POE行业报告：聚烯烃弹性体行业

摘要 当前组件主流封装材料中，POE抗PID、耐老化、阻水性能最好。当前PERC组件主要封装胶膜为EVA（包括白色EVA）、POE和EPE。EVA胶膜粘结与流动性好，在组件封装中使用最广泛，2021年透明EVA+白色EVA占比约75%； 然而醋酸乙烯亲水性的特点，使EVA胶膜水汽阻隔性能弱，水汽沿组件边缘进入内部后影响电池性能，最终产生PID效应，导致组件功率下降。POE为乙烯-α烯烃共聚物，且为极性材料，阻水性能好，叠加高体阻的特性，因此抗PID性能好。同时POE在耐低温、耐老化和抗紫外线性能方面也表现优异。 N型电池组件技术迭代，POE有望全面应用于N型组件，POE需求有望迎来快速增长。P型双面组件背面PID效应大于正面，因此可采取正面EVA+背面EPE/POE的封装方案。N型组件（TOPCon/HJT）正面PID大于背面，且对水汽和紫外线更敏感，故需采用抗PID性能更好的POE封装。当前TOPCon与HJT组件基本采用POE+POE的封装方案，XBC量产后或采用正面EVA+背面POE的封装（XBC电池栅线全部在背面）。随着后续N型电池组件技术与工艺优化，N型组件也可能采取EPE封装，但也带来POE用量提升。我们计算中性情景下，2023~2025年光伏POE需求可达到32/66/118万吨，2022~2025年CAGR达63.2%。 目前全球POE粒子产能集中在以陶氏为代表的海外企业，若光伏级POE需求快速释放可能带来供应紧缺。POE量产过程中，高碳α烯烃、茂金属催化剂和聚合工艺均存在高技术壁垒，海外企业陶氏、三井、埃克森美孚等均拥有独家专利和技术保护，因此目前全球POE粒子产能集中于陶氏等海外企业。我们统计全球拥有POE生产能力的年产能约为200万吨，但考虑到POE在汽车、共聚物改性、发泡材料、电线电缆等领域的广泛应用，对不同领域需求的产能分配，以及不同产品产线切换调整、产能利用率等因素，若光伏POE需求快速增长，短期或带来光伏级POE粒子供应紧缺。 国内企业加速POE、高端聚烯烃研究与量产进度，国产POE处于量产前夕。 近年来我国高端聚烯烃陆续实现量产工艺突破，POE试验持续推进。目前万华化学、茂名石化和斯尔邦（东方盛虹子公司）已步入POE中试阶段，量产进度上取得领先优势。卫星化学于2021年12月公告投建年产10万吨α烯烃和配套POE，2022年6月年产1000吨α烯烃（700吨1-辛烯+300吨1-己烯）装置项目环评一次公示。2022年8月浙石化亦公告建设年产35万吨α-烯烃装置以及2×20万吨POE聚烯烃弹性体装置。整体来看，目前国产POE仍处于中试阶段，部分企业处于量产前夕，POE国产进程即将迎来关键节点。建议关注万华化学、卫星化学、东方盛虹、荣盛石化等企业的POE和α烯烃的量产进度。 风险提示：高端聚烯烃、茂金属催化工艺与POE国产化进程不及预期的风险；全球装机不及预期；N型电池技术迭代不及预期；政策变化的风险。 1抗PID优势显著，POE有望全面应用于N型组件 1.1光伏组件封装胶膜以EVA/EPE/POE为主 当前光伏组件封装方案以EVA、POE和EPE（EVA与POE三层共挤）为主，少部分采取PVB、有机硅胶等封装方式。 图1：胶膜为光伏组件封装材料 图2：三层共挤EPE胶膜结构 1.1.1 EVA具有高透、粘结性好的特点，白色EVA可提高二次反射率 EVA为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，通过添加交联剂、增稠剂、抗氧化剂、抗老化剂、光稳定等助剂对其改性，经熔融挤出。作为使用最广泛的组件封装材料，EVA胶膜（透明）具有高透光率、与玻璃和背板的粘结性好等优势。 1）高透光率：经组件层压工序调整，EVA交联度高最高可达95%-98%。交联度越高，EVA不易结晶，因此胶膜的透光率越高，组件的整体输出功率相应越高。 2）粘结性与流动性好：VA含量较多，则有较好的低温柔韧性和粘结性。