光伏背板及其所用材料

一、光伏背板的概念及結(jié)構(gòu)

太陽能電池背板也稱為太陽能電池背板膜、光伏背板、光伏背板膜、太陽能背板。廣泛應(yīng)用于太陽能電池(光伏)組件，位于太陽能電池板的背面，在戶外環(huán)境下保護太陽能電池組件不受水汽侵蝕，阻礙氧氣防止組件內(nèi)部氧化，具有可靠的絕緣性、阻水性、耐老化性、耐高低溫、耐腐蝕性?？梢苑瓷潢柟?，提高組件轉(zhuǎn)換效率;具有較高的紅外反射率，可以降低組件溫度。

光伏背板的結(jié)構(gòu)如圖1所示，一般分為五層，核心有三層：

(1)外層保護層即耐候?qū)樱?/span>

為了良好的耐候性，一般要求外層材料含氟，PVF和PVDF是眾所周知的兩種耐候性高分子材料，因其內(nèi)部存在的C-F鍵鍵能是485KJ/mol，是有機化合物共價鍵中鍵能最大的。

只有波長小于220nm的光子才能解離C-F鍵，而陽光中這部分光子只占不到5%，而且容易被臭氧層吸收，能到達地面的極少。也有廠家使用THV及ETFE、ECTFE。涂膜結(jié)構(gòu)的PTFE也很常見。

(2)中間層：

起支撐作用，要求能耐高低溫，機械性能要穩(wěn)定，電絕緣性優(yōu)良，抗蠕動性、耐疲勞性、耐摩擦性、尺寸穩(wěn)定性都要好，氣體和蒸汽滲透率要低。一般用改性PET材料。

(3)層壓粘結(jié)層：

未經(jīng)改性的含氟薄膜及PET，與EVA粘結(jié)牢度差，所以需要使用改性的含氟材料或粘結(jié)性強的EVA、PE、PA膜。

圖1 光伏背板的結(jié)構(gòu)

二、光伏背板的分類

按背板的膜分類，可分為三種：

1.涂膠復(fù)合式背板膜

在PET聚酯薄膜兩面復(fù)合氟膜或者EVA膠膜，三層結(jié)構(gòu)。

2.涂覆背板膜

在PET聚酯薄膜兩面涂覆氟樹脂，經(jīng)干燥固化成膜。

3.還有少數(shù)廠家采用交聯(lián)反應(yīng)法，在PET兩面通過交聯(lián)劑反應(yīng)制作復(fù)合膜或EVA膜。

按材料不同分類，背板可分為FPF(以TPT為代表)、KPK、FPE(以TPE為代表)、KPE及多層PET背板、TAPE(T層和P層之間加入鋁層)、TFB(PVF/PET/含氟粘結(jié)層)、KFB(PVDF/PET/含氟粘結(jié)層)、BBF(THV/PET/EVA)、FFC(PET雙面涂改良PTFE)、KPC(PVDF/特殊處理PET)、KPF(蘇州塞伍發(fā)明，氟皮膜技術(shù)，結(jié)構(gòu)是PVDF/PET/氟皮膜)、PPC(特殊處理PET/耐候PET)等。

三、光伏背板中所用的化學(xué)材料

1、PVF

PVF，學(xué)名聚氟乙烯，由氟和氟碳分子的共聚體擠壓而成的共聚物。做PVF薄膜最有名的是美國杜邦公司，杜邦的注冊商標TEDLAR就是現(xiàn)在光伏行業(yè)用的最多的PVF薄膜。TPT或TPE中的T就是指TEDLAR。美中不足的是涂覆薄膜表面較易出現(xiàn)針孔，且薄膜的水汽阻隔能力也較差。另外，PVF材料本身含氟量低，PVF薄膜需要有足夠的厚度來保證其性能。

2、PVDF

PVDF，學(xué)名聚偏氟乙烯，密度是PVF的1.3~1.4倍，分子結(jié)構(gòu)上多一個F，所以比PVF耐候性、阻隔性更好，但是PVDF成型困難，需要加20～30%左右的亞克力增塑劑(如PMMA等丙烯酸類材料)，容易造成局部老化，橫向斷裂伸長率低，且熱老化和濕熱老化后進一步下降變脆，長期戶外應(yīng)力老化下有開裂風(fēng)險。

3、PET

PET即聚對苯二甲酸乙二醇酯，又稱聚酯薄膜，乳白色或淺黃色高度結(jié)晶的聚合物。長期使用溫度可達120℃，短期使用可耐150℃高溫，可耐-70℃低溫。但是在高溫高濕環(huán)境中容易水解，在紫外光下容易發(fā)生光降解反應(yīng)。

