光伏背板耐候材料：PVDF薄膜可靠性研究

光伏背板廣泛應(yīng)用于太陽能電池組件，位于組件背面，在戶外環(huán)境下保護(hù)太陽能電池組件不受水汽侵蝕、阻礙氧化防止組件內(nèi)部氧化，具有絕緣性，阻水性，耐老化型，耐高溫性，耐腐蝕性。

此外，背板內(nèi)層可以反射陽光，提升組件轉(zhuǎn)換效率。為了良好耐候性，背板外層材料為耐候性極好的含氟材料。

光伏組件背板用保護(hù)膜起先為PVF(聚氟乙烯)薄膜，后來，眾多生產(chǎn)企業(yè)先后開發(fā)出性能更加優(yōu)異的PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜、PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）薄膜、ECTFE(聚乙烯-三氟氯乙烯共聚物)薄膜、ETFE(聚乙烯-四氟乙烯共聚物)薄膜等用于PVF薄膜的替代品。

PVF(聚氟乙烯)薄膜

PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜

TFE(聚乙烯-四氟乙烯共聚物)薄膜

在性能、價(jià)格、可獲取性等多重因素和市場長期檢驗(yàn)的影響下，PVDF薄膜已成為市場主流。近年來，在光伏平價(jià)上網(wǎng)的大趨勢下，降低組件成本促進(jìn)了國產(chǎn)氟膜的發(fā)展。

PVDF氟膜原料主要為添加劑、鈦白粉、氟樹脂、膠水、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等，PMMA作為增塑劑可以提高其熔融狀態(tài)下成膜性。

但有研究表明隨著Ti02含量的變化，其對Ti02/PVDF共混膜的流動(dòng)性能、結(jié)晶性能、力學(xué)性能、親水性能等都有影響；而隨著PMMA的含量變化，PMMA的加入對PMMA/PVDF共混膜的流動(dòng)性能、加工性能、結(jié)晶能力、力學(xué)性能等都有較大影響。

PVDF成膜工藝主要有流延法、吹膜法，流延膜是通過熔體流涎驟冷生產(chǎn)的一種無拉伸、非定向的平擠薄膜，而吹塑膜是有取向的，通過控制速度、擠出量、壓力控制氟層厚度及寬幅。

PVDF氟膜生產(chǎn)廠家逐漸增多，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊。作為需要使用25年的長久性光伏電站，要獲得良好收益，電站安全、可靠、長久性運(yùn)行是首要前提，背板性能起著至關(guān)重要的作用。

本次試驗(yàn)選擇PVDF薄膜復(fù)合型背板（KPC結(jié)構(gòu)），結(jié)構(gòu)分為五層，核心3層。外層為PVDF薄膜，中間層為改性PET材料，內(nèi)層為改性的含氟涂層材料。

選擇2個(gè)背板廠家6種不同型號背板樣品，前四個(gè)樣品來源于同一背板生產(chǎn)廠家，僅PVDF氟膜來源于4個(gè)供應(yīng)商(A/B/C/D)。后兩個(gè)樣品為另一廠家背板，PVDF氟膜來源于2個(gè)供應(yīng)商(A/B)。

所用背板中間PET厚度均為250μm ± 10μm，PVDF氟膜厚度均18μm ± 2μm。

匹配相同的電池片、焊帶、EVA、玻璃，按照正常的生產(chǎn)工藝，制成27cm×50cm的小組件，每種匹配制作組件2塊。

本試驗(yàn)采用紫外試驗(yàn)箱以及環(huán)境老化試驗(yàn)箱進(jìn)行紫外及高低溫環(huán)境試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果通過共聚焦顯微鏡進(jìn)行微觀測量。

本次試驗(yàn)樣品均進(jìn)行如下試驗(yàn)：

試驗(yàn)一：

6種樣品均先進(jìn)行紫外光（UVA+UVB）60KW?h/m2處理，然后進(jìn)行高低溫度循環(huán)200次試驗(yàn)。

試驗(yàn)二：

6種樣品進(jìn)行兩個(gè)循環(huán)的高低溫度循環(huán)200次（TC200）測試，環(huán)境試驗(yàn)箱條件為-40℃～85℃。

圖1 S3樣品實(shí)驗(yàn)后的10x顯微鏡照片、共聚焦圖片

S4表面裂紋深度18μm-20μm，基本貫穿整個(gè)氟膜厚度，測試結(jié)果如圖2所示。

圖2 S4樣品實(shí)驗(yàn)后10倍下顯微鏡照片、共聚焦圖片

PVDF成膜過程由于橫向沒有壓力，導(dǎo)致PVDF氟膜橫向斷裂伸長率低，且紫外老化和溫度循環(huán)老化后性能會(huì)進(jìn)一步下降變脆。焊帶本身金屬材料，在高低溫條件下，其熱膨脹對背板氟膜產(chǎn)生較強(qiáng)的機(jī)械應(yīng)力作用，因此裂紋多發(fā)生在焊帶位置，且沿縱向開裂。

力學(xué)性能方面，對6種背板樣品進(jìn)行力學(xué)性能測試，分別對初始樣品、TC200后、TC400后背板樣品進(jìn)行橫向、縱向斷裂伸長率測試，結(jié)果如圖3所示。

圖3?6種背板樣品橫向斷裂伸長率

由此實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：6種背板材料性能無明顯差異。由于背板的力學(xué)性能主要受PET材料性能影響，氟膜性能對其橫向斷裂伸長率測試結(jié)果影響甚微。

因此，背板材料的斷裂伸長率無法反映出氟膜性能的優(yōu)劣，還需要綜合性的老化試驗(yàn)進(jìn)行評估。