封装材料用交联POE的老化性能研究申报书

附表2：广东工业大学合生珠江大学生创新性实验项目申报书学院名称材料与能源学院计划项目名称封装材料用交联POE的老化性能研究计划项目编号项目来源（）自主立题（√）教师指导选题计划项目负责人王宇源填写日期2011年3月27日广东工业大学制二○一一年三月

申请者的承诺与成果使用授权本人自愿牵头申报合生珠江大学生创新实验项目建设项目。认可所填写的《合生珠江高等学校大学生创新实验项目申报表》（以下简称为《申报书》）为有约束力的协议，并承诺对所填写的《申报书》所涉及各项内容的真实性负责，保证没有知识产权争议。项目申请如获准立项,在专业建设过程中，接受学校或其授权（委托）单位、以及本人所在单位的管理，并对以下约定信守承诺：1.遵守相关法律法规。遵守我国著作权法和专利法等相关法律法规；遵守我国政府签署加入的相关国际知识产权规定。2.遵循学术研究的基本规范，恪守学术道德，维护学术尊严。研究过程真实，不以任何方式抄袭、剽窃或侵吞他人学术成果，杜绝伪注、伪造、篡改文献和数据等学术不端行为；成果真实，不重复发表研究成果；维护社会公共利益，维护合生珠江大学生创新实验项目项目的声誉和公信力，不以项目名义牟取不当利益。3.遵守广东工业大学大学生创新实验项目有关管理规定以及广东工业大学财务规章制度。4.凡因项目内容、成果或研究过程引起的法律、学术、产权或经费使用问题引起的纠纷，责任由相应的项目承担人员承担。5.项目立项未获得资助或获得批准的资助经费低于申请的资助经费时，同意承担项目并按申报预期完成研究建设任务。6.同意广东工业大学或其授权（委托）单位有权基于公益需要公布、使用、宣传《申报书》内容及相关成果。项目主持人（签章）：_________________年月日

填写须知一、大学生创新性实验计划申报书请按顺序逐项填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。空缺项要填“无”。二、格式要求：表格中的字体小四号仿宋体，1.5倍行距；需签字部分由相关人员以黑色钢笔或水笔签名，均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。三、申请参加大学生创新实验项目团队的人数含负责人在内不得超过5人。四、计划项目先由所在学院进行组织初审后，推荐上报的计划项目由学院分管领导在申报书上签署意见、签字并加盖公章后，一式两份（均为原件），报送学校教务处。五、计划项目编号暂留空，待学校统一编号后填写。六、申报过程有不明事宜，请与教务处联系和咨询。

计划项目名称封装材料用交联POE的老化性能研究理工科(√)文科()计划项目负责人姓名王宇源性别男民族汉出生年月1988年02月学院及专业材料与能源学院高分子材料所在年级2008级1班手机号系电-mailfelix166@计划项目组成员姓名性别出生年月学院/系别专业年级签字王宇源男1989年04月材料与能源学院高分子材料高分子材料与工程2008级1班邓雄文男1988年01月材料与能源学院高分子材料高分子材料与工程2008级1班孙利辉男1989年05月材料与能源学院高分子材料高分子材料与工程2008级2班邓海强男1990年02月材料与能源学院高分子材料高分子材料与工程2008级1班指导教师情况姓名雷彩红性别女民族汉出生年月1975.1专业/职称/职务高分子材料成型加工/副教授手机号系电话/传-mailLch528@一、前期基础（1000字以内）（研究成员的知识条件，研究兴趣，相关经历及开展本项目的基础）本项目的研究成员均为广东工业大学08级高分子本科专业在读生，在校的三年，队成员基本绩点稳定在班级前列。经过大学三年的学习，我们基本上都已经有了一定的工科思维，和实事求是的实验作风。具备了以下知识条件:对高分子物理、高分子化学两门高分子专业最基础关键的课程有一定的掌握和认识；对高分子范围内的高聚物有一定的熟悉程度，知道实际应用较多的产品；能够利用其特性加以实际利用，使其成为能够量产的产品。我们对知识充满着强烈的欲望，一直以来，关注理论知识在实际中的应用和种种缺陷，也是我们学习的一种动力。