4、PE

PE即聚乙烯，由乙烯聚合而成，是應(yīng)用廣泛的高分子材料?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好，吸水性小，電絕緣性能優(yōu)良。

5、EVA

EVA即乙烯-醋酸乙烯共聚物，它的化學(xué)穩(wěn)定性好，吸水性小，高透明，與各種界面均有高粘著力，熔點低、易流動，適用于各種玻璃的夾膠工藝。

6、PA

聚酰胺即尼龍，具有良好的綜合性能，包括力學(xué)性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學(xué)藥品性和自潤滑性，且摩擦系數(shù)低，有一定的阻燃性，易于加工，適于用玻璃纖維和其它填料填充增強改性，提高性能和擴大應(yīng)用范圍。

7、THV(四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物)

THV是美國Dyneon公司在20世紀80年代開發(fā)的一種新型含氟材料，和其他材料復(fù)合成多層結(jié)構(gòu)時，柔韌性非常突出。THV的另一個重要特點是本身容易粘接，無須表面處理就能與其他材料粘接，背板的復(fù)合制作工藝和用硅膠粘貼接線盒都十分簡便，特別適用于對背板要求柔軟的場合。

8、ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)

日本旭硝子株式會社研發(fā)的ETFE薄膜，由原料到薄膜完全自產(chǎn)，具有良好的耐候性和化學(xué)穩(wěn)定性，不過市場用量并不多。

9、ECTFE(乙烯-三氟氯乙烯共聚物)

ECTFE由杜邦公司在1946年開發(fā)成功，是乙烯和三氟氯乙烯1:1的交替共聚物，具有典型的氟塑料的耐化學(xué)腐蝕性能，沒有一種溶劑在120℃下能侵蝕ECTFE或使其應(yīng)力開裂，而且具有很高的耐候性和阻隔性。在商品化光伏電池背板中，有些背板產(chǎn)品就是使用的ECTFE這種材料作為外層的耐候材料。

10、PCTFE(三氟氯乙烯樹脂)、PTFE(聚四氟乙烯)、FEVE(氟乙烯與乙烯基醚共聚物)

采用PCTFE、PTFE、FEVE材料的背板多采用涂覆法制備。背板采用氟碳涂料涂布到PET薄膜上，替代氟塑料薄膜，具有較好的經(jīng)濟性及較短的生產(chǎn)周期。我國也是繼美國、日本之后第三個擁有氟碳涂料合成技術(shù)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的國家。

對主要含氟材料的性能做了個簡單的對比如表1所示。

表1各種含氟材料特性比較

*oxygen index 氧指數(shù)(OI)是指在規(guī)定的條件下，材料在氧氮混合氣流中進行有焰燃燒所需的最低氧濃度。以氧所占的體積百分數(shù)的數(shù)值來表示。氧指數(shù)高表示材料不易燃燒，氧指數(shù)低表示材料容易燃燒。

四、光伏背板的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

由于背板的重要性，組件廠家對背板的測試非常嚴格，即使一線品牌的背板廠家也經(jīng)常會通不過測試。

背板通不過測試的原因主要有DH2000(濕熱老化 85℃，85%濕度，2000小時)失敗、UV測試后黃變、TC200(溫度循環(huán)-40℃至+85℃)失敗、與EVA粘接力低這幾類，具體分類及占比如圖2所示。測試失敗的背板中不乏一線背板廠家的產(chǎn)品。其中DH2000和UV是最容易失敗的兩個測試項目，所以現(xiàn)在的組件廠家對背板透水率及黃化系數(shù)的要求也越來越高了。

圖2 光伏背板測試失敗的原因

五、 光伏背板的發(fā)展趨勢

驅(qū)動光伏背板行業(yè)前進的內(nèi)在動力主要是性能和成本。

從性能看，高要求組件的背板基本是使用含氟材料來保護PET，不同的只是用的氟材料不同。而氟材料是以膜的形式，還是以涂料直接涂在PET上，是PET類背板發(fā)展的兩個主要方向。

從成本看，涂膜成本比覆膜的要低很多，且氟膜技術(shù)主要被國外企業(yè)壟斷，在光伏產(chǎn)品利潤率持續(xù)下降的情況下，涂膜型背板產(chǎn)品的發(fā)展是光伏背板的必由之路。但涂膜背板在粘結(jié)性、穩(wěn)定性方面仍需持續(xù)改善。

背板的最終趨勢應(yīng)該是找到一種耐候性比較好的材料代替PET類背板。

原文始發(fā)于微信公眾號（光伏產(chǎn)業(yè)通）：光伏背板及其所用材料