En la floreciente industria fotovoltaica, el EVA ha atraído mucha atención como material fotovoltaico clave. El llamado EVA es un copolímero de etileno y acetato de vinilo, en el que el contenido de VA está en el rango del 25% al ​​40%. Es esencialmente un adhesivo termofusible. A temperatura ambiente, no es adhesivo ni adhesivo, lo que le permite permanecer relativamente estable sin tratar, lo que facilita su almacenamiento y transporte. Cuando se prensa con calor en condiciones específicas, ocurre la magia: se funde, se reticula y cura, transformándose eventualmente en una sustancia completamente transparente. Este EVA curado está firmemente adherido al vidrio, lo que mejora en gran medida la transmisión de luz del vidrio, desempeñando así un papel indispensable en la mejora de la transparencia de salida de los módulos solares. Su espesor suele estar entre 0,4 mm y 0,6 mm, siendo de superficie plana y espesor uniforme. También contiene un agente reticulante en su interior, que puede reticularse exitosamente a una temperatura de curado de 150°C, y se puede formar una capa adhesiva estable mediante el proceso de moldeo por extrusión.

Históricamente, en los primeros días de los materiales fotovoltaicos, los investigadores experimentaron con varias combinaciones de polímeros, destacando el EVA debido a sus propiedades únicas. Por ejemplo, el EVA se utilizó por primera vez en algunos de los primeros proyectos solares a pequeña escala y, aunque la optimización de su rendimiento aún estaba en sus primeras etapas, ya mostraba potencial para mejorar la transmisión de la luz en combinación con materiales como el vidrio.

Cuando se analiza desde una perspectiva de rendimiento, EVA tiene una serie de propiedades sobresalientes. Es extremadamente flexible, al igual que el caucho, y puede doblarse hasta cierto punto sin romperse, lo que le permite proteger los componentes internos en diferentes ambientes de instalación y ante impactos externos. Tampoco se debe subestimar su resistencia al impacto, ya que en caso de impacto de un objeto externo se puede absorber y dispersar energía, para evitar daños graves al módulo solar. Su elasticidad le permite recuperarse rápidamente de pequeñas deformaciones, asegurando la estabilidad del material. La transparencia óptica es una ventaja importante en el campo de la energía fotovoltaica, ya que permite la máxima transmisión de luz, reduce la pérdida de luz y mejora la eficiencia de la conversión fotoeléctrica. En ambientes de baja temperatura, aún puede mantener una buena flexibilidad, lo cual es importante para algunas áreas frías de instalación de instalaciones de energía solar. Sus propiedades adhesivas le permiten unirse con una amplia gama de materiales para construir una estructura de módulo sólida. La resistencia al agrietamiento por tensión ambiental garantiza que las grietas no aparezcan fácilmente y afecten el rendimiento en entornos naturales complejos y cambiantes, como la erosión del viento y la arena y cambios drásticos de temperatura.La resistencia a la intemperie le permite soportar largos períodos de luz solar directa, lluvia, viento y nieve, y otras condiciones climáticas adversas. La resistencia química garantiza que, cuando se exponga a algunas sustancias químicas, no se produzca ninguna reacción química que provoque una degradación del rendimiento. La termosellabilidad facilita las operaciones de encapsulación durante el proceso de producción y mejora la eficiencia de la producción.

Las propiedades del EVA están estrechamente relacionadas con el peso molecular, caracterizado por el índice de fusión MI, y el contenido de acetato de vinilo, expresado como VA. Cuando el MI permanece constante, un aumento en el contenido de VA actúa como una inyección de más «empuje» en el EVA, lo que resulta en una mayor elasticidad, flexibilidad, adhesión, compatibilidad y transparencia. Por el contrario, si el contenido de VA disminuye, el EVA converge gradualmente a las características de rendimiento del polietileno. Cuando se determina el contenido de VA, una disminución en MI da como resultado un punto de reblandecimiento más bajo, una procesabilidad mejorada y un brillo superficial, pero una disminución en la resistencia, aunque un aumento en el peso molecular mejora la resistencia al impacto y el agrietamiento por tensión.

