隨著雙面發(fā)電光伏組件技術(shù)的迭代發(fā)展，雙面化成為當(dāng)下高效光伏組件封裝的主流方式之一，雙面組件背面透光材料的選擇主要為玻璃和透明背板。
目前由于雙玻組件的電勢誘導(dǎo)衰減現(xiàn)象和質(zhì)量太重問題，透明網(wǎng)格背板材料應(yīng)運而生，但作為一種新材料，光伏組件長期暴露于戶外，因此透明網(wǎng)格背板的性能顯得尤為重要。
透明網(wǎng)格背板就是在透明背板基礎(chǔ)之上，增加網(wǎng)格圖形。
原理是在組件電池片間瞭增加反射含氟涂層，不僅能有效保護(hù)背板內(nèi)層，也能將光線進(jìn)行二次反射，有效增加電池片進(jìn)光量，透明部分能讓光線正常透過到達(dá)電池片，達(dá)到提升光伏組件功率的效果。
透明網(wǎng)格背板透光示意圖和反射示意圖如圖1，圖2所示。
選取A、B廠家生產(chǎn)的相同結(jié)構(gòu)的透明網(wǎng)格背板作為本次分析的樣品。
該背板是由三層結(jié)構(gòu)組成，通過復(fù)合和涂覆兩種工藝生產(chǎn)而成，在透明背板的三層結(jié)構(gòu)中最外層(即與空氣接觸面)為透明氟膜，中間層為聚對苯二甲酸乙二醇脂(簡稱為PET)，內(nèi)層為氟樹脂涂層，透明網(wǎng)格背板的網(wǎng)格涂層則是根據(jù)一定的網(wǎng)版圖形將反射涂料印刷至背板內(nèi)層，再通過一定的溫度固化而成。
光伏組件中的背板作為保護(hù)電池片和封裝材料的直接屏障，對組件的安全性、長期可靠性和耐久性、功率增益起著至關(guān)重要的作用。
作為透明背板材料，背板需具備良好的機(jī)械強(qiáng)度與軔性、耐候性、光學(xué)特性、水汽阻隔、耐熱等各種的性能，而實現(xiàn)這些關(guān)鍵性能與背板材料密不可分，以下通過測試來分析透明背板的可靠性。
眾所周知，力學(xué)性能和耐候性是背板最重要的性能，在背板中主要提供力學(xué)性能的是中間PET，它是聚對苯二甲酸乙二醇脂，化學(xué)式為-[OCH2-CH2OCOC6H4CO]-，俗稱聚酯薄膜，由對苯二甲酸乙二醇酯發(fā)生脫水縮合反應(yīng)而來，在背板結(jié)構(gòu)中通常簡稱為“P”。?
PET由于本身的分子結(jié)構(gòu)特點，容易在高溫高濕條件下發(fā)生水解，成為背板的薄弱環(huán)節(jié)。
通常背板的力學(xué)性能以拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率來表征，而在老化后則以斷裂伸長保持率衡量。
通常在行業(yè)中濕熱老化是評估材料或產(chǎn)品耐老化性能的重要手段之一，在IEC標(biāo)準(zhǔn)中濕熱老化即為恒溫恒濕試驗(DH)，試驗條件為溫度85°C，濕度為85％，時間為1000、2000H或更長，由于試驗時間較長，目前行業(yè)引用壓力蒸煮加速老化實驗箱進(jìn)行濕熱能力的評估，壓力蒸煮老化(PCT)，
其試驗條件：溫度為121°C，濕度為100％，試驗時間較短，通常以PCT 24H模擬DH 1000H，PCT 48H模擬DH 2000H，PCT 72H模擬DH 3000H，根據(jù)“Hallberg-Peck”模型分析，在高濕熱地區(qū)光伏組件承受30年壽命，DH測試需要時間為2877H，即加速濕熱需做到PCT 72H，
因此為了對比老化后的斷裂伸長保持率性能，進(jìn)行PCT 48H和72H后分別測試斷裂伸長保持率，
其測試方法如下：由于背板制備工藝的原因，長度方向和寬度方向在力學(xué)性能表現(xiàn)有差異，同時為驗證涂覆網(wǎng)格區(qū)與非網(wǎng)格區(qū)的力學(xué)性能差異，按照背板不同區(qū)域?qū)蓚€方向各取樣品測試，樣品大小均為寬度15mm，長度110mm，用萬能材料試驗機(jī)以標(biāo)距50mm，拉伸速度100mm/min測試，
