上海海優威電子技術公司 李民

　　一、背景：

　　太陽能光伏發電越來越多的成為我們生活中的一部分，國家十二五計劃把2015年總安裝量設定在15GW，這就預示了我們生活用電的一部分會在不久的將來悄然變為來自太陽能發電。作為太陽能發電的主要部件，光伏組件的質量非常的重要，而光伏組件的壽命與其使用的原料密切相關。在所有的原料中，塑料部件壽命是最短的。所以光伏組件中塑料部件的壽命決定了光伏組件的壽命。在所有塑料部件中，背板無疑是最重要的。

　　背板是所有封裝材料中成本比重最大的部分，由于硅材料價格的迅速降低,其也成為組件成本重要構成之一。背板的成本由其所用的材料所決定，而不同材料的壽命是不同的，是否能滿足組件要求的25年壽命也成為越來越多組件廠和發電用戶所關心的問題。

　　二、背板的各種結構：

　　目前常用的背板有多種結構，可以分為TPT、TPE、PET和涂層四類，具體見下表。

　　一般生產TPT結構的工廠都能生產TPE結構的背板。早期氟塑料主要使用杜邦公司生產的聚氟乙烯薄膜（PVF-Tedlar）。由于聚氟乙烯的供應商非常少，所以目前越來越多的工廠使用聚偏氟乙烯（PVDF）。PET結構的背板最早在日本市場開始使用，其使用耐候性PET替代氟塑料，原因是日本對組件的壽命要求低于國際市場要求的25年，在2008到2009年間由于氟塑料薄膜緊缺而在中國得到使用。氟涂層的背板最早由浙化院開發，使用常溫交聯型的氟塑料涂層涂布于PET上。其從技術原理而言是一種非常有優勢的技術替代方案，但在技術擴散過程中由于成本壓力，常溫交聯型氟涂層被替換成低成本的普通型氟涂料，背板性能顯著下降。只是由于成本價格低，其仍是目前國內生產量最大的國產背板。

　　在各種背板結構中，耐候性最好的無疑是TPT和TPE結構背板，但氟塑料薄膜受供應商少的限制。耐候性其次的是常溫交聯型氟涂層背板。常溫交聯型氟涂料成本較高，此和通常光伏組件廠認為氟涂料背板應低價的觀念有矛盾，同時由于制造商的宣傳不夠導致此類背板盡管質量較好但使用并不廣泛。普通氟涂料涂層背板和PET結構的背板耐候性是最差的，但其低價格對一些組件廠非常有吸引力。目前日本一些公司綜合成本與耐候性的雙方面因素，正在開發在PET結構的背板上涂覆氟涂層的辦法來彌補兩種背板耐候性都差的缺點，這種辦法應該能對該類背板的耐候性有一定的提升。

　　三、背板老化的原因：

　　不同結構背板老化的原因都是塑料的降解，其降解過程按不同結構使用不同塑料而不同。

　　1。氟涂層背板：

　　氟涂料是使用聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯的微小顆粒和基礎樹脂一起分散在溶劑中而形成。使用時將溶劑揮發，氟塑料顆粒和基礎樹脂固化在被保護物表面，基礎樹脂可以交聯也可以不交聯。氟塑料本身以顆粒形式分散在基礎樹脂中，相互不接觸。
　　水汽或紫外線首先攻擊氟塑料顆粒間基礎樹脂，導致其很快降解。基礎樹脂為環氧樹脂、丙烯酸酯樹脂或者是聚氨酯樹脂，其耐候性遠差于氟塑料。其本身是極性樹脂，由于分子鏈較為復雜而樹脂的結晶性低，所以其透水率也較高。水汽會通過涂層中的基礎樹脂和涂層中的細小裂紋攻擊在下層的PET薄膜，而使PET很快降解開裂，而使這類背板在強濕熱老化時開裂嚴重。

　　氟涂料涂層要形成有效的氟塑料層必須燒結，燒結溫度在280至350℃之間，比如氟涂料預涂的鋁板。而且氟涂料只適用于基材是硬的場合中。背板在使用過程中經常被彎折，會導致涂層中生產很多肉眼看不見的微小裂紋，所以實際使用的背板會比小面積用于老化測試的背板更容易老化失效。制造組件時層壓溫度較高時，如發現有少量涂層剝落，說明了背板上的涂層已經產生了很多細小的裂紋。

