摘 要：背板是光伏組件的重要組成部件，本研究通過對(duì)不同類型背板技術(shù)、生產(chǎn)及綜合環(huán)境測(cè)試情況的介紹，重點(diǎn)分析了不同類型背板的發(fā)展過程及優(yōu)缺點(diǎn)，不同背板生產(chǎn)技術(shù)的對(duì)比、背板測(cè)試技術(shù)的要點(diǎn)及未來可能提升的關(guān)鍵， 綜合對(duì)比顯示中等表面能四氟型太陽(yáng)電池雙面涂氟型背板技術(shù)（FFC）及其產(chǎn)品具有明顯優(yōu)勢(shì)，雙面涂氟技術(shù)已發(fā)展成為太陽(yáng)電池背板主流技術(shù)。 提出了針對(duì)太陽(yáng)能光伏應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)出符合光伏組件復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境要求下的含氟樹脂及涂料的要求，認(rèn)為涂氟型太陽(yáng)電池背板功能化、平臺(tái)化將是未來組件及背板發(fā)展的主流趨勢(shì)。

太陽(yáng)能光伏組件主要由 玻璃蓋板、乙烯－醋酸乙烯共聚物（EVA） 、 電池片、 背板、 接線盒和邊框等組成。由于背板對(duì)電池片起支撐和保護(hù)作用，且背板作為直接與外界自 然環(huán)境大面積接觸的封裝材料，其性能直接決定了光伏組件的發(fā)電效率和使用壽命， 背板必 須具備優(yōu)異的絕緣性、水汽阻隔性和耐候性等， 因此背板生產(chǎn)及測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步對(duì)太陽(yáng)能光伏組件的影響十分重要。

１ 背板類型

現(xiàn)有的背板主要是以聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）為基板， 在其單面或雙面復(fù)合或涂覆具有功能性的氟材料，從而使背板具有良好阻隔、耐候及絕緣性能，不同類型背板其功能性差異較大，因此選擇價(jià)格合理、性能優(yōu)良的背板對(duì)組件廠商生產(chǎn)合格、性能優(yōu)良的太陽(yáng)能光伏組件就顯得尤為關(guān)鍵。圖1為不同類型背板市場(chǎng)應(yīng)用變化趨勢(shì)。

1、1含氟復(fù)合型背板

含氟復(fù)合型背板現(xiàn)主要有TPT、KPK、TPE和KPE這4種類型。 其中T是指美國(guó)杜邦的 聚氟乙 烯（PVF） 薄膜，P指 PET 基材，K為聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜，E為EVA。 含氟復(fù)合型背板是在背板的單面（TPE和KPE） 或雙面（TPT 和KPK） 復(fù)合氟膜， 屬于第1代背板。 因成本壓力，2008年以后，TPT、KPK內(nèi) 層用聚乙烯（PE）/EVA 等非氟材料替代， 制成單面含氟復(fù)膜背板， 稱之為TPE 和KPE， 該類型背板受光面為不含氟膜，用其他烯烴聚合物或PE、EVA等材料替代，但這些材料在使用過程中很容易在紫外等環(huán)境下分解，組件背板進(jìn)行加速 UV老化測(cè)試， 并通過金相顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn) KPE ／TPE 內(nèi)層E層（E 為EVA 層） 有明顯的微裂紋（如圖 2） ，組件背板很快出現(xiàn)變黃、脆化等老化現(xiàn)象，嚴(yán)重影響組件的長(zhǎng)期發(fā)電效率，雖然單面含氟背板具有成本上的優(yōu)勢(shì)，但由于其自 身固有的缺陷，其很難適合組件封裝長(zhǎng)期使用需要。