為了便于標(biāo)記，將長度方向標(biāo)記為MD，寬度方向標(biāo)記為TD，測試結(jié)果如圖3~圖5所示。
圖3 PCT 48H后透明網(wǎng)格背板的斷裂伸長保持率
由圖3可知：背板A和背板B的網(wǎng)格區(qū)和非網(wǎng)格區(qū)在PCT 48H后斷裂保持率均急劇下降，背板B濕熱后的斷裂保持率優(yōu)于背板A，結(jié)果表明兩個背板使用的PET有差異，在PCT 72H后背板均發(fā)生脆化(如圖4、圖5)，說明透明背板在高濕熱地區(qū)使用將存在一定的風(fēng)險。
在背板行業(yè)，根據(jù)PCT濕熱老化的時間，PET分為不同的耐水解等級，其水解等級越高，背板耐濕熱的能力越高，因此這一結(jié)果主要是與PET選擇的耐水解等級有關(guān)。
從PET的濕熱老化失效的機(jī)理進(jìn)行分析原因，PET分子鏈在濕熱條件下發(fā)生水解及相應(yīng)聚集態(tài)變化，PET主鏈上的酯鍵是聚酯發(fā)生濕熱老化的基因，當(dāng)有水分存在時，PET分子鏈端活潑的羧基將誘發(fā)和加速酯鍵的水解過程，而溫度的升高則會進(jìn)一步地加速此過程。
在濕熱老化初期水分在PET表面吸附，緩慢滲透，由于隨著時間延長，水對PET的刻蝕和溶劑化作用，PET的結(jié)晶度逐漸升高，其表面微孔和龜裂增加，與此同時PET分子鏈中酯鍵受到水分子攻擊而發(fā)生斷裂，形成分子鏈更短的PET，
在水增速的作用下結(jié)晶度進(jìn)一步增加，PET脆性增加，水分向PET內(nèi)部滲透加速，以上過程不斷重復(fù)，最終使PET失去原有的力學(xué)性能和水氣阻隔性能。
而溫度的升高，一方面加速PET結(jié)晶，從而增加其龜裂程度，另外還增加了端羧基的活潑性，加速水解反應(yīng)的發(fā)生，最終導(dǎo)致基材脆化失效。
紫外線具有較短的波長和較高的能量，對材料特別是高分子材料具有很強(qiáng)的破壞性，由于背板是高分子材料，在戶外的老化通常是在紫外線、溫度和濕度的共同作用下發(fā)生的，因此評估背板的耐紫外能力必不可少。
一般抗紫外能力用黃變值來表征，黃變越大，說明材料耐紫外的性能越差。
采用溫度60°C，波長范圍為280~400nm，分別以UV30、60、120、150、180kWh/m2的輻照量照射背板的空氣面(透明氟膜面)、粘接面(氟涂層面)及網(wǎng)格區(qū)，對其老化后測試黃變，
其測試方法如下：取背板A和B網(wǎng)格區(qū)與非網(wǎng)格區(qū)樣品裁切尺寸為5cm×5cm，使用紫外可見分光光度計分別測試初始透明網(wǎng)格背板的空氣面和粘接面及網(wǎng)格區(qū)的黃度值YI，然后將各樣品放置紫外老化試驗箱進(jìn)行不同紫外輻照量照射，并測試不同階段紫外輻照后的黃度值YI，其黃變值ΔYI為各階段老化后黃度值與初始樣品黃度值之差。
由圖6可見背板A和背板B紫外照射網(wǎng)格區(qū)和透明區(qū)內(nèi)的耐候面黃變表現(xiàn)均較小，而照射透明區(qū)粘接面黃變背板B明顯高于背板A，由此推斷兩個背板枯接面的氟涂層有差異，透明背板抗紫外能力主要靠氟涂層中的紫外阻隔劑，它能吸收紫外光，阻止紫外光深入聚合物的內(nèi)部，從而使聚合物得到保護(hù)。
為了驗證紫外波段的阻隔效果，對比兩個背板紫外波段的透過率，如圖7所示。
由圖7可知：背板A和背板B在不同紫外波段的透過率有差異，背板B高于背板A的紫外透過率，背板B中大量的紫外線破壞內(nèi)部分子是導(dǎo)致黃變的主要原因。
透明網(wǎng)格背板通常應(yīng)用于多主柵雙面電池組件，其功率較高，由于組件的熱斑溫度與組件功率呈線性關(guān)系，通過使用Pvstsy軟件模擬1000W/n2的輻照下，在環(huán)境溫度是25°C時，常規(guī)組件的熱斑溫度為44.729~168.120°C，多主柵組件的熱斑溫度為44.049~195.010°C，由此可看出，理論下多主柵組件最壞的熱斑溫度最高甚至可達(dá)190°C以上，如圖8、圖9所示。