En términos de clasificación de contenido VA, los EVA en diferentes rangos de contenido tienen aplicaciones muy diferentes. Por ejemplo, el EVA con un contenido de VA del 5% al ​​15% se usa ampliamente en películas agrícolas debido a su dureza y flexibilidad relativamente altas, proporcionando a los cultivos un buen aislamiento y retención de humedad al mismo tiempo que ofrece un cierto grado de durabilidad; en películas de embalaje para proteger los productos de la contaminación externa y de impactos menores; y en cubiertas de cables para aislar y proteger eficazmente los conductores internos de los cables. Cuando se utiliza en el revestimiento de cables, puede aislar y proteger eficazmente el conductor dentro del cable. Cuando el contenido de VA está en el rango del 15% al ​​40%, su flexibilidad y adherencia mejoran aún más, por lo que se utiliza a menudo en la fabricación de suelas de zapatos, proporcionando una sensación cómoda en el pie y un buen rendimiento antideslizante; en el campo de las tiras de sellado, puede llenar herméticamente los espacios y desempeñar el papel de sellado e impermeabilización, aislamiento acústico, etc.; en la producción de espuma, puede producir materiales con buen rendimiento de amortiguación y, debido a su buen rendimiento de unión con varios materiales, también se puede convertir en una variedad de materiales termofusibles, que se pueden usar para fabricar una variedad de materiales termofusibles.En la producción de espuma, puede producir materiales con buen rendimiento de amortiguación y, debido a su buen rendimiento de unión con muchos materiales, también se puede convertir en una variedad de adhesivos termofusibles utilizados en el proceso de unión en la producción industrial, mientras que el EVA con un contenido de VA del 40 % al 70 % se utiliza principalmente como modificador para el procesamiento de plásticos, lo que puede mejorar el rendimiento de otros plásticos, como aumentar la tenacidad, mejorar la resistencia al impacto, etc. El EVA con un contenido de VA del 70% al 95% se vende como emulsiones y se usa en la formulación de pinturas para proporcionar buena adhesión y flexibilidad a los recubrimientos, y cuando se usa en recubrimientos de papel y telas para mejorar su resistencia al agua, resistencia a la abrasión y flexibilidad.

La temperatura tiene un efecto crítico sobre la adhesión del EVA, lo que a su vez tiene un impacto directo en el rendimiento y la vida útil de la pieza. En estado fundido, EVA se une a obleas de células solares de silicio cristalino, vidrio y TPT mediante mecanismos de unión físicos y químicos. El EVA no modificado tiene una apariencia suave y transparente, adhesión termofusible, bajas temperaturas de fusión y buen flujo de fusión, todo lo cual lo hace ventajoso para aplicaciones iniciales. Sin embargo, también tiene defectos obvios, poca resistencia al calor, fácil de deformar a altas temperaturas, gran alargamiento y falta de elasticidad, baja fuerza cohesiva y poca resistencia a la fluencia. Esto da como resultado el uso real del proceso, fácil debido al fenómeno de expansión y contracción térmica del chip, lo que a su vez provocó delaminación adhesiva y otros problemas graves, que sin duda reducirán en gran medida el rendimiento y la vida útil de los módulos solares.

