TOPCon时代下，POE的加工工艺及未来前景
在光伏制造业，乙烯醋酸乙烯酯（EVA）一直是硅基光伏组件封装的首选材料。这种材料廉价且易加工，在已经建立的成本优化的供应链及几十年的光伏应用研究之上，使得其他材料几乎没有机会去获得市场吸引力。
然而，近些年光伏组件技术的快速发展或许正好创造了这样的机会。另一类材料聚烯烃(POEs)的使用在过去几年中迅速增长。IHS Markit认为，POE封装材料去年的市场份额为20%，几乎是2017年11%的两倍。预计到2022年底，这一比例将达到30%。
由于POE水汽阻隔、抗PID等性能优异，在N型光伏电池封装胶膜中的渗透率提升，随着TOPCon等N型光伏装机量的快速增长，光伏胶膜对POE的需求量将持续提升，我们预计2021/22/23年光伏POE的需求量分别为15/23/41万吨。考虑到光伏领域需求的持续增长，但2023-24年全球范围内POE的新增产能较少，我们预计POE供应有望持续紧张，POE价格和盈利有望继续提升。POE在茂金属催化剂、α-烯烃和溶液聚合工艺环节技术壁垒较高，我们看好产业化进度居前的企业国产化的发展。
IHS Markit高级研究分析师Karl Melkonyan表示:“POE材料增长的主要驱动力将来自双玻组件（P型和N型）的强劲增长，以及价格随着制造业规模的扩大而更具竞争力。尽管EVA将继续占据大部分市场，但不建议将其用于双面技术或者N型、薄膜等技术。”
双面组件的发展，其中大多数是双玻组件，给封装材料提出了多重挑战。尽管据估计，POE至少要比EVA贵30%，但组件制造商们正转向基于前者封装的解决方案。CEA技术和质量总监George Touloupas解释说:“从本质上将，EVA有局限性，特别是考虑到30或40年的使用寿命。POE原则上是一种更好的材料，比EVA更稳定。随着双面组件规模的扩展，它的份额将大幅增长。”
随着时间的推移，EVA在应用环境下分解，产生醋酸。在玻璃-背板构造下，醋酸可以通过背板渗透和溢出，从而不会造成任何影响。然而，在双玻组件构造下，醋酸往往被困住并积聚，最终结果导致腐蚀和明显的性能损失。这可能是导致一些供应商研究POE来作为双玻组件更优解决方案的原因。透明背板材料的生产商也指出，其背板的“透气性”，和防止醋酸积聚，是他们的产品优于双玻组件的地方。
然而，EVA的分解机制是由水分驱动的，双玻组件可以有效防止水分地进入。Touloupas解释说:“没有水，再加上EVA稳定剂添加剂，应该可以确保双玻组件不会因为醋酸的形成而受到过度腐蚀。”这已经足矣让组件通过厂商的老化测试和第三方质保。目前，EVA仍然被用于双玻组件夹层，尽管经常是与POE封装剂结合使用。
潜在诱发衰减
双面组件面临的第二个挑战，也是最近POE封装材料兴起的最大驱动力，涉及到它可以防止一种新的影响双面组件背面发电的PID。新的EVA配方和电池片表面处理的组合已经解决了单面组件的PID问题，但是随着双面技术最近的发展，人们又观察到一种新的PID机制特别影响电池背面发电。
用基于POE的封装剂替代EVA是组件制造商避免产品受到PID风险和相关可靠性问题的唯一有效解决方案。由于POE材料的生产成本比EVA更高，目前市场上的大组件需要更厚的封装层，以及更大的覆盖面积，因此已经有更多专注于降低成本的创新技术显现。
一些组件供应商选择使用经过测试的EVAs进行正面封装，在电池片和背面玻璃之间加一片POE作为预防PID的策略。位于中国杭州的封装材料和背板制造商福斯特，拥有EVA/POE/EVA复合型密封背板的专利，产品中间薄薄的一层POE，可以确保良好的PID阻性。低成本但仍然可靠的EVA材料占据了封装层的大部分，而这些复合型的材料正越来越多地出现在组件制造商的路线图上。
