一種基于Raman光譜檢測EVA交聯度的方法與流程
本發明屬于檢測EVA交聯度的方法領域，具體涉及一種基于Raman光譜檢測EVA交聯度的方法。
背景技術：
EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚體）是目前太陽能電池封裝工藝中常用材料，其作用將太陽能電池片“上蓋下墊”，并和上層保護材料玻璃、下層保護材料背板或玻璃按順序敷設在一起，之后利用真空層壓技術粘合為一體構成太陽能電池組件。EVA交聯度是衡量EVA抗老化性能及機械強度的重要指標，一般來說交聯度達到80%-90%即可認為達到了良好的交聯固化。目前對EVA交聯度的檢測主要有二甲苯萃取法和DSC法，現有的檢測方法使用化學藥劑，會產生有毒氣體，并且測試時間較長，需要破壞光伏組件以取得EVA樣品，檢測結果重復性較差，限制了其作為產品質量監控手段應用于大規模自動化生產的可能。
技術實現要素：
為解決上述問題，本發明公開了一種基于Raman光譜檢測EVA交聯度的方法，操作簡便，檢測時間短，檢測結果重復性高，且無需對檢測樣品進行預處理，實現無接觸無損傷檢測。
為達到上述目的，本發明的技術方案如下：
一種基于Raman光譜檢測EVA交聯度的方法，包括以下步驟：
（1）光伏組件為玻璃-EVA-電池片-EVA-背板結構或類似結構，將光伏組件的玻璃面朝下平放至水平面上，同時光伏組件溫度控制在25℃，使用檢測裝置，將拉曼探頭垂直置于玻璃面下方，具體間隔應由拉曼探頭焦距決定以保證透過玻璃實現對光伏組件內部EVA交聯度的檢測，遮光器置于玻璃與拉曼探頭之間，在檢測過程中遮光器打開，檢測結束后關閉以避免操作人員誤接觸到激光；
（2）接通電源開啟激光光源以及Raman光纖光譜儀，按照Raman光纖光譜儀校準程序對其進行校準，待激光光源穩定后，打開遮光器，激光經拉曼探頭入射至光伏組件內的EVA膠膜，產生的拉曼光譜經拉曼探頭收集并經石英光纖傳輸至Raman光纖光譜儀，Raman光纖光譜儀將所述信號光轉換為光譜圖形，并傳輸至計算機，完成檢測后遮光器關閉；
（3）EVA膠膜未層壓前主要由線性分子構成，當受熱時膠膜內的交聯劑分解，形成活性自由基R-O、R′-O，其與聚合物分子鏈中CH3鍵發生奪氫反應生成鏈自由基，最后聚合物分子鏈自由基相互結合交聯生成網狀結構，交聯反應前后EVA膠膜分子結構發生變化，體現為CH3鍵減少，CH2鍵增加，由于拉曼峰強度與物質濃度以及分子鍵結構有關，所以不同交聯度的EVA膠膜所檢測到的CH3鍵、CH2鍵拉曼峰強度是不同的，通過檢測EVA膠膜CH2鍵CH3鍵對應的拉曼峰強度即可定量分析EVA膠膜的交聯度，根據傳送至計算機中的波形圖，利用激光在EVA材料中產生的拉曼效應，將CH3鍵拉曼峰強度除以CH2鍵拉曼峰強度，得到拉曼峰強度比值R，由于CH2鍵具有2個拉曼峰，因此R值計算方式如下：
記錄下拉曼峰強度比值R；
（4）重復上述步驟（1）至（3）對至少九塊不同EVA交聯度的光伏組件進行拉曼光譜檢測，并記錄下每塊光伏組件對應的拉曼峰比值R，同時采用二甲苯萃取法對上述經拉曼光譜檢測過的光伏組件依次進行檢測，并記錄每塊光伏組件對應的EVA交聯度，以所測的光伏組件的拉曼峰強度比值R為橫坐標，以對應的二甲苯萃取法檢測得到的EVA交聯度為縱坐標，通過計算機繪制拉曼峰比值R與EVA交聯度的關系曲線圖；
（5）重復上述步驟（1）至（3），對需要檢測的光伏組件利用拉曼光譜進行拉曼峰強度比值R的檢測，根據步驟（4）中得到的R值與EVA交聯度的關系圖，將檢測得到的R值代入關系曲線圖中，即可得到對應的EVA交聯度；
（6）若無法將光伏組件的溫度穩定為25℃，則檢測結果必須經過溫度修正才能代入拉曼峰強度比值R與EVA交聯度的關系曲線圖，由于R值隨樣品溫度升高而線性降低，因此不同溫度下檢測得到的R值與光伏組件交聯度的關系可由線性擬合得到；