　　唯一可以常溫交聯的氟塑料涂層是乙烯基醚氟涂料，比如日本旭硝子的Lumifilon。由于其含氟分子主鏈即提供了能溶解于溶劑的基團又提供可以常溫交聯的基團，所以其在常溫下含氟分子鏈可以進行交聯而形成致密的氟膜，是一種非常好的氟薄膜背板的替代方案。

　　2.耐候性PET背板：

　　耐候性PET背板使用一層耐候性的PET替代氟塑料薄膜。PET學名是聚對苯二甲酸乙二醇酯，其在濕熱環境下特別容易降解而分解成酸和醇，而生成的酸會進一步加劇分解的速度。通過添加堿性物質進行封端或中和降解生產的酸可以減緩PET的降解速度，但由于添加劑是消耗性的，所以一段時間以后PET仍然會逐步降解。PET薄膜的透濕性較高，其透濕性是同樣厚度的PVDF薄膜的4至5倍，所以PET型的背板透濕率一般較高。水汽可以透過耐候性PET層攻擊下層的普通PET而導致背板開裂。



　　加速老化實驗中可以看到耐候性PET薄膜性能的下降趨勢。耐候性PET只延緩了老化的過程，與氟塑料的耐候性相比是遠遠不夠的。
　　老化條件：85℃85%濕度

　　日本某些公司在開發氟涂層加耐候性PET的背板綜合兩者的耐候性，性能應該比單獨使用任何一個方式都能有較高的提升。

　　3.氟塑料背板：

　　氟塑料由于其分子鏈中的氟原子大、極性強完美的保護了碳碳分子主鏈，其耐候性、耐腐蝕性是目前塑料中最好的。氟塑料由于分子結構簡單，結晶度高，導致其薄膜的氣密性好，水汽透過率低，能充分保護下層的PET。氟塑料無疑是背板材料最好的選擇。

　　下表為某公司透明PVDF薄膜在美國亞利桑那實驗場實際暴曬后的部分測試結果。薄膜厚度為80微米。

　　不同氟塑料薄膜水汽透過率如下表，測試條件是40℃，95%濕度，100微米。

　　如果不考慮成本因素，僅從性能而言，

　　PVDF、THV和ECTFE薄膜的耐候性和阻隔性更優異一些。

　　四、氟塑料背板、PET背板、氟涂料背板老化對比：

　　使用7.5千瓦的紫外鹵素燈對層壓在光伏玻璃上的不同背板同時進行老化。光照強度為15KW，UVA和UVB的比例為1：1。顏色變化如
　　實驗A為透過玻璃、EVA膠膜測到的變色情況；實驗B為背板變色情況。

　　紫外老化后背板表面完好，肉眼無法發現任何損傷，在靠電池側（膠膜側）的變色非常輕微。所以三種背板在層壓后的靜態情況下，耐紫外線能力類似。

　　使用強高溫高濕老化考察三種背板的耐老化情況。測試條件為129.4℃/1.7大氣壓/96小時。每隔24小時，將試樣從老化箱中取出拍照，情況如下。

　　A：氟涂料背板
　　B：TPE背板（PVDF薄膜）
　　D：PET背板

　　氟涂料背板和PET背板在老化72小時后都發生開裂。通過直接測試耐候性PET薄膜發現，其在老化50小時后物理性能出現明顯的拐點，然后性能迅速下降并在90小時前喪失物理性能而完全粉化。

圖表1老化前背板照片

 

圖表2濕熱老化24小時后背板照片

圖表3濕熱老化48小時后背板照片

圖表4濕熱老化72小時后背板照片

 

圖表5濕熱老化96小時后背板照片

　　綜合各種性能考慮，使用氟塑料薄膜的背板仍然是目前能大規模使用的最合適的太陽能光伏組件材料。

　　由于目前光伏行業進入嚴冬，各個氟塑料薄膜供應商因前期產能擴張過度而導致生產能力過剩，導致氟塑料薄膜價格下降很快，由此引起TPT、TPE型背板的價格隨之下降。其價格與PET背板和氟涂料背板迅速接近，后兩者的價格優勢也不再明顯。同時隨著國產氟塑料薄膜的逐漸投入使用，TPT、TPE型背板仍將繼續作為市場主流得到廣泛應用。 參考技術資料：

1）三菱商社技術資料
2）蘇威公司技術資料
3）海優威電子公司實驗數據