光伏背板是位于光伏組件背面，對(duì)電池片起保護(hù)和支撐作用的重要材料，其性能好壞對(duì)光伏組件的性能以及使用壽命影響很大。為了保證光伏組件長(zhǎng)期可靠性和耐久性，背板應(yīng)具備卓越的耐候性、電氣絕緣性、水蒸氣阻隔性等。
從20世紀(jì)80年代光伏組件的封裝結(jié)構(gòu)定型以來(lái)，以杜邦公司的“Tedlar”聚氟乙烯薄膜（PVF）和PET經(jīng)過(guò)復(fù)合成型的PVF／PET／PVF（簡(jiǎn)稱(chēng)TPT）背板成為光伏背板的首選。
由于PVF薄膜供應(yīng)限制，3M、阿科瑪、蘇威等公司開(kāi)發(fā)出了替代產(chǎn)品，如聚偏氟乙烯膜（PVDF）。
但是以其他氟膜制備的復(fù)合型含氟背板與TPT背板類(lèi)似，基本都是由氟膜／膠粘劑／PET／膠粘劑／氟膜5層結(jié)構(gòu)，其中膠粘劑和PET由于自身分子構(gòu)成的原因，常常存在耐濕熱老化、耐紫外老化性能差的缺點(diǎn)，成為背板的薄弱環(huán)節(jié)，導(dǎo)致背板在使用時(shí)發(fā)生脫層、氣泡，從而導(dǎo)致電池片脫落、移位，電池有效輸出功率下降，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致組件發(fā)生火災(zāi)。
針對(duì)以上問(wèn)題，我國(guó)研究人員開(kāi)展了用氟涂料制備涂覆型含氟背板的研究，中來(lái)、樂(lè)凱等公司都有相關(guān)產(chǎn)品面市。
由于涂覆型含氟背板面市時(shí)間還很短，其對(duì)復(fù)合型含氟背板在實(shí)際使用中的替代性特別是關(guān)鍵性能耐候性的對(duì)比研究較少，雖然有將紫外與濕熱老化進(jìn)行結(jié)合的實(shí)驗(yàn)室快速對(duì)比方法報(bào)道，但是其并未對(duì)背板材料進(jìn)行明確說(shuō)明，供業(yè)內(nèi)直接參考的可能性較小。
本研究采用光伏行業(yè)常用的紫外、濕熱、HAST實(shí)驗(yàn)，著重對(duì)自制涂覆型含氟背板（背板A）、市售復(fù)合型TPT含氟背板（背板B）、市售涂覆型含氟背板（背板C）的耐候性進(jìn)行對(duì)比研究。
實(shí)驗(yàn)用背板樣品情況見(jiàn)表1。
表1 實(shí)驗(yàn)用背板樣品
紫外光老化試驗(yàn)機(jī)（LRHS－UVN），上海林頻儀器股份有限公司；紫外輻照計(jì)（UVMETEr），德國(guó)WAldMANN公司；濕熱老化試驗(yàn)箱（DN－54），百年測(cè)試設(shè)備（東莞）有限公司；高加速濕熱試驗(yàn)機(jī)（PC－422R8），日本HIrAYAMA公司；臺(tái)式色差計(jì)（SC－80C），北京康光儀器有限公司；電子掃描顯微鏡（ΣIGMAHV－01－043），德國(guó)CArlZEISSSMT。
根據(jù)IEC61215中10.13的要求，溫度（85±2）℃、相對(duì)濕度（85±5）%。
根據(jù)IEC61215中10.10的要求，溫度（60±5）℃，波長(zhǎng)280～385NM的輻照量≥15KWH／M2，其中，波長(zhǎng)280～320NM的輻照量≥5KWH／M2。
截面樣品的制樣方法為切割，斷面噴金150S；掃秒加速電壓為20KV。表面樣品直接在表面噴金150S；掃秒加速電壓為30KV。
按ASTMD3359—08規(guī)定進(jìn)行，在百格刀劃格后，再用3M600測(cè)試膠帶進(jìn)行粘貼測(cè)試，根據(jù)涂層剝離程度進(jìn)行等級(jí)判斷。