（7）將光伏組件溫度控制在不同溫度下，檢測不同溫度下光伏組件的拉曼峰強度比值R，以光伏組件溫度為橫坐標，拉曼峰比值R為縱坐標，做線性擬合，根據得到的線性方程對異于25℃下檢測得到的拉曼峰強度比值R進行修正。
本發明步驟（1）所述的檢測裝置，包括Raman（拉曼）光纖光譜儀、激光光源、聚焦型拉曼探頭、Y型石英光纖、溫度探頭、遮光器以及計算機，Raman光纖光譜儀與激光光源通過Y型石英光纖與拉曼探頭連接，Raman光纖光譜儀另一端連接計算機，所述遮光器設置在拉曼探頭上方，所述遮光器設有通孔。
本發明步驟（1）所述的檢測裝置，激光光源產生的特定波長的激光為探測光，經光纖耦合由拉曼探頭入射至EVA樣品，產生的拉曼光譜由拉曼探頭收集并通過光纖傳輸至Raman光線光譜儀，Raman光纖光譜儀將探測到的拉曼光譜轉化為波形圖并傳送至計算機，通過計算得到拉曼峰強度比值R，步驟（4）測繪到的關系曲線圖是一幅標準的坐標對比原圖（只要測繪一次，得到標準原圖，從此以后就直接計算R值即可），只要將R值代入關系曲線圖中，即可得到對應的EVA交聯度，Raman光纖光譜儀積分時間0.1-0.2s，工作效率大幅提高。
本發明步驟（1）所述的拉曼探頭上設有溫度探頭，所述溫度探頭與計算機連接，隨時監控光伏組件在檢測過程中的溫度。
本發明步驟（1）所述的檢測裝置，Raman光纖光譜儀光譜范圍為100-5400cm-1，光譜分辨率小于10cm-1，具有制冷功能以抑制暗噪聲對檢測結果的影響，積分時間1.1ms-10min，具有USB或RS-232接口；激光光源為532nm或785nm激光光源、輸出功率50mW-500mW，聚焦型拉曼探頭探測光譜范圍為250cm-1-4000cm-1，探頭焦距為7.5mm標準焦距。
本發明步驟（1）所述的檢測裝置，拉曼探頭與玻璃的垂直距離為4±1mm，主要由探頭焦距（7.5mm）與玻璃厚度（3.2mm）所決定。
在步驟（2）中光纖光譜儀的檢測時間也就是積分時間為0.05s-0.2s。
在步驟（3）中CH3鍵拉曼峰為2875-2885cm-1，CH2鍵拉曼峰位于2893-2903 cm-1、2925-2935 cm-1處。
光伏組件EVA交聯度在70%-90%之間為達到要求。
本發明所述的一種基于Raman光譜檢測EVA交聯度的方法中，在步驟（1）中將光伏組件結構變更為玻璃-EVA-電池片-EVA-玻璃結構，重復步驟（2）至（7），即可檢測雙玻光伏組件結構下EVA交聯度；在步驟（1）中使用其他型號EVA膠膜，重復步驟（2）至（7），即可檢測不同型號EVA膠膜的交聯度，本測試方法也可檢測其他交聯型的封裝膠膜，例如交聯型的聚烯烴封裝膠膜。
本發明的有益效果是：
在本發明中采用Raman光譜檢測光伏組件EVA交聯度的方法，利用不同交聯度下EVA拉曼峰強度不同的特性，通過檢測拉曼峰強度比值R，快速分析出EVA的交聯度，檢測準確度較高，檢測時間大大縮短，可適用于光伏組件生產線質量監控。
本發明所述的檢測裝置在檢測過程中不需要接觸有害有毒氣體，保證了工作人員的安全，同時遮光器對激光的遮擋避免了激光可能會造成的安全隱患。
本發明不需要對樣品進行特殊處理即可實現無接觸無損傷檢測EVA交聯度，避免了大量資源的浪費，降低檢測成本。
本發明可對靜止狀態下的光伏組件進行EVA交聯度檢測，也可對生產線上處于運動中光伏組件進行檢測，只要光伏組件運行速度低于0.5m/s，即可檢測。
附圖說明
圖1為本發明所述的檢測裝置示意圖。
圖2為拉曼峰強度比值R與EVA膠膜交聯度的關系曲線圖。
圖3為拉曼峰強度比值R與光伏組件溫度的關系曲線圖。
附圖標記列表：
1、Raman光纖光譜儀，2、激光光源，3、拉曼探頭，4、Y型石英光纖，5、溫度探頭，6、遮光器，7、計算機，8、光伏組件。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式，進一步闡明本發明，應理解下述具體實施方式僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。