杭州福斯特应用材料有限公司的海外市场总监吴先生表示，“复合产品不仅融合了EVA的快速、容易加工的优点，而且还保留了POE的强抗PID性能。其局限性是对EVA和POE的特性都必须深入了解，而且POE中间层厚度均匀性难以控制。”
POE的加工
除了增加的材料成本之外，POE的加工难度也将其自身挡在了主流之外，较低的温度和压力要求可能对制造商有吸引力，但较长的循环时间、较窄的温度窗口和较低的玻璃粘附性则显得没有吸引力。在这些问题被解决之前，制造商们可能会坚持使用EVA，除非是绝对必要的情况。
将POE材料做成热塑性材料，而不是交联聚合物——这是一种潜在的使材料更易加工的方法。奥地利制造商Borealis在制造其Quentys BPO系列产品时，基于POE的封装材料所采用的的就是这种方法。“BPO是一种定制的热塑性封装剂，其粘附功能直接结合在聚合物链中，从而产生卓越的固有粘附力。” Borealis光伏团队负责人Alper Muraben说，“此外，聚合物的高熔点和高粘度消除了在模块层合过程中密封剂交联的需要。这大大简化了树脂到薄膜的挤出步骤和模块层压工艺。”他进一步解释道，与其他POE材料相比，Quentys封装材料的层压周期更短，而且与EVA相比，其加工压力和温度更低。从而减少了电池片在封装时受到的压力。最后，他指出，这种封装剂的高粘度最大限度地减少了电池或带在层压过程中移动的机会。
与此同时，意大利层压设备制造商TekniSolar已经开发出了设备和工艺，可以有效地应用于这些封装材料和其他材料。该公司表示，“根据我们的经验，使用某一种材料主要取决于特定的组件技术。我们的技术可以让任何类型的组件在很短的周期内完成层压，主要归功于多阶段固化、快速真空系统、均匀的加热应用和平压技术。”
POE前景预测
双面组件已被公认是一种主流的技术，并且未来几年内还将继续快速增长，这也为POE材料的发展留足了空间。
尽管EVA在中短期内仍将占据更大的市场份额，但近期其他模块技术的发展表明，制造商们正在向POE缓慢转变。除了双面组件，POE提供的更温和的处理方式，意味着它可以广泛用于异质结和TOPCon组件，这些组件的电池对温度升高极为敏感。随着近期更大尺寸的硅片出现，这或许对POE来说是个好消息。
与使用EVA封装的组件相比，使用Quentys BPO系列封装组件，Borealis还能证明组件性能的提高。该公司在阿布扎比的一个室外场地进行了测试，使用Quentys封装的组件在12个月的时间里，比EVA封装组件的发电产出高出2%以上。弗劳恩霍夫实验室测试也显示，使用Quentys封装的组件性能显著增强，在一系列苛刻的湿热、紫外线和热循环测试后，初始功率等级损失了5.5%，而行业参考（采用EVA封装）的数据为33.4%。
背面PID保护功能使得聚烯烃（POE）进入了封装市场，更长的使用寿命、更高的额定功率以及组件技术的其他发展，意味着光伏制造商们将密切关注POE材料。
材料的选择只是问题的一个方面，而背板/玻璃的重量、层压工艺的质量、以及对于确保密封剂能够提供良好的、长期的保护同样至关重要。CEA技术和质量总监George Touloupas表示，“很明显的事实是，POE是优于EVA的材料，当然前提是配方和生产都是合理的。POE必须达到与EVA相同的成本和制造的便利性才能完全取代它。这不会很快实现，至少短期内不可能。”
来源：光伏学习 光伏君 光伏那些事 全球光伏