一般來(lái)說(shuō)，黃變指數(shù)變化值ΔYI越大，說(shuō)明材料耐環(huán)境老化性能越差。紫外后背板黃變指數(shù)變化見(jiàn)表2。
表2 紫外老化后背板黃變指數(shù)變化
從表2可以看出，經(jīng)過(guò)紫外光輻照，背板A的ΔYI（0.47）最小，背板C的ΔYI最大（4.37），并且超過(guò)3。背板A和背板C的黃變指數(shù)在老化后變大，背板B反之（與濕熱老化后現(xiàn)象一致，下文一同分析）。
根據(jù)GB／T31034—2014，復(fù)合型背板的層間附著力采用GB／T2790—1995，而涂覆型背板采用GB／T9286—1998。在本研究中，為了直觀地將復(fù)合型背板和涂覆型背板進(jìn)行對(duì)比，采用ASTMD3359—08標(biāo)準(zhǔn)。紫外老化后，背板的層間附著力變化見(jiàn)表3。
表3 紫外老化后背板層間附著力變化
可以看出，經(jīng)紫外老化后，3種背板的層間附著力都沒(méi)有明顯變化。
從圖中可以看出，經(jīng)過(guò)紫外老化后，背板A表面變化不大，背板B表面顆粒變多、粒徑增大，背板C表面凹坑變多。
這可能是背板A采用的FEVE樹(shù)脂，是氟烯烴和烷基乙烯基醚共聚得到的氟碳樹(shù)脂，其C—F鍵能很強(qiáng)，而且氟碳樹(shù)脂結(jié)構(gòu)交替，氟乙烯結(jié)構(gòu)單元保護(hù)了易氧化的乙烯基結(jié)構(gòu)單元，因此，背板A的耐紫外老化性能優(yōu)異。
背板B的PVF膜在拉伸工藝中，使用較多的助劑，經(jīng)紫外老化后，助劑發(fā)生分解、揮發(fā)等改變，造成氟膜收縮、表面塌陷，導(dǎo)致膜中的顏填料等顆粒凸出膜面。
背板C所用的FEVE樹(shù)脂可能氟原子含量較少，樹(shù)脂結(jié)構(gòu)不夠規(guī)整，導(dǎo)致其比背板A更易遭紫外光破壞。
背板黃變指數(shù)變化值ΔYI隨濕熱老化時(shí)間的變化見(jiàn)圖2。
圖2 背板黃變指數(shù)變化值ΔYI隨濕熱老化時(shí)間的變化圖
從圖2可以看出，背板A、背板C的ΔYI隨著濕熱時(shí)間延長(zhǎng)而增大。背板B隨著時(shí)間延長(zhǎng)而減小。
這和張曉東等的研究一致，他們認(rèn)為是濕熱環(huán)境應(yīng)力促使TPT背板中的TIO2向表面遷移析出，導(dǎo)致背板黃變指數(shù)降低，而TIO2的遷移析出速度先大后小，導(dǎo)致黃變指數(shù)變化值也是先大后小。
我們認(rèn)為，背板B中包裹TIO2的氟膜發(fā)生了收縮、粉化及部分脫落等變化，導(dǎo)致TIO2等顆粒狀的無(wú)機(jī)顏填料大量裸露，而TIO2的白度很高，從而使YI比老化前更?。ㄗ贤饫匣蟮默F(xiàn)象一致）。
ΔYI隨著濕熱老化的進(jìn)行逐漸減小的原因，可能是氟膜的收縮、粉化脫落等進(jìn)程先快后慢，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，樹(shù)脂YI增大，導(dǎo)致整體ΔYI減小。
濕熱1000H時(shí)，背板A的ΔYI最小（2.25），背板C次之（3.4）、背板B最大（3.8）。2000H時(shí)，背板C最大（5.89），背板B次之（3.5），背板A最?。?.12）。在2000H內(nèi)，背板A的耐濕熱老化黃變性能優(yōu)于背板B、背板C。
在濕熱老化1000H及2000H后，背板的層間附著力見(jiàn)表4。
表4 濕熱老化前后背板層間附著力變化
從表4中可以看出，濕熱1000H，背板A、背板C的層間附著力仍為5B，背板B則降至1B。
