán)本人自愿牽頭申報合生珠江大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目建設(shè)項目。認(rèn)可所填寫的《合生珠江高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目申報表》（以下簡稱為《申報書》）為有約束力的協(xié)議，并承諾對所填寫的《申報書》所涉及各項內(nèi)容的真實性負(fù)責(zé)，保證沒有知識產(chǎn)權(quán)爭議。項目申請如獲準(zhǔn)立項,在專業(yè)建設(shè)過程中，接受學(xué)?；蚱涫跈?quán)（委托）單位、以及本人所在單位的管理，并對以下約定信守承諾：1.遵守相關(guān)法律法規(guī)。遵守我國著作權(quán)法和專利法等相關(guān)法律法規(guī)；遵守我國政府簽署加入的相關(guān)國際知識產(chǎn)權(quán)規(guī)定。2.遵循學(xué)術(shù)研究的基本規(guī)范，恪守學(xué)術(shù)道德，維護(hù)學(xué)術(shù)尊嚴(yán)。研究過程真實，不以任何方式抄襲、剽竊或侵吞他人學(xué)術(shù)成果，杜絕偽注、偽造、篡改文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)等學(xué)術(shù)不端行為；成果真實，不重復(fù)發(fā)表研究成果；維護(hù)社會公共利益，維護(hù)合生珠江大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目項目的聲譽(yù)和公信力，不以項目名義牟取不當(dāng)利益。3.遵守廣東工業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目有關(guān)管理規(guī)定以及廣東工業(yè)大學(xué)財務(wù)規(guī)章制度。4.凡因項目內(nèi)容、成果或研究過程引起的法律、學(xué)術(shù)、產(chǎn)權(quán)或經(jīng)費使用問題引起的糾紛，責(zé)任由相應(yīng)的項目承擔(dān)人員承擔(dān)。5.項目立項未獲得資助或獲得批準(zhǔn)的資助經(jīng)費低于申請的資助經(jīng)費時，同意承擔(dān)項目并按申報預(yù)期完成研究建設(shè)任務(wù)。6.同意廣東工業(yè)大學(xué)或其授權(quán)（委托）單位有權(quán)基于公益需要公布、使用、宣傳《申報書》內(nèi)容及相關(guān)成果。項目主持人（簽章）：_________________年月日

填寫須知一、大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃申報書請按順序逐項填寫，填寫內(nèi)容必須實事求是，表達(dá)明確嚴(yán)謹(jǐn)?？杖表椧睢盁o”。二、格式要求：表格中的字體小四號仿宋體，1.5倍行距；需簽字部分由相關(guān)人員以黑色鋼筆或水筆簽名，均用A4紙雙面打印，于左側(cè)裝訂成冊。三、申請參加大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目團(tuán)隊的人數(shù)含負(fù)責(zé)人在內(nèi)不得超過5人。四、計劃項目先由所在學(xué)院進(jìn)行組織初審后，推薦上報的計劃項目由學(xué)院分管領(lǐng)導(dǎo)在申報書上簽署意見、簽字并加蓋公章后，一式兩份（均為原件），報送學(xué)校教務(wù)處。五、計劃項目編號暫留空，待學(xué)校統(tǒng)一編號后填寫。六、申報過程有不明事宜，請與教務(wù)處聯(lián)系和咨詢。

計劃項目名稱封裝材料用交聯(lián)POE的老化性能研究理工科(√)文科()計劃項目負(fù)責(zé)人姓名王宇源性別男民族漢出生年月1988年02月學(xué)院及專業(yè)材料與能源學(xué)院高分子材料所在年級2008級1班手機(jī)號系電-mailfelix166@計劃項目組成員姓名性別出生年月學(xué)院/系別專業(yè)年級簽字王宇源男1989年04月材料與能源學(xué)院高分子材料高分子材料與工程2008級1班鄧雄文男1988年01月材料與能源學(xué)院高分子材料高分子材料與工程2008級1班孫利輝男1989年05月材料與能源學(xué)院高分子材料高分子材料與工程2008級2班鄧海強(qiáng)男1990年02月材料與能源學(xué)院高分子材料高分子材料與工程2008級1班指導(dǎo)教師情況姓名雷彩紅性別女民族漢出生年月1975.1專業(yè)/職稱/職務(wù)高分子材料成型加工/副教授手機(jī)號系電話/傳-mailLch528@一、前期基礎(chǔ)（1000字以內(nèi)）（研究成員的知識條件，研究興趣，相關(guān)經(jīng)歷及開展本項目的基礎(chǔ)）本項目的研究成員均為廣東工業(yè)大學(xué)08級高分子本科專業(yè)在讀生，在校的三年，隊成員基本績點穩(wěn)定在班級前列。