太陽(yáng)能電池的封裝材料主要采用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行薄膜灌封，但環(huán)氧樹(shù)脂材料長(cháng)期暴露在太陽(yáng)光下，易變黃、發(fā)生老化，從而影響太陽(yáng)能電池的光電轉化效率。為了解決環(huán)氧樹(shù)脂的老化問(wèn)題，通常在環(huán)氧樹(shù)脂中加入光穩定劑和抗氧劑，但是它們與環(huán)氧樹(shù)脂的相容性差，在用量為質(zhì)量分數1%~2%的情況下就能析出；或者對己二胺進(jìn)行羥烷基化、氰乙基化改性來(lái)改善環(huán)氧樹(shù)脂固化物的透光性，但其存在一定的毒性和對皮膚的刺激性，并能與空氣中的CO2發(fā)生反應。因此，研究如何改善環(huán)氧樹(shù)脂的透光性和抗紫外光老化性具有重要意義。筆者利用聚氧化丙烯二胺（D230）和異佛爾酮二胺（IPDA）固化劑的協(xié)同效應，提高環(huán)氧樹(shù)脂透光性、抗紫外光老化性和耐熱性，不但毒性低，無(wú)刺激性，而且工藝流程簡(jiǎn)單，成本低。
1.實(shí)驗
1.1主要原料與儀器
雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂EP828（廣州市創(chuàng )遠經(jīng)貿有限公司）；固化劑：聚氧化丙烯二胺（D230，中穗化工有限公司），異佛爾酮二胺（IPDA，深圳市佳迪達化工有限公司）；稀釋劑：501環(huán)氧活性稀釋劑（江蘇三木集團有限公司）；增塑劑：鄰苯二甲酸二丁酯（DBP，深圳江海天化工有限公司）；溶劑：苯甲醇（BA，天津市福晨化學(xué)試劑廠(chǎng)）。
DHG—9053A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海申賢恒溫設備廠(chǎng)）；TU—1901型雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)；紫外燈；DSCQ10差示掃描量熱儀(美國TA公司)，N2氣氛，升溫速率為10℃/min，掃描溫度范圍為室溫~300℃。
1.2樣品的制備
稱(chēng)取100g環(huán)氧樹(shù)脂于塑料杯中，加入質(zhì)量分數為15%的環(huán)氧活性稀釋劑501，攪拌混合均勻，然后分別加入質(zhì)量分數為10%的增塑劑、5%的溶劑和20%~35%的固化劑，混合均勻后澆注到115mm×25mm×2mm模具中，置于恒溫干燥箱內，在80℃下固化90min，脫除模具，測試固化物樣品性能。
1.3性能測試
1.3.1透光性的測定
采用紫外可見(jiàn)分光光度計，用空氣做參比，測定固化物在波長(cháng)400~800nm的透光率曲線(xiàn)。用透光率分析其透明性。透光率越大，其透明性越好。
1.3.2抗紫外光實(shí)驗
將固化物放在70W的紫外燈下照射一定時(shí)間后，放入紫外可見(jiàn)分光光度計的樣品池中，測定其在波長(cháng)400~800nm的透光率曲線(xiàn)，用黃度指數衡量其抗紫外光老化性能。黃度指數YI用下列公式計算：
式中：T和T′分別為樣品在紫外燈照射前后的透光率
2.結果與討論
2.1固化劑用量對固化物透光率的影響
在一定條件下，固化劑與環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行固化反應，生成立體網(wǎng)狀結構產(chǎn)物，固化劑的用量不僅會(huì )影響固化物的力學(xué)性能，也會(huì )影響固化物的光學(xué)性能。固化劑D230和IPDA用量對固化物透光率的影響分別見(jiàn)圖1和圖2所示。
由圖1可知，隨固化劑D230用量的增加，固化物的透光率增加，透明性漸好，但D230用量大于質(zhì)量分數28%時(shí)，透明性又變差；同樣從圖2可以看出，IPDA用量在質(zhì)量分數32%時(shí)，固化物透光率最大，具有較好的透明性。這是因為固化劑與環(huán)氧樹(shù)脂反應較為充分，形成了比較均勻的網(wǎng)絡(luò )結構，聚合物中分子結構排列有序程度較高，對可見(jiàn)光的吸收較弱，從而提高了固化物的透明性。但當固化劑過(guò)量時(shí)，固化劑反應效率降低，導致交聯(lián)密度低，固化物未能形成理想的網(wǎng)狀交聯(lián)狀態(tài)，透明性變差。
2.2固化劑協(xié)同效應對固化物性能的影響
