一种基于Raman光谱检测EVA交联度的方法与流程

本发明属于检测EVA交联度的方法领域，具体涉及一种基于Raman光谱检测EVA交联度的方法。

背景技术：

EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚体）是目前太阳能电池封装工艺中常用材料，其作用将太阳能电池片“上盖下垫”，并和上层保护材料玻璃、下层保护材料背板或玻璃按顺序敷设在一起，之后利用真空层压技术粘合为一体构成太阳能电池组件。EVA交联度是衡量EVA抗老化性能及机械强度的重要指标，一般来说交联度达到80%-90%即可认为达到了良好的交联固化。目前对EVA交联度的检测主要有二甲苯萃取法和DSC法，现有的检测方法使用化学药剂，会产生有毒气体，并且测试时间较长，需要破坏光伏组件以取得EVA样品，检测结果重复性较差，限制了其作为产品质量监控手段应用于大规模自动化生产的可能。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明公开了一种基于Raman光谱检测EVA交联度的方法，操作简便，检测时间短，检测结果重复性高，且无需对检测样品进行预处理，实现无接触无损伤检测。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于Raman光谱检测EVA交联度的方法，包括以下步骤：

（1）光伏组件为玻璃-EVA-电池片-EVA-背板结构或类似结构，将光伏组件的玻璃面朝下平放至水平面上，同时光伏组件温度控制在25℃，使用检测装置，将拉曼探头垂直置于玻璃面下方，具体间隔应由拉曼探头焦距决定以保证透过玻璃实现对光伏组件内部EVA交联度的检测，遮光器置于玻璃与拉曼探头之间，在检测过程中遮光器打开，检测结束后关闭以避免操作人员误接触到激光；

（2）接通电源开启激光光源以及Raman光纤光谱仪，按照Raman光纤光谱仪校准程序对其进行校准，待激光光源稳定后，打开遮光器，激光经拉曼探头入射至光伏组件内的EVA胶膜，产生的拉曼光谱经拉曼探头收集并经石英光纤传输至Raman光纤光谱仪，Raman光纤光谱仪将所述信号光转换为光谱图形，并传输至计算机，完成检测后遮光器关闭；

（3）EVA胶膜未层压前主要由线性分子构成，当受热时胶膜内的交联剂分解，形成活性自由基R-O、R′-O，其与聚合物分子链中CH₃键发生夺氢反应生成链自由基，最后聚合物分子链自由基相互结合交联生成网状结构，交联反应前后EVA胶膜分子结构发生变化，体现为CH₃键减少，CH₂键增加，由于拉曼峰强度与物质浓度以及分子键结构有关，所以不同交联度的EVA胶膜所检测到的CH₃键、CH₂键拉曼峰强度是不同的，通过检测EVA胶膜CH₂键CH₃键对应的拉曼峰强度即可定量分析EVA胶膜的交联度，根据传送至计算机中的波形图，利用激光在EVA材料中产生的拉曼效应，将CH₃键拉曼峰强度除以CH₂键拉曼峰强度，得到拉曼峰强度比值R，由于CH₂键具有2个拉曼峰，因此R值计算方式如下：

记录下拉曼峰强度比值R；

（4）重复上述步骤（1）至（3）对至少九块不同EVA交联度的光伏组件进行拉曼光谱检测，并记录下每块光伏组件对应的拉曼峰比值R，同时采用二甲苯萃取法对上述经拉曼光谱检测过的光伏组件依次进行检测，并记录每块光伏组件对应的EVA交联度，以所测的光伏组件的拉曼峰强度比值R为横坐标，以对应的二甲苯萃取法检测得到的EVA交联度为纵坐标，通过计算机绘制拉曼峰比值R与EVA交联度的关系曲线图；

（5）重复上述步骤（1）至（3），对需要检测的光伏组件利用拉曼光谱进行拉曼峰强度比值R的检测，根据步骤（4）中得到的R值与EVA交联度的关系图，将检测得到的R值代入关系曲线图中，即可得到对应的EVA交联度；

（6）若无法将光伏组件的温度稳定为25℃，则检测结果必须经过温度修正才能代入拉曼峰强度比值R与EVA交联度的关系曲线图，由于R值随样品温度升高而线性降低，因此不同温度下检测得到的R值与光伏组件交联度的关系可由线性拟合得到；