1、2不含氟背板

迫于成本壓力，2011-2013 年背板材料出 現(xiàn)以強(qiáng)化PET 取代 TPE ／KPE 外層耐候氟膜的背板。 強(qiáng)化 PET 采用在PET 表面修飾、添加助劑或者其他改性的方法來改善PET 的耐UV性能， 但由 于PET 分子鏈中含有大量的酯基， 其與水直接接觸易產(chǎn)生水增塑， 導(dǎo)致PET分子鏈降解， 同時(shí)PET 在直接應(yīng)用中結(jié)晶度會(huì)增加， 使材料變脆， 耐沖擊性降低。 另外， 在濕氣環(huán)境下， 溫度升高、紫外輻射和熱循環(huán)作用下PET分解更加迅速， 物理機(jī)械性能急劇下降。 因 此基于PET材料自 身的缺陷， 不含氟背板并不能滿足復(fù)雜自然環(huán)境下組件應(yīng)用要求。 試驗(yàn)樣品PET 在 65 ℃ ， 相對(duì)濕度 65％的條件下， 用超強(qiáng)紫外（SUV） 氙燈輻照60ｋＷｈ 后， 對(duì)其進(jìn)行500倍金相顯微鏡拍攝照片，結(jié)果見圖3。

1.3含氟復(fù)涂型背板

為了解決雙面含氟背板的成本壓力， 同時(shí)又避免單面含氟背板存在的固有缺陷， 近年來很多背板廠家開始生產(chǎn)一面復(fù)合氟膜， 另一面涂覆含氟涂料的復(fù)涂型背板， 如TFB結(jié)構(gòu)背板（ 從空氣面至粘結(jié)面依次為杜邦 Ｔｅｄｌａｒ PVF膜、 膠粘劑層、PET基材層、 等離子體化學(xué)結(jié)合層、 含氟粘結(jié)保護(hù)層組成的 5層復(fù)合材料） 和KFB結(jié)構(gòu)背板（ 同TFB結(jié)構(gòu)背板， 空氣面保護(hù)層為PVDF氟膜） ， 這種類型背板迎合了客戶 對(duì)傳統(tǒng)雙面氟膜背板的習(xí) 慣性， 且與傳統(tǒng)TPT背板相比具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)， 屬于第1.5代背板。

1.4含氟涂覆型背板

雙面含氟涂覆型背板是未來主要應(yīng)用的背板形式之一， 屬于第2代背板技術(shù)， 其主要是在PET雙面涂覆含氟涂料實(shí)現(xiàn)背板的功能化。 本研究通過膜膠一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了該類型背板（FFC） 生產(chǎn)的突破，其與傳統(tǒng)背板光濕熱性能的對(duì)比結(jié)果見表1。

表1給出 了層壓件（ 即背板、EVA、玻璃 150℃ ，20ｍｉｎ 通過層壓機(jī)熱壓后制成的模擬測(cè)試樣件） 和背板的相關(guān)黃變參數(shù)。

從表1可見， ＦＦＣ 技術(shù)制成的雙面涂氟型背板及其層壓件在SUV1000 ＭＪ ／ｍ２抗UV 老化試驗(yàn)中， 黃變指數(shù)小， 沒有出 現(xiàn)明顯的黃變； 金相顯微鏡圖片顯示 ＦＦＣ 表面沒有出現(xiàn)微裂紋（見圖5） 。

本研究 FFC雙面涂覆技術(shù)是利用等離子體技術(shù)對(duì)PET進(jìn)行活化處理， 雙面涂覆FFC涂料， 實(shí)現(xiàn)了FFC涂料與PET 基材間的一體化， 通過化學(xué)方法解決了物理界面問題。 另外， 對(duì)含氟涂層進(jìn)行等離子體化學(xué)接枝處理， 形成共價(jià)鍵， 解決了背板與EVA間的長(zhǎng)期粘結(jié)性難題。 對(duì)FFC背板橫截面進(jìn)行掃描電鏡分析， 結(jié)果見圖 6。 圖中 A和B均為涂氟層， 中間為PET層。

因此， 雙面涂氟技術(shù)作為背板的第2代技術(shù)， 既滿足了環(huán)境對(duì)背板雙面耐候性的要求， 又解決了傳統(tǒng)背板依賴膠粘劑從而出現(xiàn)性能短板的缺陷， 在長(zhǎng)期使用可靠性上具有較大優(yōu)勢(shì)， 涂覆技術(shù)作為背板功能化的技術(shù)平臺(tái)更有利于新型功能化背板的加速研制。