如圖1所示，本實施例提供一種基于Raman光譜檢測光伏組件EVA交聯度的檢測裝置，由Raman光纖光譜儀1、激光光源2、聚焦型拉曼探頭3、Y型石英光纖4、溫度探頭5、遮光器6以及計算機7組成，Raman光纖光譜儀與激光光源通過Y型石英光纖與聚焦型拉曼探頭連接，激光光源產生的特定波長的激光為探測光，經光纖耦合由拉曼探頭入射至EVA樣品，產生的拉曼光譜由拉曼探頭收集并通過光纖傳輸至Raman光線光譜儀，Raman光纖光譜儀1將探測到的拉曼光譜轉化為波形圖并傳送至計算機7。
在本實施例中：拉曼光纖光譜儀光譜范圍為2200cm-1，光譜分辨率7cm-1并具有3階熱電制冷CCD陣列，積分時間0.1s，具有USB接口；激光光源為598nm激光光源、輸出功率150mW，聚焦型拉曼探頭探測光譜范圍為1000cm-1，探頭焦距為7.5mm標準焦距。
本實施例提供一種基于Raman光譜檢測光伏組件EVA交聯度的方法，包括以下步驟：
（1）光伏組件8為玻璃-EVA-電池片-EVA-背板結構，將光伏組件8玻璃面朝下平放至水平面上，同時組件溫度控制在25℃，再將拉曼探頭3垂直置于玻璃面下方約4mm處，遮光器6置于玻璃與拉曼探頭3之間，在檢測過程中遮光器6打開，檢測結束后關閉以避免操作人員誤接觸到激光；
（2）接通電源開啟激光光源以及光纖光譜儀，按照Raman光纖光譜儀校準程序對其進行校準，待激光光源穩定后，打開遮光器，拉曼探頭發射的激光從通孔入射至光伏組件8內的EVA膠膜，產生的拉曼光譜經拉曼探頭收集并經石英光纖傳輸至拉曼光纖光譜儀，拉曼光纖光譜儀將所述信號光轉換為波形圖，并傳輸至計算機，完成檢測后遮光器關閉，該檢測過程全程需要0.5s，Raman光纖光譜儀積分時間0.1s；
（3）根據傳送至計算機中的波形圖，查找2500-3000cm-1波段范圍CH3鍵CH2鍵拉曼峰強度，將CH3鍵拉曼峰強度除以CH2鍵拉曼峰強度，得到拉曼峰強度比值R；
（4）重復上述步驟（1）至步驟（3）對九塊不同EVA交聯度光伏組件進行拉曼光譜檢測，記錄每塊組件的拉曼峰強度比值R，采用二甲苯萃取法對上述組件進行交聯度檢測，將拉曼峰強度比值R與EVA交聯度繪制成表格，如表1所示，根據表1所測的數據繪制R值與交聯度的關系曲線圖，如圖2所示。
表1 EVA交聯度與拉曼峰強度比值R的檢測數據
（5）重復上述步驟（1）至（3），對需要檢測的光伏光伏組件利用拉曼光譜進行拉曼峰強度比值R的檢測，根據步驟（4）中得到的R值與EVA交聯度的關系圖，將檢測得到的R值代入關系曲線圖中，即可得到對應的EVA交聯度；
（6）若EVA型號改變、或光伏組件結構改變，則需重復上述步驟（1）至步驟（4），得到該EVA型號、組件結構所對應的R值與交聯度關系曲線圖，如表1、圖2中EVA樣品2所示；
（7）將交聯度82%的光伏組件溫度控制在不同溫度下，溫度探頭5檢測，在不同溫度下光伏組件的拉曼峰強度比值R，將拉曼峰強度比值R與光伏組件溫度繪制成表格，如表2所示，根據表2所測的數據繪制R值與光伏組件溫度的關系曲線圖，如圖3所示；
表2 拉曼峰強度比值R與光伏組件溫度的檢測數據
（8）若檢測時光伏組件溫度不能控制在25℃，應根據步驟（7）中所述的R值與光伏組件溫度的線性關系，將所檢測的R值修正至25℃下的R值。
本發明采用新方法+新裝置，
（1）檢測時間由5-8h縮短至0.05-0.2s，檢測過程快速，可集成于現有光伏組件生產線；
（2）檢測結果重復性高；
（3）檢測對象為光伏組件內部EVA，且檢測過程實現無接觸、無損傷，不會增加光伏組件產品不良率；
（4）檢測過程不釋放有毒氣體，無需化學藥劑，安全環保；
（5）檢測樣品無需特殊處理。
本發明方案所公開的技術手段不僅限于上述實施方式所公開的技術手段，還包括由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。
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