在全球能源转型与“双碳”战略的推动下，光 伏产业正加速向高效率、长寿命、低成本方向演进。然而，光伏组件工作温度每升高1℃，其输出功率约下降0.4%，这一“温升致衰”问题长期困扰行业。尤其在夏季，组件表面温度可攀升至70℃以上，对光伏系统运行构成严峻挑战，成为制约光电转换效率提升的长期痛点，也是龙头企业亟待突破的关键技术瓶颈。
当前，业界虽已开展风冷、液冷/雾冷、翅片散热、水凝胶蒸发等多种降温技术研究，但这些方案普遍存在能耗增加、组件负重上升、材料寿命受限等问题，显著推高系统成本，始终难以在降温效果与成本控制之间取得平衡。
针对上述挑战，陕西科技大学薛朝华教授团队另辟蹊径，提出了光伏胶膜高导热化的无源降温技术策略。通过构建“绝缘导热填料-界面相容剂-聚合物基体”多元协同调控体系，成功创制出一种兼具高导热、高发射、高反射与高绝缘性能的新型光伏胶膜。相关该研究成果以“Highly thermoconductive yet insulative, emissive, and reflective: a scalable encapsulation film for synergistic photovoltaic cooling”为题发表于《Advanced Composites and Hybrid Materials》上。
创制的白色光伏胶膜导热率为5.93 W/(m·K)，红外发射率为95.49%，太阳光反射率为90.25%，体积电阻率为2.35 × 1014 Ω·cm。该胶膜特别适用于单玻单面组件或双玻单面组件的背面封装，在应用时无需对现有生产装备与工艺进行改造，即可使光伏组件在夏季工况下降温4.1℃，输出功率提升13.49%，为光伏组件无源高效降温提供了具有自主知识产权的理论基础与关键技术支撑，展现出良好的产业适配性与推广前景。
图 1 光伏组件高温危害、应对措施及降温策略研究：(a)光伏组件正常运行过程中面临的高温难题示意图；(b)电效率随温度的变化规律；(c)现有已报道的光伏组件降温技术及其存在的局限性；(d)光伏降温技术的四大核心要素；(e)胶膜导热率对光伏组件散热性能的影响；(f)高导热胶膜的降温性能及对组件输出电压的影响。
图 2 EEM/BNNs胶膜的工作原理、制备方法及反应机理：(a)光伏板的热平衡由吸收的太阳辐射（Psun ）与通过热辐射（Prad ）、对流换热（Pcon ）散失的热量之间的平衡关系决定；(b)所制备 EEM/BNNs光伏组件的组成结构及内部导热机理；(c)所设计 EEM/BNNs 薄膜的结构示意图，包含EVA分子链、马来酸酐接枝EVA分子链与氮化硼；(d)马来酸酐接枝EVA与羟基改性氮化硼（BNNs-OH）的反应机理。
图 3 EEM/BNNs 胶膜的微观形貌和性能：(a)、(b)、(c)分别为EVA薄膜、EVA/BNNs薄膜、EEM/BNNs薄膜的截面扫描电镜（SEM）图；(d)面内方向、(e)面外方向下EVA、EVA/BNNs、EEM/BNNs薄膜的导热系数与热扩散系数；(f)体积电阻率、(g)反射率、(h)红外发射率；(i)粘接两片玻璃时的EVA、EVA/BNNs、EEM/BNNs薄膜的剪切强度曲线。
图 4 EEM/BNNs光伏组件的制备工艺与性能测试：(a)以EEM/BNNs薄膜为背面封装材料，对光伏组件进行热压封装；(b)模拟太阳光的室内测试装置；(c)、(d)在1 kW m-2辐照强度下，EVA与EEM/BNNs光伏组件的背板温度曲线与电压曲线；(e)由图c、图d计算得到的温差与电压差值；(f)在1 kW m-2辐照条件下，光电流密度与电压的变化趋势；(g)持续辐照90分钟时，EVA与 EEM/BNNs光伏组件的填充因子（FF）与最大功率（Pmax）
图 5 EEM/BNNs光伏组件的户外性能测试及EEM/BNNs薄膜的规模化示范应用：(a)EVA与 EEM/BNNs光伏组件的户外实际应用测试（中国西安，2025年5月 19日；插图为两种光伏组件的正面板面温度）；(b)大面积 EVA 与 EEM/BNNs 光伏组件的户外实际应用测试（中国西安，2025年7月 29日；插图为两种光伏组件的正面板面与背板温度）；(c)EEM/BNNs光伏组件的降温机理。(d)不同光伏组件的实时背板温度；(e)实时输出电压，以及(f)温差与电压差曲线（中国西安，2025年5月19日）；(g)不同光伏组件的实时背板温度、(h)实时输出电压，以及(i)温差与电压差曲线（中国西安，2025年7月29日）；(j)不同光伏组件的实时背板温度、(k)实时输出电压，以及(l)温差与电压差曲线（中国西安，2024年12月25日）；(m)大面积EEM/BNNs薄膜实物。