（7）将光伏组件温度控制在不同温度下，检测不同温度下光伏组件的拉曼峰强度比值R，以光伏组件温度为横坐标，拉曼峰比值R为纵坐标，做线性拟合，根据得到的线性方程对异于25℃下检测得到的拉曼峰强度比值R进行修正。

本发明步骤（1）所述的检测装置，包括Raman（拉曼）光纤光谱仪、激光光源、聚焦型拉曼探头、Y型石英光纤、温度探头、遮光器以及计算机，Raman光纤光谱仪与激光光源通过Y型石英光纤与拉曼探头连接，Raman光纤光谱仪另一端连接计算机，所述遮光器设置在拉曼探头上方，所述遮光器设有通孔。

本发明步骤（1）所述的检测装置，激光光源产生的特定波长的激光为探测光，经光纤耦合由拉曼探头入射至EVA样品，产生的拉曼光谱由拉曼探头收集并通过光纤传输至Raman光线光谱仪，Raman光纤光谱仪将探测到的拉曼光谱转化为波形图并传送至计算机，通过计算得到拉曼峰强度比值R，步骤（4）测绘到的关系曲线图是一幅标准的坐标对比原图（只要测绘一次，得到标准原图，从此以后就直接计算R值即可），只要将R值代入关系曲线图中，即可得到对应的EVA交联度，Raman光纤光谱仪积分时间0.1-0.2s，工作效率大幅提高。

本发明步骤（1）所述的拉曼探头上设有温度探头，所述温度探头与计算机连接，随时监控光伏组件在检测过程中的温度。

本发明步骤（1）所述的检测装置，Raman光纤光谱仪光谱范围为100-5400cm^-1，光谱分辨率小于10cm^-1，具有制冷功能以抑制暗噪声对检测结果的影响，积分时间1.1ms-10min，具有USB或RS-232接口；激光光源为532nm或785nm激光光源、输出功率50mW-500mW，聚焦型拉曼探头探测光谱范围为250cm^-1-4000cm^-1，探头焦距为7.5mm标准焦距。

本发明步骤（1）所述的检测装置，拉曼探头与玻璃的垂直距离为4±1mm，主要由探头焦距（7.5mm）与玻璃厚度（3.2mm）所决定。

在步骤（2）中光纤光谱仪的检测时间也就是积分时间为0.05s-0.2s。

在步骤（3）中CH₃键拉曼峰为2875-2885cm^-1，CH₂键拉曼峰位于2893-2903 cm^-1、2925-2935 cm^-1处。

光伏组件EVA交联度在70%-90%之间为达到要求。

本发明所述的一种基于Raman光谱检测EVA交联度的方法中，在步骤（1）中将光伏组件结构变更为玻璃-EVA-电池片-EVA-玻璃结构，重复步骤（2）至（7），即可检测双玻光伏组件结构下EVA交联度；在步骤（1）中使用其他型号EVA胶膜，重复步骤（2）至（7），即可检测不同型号EVA胶膜的交联度，本测试方法也可检测其他交联型的封装胶膜，例如交联型的聚烯烃封装胶膜。

本发明的有益效果是：

在本发明中采用Raman光谱检测光伏组件EVA交联度的方法，利用不同交联度下EVA拉曼峰强度不同的特性，通过检测拉曼峰强度比值R，快速分析出EVA的交联度，检测准确度较高，检测时间大大缩短，可适用于光伏组件生产线质量监控。

本发明所述的检测装置在检测过程中不需要接触有害有毒气体，保证了工作人员的安全，同时遮光器对激光的遮挡避免了激光可能会造成的安全隐患。

本发明不需要对样品进行特殊处理即可实现无接触无损伤检测EVA交联度，避免了大量资源的浪费，降低检测成本。

本发明可对静止状态下的光伏组件进行EVA交联度检测，也可对生产线上处于运动中光伏组件进行检测，只要光伏组件运行速度低于0.5m/s，即可检测。

附图说明

图1为本发明所述的检测装置示意图。

图2为拉曼峰强度比值R与EVA胶膜交联度的关系曲线图。

图3为拉曼峰强度比值R与光伏组件温度的关系曲线图。

附图标记列表：

1、Raman光纤光谱仪，2、激光光源，3、拉曼探头，4、Y型石英光纤，5、温度探头，6、遮光器，7、计算机，8、光伏组件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