面对着大千世界，形形色色的塑料橡胶等高分子产品我们总是很好奇，也是这种好奇心鞭策着我们向着知识的阶梯不断前进。一直都想有个机会对本专业某种聚合物产品做更深入的研究分析。研究就是对物质的进一步了解，这符合身为学生的好奇心。对项目的研究，能够了解更为前端的高聚物，可以让自己有更多的猎奇视野，增长专业知识。也能够抛弃枯燥的课本，将知识理论运用到实际当中。同时也能够锻炼实际的操作能力，有利于以后的发展。在这三年来，我们组成员也参加了很多的学校科技节活动，像水火箭的制作、学校实验技能比赛等，也都取得了一定的成绩和收获，都相应的具备了一些实验精神。不满足是向前的车轮，于是我们抓住这个机会决定申请这个实验项目。项目的开展离不开项目的前期规划，所以基础就是要拟定好项目的进行进程。可以将研究分为初期、中期、和后期阶段逐步的进行实验。在进程中得到预期的效果，或者对不曾预料的现象进一步分析原因，最后将研究结果加以利用分析并进行总结。

二、计划项目实施思路（3000字以内）1．研究意义与目的，同类研究工作国内外研究现状与存在的问题等能源是发展工农业、国防技术的重要物质条件，能源的开发利用对国民经济和社会发展有重大的意义[1,2]。能源问题不仅要解决能源短缺的问题，也与环境保护问题息息相关。当前，除了提升能源转换效率和使用节能技术以外，大力发展绿色、清洁、可再生能源也成为研究者重点关注的对象。太阳能是比较各种绿色可再生能源后得出的最具有潜力的新能源。据粗略估计，地球一年从太阳吸收的能量约为60亿亿瓦，相当于目前地球上每年所消耗能源的一万倍，由此可以说，只要把到达地球表面1％面积上的太阳能以1％的效率利用的话，那么人类的能源问题就基本得以解决了[3]。太阳能产业已成为“十二五”规划中重点发展的产业。未来10年，我国太阳能热利用产业总的任务和总目标可概括为“科技进步、扩大应用、产业升级、拓展市场”，至2020年，我国将进一步提高太阳能热利用产业的能源结构占有率和在国家减排40%至45%总目标中的贡献率。太阳能电池是有效利用太阳能的重要途径之一，加之制造太阳能电池的主要材料硅储量丰富，合理发展和推进太阳能电池产业是应对人类解决能源问题的理想途径[4]。太阳能电池板主要有硅板、基板、封装胶膜三部分构成。硅板主要起到光电转化的作用，基板用于固定和支撑，封装胶膜在其中起到粘接的作用。太阳能电池板能否长期使用，主要取决于封装胶膜的性能。因此人们对其提出了更高的要求，要求其在长期的使用过程中能起到阻隔外界水、灰尘等有害环境因素；保护硅板不受机械振动的影响；有强大的粘接能力；易于加工成型，特别是在封装过程中；有优异的透明度，在长期日照和电磁辐照的作用下能保持基本不变；封装过程迅速；有良好的绝缘性；价格低廉[5]。只有满足这些要求的太阳能电池板才能长期使用，提高太阳能电池的性价比，便于普及和推广。硅板由单晶硅或多晶硅制备，基板多使用钢化玻璃。封装胶膜可以选用PVB、液体硅胶、环氧树脂、醋酸纤维素、EVA等，目前较常使用的是EVA（初次使用，写出中文）。作为太阳能电池封装膜的EVA含VA的质量分数通常在28-35%之间，利用过氧化物在80-90℃在日光照射4年后，EVA膜的透明度迅速下降，光电转化效率下降30%，这主要由于EVA中的羰基能吸收UV，造成分子链断链、降解[7]。交联过程使用的过氧化物交联剂如果残留在EVA基体中，会在EVA内形成黄色基团，导热EVA的黄变[7]。紫外光吸收剂、紫外光猝灭剂只能吸收波长360nm以下的紫外光，对于360-400nm波段的紫外光吸收较差，易引起羰基的断链。太阳能电池的长期使用温度约在90℃在加工过程中，交联的EVA会粘附在模压机器的表面，需要不断停机进行清理，造成工作效率低下。POE（初次使用，写出中文）相较当前使用的EVA而言，有更好的热稳定性、光学性能、抗干裂性能，同时也具有良好的柔韧性、模塑性能[9]，已成为封装胶膜的良好的替代品。低密度的POE非晶部分较多，柔性和光学性能优异，具有高可见光、紫外光透过率，较低的雾度。用此类POE作为封装膜，在400-1100nm波长的区域能保持92%以上的透过率，耐老化性能优异。