單晶硅電池組件目前仍然是主流技術(shù)，但不論是晶硅、薄膜、鈣鈦礦電池組件都對背板材料提出了更高的質(zhì)量要求。
光伏組件的背面通常由聚合物背板覆蓋，以提供電氣絕緣和環(huán)境保護。
光伏背板通常由多層結(jié)構(gòu)(主要是三層)組成，每一層都有一個特定功能：
與封裝膠膜接觸的層需要提供持久的粘附性和與膠膜的化學(xué)兼容性，并對通過玻璃和封裝膠膜的直接太陽照射保持穩(wěn)定，通常使用含氟聚合物、聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)等材料；
含氟聚合物
中心或核心層通常較厚，并提供整個背板材料所需的機械和電氣性能，通常使用聚對苯二甲酸乙酯(PET)，少數(shù)背板類型使用聚酰胺或聚烯烴作為核心層；
聚對苯二甲酸乙酯(PET)
外層由于為其他層提供了保護，并直接暴露在環(huán)境中，包括間接紫外線(從地面反射，取決于地面的反射率)，因此需要使用高可靠性和穩(wěn)定性的材料，通常由氟碳樹脂(PEVE)、聚偏氟乙烯(PVDF)或聚氟乙烯(PVF)制成，非氟聚合物的外層替代品包括PET、聚酰胺和聚烯烴等材料，但在環(huán)境穩(wěn)定性方面還需要進一步研究來提高性價比。
氟碳樹脂(PEVE)
聚偏氟乙烯(PVDF)
聚氟乙烯膜(PVF膜)
這些層通常是通過添加粘合劑粘合在一起的。只有少數(shù)材料組合可以共擠成多層背板。
由于每個背板層在戶外時都暴露在一組不同的應(yīng)力下，它們各自的性能影響整個背板的性能，最后影響整個光伏組件的性能。
由于背板結(jié)構(gòu)和材料配方的不同，背板材料的降解機制和耐久性也有所不同。在戶外使用時背板最常見的降解和失效方式是黃變、粉化、分層開裂、燒蝕和鼓包，如圖3所示。
圖3 背板退化和失效表現(xiàn)：黃變(左)、開裂(中)、分層(右)
為了降低光伏系統(tǒng)成本，增加光伏組件的使用壽命和更多的發(fā)電量，光伏背板的可靠性至關(guān)重要。
科學(xué)家們對背板的降解和失效原因進行了分析，對提高背板和組件的可靠性和壽命提供了更多參考。
造成黃變的原因主要是由于組件在工作運行中，光致氧化分解，化學(xué)降解過程中產(chǎn)生一種名為生色團的副產(chǎn)物，呈現(xiàn)黃色的外觀。白色染料如TiO2和BaSO4常被添加到聚合物配方中，因為它們的光吸收性能可以增加背板的抗紫外性能。
然而，空氣側(cè)聚合物表面的降解會導(dǎo)致這些染料積累，從而導(dǎo)致光澤喪失和呈白堊狀外觀。
盡管背板發(fā)黃和粉化與組件性能損失沒有直接聯(lián)系，但它們的出現(xiàn)表明了聚合物結(jié)構(gòu)發(fā)生了化學(xué)和形態(tài)變化，是更嚴(yán)重的降解形式(如脆化、開裂和分層)的早期表現(xiàn)。
近年來，背板開裂是一個日益頻發(fā)的問題。開裂會損害電氣絕緣，引起接地故障、漏電、濕絕緣電阻降低等安全問題。它還打開了新的通道，使水氣和其他化學(xué)物質(zhì)滲透到組件中，從而促進組件其他部分的降解。風(fēng)化后，聚合物分子量降低，結(jié)晶度增加，導(dǎo)致脆化。
因此，研究清楚電池片間距金屬化柵線處的背板開裂原因至關(guān)重要。在電池側(cè)和空氣側(cè)均可觀察到裂紋，裂紋擴展模式可能因材料處理和自然暴露條件而異[24]。由于粘合力和層壓工藝差，或天氣引起的降解，在背板/封裝膠膜界面以及背板本身層間可能會發(fā)生分層或鼓包。
如果分層發(fā)生在組件邊緣或接線盒附近，可能會導(dǎo)致電流泄漏或接線盒脫落，直接影響組件性能和安全。如果在背板中心發(fā)生分層，則會提高熱阻，導(dǎo)致該區(qū)域電池的工作溫度升高，并成為水凝結(jié)點。
本文綜述了光伏組件蓋板材料及其可靠性和降解機理的最新研究進展。目前最常見的技術(shù)仍然是單晶硅，但是不論是晶硅、薄膜、鈣鈦礦電池組件都對封裝材料提出了更高的質(zhì)量要求。
本文從背板闡述了目前背板材料在戶外長期工作下的降解表現(xiàn)和失效機理，對背板材料使用壽命的提高和性能改善提供了參考
在今后，隨著廠家對光伏材料的經(jīng)濟性和功能性提出更高要求，各種新材料頻繁推出，不同封裝層材料對光伏組件發(fā)電量的增益和可靠性、耐候性評估仍然具有挑戰(zhàn)性，太陽能汽車、光伏建筑一體化等市場的進一步擴大，對光伏組件的封裝結(jié)構(gòu)和兼容性更會提出新的要求和標(biāo)準(zhǔn)。
來源：光伏組件蓋板封裝材料的研究進展
原文始發(fā)于微信公眾號（光伏產(chǎn)業(yè)通）：光伏組件背板材料的研究進展