太陽能電池的封裝材料重要采用環氧樹脂進行薄膜灌封，但環氧樹脂材料長期暴露在太陽光下，易變黃、發生老化，從而影響太陽能電池的光電轉化效率。為了解決環氧樹脂的老化問題，通常在環氧樹脂中加入光穩定劑和抗氧劑，但是它們與環氧樹脂的相容性差，在用量為質量分數1%~2%的情況下就能析出；或者對己二胺進行羥烷基化、氰乙基化改性來改善環氧樹脂固化物的透光性，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發生反應。因此，研究如何改善環氧樹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）固化劑的協同效應，提高環氧樹脂透光性、抗紫外光老化性和耐熱性，不但毒性低，無刺激性，而且工藝流程簡單，成本低。

1.實驗

1.1重要原料與儀器

雙酚A型環氧樹脂Ep828（廣州市創遠經貿有限公司）；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，天津市福晨化學試劑廠）。

DHG—9053A電熱恒溫鼓風干燥箱（上海申賢恒溫設備廠）；TU—1901型雙光束紫外可見分光光度計(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

稱取100g環氧樹脂于塑料杯中，加入質量分數為15%的環氧活性稀釋劑501，攪拌混合均勻，然后分別加入質量分數為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

采用紫外可見分光光度計，用空氣做參比，測定固化物在波長400~800nm的透光率曲線。用透光率分析其透明性。透光率越大，其透明性越好。

1.3.2抗紫外光實驗

將固化物放在70W的紫外燈下照射一按時間后，放入紫外可見分光光度計的樣品池中，測定其在波長400~800nm的透光率曲線，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，固化劑與環氧樹脂進行固化反應，生成立體網狀結構產物，固化劑的用量不僅會影響固化物的力學性能，也會影響固化物的光學性能。固化劑D230和IpDA用量對固化物透光率的影響分別見圖1和圖2所示。

由圖1可知，隨固化劑D230用量的新增，固化物的透光率新增，透明性漸好，但D230用量大于質量分數28%時，透明性又變差；同樣從圖2可以看出，IpDA用量在質量分數32%時，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氧樹脂反應較為充分，形成了比較均勻的網絡結構，聚合物中分子結構排列有序程度較高，對可見光的吸收較弱，從而提高了固化物的透明性。但當固化劑過量時，固化劑反應效率降低，導致交聯密度低，固化物未能形成理想的網狀交聯狀態，透明性變差。

2.2固化劑協同效應對固化物性能的影響

D230與IpDA的協同效應是指將這兩種固化劑按照一定質量比混合形成一種新體系，其新體系不僅具有各個組分的優點，同時互補缺點，新體系的某些性能優于單一組分的性能。IpDA與環氧樹脂反應較劇烈，反應過程中有大量熱放出，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劑；而D230雖反應時間長，但其柔韌性好。當D230與IpDA混合使用時，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氧樹脂交聯網絡中，形成高度均勻、透明的固化物。

2.2.1對透光率的影響

以環氧樹脂為基料，添加不同質量比的D230與IpDA二元固化劑進行固化反應，對透光率的影響如圖3所示。從圖3可看出，隨著二元固化劑中IpDA用量的新增，固化物透明性逐漸變好，當m(D230):m(IpDA)=5:3時，透明性達到最佳，當超過這個比例時，透明性又開始下降。而且當m(D230):m(IpDA)=5:3時，在各個波長下，其固化物的透明性優于單一使用D230或IpDA，例如當波長為600nm時，使用單一的固化劑D230或IpDA固化環氧樹脂，固化物的透光率分別為75.5%和75.8%，而發生協同效應固化物的透光率則為79.9%，其原因歸根于D230和IpDA二元固化劑發生協同效應，其表觀活化能比較小，反應在常溫下就可以進行，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

耐熱性是太陽能電池封裝材料的重要性能指標之一，耐熱性的好壞會直接影響其封裝質量。具有交聯結構的高分子材料的電氣性能和力學性能在玻璃化轉變溫度θg附近將發生顯著變化，而且長時間受熱會發生熱老化，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，固化物的DSC曲線。由圖4可知，使用單一固化劑D230或IpDA固化環氧樹脂，固化物的θg分別為101和122℃；當使用D230和IpDA二元固化劑時，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生了協同效應，新增了環氧樹脂的交聯度，以及它們形成的亞甲基橋接交聯網絡，提高了環氧樹脂的耐熱性能。

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，發生協同效應的固化物的黃度指數變化不大，曲線比較平緩。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，而發生協同效應固化物的?YI僅為8.44，進一步說明發生協同效應的固化物有著較好的抗紫外光老化性能。環氧樹脂變黃的原因是因其易水解出現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二元固化劑的協同效應，使得環氧樹脂固化更完全，減少了環氧樹脂水解和降解的機會，從而減少了生色基團的出現，在具有高度透明性的同時，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固化環氧樹脂，它們的用量分別為質量分數28%和32%時，固化物的透明性較好，在波長為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，在波長為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）使用具有協同效應的固化劑，在提高太陽能電池封裝材料的性能方面，有工藝流程簡單和成本低的優點。