同时在加工过程中，表层交联现象低，加工效率较高。目前以POE作为封装材料，国外已有产品见诸市场，而在国内尚无研究。国内针对POE的研究主要集中在增韧改性剂、弹性体[10]方向。要将POE作为封装材料使用，首要需要研究的是交联POE的老化行为。研究POE的交联老化行为的主要研究方向集中在三个方面：POE交联体系的建立残留交联剂对POE体系性能的影响抗氧剂、紫外线吸收剂的选用本研究将在这三个方向开展研究，力图建立可满足太阳能电池封装用POE膜的交联和老化体系，为将POE应用于封装材料领域积累相关的数据支撑。参考文献：[1]J.A.达菲,W.A.贝克曼.太阳能-热能转换过程[M].科学出版社,1980:25.[2]葛新石,龚堡,陆维德等.太阳能工程-原理和应用[M].学术期刊出版社，1988：56．[3]李国雄,许妍,郑智晶等.太阳电池封装用胶膜的研制[J].杭州化工,1991,3(4)：35-37．[4]于国雄.太阳电池--光电转换器件[J].电世界,2004,25(6):249-251．[5]MasaoHashimotoetal.Methodofmanufacturingasolarbattery[P].美国专利:6660556,2003-12-09.[6]InoueIsao,OhkawaKoujiro,etal.Fillersheetforsolarcellmoduleandsolarcellmoduleincludingthesame[P].日本专利：055908，2004-01-07.[7]FuJannPern.Compositionandmethodforencapsulatingphotovoltaicdevices[P].美国专利:6093757,2000-07-25.[8]JackI.Hanoka.Methodsforimprovingpolymericmaterialsforuseinsolarcellapplications[P].美国专利:6586271,2003-01-01.

[9]JackI.Hanoka.Solarcellmoduleswithimprovedbackskinandmethodsforformingsame[P].美国专利:5741370,1998-04-21.[10]丁雪佳,徐日炜,余鼎声.茂金属聚烯烃弹性体乙烯-辛烯共聚物的性能与应用[J].特种橡胶制品,2002,23(4)：18-21.2．研究内容及工作方案本项目的研究内容集中在考察POE交联后的老化行为及对透过率的影响。主要分为三个部分：1、POE交联体系的建立：在太阳能电池中应用的POE封装膜的交联度要求不超过70%，在此要求下，交联剂的选择、交联剂含量、交联时间、压力的选择成为关键。同时，交联度对POE膜的力学性能影响较大。2、POE膜的老化行为研究：在热氧老化和紫外老化条件下考察不同交联条件下制备的POE薄膜老化行为，主要利用400-1100nm波长区域的透过率的变化和黄色指数来考察老化行为。同时利用FT-IR探讨POE中残留的过氧化物对POE结构变化的影响，利用DSC探讨老化过程POE的结晶性能，采用SEM考察老化过程POE薄膜的外观形状，探讨POE的降解机理和过程。通过试验，确定合适的交联剂种类、用量以及交联条件。3、选择合适的抗氧剂和紫外线吸收剂：主要考察抗氧剂、紫外线吸收剂的用量及种类对POE降解抑制的情况。同样利用400-1100nm波长区域的透过率的变化和黄色指数来考察老化行为。利用FT-IR探讨抗氧剂、紫外线吸收剂作用下POE老化过程结构变化，利用DSC探讨老化过程POE的结晶性能，采用SEM考察老化过程POE薄膜的外观形状。通过试验，确定合适的抗氧剂和紫外线吸收剂种类及用量。3．拟解决主要问题本项目拟解决以下几个方面的问题：1、POE薄膜的交联情况。POE薄膜是乙烯和辛烯在茂金属催化剂作用下聚合而成的聚烯烃热塑性弹性体。其中聚乙烯链结晶区(树脂相)起物理交联点的作用,一定量的辛烯的引入削弱了聚乙烯链的结晶区,形成了呈现橡胶弹性的无定型区(橡胶相)。