针对光伏龙头企业在双玻双面组件生产过程中，主流太阳能电池对光伏板高效降温、提升组件长期稳定性与发电效率的重大技术需求，薛朝华教授团队持续攻关，通过构建“导热纳米填料-界面相容剂-聚合物基体”多元协同调控体系， 又成功地创制出一种兼具高导热、高透光与高绝缘性能的新型光伏胶膜。该胶膜可依托现有成熟生产工艺，直接替代双玻双面组件中传统光伏胶膜，用于太阳能电池的规模化制备。测试结果表明，该胶膜导热系数达2.83 W/(m·K)，光伏波段透光率高达94.19%，性能远超现有商用产品；体积电阻率为4.97×10¹⁴ Ω·cm，符合国家标准。该技术从材料层面破解了高导热、高透光与高绝缘三大关键性能难以协同提升的长期行业瓶颈，实现了光伏封装材料体系的集成创新。相关工作已申请中国发明专利。该部分工作由陕西科技大学轻工学院博士生万立、化工学院硕士研究生杨艳在薛朝华教授指导下共同完成。
继前期在超疏水辐射制冷领域取得重要突破后，该成果标志着薛朝华教授团队在光伏组件热调控方向上再次取得关键技术突破，为服务国家“双碳”战略、推动光伏产业绿色低碳转型提供了新的材料方案与技术路径。
相关专利和论文：
薛朝华，万立，郭小静，杨艳，赵文菁，王腾鑫. 光伏组件用透明导热绝缘封装胶膜及制备方法[P]. 中国发明专利，CN121495478A. 2026-02-10.
薛朝华，杨艳，郭小静，万立，王慧迪，赵文菁，高奇，晏燕燕. 导热绝缘BN/Al2O3/EVA光伏封装胶膜、制备方法及应用[P]. 中国发明专利，CN120924185A. 2025-11-11.
薛朝华，万立，郭小静，王慧迪，柳冰莹，吴永刚，马超群，杨艳. 绝缘高导热光伏组件用EME-X胶膜及其制备方法[P]. 中国发明专利，CN120484713A. 2025-08-15.
Yan Yang, Chao-Hua Xue*, Jun Cheng, Li Wan, Hui-Di Wang, Wen-Jing Zhao, A-Jun Chang, Qi Gao, Yan-Yan Yan, Xiao-Jing Guo. A High-Thermal-Conductivity Composite Film for Encapsulation and Passive Cooling of Solar Modules, Journal of Materials Chemistry A, 2026, Advance Article.
https://doi.org/10.1039/d5ta09550f.
Li Wan, Chao-Hua Xue*, Yan Yang, Hui-Di Wang, Xiao-Jing Guo, Bing-Ying Liu, Yong-Gang Wu, Chao-Qun Ma, Wen-Jing Zhao, Wei Fan, Kaidi Huang, A-Jun Chang. Highly Thermoconductive yet Insulative, Emissive, and Reflective: A Scalable Encapsulation Film for Synergistic Photovoltaic Cooling, Advanced Composites and Hybrid Materials, 2026, Online,
https://doi.org/10.1007/s42114-026-01687-w.
新闻小贴士：
薛朝华，陕西科技大学二级教授，博士生导师，教育部“新世纪优秀人才支持计划”入选者，陕西省科技创新团队负责人，陕西省重点研发 计划“三项改革”试点首批主持人，秦创原“科学家+工程师”队伍建设首席科学家，陕西省中青年科技创新领军人才，中国高被引学者（2020-2025连续6年）。长期聚焦聚合物基有机/无机多相复合材料关键科学问题，致力于仿生超疏水功能表面、仿生智能传感材料、超疏水辐射制冷涂层、导热透光绝缘无源降温材料等研究。主持国家自然科学基金等国家及省部级项目15项，以及企业重大技术攻关项目5项，研究成果获陕西省科学技术二等奖2项，陕西高等学校科学技术一等奖2项、二等奖2项。在Progress in Materials Science、Advanced Materials、ACS Nano等国际著名学术期刊发表论文100余篇，其中SCI收录96篇，ESI高被引5篇。
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