D230與IPDA的協(xié)同效應是指將這兩種固化劑按照一定質(zhì)量比混合形成一種新體系，其新體系不僅具有各個(gè)組分的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)互補缺點(diǎn)，新體系的某些性能優(yōu)于單一組分的性能。IPDA與環(huán)氧樹(shù)脂反應較劇烈，反應過(guò)程中有大量熱放出，室溫下可以固化，但反應不完全，難以生成體型大分子，需在體系中加入促進(jìn)劑；而D230雖反應時(shí)間長(cháng)，但其柔韌性好。當D230與IPDA混合使用時(shí)，不僅加快了固化速度，而且由于D230中具有較多的柔性基團如亞甲基和醚鍵等，其柔性基團很好地鍵合到致密的環(huán)氧樹(shù)脂交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )中，形成高度均勻、透明的固化物。
2.2.1對透光率的影響
以環(huán)氧樹(shù)脂為基料，添加不同質(zhì)量比的D230與IPDA二元固化劑進(jìn)行固化反應，對透光率的影響如圖3所示。從圖3可看出，隨著(zhù)二元固化劑中IPDA用量的增加，固化物透明性逐漸變好，當m(D230):m(IPDA)=5:3時(shí)，透明性達到最佳，當超過(guò)這個(gè)比例時(shí)，透明性又開(kāi)始下降。而且當m(D230):m(IPDA)=5:3時(shí)，在各個(gè)波長(cháng)下，其固化物的透明性?xún)?yōu)于單一使用D230或IPDA，例如當波長(cháng)為600nm時(shí)，使用單一的固化劑D230或IPDA固化環(huán)氧樹(shù)脂，固化物的透光率分別為75.5%和75.8%，而發(fā)生協(xié)同效應固化物的透光率則為79.9%，其原因歸根于D230和IPDA二元固化劑發(fā)生協(xié)同效應，其表觀(guān)活化能比較小，反應在常溫下就可以進(jìn)行，反應比較緩和，其頻率因子較高，分子間碰撞幾率比較大，反應更完全。
2.2.2對耐熱性的影響
耐熱性是太陽(yáng)能電池封裝材料的重要性能指標之一，耐熱性的好壞會(huì )直接影響其封裝質(zhì)量。具有交聯(lián)結構的高分子材料的電氣性能和力學(xué)性能在玻璃化轉變溫度θg附近將發(fā)生顯著(zhù)變化，而且長(cháng)時(shí)間受熱會(huì )發(fā)生熱老化，所以θg是材料耐熱性的重要性能參數。
圖4是分別用D230、IPDA、D230與IPDA二元固化劑[m(D230):m(IPDA)=5:3]作固化劑時(shí)，固化物的DSC曲線(xiàn)。由圖4可知，使用單一固化劑D230或IPDA固化環(huán)氧樹(shù)脂，固化物的θg分別為101和122℃；當使用D230和IPDA二元固化劑時(shí)，固化物的θg達到138℃左右，比使用任意單一固化劑的θg都高出約20℃，這是由于二元固化劑發(fā)生了協(xié)同效應，增加了環(huán)氧樹(shù)脂的交聯(lián)度，以及它們形成的亞甲基橋接交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )，提高了環(huán)氧樹(shù)脂的耐熱性能。
2.2.3對抗紫外光老化性的影響
固化劑對其固化物黃度指數的影響見(jiàn)圖5。固化物的黃度指數越高，抗紫外光老化性能越差，越容易變黃。由圖5可知，紫外光照射60min后，發(fā)生協(xié)同效應的固化物的黃度指數變化不大，曲線(xiàn)比較平緩。采用D230或IPDA單一固化劑的固化物黃度指數變化值?YI分別為20.48和14.98，而發(fā)生協(xié)同效應固化物的?YI僅為8.44，進(jìn)一步說(shuō)明發(fā)生協(xié)同效應的固化物有著(zhù)較好的抗紫外光老化性能。環(huán)氧樹(shù)脂變黃的原因是因其易水解產(chǎn)生苯酚或降解生成苯氧自由基，它們均易氧化生成生色基團苯醌[4]。因為D230與IPDA二元固化劑的協(xié)同效應，使得環(huán)氧樹(shù)脂固化更完全，減少了環(huán)氧樹(shù)脂水解和降解的機會(huì )，從而減少了生色基團的產(chǎn)生，在具有高度透明性的同時(shí)，還具有良好的抗紫外光老化性能。
3.結論
（1）使用單一固化劑D230或IPDA固化環(huán)氧樹(shù)脂，它們的用量分別為質(zhì)量分數28%和32%時(shí)，固化物的透明性較好，在波長(cháng)為600nm處，固化物的透光率分別為75.5%和75.8%，玻璃化轉變溫度θg分別為101和122℃，紫外光照射60min后，黃度指數變化值?YI分別為20.48和14.98。
（2）D230與IPDA二元固化劑具有協(xié)同效應，其固化物比使用單一固化劑具有更好的透明性、耐熱性和抗紫外光老化性能，并且當m(D230):m(IPDA)=5:3時(shí)，在波長(cháng)為600nm處，其固化物透光率為79.9%，玻璃化轉變溫度θg為138℃，黃度指數變化值△YI為8.44。
（3）使用具有協(xié)同效應的固化劑，在提高太陽(yáng)能電池封裝材料的性能方面，有工藝流程簡(jiǎn)單和成本低的優(yōu)點(diǎn)。