探索未来能源的无限可能—有机光伏（OPV）篇 039

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探索未来能源的无限可能—有机光伏（OPV）篇

039 封装材料：守护有机层的“铠甲”，对抗水氧的侵袭 2025-10-22

有机光伏（OPV）器件像一位需要精心保护的“娇贵”艺术家，它对水汽和氧气格外敏感，而封装材料正是保护它稳定工作的关键“铠甲”。下面这个表格能帮你快速了解封装材料的核心要求和常见材料的主要特点：

评价维度 核心要求 常见材料及特点
阻隔性能 水汽透过率 (WVTR) 需低于10⁻⁶ g·m⁻²·day⁻¹，氧气透过率 (OTR) 也需极低
- 无机材料 (如氧化硅): 阻隔性极佳
- 有机材料: 通常需多层复合结构提升阻隔性
光学性能 高透光率 (通常要求≥92%)，抗黄变能力强
- 有机硅: 透光率高，耐候抗黄变
- EVA: 初期透光好，但易黄变
耐候稳定性 耐湿热、抗紫外、耐高低温循环

- 有机硅: 耐候性突出，适用温度范围广 (-40℃~260℃)
- POE/EPE: 耐水解，抗PID性能优
- PVB: 机械强度高，耐老化
工艺与成本 合适的加工温度，良好的粘接性，成本可控

- EVA: 技术成熟，成本低
- POE/EPE: 水汽阻隔好，但工艺难度稍高
- 有机硅: 性能优异，但成本较高


认识有机光伏的“天敌”
有机光伏器件内部的光活性层和金属电极等，对环境中水汽、氧气的侵蚀非常敏感。这些“天敌”会引发电极氧化、活性层分解等化学副反应，导致器件效率下降和寿命缩短。因此，有效的封装至关重要。


挑选“铠甲”的核心考量
为OPV选择封装材料时，你需要关注以下几点：

卓越的阻隔能力：核心在于选择低水汽和氧气透过率的材料。对于需要长寿命的器件，通常要求封装材料的水汽透过率低于10⁻⁶ g·m⁻²·day⁻¹。

高透光与抗黄变：封装材料在器件采光面必须保持高透光率（例如有机硅封装胶透光率可达92%以上），并且在长期紫外照射和湿热环境下抗黄变能力要强。例如，传统的EVA胶膜在紫外辐照后容易黄变，而有机硅、POE等材料在这方面表现更优。

强大的环境耐久性：封装材料需要耐受户外恶劣环境，包括高温高湿、紫外线辐射以及剧烈的温度变化。例如，有机硅材料在耐候性方面表现突出。

良好的工艺适配性与综合防护：材料应适合大面积加工（如卷对卷工艺），并能提供良好的电气绝缘和机械保护。


封装材料的选择与实践

在实际选择和应用封装材料时，你可以参考以下思路：

材料选择的基本方向：你可以考虑使用有机硅材料，它们通常具有高透光率（例如≥92%），优异的耐候性（耐高低温、抗紫外），并能有效保护电池片，延长组件使用寿命。POE和EPE胶膜则因其优良的水汽阻隔能力和抗PID性能，也成为重要的选择，尤其适用于对水氧敏感的技术路线。传统的EVA胶膜虽然成本较低、技术成熟，但抗老化性能相对偏弱。

关注多层复合封装结构：高阻隔性封装往往采用多层复合结构，例如“聚酯–铝箔–聚丙烯”这样的三明治结构，通过不同材料优势互补来实现高性能。在刚性器件中，玻璃与玻璃结合边缘密封胶（如环氧树脂、丁基胶） 是常见的封装方式。

工艺实施的关键点：封装工艺（如涂布、层压、固化）需要精确控制以确保封装完整可靠。采用原子层沉积（ALD）技术制备无机薄膜，可以作为一道高效的屏障。


发展趋势

封装技术也在不断进步，主要体现在：

新型封装材料的开发：例如，性能更优的有机硅高透液体封装胶、多层共挤的EPE胶膜等正在发展，聚酰亚胺（PI） 等柔性衬底上的薄膜封装技术也是研究热点。

针对新需求的封装方案：对于新兴的柔性有机光伏器件，需要开发与之匹配的柔性封装材料和工艺。