Aplicación de sílice pirogénica hidrofóbica en películas encapsulantes fotovoltaicas
En medio del vigoroso desarrollo de la industria fotovoltaica, el rendimiento y la estabilidad de los módulos fotovoltaicos son de suma importancia. El encapsulante fotovoltaico, como material de embalaje esencial para garantizar el funcionamiento fiable de los módulos, ha recibido gran atención por su optimización del rendimiento.
La sílice pirógena, un aditivo con funciones únicas, en particular la sílice pirógena hidrofóbica , ejerce una influencia compleja y crucial en las propiedades de los encapsulantes fotovoltaicos. Una investigación exhaustiva sobre su relación es fundamental para mejorar la calidad de los módulos fotovoltaicos.
El encapsulante fotovoltaico se refiere a una categoría de adhesivos y materiales de sellado utilizados específicamente en el proceso de producción de módulos solares fotovoltaicos. Sus funciones principales dentro de los módulos fotovoltaicos incluyen: encapsular y proteger las células solares, aislándolas de la humedad, el oxígeno, el polvo y otras impurezas externas para prevenir la corrosión y prolongar la vida útil de los módulos; garantizar la estabilidad estructural mediante una fuerte adhesión que une de forma segura las células con los marcos, las láminas posteriores y otros componentes; y proporcionar ciertas propiedades de aislamiento eléctrico para garantizar la seguridad eléctrica durante la generación de energía.
La sílice pirogénica se produce principalmente mediante la hidrólisis a alta temperatura de halosilanos (como el tetracloruro de silicio) en una llama de hidrógeno y oxígeno. Durante este proceso, el halosilano se hidroliza rápidamente a altas temperaturas para formar partículas primarias de sílice. Estas partículas primarias colisionan y se aglomeran para formar agregados con una estructura de red tridimensional. Sus características estructurales incluyen un tamaño de partícula extremadamente pequeño, típicamente entre 7 y 40 nm , y una gran superficie específica, que puede alcanzar entre 50 y 400 m²/g . Esta microestructura única confiere a la sílice pirogénica numerosas propiedades especiales.
La sílice pirogénica hidrófila presenta una superficie rica en grupos silanol (Si–OH), lo que permite la interacción con el agua y otras sustancias polares, y se dispersa bien en disolventes polares. Por el contrario, la sílice pirogénica hidrófoba se produce modificando químicamente su superficie. Este proceso introduce grupos orgánicos (como grupos metilo o vinilo) que cubren algunos de los grupos silanol, reduciendo así la polaridad superficial y confiriéndoles hidrofobicidad, lo que resulta en una mejor dispersión en sistemas apolares o débilmente polares.
Sílice pirógena hidrofóbica
¿Cómo se comporta la sílice pirogénica hidrófoba en los encapsulantes fotovoltaicos?
Los técnicos de Hubei Huifu Nanomaterial Co., Ltd. realizaron pruebas y validaciones a través de experimentos.
En las pruebas de consistencia y secado de la superficie, la consistencia afecta el proceso de aplicación del encapsulante, mientras que el tiempo de secado de la superficie influye en el efecto de curado después de la aplicación.
Los técnicos añadieron sílice pirógena hidrofóbica HB-139 y el producto B de la competencia en proporciones del 3%, 4%, 5%, 6% y 7% al encapsulante fotovoltaico. A medida que aumentaba la cantidad de sílice pirógena hidrofóbica añadida, la consistencia aumentaba gradualmente, disminuyendo la fluidez, y el tiempo de secado de la superficie disminuía progresivamente.
En términos de consistencia, en cantidades de adición de 3% y 4%, HB-139 mostró una consistencia mayor que el producto competidor B, mientras que en 5%, 6% y 7%, HB-139 tuvo una consistencia menor que el producto competidor B. Con respecto al tiempo de secado de la superficie, excepto en el nivel de adición de 4% donde HB-139 se secó más rápido que el producto competidor B, los tiempos de secado fueron generalmente similares en otros niveles de adición.
En pruebas que evaluaron el efecto sobre la resistencia en masa del encapsulante fotovoltaico, a medida que aumentaba la cantidad de sílice pirogénica hidrófoba añadida, el alargamiento de rotura primero aumentaba y luego disminuía, mientras que la resistencia a la tracción mostraba una tendencia creciente.
En las pruebas de elongación a la rotura, con niveles de adición del 3% y el 4%, el HB-139 tuvo un mejor rendimiento. Con niveles del 5%, 6% y 7%, el HB-139 y el producto B de la competencia presentaron ventajas. En las pruebas de resistencia a la tracción, excepto con el 4% de adición, el HB-139 mostró una mayor resistencia a la tracción que el producto B de la competencia con niveles de adición inferiores al 6%, pero con el 7%, la resistencia a la tracción del HB-139 fue inferior a la del producto B de la competencia.
En condiciones de envejecimiento a alta temperatura y humedad (85 °C, 85 % de humedad, 1000 horas), se evaluó el rendimiento del HB-139 y del producto B de la competencia. Ambos mostraron una resistencia aparente similar tras el envejecimiento, y la adición de sílice pirogénica hidrófoba ralentizó la pérdida de resistencia a la tracción y el alargamiento a la rotura del encapsulante fotovoltaico.
En pruebas de resistencia al amarilleamiento, al aumentar la cantidad de sílice pirogénica hidrófoba añadida, mejoró la resistencia al amarilleamiento a altas temperaturas y humedad. Esto se atribuye principalmente a la estabilidad fotoquímica de la sílice pirogénica hidrófoba y a su efecto nanobarrera, que dificulta la difusión de las moléculas de oxígeno y agua, inhibiendo así las reacciones de fotooxidación.
La sílice pirogénica hidrofóbica mejora significativamente la fiabilidad de los encapsulantes fotovoltaicos en entornos de alta temperatura y humedad, reforzando la red de reticulación, mejorando la resistencia a la intemperie y optimizando las propiedades mecánicas. A medida que la industria fotovoltaica avanza hacia una mayor eficiencia y una vida útil más larga, la aplicación de sílice pirogénica hidrofóbica en encapsulantes fotovoltaicos se convertirá en una de las tecnologías clave para mejorar la calidad de los módulos.
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