在交联过程中，交联结构破坏了结晶区，造成薄膜的力学性能下降。选择合适的交联条件，有助于稳定封装膜的基本力学性能。2、POE交联剂的用量控制。POE交联所用的交联剂多选择过氧化物类交联剂，如果在反应过程中，有部分交联剂未完全反应，残留在POE中，会加速POE薄膜的降解，引起薄膜的黄变，降低透明度。为满足太阳能封装的使用，需严格控制过氧化物交联剂的用量。3、POE薄膜的结晶性能与力学性能的相关性。在POE薄膜中，结晶部分对力学性能的贡献较大，过高的交联度会影响力学性能。控制结晶和交联对POE薄膜的力学性能有重要影响。4、选择合适的抗氧剂和紫外线吸收剂，不同的紫外线吸收剂、抗氧剂的效果不同，用量也不一样。活性基团的存在可能影响降解性能，需选择合理的抗氧剂和紫外线吸收剂。4．研究支持条件（使用仪器或设备）项目申请者所在的广东工业大学材料与能源学院拥有密炼机，平板硫化机，电热鼓风干燥箱，电子万能拉力试验机，热氧老化箱，紫外光老化仪同时还配置有扫描电子显微镜（日立产），XRD物相分析仪，DSC-TGA（德国耐兹，美国TA）,美国尼高力FTIR傅立叶红外分析仪（联热重分析仪）等先进的分析测试仪器，可基本满足理化性能检测的要求。5．预期研究成果（研究论文、设计、专利、产品、鉴定、推广应用等）1)核心期刊发表论文1-2篇2）申请专利1项6．项目创新之处（原始创新：重大科学发现、技术发明；集成创新：融合多种相关技术，形成新产品、新产业；引进消化吸收再创新：在引进国内外先进技术的基础上，学习、分析、借鉴，形成具有自主知识产权的新技术）Dupont公司在国际市场首先将POE薄膜产业化，并投放市场。在国内将POE应用在太阳能电池封装膜领域的研究尚未展开。本课题是一个全新的课题，至今国内期刊未见相关报道。同时POE薄膜的性价比高于当前广泛应用的EVA薄膜，从经济适用的领域考虑更具有实用性。本课题着重考察了POE薄膜老化—透明之间的关系和老化机理，提出合理的解决方案。旨在开发一种用于太阳能电池封装膜方面的新型功能高分子材料，确立其制备工艺及配方设计，研究其紫外光老化、湿热老化机理，为改善目前太阳能电池封装膜易发黄老化而打下基础。三、计划项目管理（800字以内）计划项目人员分工王宇源项目统筹管理，POE薄膜的制备、分析实验数据，撰写项目总结报告和论文。邓雄文POE薄膜的力学性能测试,紫外光老化以及湿热老化实验。孙利辉POE薄膜的DSC，X衍射测试，电镜扫描测试。邓海强POE薄膜的改性实验，力学性能测试、DSC以及X衍射测试。2、计划项目研究时间安排（查阅资料、选题、项目研究方案、开题报告、实验研究、数据统计、处理与分析、研制开发、结题、撰写研究论文和总结报告、参加结题答辩和成果推广等）2011.4-2011.5查阅资料，制定实验研究方案，购买实验用原材料。2011.5-2011.7POE薄膜的制备，力学性能测试，紫外老化以及湿热老化实验，老化后POE的DSC、X射线衍射、电镜扫描测试。2011.7-2011.9对实验数据进行分析，研究POE薄膜老化机理以及老化后内部结构的变化，进而通过加入紫外线吸收剂、抗氧化剂等助剂以及通过改性技术来改善POE膜的物理和化学性能。2011.9-2011.10整理有关试验结果，进一步完善POE封装膜的配方及制备工艺，撰写研究论文和申请国家发明专利。（项目要求时间是多久？半年能做完吗？）四、计划项目条件保障（800字以内）1、经费预算及使用计划（材料费、资料费、版面费、鉴定费、专利费等）材料费2000版面费2500测试费5000劳务费5002、资源保障（实验教学示范中心、科研实验室、研究所、科教实践基地、仪器设备、文献资料等）项目申请者所在广东工业大学材料与能源学院共有科研实验室4000平方米，其中包括广东省教育厅功能材料制备与应用技术重点实验室一个，设备仪器总值达2000万元。材料学科为广东省“211”五、指导教师意见（600字以内）1、项目研究的选题意义目前，EVA封装膜作为封装材料应用于太阳能电池中，但由于EVA结构中羰基的存在，加速了EVA封装膜的老化，导致封装膜透明度降低，组装太阳能电池光电转换效率在使用四年后