對背板A和背板B網(wǎng)格背板的耐熱性進(jìn)行評估，同時選擇白色常規(guī)背板為對比樣品，樣品的大小均為50mm×50mm，將樣品分別在160、170、180及1901下烘烤5h，
在溫度160°C時背板A和背板B均出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，
在溫度170°C烘烤1h后均出現(xiàn)兩個背板膜層卷曲和脫落，
在180和190°C烘烤10min后均出現(xiàn)兩個背板膜層卷曲和脫落，而白色背板在不同的溫度下各烘烤5h均未出現(xiàn)氟膜與PET脫層等外觀不良現(xiàn)象。
試驗表明透明網(wǎng)格背板的膜層會隨溫度的升高，氟膜易于PET層脫層，其最高的耐熱溫度為160°C。各背板烘烤外觀如圖10~圖12所示。
為了分析脫層的原因，取透明的氟膜與白色的氟膜各裁切為10cm×10cm樣品進(jìn)行實驗，在180°C：下烘烤3min，由圖13可見透明氟膜收縮更嚴(yán)重。
綜上所述，透明裸背板最高可耐受的溫度為160°C：當(dāng)有熱斑產(chǎn)生時，溫度升高，透明網(wǎng)格背板膜層與PET層發(fā)生脫層的風(fēng)險較高。
應(yīng)用于光伏雙面組件背面的材料有透明背板和玻璃兩種，背面材料的透光率越高，對其組件的功率增益就越大，光伏玻璃后板用玻璃的透光率在380~1100nm為91.5％以上，透明背板對光的透過率十分重要，圖14是玻璃與透明背板透光率的對比。
由圖14可見，透明背板A和B的透光率均低于玻璃的透光率，圖14中可見光波段玻璃與背板的透光率差異較小，主要差異為紫外波段，因此對紫外波段的透光率進(jìn)行統(tǒng)計見表1所示。
在380~395nm紫外波段下，透明背板的透光率平均為60％左右，玻璃的透光率平均高達(dá)85％，因此透明背板低于玻璃透光率的主要原因為背板在紫外波段的透光比玻璃小。
表1 透明背板與玻璃紫外波段的透光率％
背板是用在光伏組件上的一種保護(hù)性材料，水氣透過率的大小對背板材料及組件的性能影響很大，為組件提供外層絕緣保護(hù)，同時阻隔水氣對組件內(nèi)部材料的腐蝕，從而保證組件可正常工作。
因此水氣透過率也是越小越好，作為透明背板主要應(yīng)用于雙面組件，但由于雙面組件在發(fā)電時溫度高，因此分別對比了不同溫度下的水氣透過率，如圖15所示。
背板A和背板B的水氣透過率均隨溫度的升高而增大，這是由于溫度升高，水分子運動速率加劇，使背板內(nèi)部吸附更多的水分。
由于濕熱環(huán)境下將使組件衰減增大，因此透明背板的組件應(yīng)使用阻水性較好的封裝膠膜進(jìn)行封裝。
(1)通過PCT 48h和PCT 72h濕熱老化測試，背板隨著老化時間的延長斷裂保持率急劇下降，在PCT 72h會出現(xiàn)脆化現(xiàn)象，主要與PET選取的耐水解等級有關(guān)；
(2)通過對透明網(wǎng)格背板不同區(qū)域照射紫外并測試黃變，耐候面和網(wǎng)格區(qū)的黃變均呈現(xiàn)升高，但幅度不大，背板B的黃變明顯高于背板A，主要原因是不同廠家背板氟涂層材料在紫外波段下紫外阻隔有差異造成的；
(3)透明網(wǎng)格背板耐熱性最高為16°C，在170°C：以上可發(fā)生氟膜脫層現(xiàn)象，經(jīng)初步分析為可能為透明氟膜的收縮率大造成；
(4)透明網(wǎng)格背板的透光率低于玻璃，主要因為在紫外波段的玻璃透光率高于透明背板；
(5)透明網(wǎng)格背板的水氣透過率隨溫度的升高而增大，主要是溫度升高，水分子運動速率加劇，使背板內(nèi)部吸附更多的水分所造成的。
來源：《光伏組件用透明網(wǎng)格背板的性能分析》，國家電投集團(tuán)西安太陽能電力有限公司
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