有机硅材料在太阳能发电领域的应用
姜承永
多年以来，全球气候变暖和国际原油价格持续攀升，昭示人类必须摆脱对化石燃料的依赖，而最近日本地震海
啸之后接踵而来的核电站灾难，又向人类提出了核能的警告。因此，人们越来越转向重视研究开发可再生能源，其
中太阳能作为一种取之不竭、清洁的可再生能源，成为当前最热门的能源研究课题之一，具有优异工艺性能和使用
性能的有机硅材料随之进入太阳能发电领域。随着太阳能发电技术的不断进步，对与之配套的材料不断提出新的要
求，也为有机硅产业带来了新的发展机遇。
一、太阳能发电领域配套应用的有机硅材料
有机硅材料形态多样，既有小分子化合物，也有可流动的液态聚合物，还有弹性的硅橡胶类和坚硬的硅树脂及
涂料等产品。有机硅聚合物大多具有类似硅酸盐的高分子骨架，同时其侧链带有有机基团。这样的半无机半有机特
殊高分子结构，赋予了有机硅材料耐高温、耐低温、耐气候老化、憎水防潮、高绝缘强度和低介电损耗、光学透明、
安全无毒等一系列优良性能。有机硅材料不仅适用于多种场合，而且还可以胜任通用型合成材料不能承受的苛刻条
件。用作在户外条件下长期工作的太阳能发电装置配套材料，有机硅产品显示出无与伦比的优越性能。
太阳能光伏发电装置设置于室外，在四季寒暑变化的自然环境中，要求耐受长期光照、高低温循环、风雨冲刷、
灰尘砂砾侵蚀等严酷自然条件。为太阳能电池配套的材料，必须满足耐气候老化、长期性能稳定等特定使用要求。
太阳能电池的基本结构见图1和图2。
1． 粘接密封用单组分室温硫化硅橡胶
单组分室温硫化硅橡胶可用于太阳能电池的边框密封剂、接线盒密封剂、汇流条密封剂、薄膜组件支架粘接剂
等。适用于太阳能电池粘接密封的单组分室温硫化硅橡胶是中性硅橡胶，以保护电池芯片不受污染腐蚀，同时要求
硫化后的硅橡胶具有阻燃性能。
2． 芯片表面减反射膜层材料
在电池芯片表面要应用硅溶胶或硅烷处理，生成减反射膜，以提高太阳能电池吸收光照效率。
3． 组件透光表面的保护膜
在太阳能电池组件的透光表面上涂覆有机硅涂层，保护电池表面免遭外界因素损伤，并且提高接收光照效率。
适用的有机硅涂料是有机硅树脂为基料的特殊涂料，要求室温快速固化，固化后的膜层应具有适当高的折射率，并
且对基材粘附牢固。
4． 池组件装配用填充粘接材料
在太阳能电池组件中，芯片周围要填充透明材料粘接固定，以往较多应用EVA材料热熔填充，但在发电运行过
程中，经常出现EVA黄变、透光率降低和脱粘等现象，导致电池发电效率降低。为了延长光伏电池的工作寿命和提
高发电效率，采用液体硅橡胶填充粘接才是科学合理的选择，尤其是应用加成型液体硅橡胶填充灌封太阳能电池组
件，将会达到最佳效果。
研究开发适用于光伏电池填充封装的加成型液体硅橡胶，必须解决保证硅橡胶的高透光性能和可靠的粘接性能
等关键技术。
二、太阳能光热发电系统应用的有机硅材料
1． 高温传热介质硅油
为了提高发电效率，太阳能光热发电系统的传热介质工作温度高达400℃以上，通用型导热油不仅不能满足安
全工作温度要求，而且在长期泵送运行中会因机械剪切分子断链导致耐热性能下降。具有半无机半有机高分子结构
的硅油，耐热性能和聚合物分子抗剪切性能优良，可以充当光热发电的传热介质，特定结构的苯甲基硅油不仅耐热
性能、抗剪切性能优良，还特别具有突出的耐热氧化性能。再引进热稳定剂等助剂，进一步提高硅油的热稳定性能。
应用苯甲基硅油作高效传热介质，可保证光热发电系统长期稳定运行。
2． 构筑物的耐热耐候有机硅涂料
太阳能光热发电的构筑物要长期露置于强光照射和在高温环境中工作，其金属构件等必须应用高耐热和高耐候
涂料涂覆保护。甲基苯基硅树脂具有优良的耐热耐候性能，可以应用硅树脂作基材的有机硅涂料作为光热发电构筑
物的保护涂料。
研究开发适用于光热发电构筑物耐热耐候保护涂料的技术关键是合成高固化活性的有机硅树脂。因为通用型甲
基苯基硅树脂普遍存在固化活性低、固化后的漆膜与基材粘附强度低和固化后的漆膜容易返粘等缺陷，所以不能完
全满足光热发电的配套需求。应用亲核反应催化剂催化合成的高固化活性硅树脂，不仅可以做到室温下即可催化交
联固化，而且固化后的涂膜与基材粘接牢固，固化后的漆膜不返黏。应用高固化活性有机硅树脂为基料的高耐热高
耐候有机硅涂料，可作为光热发电塔架等建筑结构的优良涂覆保护涂料。
3． 菲涅尔透镜成型用有机硅材料
目前以菲涅尔透镜作为聚光构件的太阳能光热发电系统已经崭露头角。应用菲涅尔透镜的特殊结构，用一组平
板镜取代抛物面型的曲面镜聚焦即可实现太阳光高效聚焦，并且制造工艺简便，运行稳定，因而菲涅尔系统光热发
电受到广泛关注。
虽然多种透明材料都可以用来制造菲涅尔透镜，但就成型加工工艺、制件自身重量、制件尺寸稳定、材质耐候
耐热稳定性等各种因素比较，高透明性硅橡胶具有明显优势。尤其是以加成反应硫化型液体硅橡胶作为光热发电用
菲涅尔透镜的基础材料，因为成型工艺简便、透镜重量轻、性能稳定、耐气候老化，可保证菲涅尔系统聚光效率高，
长期运行稳定可靠。
三、结语
大部分有机硅材料尽管具备适用于太阳能发电配套用的基本性能，但并不是现有通用型有机硅产品都可以直接
应用于太阳能发电装置中。太阳能发电的大部分构件必需长期处于室外自然环境中工作，为保证组件在室外条件下
正常使用20～25年以上，其配套材料必须与发电构件充分匹配。为了做好配套应用，就必须根据太阳能发电的具体
技术要求，进行专门研究开发，着力解决重要关键技术，并通过模拟应用试验进行考核优选，以全面检测研制产品
的工艺性能和使用性能。通过测试和模拟应用试验发现缺陷和不足，有针对性地研究改进，确保研制产品充分满足
太阳能发电的使用要求。