（一定范围内）熔融指数越大，EVA流动性越好，平铺性好，物理粘接点越多，与背板和玻璃的剥离强度越大。因此光伏EVA胶膜VA含量多在28%-33%，透明EVA熔指（MI）需高于25%。 表1：光伏EVA胶膜的VA含量一般在28%~33% 虽然EVA作为光伏封装胶膜具有高透光率等优势，但醋酸乙烯酯作为极性材料本身也有一定弊端，胶膜易产生老化和黄变等问题，组件抗PID性能弱： 1）EVA胶膜水汽阻隔力弱，组件易发生PID效应：组件产生PID效应原因有多种，EVA透水性为其中之一。醋酸乙烯酯中碳氧双键和碳氧单键为极性的键，和水（极性分子）相亲，因此EVA胶膜在组件中阻水性差，水汽透过率较高，EVA易水解产生醋酸后和玻璃中的Na反应，可以生成大量的自由移动的Na离子，再与电池片表面的银栅线发生反应后会腐蚀电池栅线，导致串联电阻的升高、组件性能衰减（即PID效应），且此类衰减不可恢复。 图3：EVA胶膜水汽透过率较高 2）EVA易老化和黄变：EVA的分子链为线性结构，由碳氧键、碳氢键等构成，此类化学键在室外湿热交变环境下以及紫外光照射下会断裂、重组或氧化，从而产生生色团，使EVA胶膜有发黄、降解的现象，从而影响组件功率和使用寿命。目前主要通过加入抗氧、紫外吸收或光稳定性等功能助剂，降低EVA胶膜氧化分解的速度、增强抗老化及紫外光线的性能、减少黄变程度；加入有机过氧化物的交联剂，在EVA胶膜加热封装太阳能电池片的过程中会受热分解产生自由基，从而引发EVA分子链的结合，形成网状结构，可增加分子稳定性。但是EVA中残留的交联剂在长期老化的过程中也会与助剂发生化学反应，仍会产生气泡以及黄变。 白色EVA可增效、降本，通常用于组件背层封装。在透明EVA中加入一定量的钛白粉、氧化锌等反光填料，并在切边收卷后使用电子加速器进行辐照交联制成的白色EVA胶膜，用于背面封装可提高组件内可见光及红外线的反射率，进而增加组件功率。尤其在半片组件中，电池片之间缝隙更多，漏光带来的效率损失更大，故白色EVA增效也更显著。根据CPIA数据，白色EVA可提升组件功率1.5~3W；单玻组件采用白色EVA，相对转换效率可提高0.5%-0.7%左右；双玻组件采用白色EVA相对转换效率可提高1%-1.2%左右。 此外，白色EVA胶膜同时能够阻隔紫外线，一定程度上降低了组件对背板耐紫外线的性能要求，从而降低了组件成本。根据海优威的研究数据，使用白色EVA后，背板内侧面无需抗紫外线性能和氟薄膜，成本可降低7~12分/W；由于阻隔性强、透光率低，组件可使用透明度高的背板，成本可再降低1~2分/W。 图4：白色EVA胶膜用于组件背面可提高二次反射率 图5：白色EVA可明显提升组件发电功率 1.1.2 POE水汽阻隔和抗PID性能更优 聚烯烃弹性体（Polyolefinelastomer，简称POE）为乙烯-α烯烃共聚物，相较于EVA胶膜，POE胶膜的优势十分明显； 1）水汽阻隔性能好，体积电阻率高，抗PID性能强：POE为非极性材料，只有碳碳键和碳氢键，没有碳氧键（极性），因此不能和水分子形成氢键，水汽阻隔性好，水汽透过率可做到EVA胶膜的约1/10。水汽不易通过玻璃和背板进入组件内，降低PID风险。 体积电阻率也是影响PID的因素之一。在同样电势差下，高体积电阻率带来较低漏电流，可降低电池表面的分压，从而减缓PID的发生。根据陶氏的研究，POE体积电阻率更高，水汽透过率更低，在PERC双玻组件96h老化测试下(负偏压1000 V、85℃、85%RH)功率衰减显著低于EVA胶膜。 图6：96h老化测试后，POE功率衰减显著低于EVA 图7：不同胶膜的PERC双玻组件在PID测试前后的EL图像 2）耐低温性能优异：POE分子结构中没有不饱和双键，具有很窄的分子量分布和短支链结构（短支链分布均匀），因而具有高弹性、高强度、高伸长率等优异的物理机械性能和的优异的耐低温性能。 