Para resolver estos problemas, surgió el método de reticulación química. Se agrega un agente reticulante de peróxido orgánico al EVA, cuando el EVA se calienta a una temperatura específica, el agente reticulante se descompondrá para producir radicales libres, estos radicales libres son como un «mensajero de conexión», que desencadena la combinación de moléculas de EVA y forma gradualmente una estructura de malla tridimensional, que finalmente conduce a la reticulación de la capa adhesiva de EVA y al curado. Cuando el grado de reticulación alcanza más del 60 por ciento, el EVA puede resistir mejor los cambios atmosféricos y se frena eficazmente el fenómeno de expansión y contracción térmica.Sin embargo, cabe señalar que el grado de reticulación no es cuanto mayor sea mejor, según estudios teóricos y mucha experiencia práctica muestra que cuanto mayor sea el grado de reticulación, aunque se mejorará la transmitancia del EVA, la potencia de salida general del componente también aumentará en consecuencia. Después de un cuidadoso ajuste de los parámetros del proceso de laminación, el grado de reticulación del EVA puede alcanzar un máximo de 95 – 98 por ciento, pero en este momento en la aplicación del proceso de producción el riesgo de agrietamiento aumentará considerablemente. Por otro lado, el EVA con un bajo grado de reticulación es propenso a deslaminarse con el vidrio y las láminas posteriores, lo que conduce a una reducción significativa de las propiedades mecánicas de los propios circuitos internos. Actualmente, después de muchas pruebas y errores, los fabricantes generalmente coinciden en que un nivel de reticulación de alrededor del 85% es el equilibrio óptimo entre rendimiento y minimización de riesgos.
EVA también tiene un rendimiento único en términos de corte de rayos UV. La intensidad de la luz solar se distribuye en un patrón regular, con 0,7 nm – 280 nm de luz que apenas llega a la Tierra, 280 nm – 400 nm en la región ultravioleta, 400 nm – 750 nm en el rango visible y 750 nm – 3000 nm en el infrarrojo. Los productos EVA existentes, como Foster F406, tienen un límite de UV bajo, mientras que la mayoría de los EVA producidos por otros fabricantes tienen un límite de UV de 360 ​​nm – 380 nm, lo que indica que el propio EVA tiene una cierta capacidad de corte de UV. El corte de UV se basa en los absorbentes de UV dentro del EVA, que absorben la luz UV y la convierten en calor para ser emitido, protegiendo así el módulo solar del daño excesivo de los rayos UV. Sin embargo, faltan datos detallados y precisos sobre la vida útil de los absorbentes de rayos UV, lo que se ha convertido en un misterio en el campo de la investigación de materiales EVA. Una vez que falla el absorbente de rayos UV, el EVA puede sufrir cambios de propiedades, como coloración amarillenta, como resultado de la exposición prolongada a la luz UV.

La reacción de reticulación del EVA es una parte clave de su mejora de rendimiento, ya que la película EVA, como adhesivo termoestable de fusión en caliente, sufre una reacción de reticulación durante el proceso de calentamiento para formar una resina de gel termoestable. Antes de la laminación, la película EVA tiene una estructura macromolecular lineal. Cuando se calienta, el agente reticulante se descompone para formar radicales libres reactivos, que desencadenan reacciones intermoleculares entre las moléculas de EVA, conectando gradualmente las moléculas para formar una estructura de malla. Esta estructura en forma de red es como una sólida ‘telaraña’, lo que mejora enormemente las propiedades mecánicas del EVA, haciéndolo más robusto y duradero; la resistencia al calor se ha mejorado significativamente, lo que le permite funcionar de manera estable a temperaturas más altas;se ha mejorado la resistencia a los disolventes, haciéndolo menos susceptible a la erosión por disolventes químicos; y se ha mejorado la resistencia al envejecimiento, lo que permite su uso durante largos períodos de tiempo. La resistencia al envejecimiento también se ha mejorado para mantener un rendimiento estable durante largos períodos de tiempo.

Las películas de EVA se componen de una serie de componentes, incluido el cuerpo de EVA, el sistema de agente reticulante (que cubre tanto el iniciador de reticulación como el agente de reticulación), el agente bloqueador de la polimerización, el estabilizador térmico, el estabilizador de luz, el agente acoplador de silano y otros componentes. Estos componentes trabajan sinérgicamente entre sí para determinar el rendimiento del EVA. Por ejemplo, el sistema de agente reticulante es responsable de iniciar la reacción de reticulación cuando se calienta, lo que forma la estructura de malla de EVA; el estabilizador térmico protege al EVA de una descomposición o deformación excesiva a altas temperaturas; el estabilizador de luz ayuda a proteger EVA del daño causado por los rayos ultravioleta y otros rayos de luz; y el agente de acoplamiento de silano juega un papel importante en mejorar la fuerza de la unión entre EVA y otros materiales.