經(jīng)過大學(xué)三年的學(xué)習(xí)，我們基本上都已經(jīng)有了一定的工科思維，和實事求是的實驗作風(fēng)。具備了以下知識條件:對高分子物理、高分子化學(xué)兩門高分子專業(yè)最基礎(chǔ)關(guān)鍵的課程有一定的掌握和認(rèn)識；對高分子范圍內(nèi)的高聚物有一定的熟悉程度，知道實際應(yīng)用較多的產(chǎn)品；能夠利用其特性加以實際利用，使其成為能夠量產(chǎn)的產(chǎn)品。我們對知識充滿著強(qiáng)烈的欲望，一直以來，關(guān)注理論知識在實際中的應(yīng)用和種種缺陷，也是我們學(xué)習(xí)的一種動力。面對著大千世界，形形色色的塑料橡膠等高分子產(chǎn)品我們總是很好奇，也是這種好奇心鞭策著我們向著知識的階梯不斷前進(jìn)。一直都想有個機(jī)會對本專業(yè)某種聚合物產(chǎn)品做更深入的研究分析。研究就是對物質(zhì)的進(jìn)一步了解，這符合身為學(xué)生的好奇心。對項目的研究，能夠了解更為前端的高聚物，可以讓自己有更多的獵奇視野，增長專業(yè)知識。也能夠拋棄枯燥的課本，將知識理論運用到實際當(dāng)中。同時也能夠鍛煉實際的操作能力，有利于以后的發(fā)展。在這三年來，我們組成員也參加了很多的學(xué)?？萍脊?jié)活動，像水火箭的制作、學(xué)校實驗技能比賽等，也都取得了一定的成績和收獲，都相應(yīng)的具備了一些實驗精神。不滿足是向前的車輪，于是我們抓住這個機(jī)會決定申請這個實驗項目。項目的開展離不開項目的前期規(guī)劃，所以基礎(chǔ)就是要擬定好項目的進(jìn)行進(jìn)程。可以將研究分為初期、中期、和后期階段逐步的進(jìn)行實驗。在進(jìn)程中得到預(yù)期的效果，或者對不曾預(yù)料的現(xiàn)象進(jìn)一步分析原因，最后將研究結(jié)果加以利用分析并進(jìn)行總結(jié)。

二、計劃項目實施思路（3000字以內(nèi)）1．研究意義與目的，同類研究工作國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與存在的問題等能源是發(fā)展工農(nóng)業(yè)、國防技術(shù)的重要物質(zhì)條件，能源的開發(fā)利用對國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展有重大的意義[1,2]。能源問題不僅要解決能源短缺的問題，也與環(huán)境保護(hù)問題息息相關(guān)。當(dāng)前，除了提升能源轉(zhuǎn)換效率和使用節(jié)能技術(shù)以外，大力發(fā)展綠色、清潔、可再生能源也成為研究者重點關(guān)注的對象。太陽能是比較各種綠色可再生能源后得出的最具有潛力的新能源。據(jù)粗略估計，地球一年從太陽吸收的能量約為60億億瓦，相當(dāng)于目前地球上每年所消耗能源的一萬倍，由此可以說，只要把到達(dá)地球表面1％面積上的太陽能以1％的效率利用的話，那么人類的能源問題就基本得以解決了[3]。太陽能產(chǎn)業(yè)已成為“十二五”規(guī)劃中重點發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。未來10年，我國太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)總的任務(wù)和總目標(biāo)可概括為“科技進(jìn)步、擴(kuò)大應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)升級、拓展市場”，至2020年，我國將進(jìn)一步提高太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)的能源結(jié)構(gòu)占有率和在國家減排40%至45%總目標(biāo)中的貢獻(xiàn)率。太陽能電池是有效利用太陽能的重要途徑之一，加之制造太陽能電池的主要材料硅儲量豐富，合理發(fā)展和推進(jìn)太陽能電池產(chǎn)業(yè)是應(yīng)對人類解決能源問題的理想途徑[4]。