如图1所示，本实施例提供一种基于Raman光谱检测光伏组件EVA交联度的检测装置，由Raman光纤光谱仪1、激光光源2、聚焦型拉曼探头3、Y型石英光纤4、温度探头5、遮光器6以及计算机7组成，Raman光纤光谱仪与激光光源通过Y型石英光纤与聚焦型拉曼探头连接，激光光源产生的特定波长的激光为探测光，经光纤耦合由拉曼探头入射至EVA样品，产生的拉曼光谱由拉曼探头收集并通过光纤传输至Raman光线光谱仪，Raman光纤光谱仪1将探测到的拉曼光谱转化为波形图并传送至计算机7。

在本实施例中：拉曼光纤光谱仪光谱范围为2200cm^-1，光谱分辨率7cm^-1并具有3阶热电制冷CCD阵列，积分时间0.1s，具有USB接口；激光光源为598nm激光光源、输出功率150mW，聚焦型拉曼探头探测光谱范围为1000cm^-1，探头焦距为7.5mm标准焦距。

本实施例提供一种基于Raman光谱检测光伏组件EVA交联度的方法，包括以下步骤：

（1）光伏组件8为玻璃-EVA-电池片-EVA-背板结构，将光伏组件8玻璃面朝下平放至水平面上，同时组件温度控制在25℃，再将拉曼探头3垂直置于玻璃面下方约4mm处，遮光器6置于玻璃与拉曼探头3之间，在检测过程中遮光器6打开，检测结束后关闭以避免操作人员误接触到激光；

（2）接通电源开启激光光源以及光纤光谱仪，按照Raman光纤光谱仪校准程序对其进行校准，待激光光源稳定后，打开遮光器，拉曼探头发射的激光从通孔入射至光伏组件8内的EVA胶膜，产生的拉曼光谱经拉曼探头收集并经石英光纤传输至拉曼光纤光谱仪，拉曼光纤光谱仪将所述信号光转换为波形图，并传输至计算机，完成检测后遮光器关闭，该检测过程全程需要0.5s，Raman光纤光谱仪积分时间0.1s；

（3）根据传送至计算机中的波形图，查找2500-3000cm^-1波段范围CH₃键CH₂键拉曼峰强度，将CH₃键拉曼峰强度除以CH₂键拉曼峰强度，得到拉曼峰强度比值R；

（4）重复上述步骤（1）至步骤（3）对九块不同EVA交联度光伏组件进行拉曼光谱检测，记录每块组件的拉曼峰强度比值R，采用二甲苯萃取法对上述组件进行交联度检测，将拉曼峰强度比值R与EVA交联度绘制成表格，如表1所示，根据表1所测的数据绘制R值与交联度的关系曲线图，如图2所示。

表1 EVA交联度与拉曼峰强度比值R的检测数据

（5）重复上述步骤（1）至（3），对需要检测的光伏光伏组件利用拉曼光谱进行拉曼峰强度比值R的检测，根据步骤（4）中得到的R值与EVA交联度的关系图，将检测得到的R值代入关系曲线图中，即可得到对应的EVA交联度；

（6）若EVA型号改变、或光伏组件结构改变，则需重复上述步骤（1）至步骤（4），得到该EVA型号、组件结构所对应的R值与交联度关系曲线图，如表1、图2中EVA样品2所示；

（7）将交联度82%的光伏组件温度控制在不同温度下，温度探头5检测，在不同温度下光伏组件的拉曼峰强度比值R，将拉曼峰强度比值R与光伏组件温度绘制成表格，如表2所示，根据表2所测的数据绘制R值与光伏组件温度的关系曲线图，如图3所示；

表2 拉曼峰强度比值R与光伏组件温度的检测数据

（8）若检测时光伏组件温度不能控制在25℃，应根据步骤（7）中所述的R值与光伏组件温度的线性关系，将所检测的R值修正至25℃下的R值。

本发明采用新方法+新装置，

（1）检测时间由5-8h缩短至0.05-0.2s，检测过程快速，可集成于现有光伏组件生产线；

（2）检测结果重复性高；

（3）检测对象为光伏组件内部EVA，且检测过程实现无接触、无损伤，不会增加光伏组件产品不良率；

（4）检测过程不释放有毒气体，无需化学药剂，安全环保；

（5）检测样品无需特殊处理。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。