En la práctica, el EVA está sujeto a una serie de fallos. El color amarillento es uno de los problemas más comunes, causado principalmente por dos factores. Por un lado, el sistema de aditivos reacciona entre sí para provocar el amarillamiento, que es como una “reacción química cuerpo a cuerpo” interna, una reacción química no deseada entre diferentes aditivos, que cambia el color y el rendimiento del EVA; por otro lado, la molécula de EVA se encuentra en condiciones de oxígeno y luz, y su propia reacción de desacetilación provoca un color amarillento. Por lo tanto, el diseño de las formulaciones de EVA es de suma importancia, ya que determina directamente el rendimiento antiamarilleo del EVA. No se deben ignorar las burbujas, uno de los componentes internos de las burbujas de EVA generado por no bombear a tiempo, que está estrechamente relacionado con el sistema de aditivos de EVA, el grado de combinación de otros materiales y EVA y el proceso de laminación y una variedad de otros factores; el otro es una mala combinación entre los materiales en la laminación de las burbujas generadas, que es como dos socios de «personalidad» forzados a unirse, que es la «personalidad» de los socios. Esto es como dos socios con «personalidades incompatibles» combinados a la fuerza, lo que inevitablemente producirá contradicciones y problemas. El fenómeno de delaminación también ocurre de vez en cuando, y la delaminación del backplane puede deberse a un grado de reticulación no calificado o a una mala fuerza de unión con el backplane; y la deslaminación del vidrio puede ser un problema con el agente de acoplamiento de silano, la superficie del vidrio no está limpia o tiene un grado de reticulación no calificado y otras razones.En resumen, el EVA como material fotovoltaico juega un papel extremadamente importante en los módulos solares, aunque tiene muchas propiedades excelentes, pero también enfrenta algunos desafíos y problemas. Con el progreso continuo de la ciencia y la tecnología y la investigación en profundidad, se cree que en el futuro, el rendimiento del EVA se optimizará aún más y su aplicación en el campo fotovoltaico, así como en otros campos relacionados, será más extensa y profunda, contribuyendo a la transición energética global y al desarrollo sostenible. Al mismo tiempo, la investigación sobre materiales EVA seguirá promoviendo el desarrollo de todo el campo de la ciencia de materiales, lo que conducirá al nacimiento y aplicación de más materiales nuevos.

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Cómo los compradores técnicos suelen evaluar este tema químico

Las decisiones químicas generales generalmente se vuelven más claras cuando los equipos pasan de la teoría al ajuste de la aplicación: qué debe hacer el material, qué tan puro debe ser, cómo se comporta en el proceso real y qué restricciones posteriores debe satisfacer.

• Defina primero el caso de uso: La comprensión del laboratorio y las compras industriales a menudo necesitan diferentes niveles de detalle de las especificaciones.
• Compruebe la compatibilidad del proceso: la manipulación, la mezcla, la estabilidad y la interacción posterior a menudo determinan si un material es práctico de usar.
• Revise el comportamiento de almacenamiento y transporte: la vida útil, la sensibilidad a la humedad, el rango de temperatura y el embalaje pueden ser importantes comercialmente.
• Utilice validación de muestra cuando la aplicación sea crítica: la confirmación a pequeña escala a menudo ahorra la mayor cantidad de tiempo antes de tomar una decisión de compra completa.

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Preguntas frecuentes para compradores y formuladores

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Porque las condiciones del proceso del mundo real, la interacción del sustrato y el comportamiento de almacenamiento pueden revelar problemas que no son obvios en una revisión de especificaciones simplificada.

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Normalmente no. El precio de compra más bajo no siempre es el costo de uso más bajo una vez que se consideran la idoneidad del proceso, la estabilidad y la calidad posterior.