太陽能電池板主要有硅板、基板、封裝膠膜三部分構(gòu)成。硅板主要起到光電轉(zhuǎn)化的作用，基板用于固定和支撐，封裝膠膜在其中起到粘接的作用。太陽能電池板能否長期使用，主要取決于封裝膠膜的性能。因此人們對其提出了更高的要求，要求其在長期的使用過程中能起到阻隔外界水、灰塵等有害環(huán)境因素；保護(hù)硅板不受機(jī)械振動的影響；有強(qiáng)大的粘接能力；易于加工成型，特別是在封裝過程中；有優(yōu)異的透明度，在長期日照和電磁輻照的作用下能保持基本不變；封裝過程迅速；有良好的絕緣性；價格低廉[5]。只有滿足這些要求的太陽能電池板才能長期使用，提高太陽能電池的性價比，便于普及和推廣。硅板由單晶硅或多晶硅制備，基板多使用鋼化玻璃。封裝膠膜可以選用PVB、液體硅膠、環(huán)氧樹脂、醋酸纖維素、EVA等，目前較常使用的是EVA（初次使用，寫出中文）。作為太陽能電池封裝膜的EVA含VA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常在28-35%之間，利用過氧化物在80-90℃在日光照射4年后，EVA膜的透明度迅速下降，光電轉(zhuǎn)化效率下降30%，這主要由于EVA中的羰基能吸收UV，造成分子鏈斷鏈、降解[7]。交聯(lián)過程使用的過氧化物交聯(lián)劑如果殘留在EVA基體中，會在EVA內(nèi)形成黃色基團(tuán)，導(dǎo)熱EVA的黃變[7]。紫外光吸收劑、紫外光猝滅劑只能吸收波長360nm以下的紫外光，對于360-400nm波段的紫外光吸收較差，易引起羰基的斷鏈。太陽能電池的長期使用溫度約在90℃在加工過程中，交聯(lián)的EVA會粘附在模壓機(jī)器的表面，需要不斷停機(jī)進(jìn)行清理，造成工作效率低下。POE（初次使用，寫出中文）相較當(dāng)前使用的EVA而言，有更好的熱穩(wěn)定性、光學(xué)性能、抗干裂性能，同時也具有良好的柔韌性、模塑性能[9]，已成為封裝膠膜的良好的替代品。低密度的POE非晶部分較多，柔性和光學(xué)性能優(yōu)異，具有高可見光、紫外光透過率，較低的霧度。用此類POE作為封裝膜，在400-1100nm波長的區(qū)域能保持92%以上的透過率，耐老化性能優(yōu)異。同時在加工過程中，表層交聯(lián)現(xiàn)象低，加工效率較高。目前以POE作為封裝材料，國外已有產(chǎn)品見諸市場，而在國內(nèi)尚無研究。國內(nèi)針對POE的研究主要集中在增韌改性劑、彈性體[10]方向。要將POE作為封裝材料使用，首要需要研究的是交聯(lián)POE的老化行為。研究POE的交聯(lián)老化行為的主要研究方向集中在三個方面：POE交聯(lián)體系的建立殘留交聯(lián)劑對POE體系性能的影響抗氧劑、紫外線吸收劑的選用本研究將在這三個方向開展研究，力圖建立可滿足太陽能電池封裝用POE膜的交聯(lián)和老化體系，為將POE應(yīng)用于封裝材料領(lǐng)域積累相關(guān)的數(shù)據(jù)支撐。參考文獻(xiàn)：[1]J.A.達(dá)菲,W.A.貝克曼.太陽能-熱能轉(zhuǎn)換過程[M].科學(xué)出版社,1980:25.[2]葛新石,龔堡,陸維德等.太陽能工程-原理和應(yīng)用[M].學(xué)術(shù)期刊出版社，1988：56．[3]李國雄,許妍,鄭智晶等.太陽電池封裝用膠膜的研制[J].杭州化工,1991,3(4)：35-37．[4]于國雄.太陽電池--光電轉(zhuǎn)換器件[J].電世界,2004,25(6):249-251．[5]MasaoHashimotoetal.Methodofmanufacturingasolarbattery[P].美國專利:6660556,2003-12-09.[6]InoueIsao,OhkawaKoujiro,etal.Fillersheetforsolarcellmoduleandsolarcellmoduleincludingthesame[P].日本專利：055908，2004-01-07.[7]FuJannPern.Compositionandmethodforencapsulatingphotovoltaicdevices[P].美國專利:6093757,2000-07-25.[8]JackI.Hanoka.Methodsforimprovingpolymericmaterialsforuseinsolarcellapplications[P].美國專利:6586271,2003-01-01.