3）耐热老化和抗紫外线性能好：窄的分子量分布使材料在注射和挤出加工过程中不宜产生挠曲，因而POE材料的加工性能优异。由于POE大分子链的饱和结构，无极性基团，分子结构中所含叔碳原子相对较少，因而具有优异的耐热老化和抗紫外线性能。 根据陶氏对普通POE胶膜和EVA胶膜在紫外湿热加速老化试验箱中的黄变趋势研究，发现在UV辐照量超过100 kWh/㎡和DH达到700 h左右时，EVA胶膜样品变黄，而且随着老化时间的延长，黄变越来越明显；而普通POE胶膜在2000 h后依然未变色。在加速老化后，POE胶膜黄度指数变化较小，且一直稳定在较低数值；而EVA胶膜随着加速老化时间的延长，其黄度指数逐渐攀升。因此POE胶膜可以显著提高组件的可靠性，使得组件拥有更长的生命周期。 图8：POE胶膜在2000h黄变测试后仍未变色 图9：加速老化时间后，POE黄度指数更稳定 虽然POE在抗PID、水汽透过率、老化黄变等方面优势明显，然而也存在与玻璃/背板粘结力低，交联反应速率慢，功能助剂易析出和透光率偏低等问题。因此在组件制造过程中使用纯POE时，也会出现生产效率下降、层压时滑移等问题，要求组件端相应调整生产工艺。 1.1.3 EPE兼具EVA和POE的优点，但助剂易析出 EP E兼具抗PID和粘结性好的特点。针对EVA、EPE各自的优劣势，2018~2019年胶膜企业开发出三层共挤EPE胶膜，即将EVA-POE-EVA三层复合采用共挤出工艺制造而成，中间POE层发挥抗PID和低水汽透过率的优势，同时外层EVA解决POE粘结力弱的弊端。 EPE胶膜通常三层厚度比例分别为1:2:1。 EP E的最大痛点在于助剂迁移带来胶膜性能变化。EVA与POE极性不同，对助剂的吸收能力差异极大：EVA为极性材料，与助剂相容性好。因此随着时间变化，POE层中的助剂会不断向极性强、吸收力强的EVA层迁移，引起胶膜内部结构性质改变，POE与EVA层间结合力下降，甚至在组件层压中POE层存在被挤出脱层的风险。由于POE层助剂迁移的特点，也导致EPE胶膜保质期短于EVA/POE。 图10：POE层中的极性助剂会向EVA层迁移，引起EPE性能变化 1.2历史：双玻需求增长带动POE占比提升 胶膜作为组件辅材，其使用类型取决于组件的发展和性能要求。 单玻P型组件主要采用上下EVA胶膜封装。2015年国家能源局发布“光伏领跑者”计划前，行业基本聚焦单玻组件。P型单面单玻组件采用经济性更好的EVA封装，市占率达90%以上。2016~2017年海优率先实现白色EVA规模化量产，逐步推进白色EVA在单玻组件背面的使用，占据一部分透明EVA的市场份额。 双玻组件背面PID现象更严重，因此需要抗PID性能更好的POE保护电池，通常采用POE/ EPE封装。除前文提及因EVA透水性带来PID现象外，PERC双面电池（尤其是背面—） 产生PID的原因还在于：电池背面通过PECVD沉积氧化铝镀层与氮化硅镀层（Al2O3+SiNx），使负电荷在氧化铝和氧化硅交界处产生高效的场钝化效果（PERC背钝化工序）。再对钝化膜进行局部激光开槽，因此组件背面会因电子极化导致PID，即 Al2O3 /Si接触面具有较高的固定负电荷密度，背面玻璃中析出的Na +使氧化铝内的电荷发生再分布，削弱场钝化特性，带来PID。而双面PERC电池片正面因氧化硅减反射层可以起到抗PID效应，故双玻组件背面PID更为严重。但不同于 Na+ 迁移导致的PID，电子极化导致的PID衰减可经光照恢复的，且使用高体阻的POE胶膜可以抑制电子极化效应。因此PERC双玻组件，特别是背面多采用POE/EPE胶膜封装，增强抗PID性能。 图11：双面PERC的背面沉积氧化铝作为背钝化镀层 图12：PERC背面PID衰减高于正面 “光伏领跑者”项目推动双玻组件发展，POE胶膜需求与占比随之提升。2015~2017年国家能源局共发布三批“光伏领跑者”计划，通过使用技术绝对领先的电池组件，建设光伏发电示范基地和新技术应用示范工程，促进先进光伏技术产品