濕熱2000H，背板A仍為5B，背板C劃格邊緣有些許脫落，附著力降至4B，背板B脫落面積很大，附著力降至0B。這主要是背板B的膠粘層經(jīng)濕熱老化后，附著力降低明顯，這也正是復(fù)合型含氟背板的弊病之一。
對(duì)比圖3（A）和圖1（A），濕熱老化2000H，背板A表面變化不大。對(duì)比圖3（B）和圖1（C），背板B表面顆粒增多、平整度大大下降。
這可能是背板B中的助劑發(fā)生揮發(fā)、流失、分解等變化，造成氟膜收縮、表面塌陷，導(dǎo)致膜中的顏填料等顆粒凸出膜面。對(duì)比圖3（C）、圖1（E）、圖1（F），可以看出背板C對(duì)紫外光更敏感，而溫濕度對(duì)其的影響稍弱。
無(wú)論是復(fù)合型還是涂覆型含氟背板，表層氟樹(shù)脂耐候性都比較強(qiáng)，背板耐候的薄弱部分主要是PET以及PET和含氟層的結(jié)合層（復(fù)合型）。因此又考察了老化后背板截面微觀變化（見(jiàn)圖4）。
對(duì)比圖4（A）、圖4（B）、圖4（C）、圖4（d），濕熱2000H，背板A的含氟層-PET-含氟層結(jié)構(gòu)緊密，含氟層結(jié)構(gòu)致密、顆粒分散均勻，PET層沒(méi)有出現(xiàn)脆裂等情況。
對(duì)比圖4（E）、圖4（F）、圖4（G）、圖4（H），老化后背板B含氟層出現(xiàn)明顯脫層，PET發(fā)生脆裂，含氟層內(nèi)部出現(xiàn)很多孔隙。對(duì)比圖4（I）、圖4（J）、圖4（K）、圖4（l），背板C在濕熱后，雖然含氟層變化不明顯，也沒(méi)有發(fā)生明顯脫層，但是PET也出現(xiàn)脆裂，這主要是PET在濕熱老化條件下發(fā)生水解。
HAST前后背板的黃變指數(shù)變化見(jiàn)表5。
表5 HAST 48H背板黃變指數(shù)變化
從上表可以看出，背板A的耐黃變性能最好，背板C的最差。背板B的黃變指數(shù)也在HAST后的變小，和紫外、濕熱老化實(shí)驗(yàn)中的規(guī)律一致。
HAST前后背板層間附著力變化見(jiàn)表6。
表6 HAST 48H背板層間附著力變化
從表6可以看出，HAST48H后，背板層間附著力都有下降，其中背板A和背板C下降較少，背板B下降最大，而且背板B的PET層有明顯粉化現(xiàn)象。HAST比雙85濕熱更苛刻，因此對(duì)PET的水解進(jìn)一步增強(qiáng)，背板性能降低也更明顯。
對(duì)比圖5（A）和圖1（A）、圖5（B）和圖1（C）、圖5（C）和圖1（E），3種背板在HAST后表面顆粒增多，其中背板B和背板C顆粒明顯增多，背板C的表面有明顯凹坑。
對(duì)比圖5（A）和圖4（A），圖5（B）和圖4（E），圖5（C）和圖4（I），3種背板在HAST后，PET都出現(xiàn)了脆裂，背板B還出現(xiàn)了明顯脫層。
紫外老化后，背板的層間附著力基本無(wú)變化；背板A的ΔYI最小，背板C最大；SEM表明，背板B表面顆粒數(shù)量增多、粒徑增大，背板C表面出現(xiàn)凹坑。
背板A、背板C的ΔYI隨濕熱時(shí)間延長(zhǎng)而增大，背板B反之；在2000H內(nèi)，背板A的耐濕熱黃變性能優(yōu)于背板B、背板C。SEM表明，背板B表面顆粒增多，含氟層和PET出現(xiàn)脫層，PET發(fā)生脆裂。背板C的PET也出現(xiàn)脆裂。
HAST48H，背板A的耐黃變性能最好，背板C最差。層間附著力背板A和背板C下降較少，背板B下降最大，而且背板B的PET層有明顯脆裂粉化現(xiàn)象。SEM表明背板B顆粒數(shù)量明顯增多、明顯脫層，背板C表面出現(xiàn)顆粒、氣孔。3種背板PET層都出現(xiàn)了脆裂。
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