[9]JackI.Hanoka.Solarcellmoduleswithimprovedbackskinandmethodsforformingsame[P].美國專利:5741370,1998-04-21.[10]丁雪佳,徐日煒,余鼎聲.茂金屬聚烯烴彈性體乙烯-辛烯共聚物的性能與應(yīng)用[J].特種橡膠制品,2002,23(4)：18-21.2．研究內(nèi)容及工作方案本項目的研究內(nèi)容集中在考察POE交聯(lián)后的老化行為及對透過率的影響。主要分為三個部分：1、POE交聯(lián)體系的建立：在太陽能電池中應(yīng)用的POE封裝膜的交聯(lián)度要求不超過70%，在此要求下，交聯(lián)劑的選擇、交聯(lián)劑含量、交聯(lián)時間、壓力的選擇成為關(guān)鍵。同時，交聯(lián)度對POE膜的力學(xué)性能影響較大。2、POE膜的老化行為研究：在熱氧老化和紫外老化條件下考察不同交聯(lián)條件下制備的POE薄膜老化行為，主要利用400-1100nm波長區(qū)域的透過率的變化和黃色指數(shù)來考察老化行為。同時利用FT-IR探討POE中殘留的過氧化物對POE結(jié)構(gòu)變化的影響，利用DSC探討老化過程POE的結(jié)晶性能，采用SEM考察老化過程POE薄膜的外觀形狀，探討POE的降解機(jī)理和過程。通過試驗，確定合適的交聯(lián)劑種類、用量以及交聯(lián)條件。3、選擇合適的抗氧劑和紫外線吸收劑：主要考察抗氧劑、紫外線吸收劑的用量及種類對POE降解抑制的情況。同樣利用400-1100nm波長區(qū)域的透過率的變化和黃色指數(shù)來考察老化行為。利用FT-IR探討抗氧劑、紫外線吸收劑作用下POE老化過程結(jié)構(gòu)變化，利用DSC探討老化過程POE的結(jié)晶性能，采用SEM考察老化過程POE薄膜的外觀形狀。通過試驗，確定合適的抗氧劑和紫外線吸收劑種類及用量。3．?dāng)M解決主要問題本項目擬解決以下幾個方面的問題：1、POE薄膜的交聯(lián)情況。POE薄膜是乙烯和辛烯在茂金屬催化劑作用下聚合而成的聚烯烴熱塑性彈性體。其中聚乙烯鏈結(jié)晶區(qū)(樹脂相)起物理交聯(lián)點的作用,一定量的辛烯的引入削弱了聚乙烯鏈的結(jié)晶區(qū),形成了呈現(xiàn)橡膠彈性的無定型區(qū)(橡膠相)。在交聯(lián)過程中，交聯(lián)結(jié)構(gòu)破壞了結(jié)晶區(qū)，造成薄膜的力學(xué)性能下降。選擇合適的交聯(lián)條件，有助于穩(wěn)定封裝膜的基本力學(xué)性能。2、POE交聯(lián)劑的用量控制。POE交聯(lián)所用的交聯(lián)劑多選擇過氧化物類交聯(lián)劑，如果在反應(yīng)過程中，有部分交聯(lián)劑未完全反應(yīng)，殘留在POE中，會加速POE薄膜的降解，引起薄膜的黃變，降低透明度。為滿足太陽能封裝的使用，需嚴(yán)格控制過氧化物交聯(lián)劑的用量。3、POE薄膜的結(jié)晶性能與力學(xué)性能的相關(guān)性。在POE薄膜中，結(jié)晶部分對力學(xué)性能的貢獻(xiàn)較大，過高的交聯(lián)度會影響力學(xué)性能?？刂平Y(jié)晶和交聯(lián)對POE薄膜的力學(xué)性能有重要影響。4、選擇合適的抗氧劑和紫外線吸收劑，不同的紫外線吸收劑、抗氧劑的效果不同，用量也不一樣?；钚曰鶊F(tuán)的存在可能影響降解性能，需選擇合理的抗氧劑和紫外線吸收劑。4．研究支持條件（使用儀器或設(shè)備）項目申請者所在的廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院擁有密煉機(jī)，平板硫化機(jī)，電熱鼓風(fēng)干燥箱，電子萬能拉力試驗機(jī)，熱氧老化箱，紫外光老化儀同時還配置有掃描電子顯微鏡（日立產(chǎn)），XRD物相分析儀，DSC-TGA（德國耐茲，美國TA）,美國尼高力FTIR傅立葉紅外分析儀（聯(lián)熱重分析儀）等先進(jìn)的分析測試儀器，可基本滿足理化性能檢測的要求。5．預(yù)期研究成果（研究論文、設(shè)計、專利、產(chǎn)品、鑒定、推廣應(yīng)用等）1)核心期刊發(fā)表論文1-2篇2）申請專利1項6．項目創(chuàng)新之處（原始創(chuàng)新：重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)發(fā)明；集成創(chuàng)新：融合多種相關(guān)技術(shù)，形成新產(chǎn)品、新產(chǎn)業(yè)；引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新：在引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)、分析、借鑒，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)）Dupont公司在國際市場首先將POE薄膜產(chǎn)業(yè)化，并投放市場。在國內(nèi)將POE應(yīng)用在太陽能電池封裝膜領(lǐng)域的研究尚未展開。本課題是一個全新的課題，至今國內(nèi)期刊未見相關(guān)報道。同時POE薄膜的性價比高于當(dāng)前廣泛應(yīng)用的EVA薄膜，從經(jīng)濟(jì)適用的領(lǐng)域考慮更具有實用性。本課題著重考察了POE薄膜老化—透明之間的關(guān)系和老化機(jī)理，提出合理的解決方案。旨在開發(fā)一種用于太陽能電池封裝膜方面的新型功能高分子材料，確立其制備工藝及配方設(shè)計，研究其紫外光老化、濕熱老化機(jī)理，為改善目前太陽能電池封裝膜易發(fā)黃老化而打下基礎(chǔ)。三、計劃項目管理（800字以內(nèi)）計劃項目人員分工王宇源項目統(tǒng)籌管理，POE薄膜的制備、分析實驗數(shù)據(jù)，撰寫項目總結(jié)報告和論文。鄧雄文POE薄膜的力學(xué)性能測試,紫外光老化以及濕熱老化實驗。孫利輝POE薄膜的DSC，X衍射測試，電鏡掃描測試。鄧海強(qiáng)POE薄膜的改性實驗，力學(xué)性能測試、DSC以及X衍射測試。2、計劃項目研究時間安排（查閱資料、選題、項目研究方案、開題報告、實驗研究、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、處理與分析、研制開發(fā)、結(jié)題、撰寫研究論文和總結(jié)報告、參加結(jié)題答辯和成果推廣等）2011.4-2011.5查閱資料，制定實驗研究方案，購買實驗用原材料。2011.5-2011.7POE薄膜的制備，力學(xué)性能測試，紫外老化以及濕熱老化實驗，老化后POE的DSC、X射線衍射、電鏡掃描測試。2011.7-2011.9對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究POE薄膜老化機(jī)理以及老化后內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)而通過加入紫外線吸收劑、抗氧化劑等助劑以及通過改性技術(shù)來改善POE膜的物理和化學(xué)性能。2011.9-2011.10整理有關(guān)試驗結(jié)果，進(jìn)一步完善POE封裝膜的配方及制備工藝，撰寫研究論文和申請國家發(fā)明專利。（項目要求時間是多久？半年能做完嗎？）四、計劃項目條件保障（800字以內(nèi)）1、經(jīng)費預(yù)算及使用計劃（材料費、資料費、版面費、鑒定費、專利費等）材料費2000版面費2500測試費5000勞務(wù)費5002、資源保障（實驗教學(xué)示范中心、科研實驗室、研究所、科教實踐基地、儀器設(shè)備、文獻(xiàn)資料等）項目申請者所在廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院共有科研實驗室4000平方米，其中包括廣東省教育廳功能材料制備與應(yīng)用技術(shù)重點實驗室一個，設(shè)備儀器總值達(dá)2000萬元。材料學(xué)科為廣東省“211”五、指導(dǎo)教師意見（600字以內(nèi)）1、項目研究的選題意義目前，EVA封裝膜作為封裝材料應(yīng)用于太陽能電池中，但由于EVA結(jié)構(gòu)中羰基的存在，加速了EVA封裝膜的老化，導(dǎo)致封裝膜透明度降低，組裝太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率在使用四年后