1.5導(dǎo)電型背板

導(dǎo)電型背板是未來發(fā)展的一種新型背板， 其主要是為了滿足太陽(yáng)能電池將正、負(fù)極轉(zhuǎn)移到電池背面，形成背 接觸電 池 ［ 金屬 層 穿 孔 卷繞 硅 太陽(yáng) 能 電 池（ ＭＷＴ） 、發(fā)射極環(huán)繞穿通硅太陽(yáng)能電池（EWT） 和交錯(cuò)板接觸太陽(yáng)能電池（IBC）而開發(fā)的導(dǎo)電型背板，提高組件的發(fā)電效率。 該類型背板由 于含有導(dǎo)電金屬箔， 且需要對(duì)金屬箔進(jìn)行激光刻蝕或化學(xué)腐蝕， 工藝過程復(fù)雜、生產(chǎn)效率低且成本高， 現(xiàn)有的技術(shù)還不能根本解決這些問題， 該類型背板還處于研究、開發(fā)、試生產(chǎn)階段， 在市場(chǎng)上還不具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)， 需要技術(shù)的進(jìn)一步突破。

2背板的生產(chǎn)技術(shù)

各類型背板的生產(chǎn)技術(shù)主要包括復(fù)合技術(shù)、涂覆技術(shù)和熔融共擠技術(shù)等， 當(dāng)前主要以復(fù)合技術(shù)和涂覆技術(shù)為主。

2.1復(fù)合技術(shù)

復(fù)合型背板生產(chǎn)技術(shù)主要是在PET基材上涂膠， 經(jīng)烘烤溶劑揮發(fā)， 再將氟膜與PET通過膠粘劑進(jìn)行復(fù)合， 然后進(jìn)行3-5ｄ 的熟化， 得到復(fù)合型背板， 工藝流程見圖7。

２、２FFC涂覆技術(shù)

蘇州 中來作為涂覆型背板生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)的代表企業(yè)， 通過對(duì)PET雙面進(jìn)行等離子體刻蝕活化處理，然后涂覆含氟涂料， 通過微波固化、等離子體接枝處理工藝， 實(shí)現(xiàn)了膠膜一體化， 提高了背板與EVA的粘結(jié)強(qiáng)度， 制成涂覆型背板， 工藝流程見圖8。

3背板測(cè)試技術(shù)

如何保障太陽(yáng) 電池組件在戶 外高效、 穩(wěn)定地運(yùn)行， 除組件自 身基于國(guó)際電工委會(huì)員（IEC）各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試外， 背板作為電池的重要保護(hù)支撐材料， 其老化對(duì)組件性能變化具有重要的影響， 因而近幾年來在背板的IEC、 國(guó)標(biāo)、 行標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)和針對(duì)性的測(cè)試方法上做了大量研究， 并已經(jīng)形成了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、方法的報(bào)批稿和草案。 背板測(cè)試技術(shù)對(duì)背板質(zhì)量好壞具有反饋?zhàn)饔茫?引導(dǎo)、改進(jìn)背板相關(guān)研發(fā)及生產(chǎn)技術(shù)， 因而背板測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展與測(cè)試水平的高低對(duì)提高背板質(zhì)量和組件質(zhì)量都具有十分重要的意義。

現(xiàn)有背板測(cè)試技術(shù)的要求是根據(jù)組件失效的可能影響因素來制定的， 且基于組件IEC標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)國(guó)標(biāo)、行標(biāo)及差異化的環(huán)境適用性測(cè)定。 如 何快速、高效、準(zhǔn)確測(cè)試背板的絕緣性、耐候性、安全性、可靠性， 對(duì)背板生產(chǎn)廠家和組件生產(chǎn)廠家都非常重要，目 前主要包括層間附著力、與EVA粘接強(qiáng)度、擊穿電壓強(qiáng)度、局部放電電壓、水蒸氣透過率、耐沸水性、耐濕熱老化性、耐UV、濕凍、熱循環(huán)、耐酸、耐堿及耐鹽霧等 27個(gè)測(cè)試項(xiàng)目 及其組合測(cè)試序列。

根據(jù)組件的失效和可能使用的場(chǎng)合， 未來的背板測(cè)試技術(shù)將會(huì)拓展到更廣的領(lǐng)域， 特別是各種差異化的復(fù)雜環(huán)境下對(duì)于背板、組件性能和發(fā)電效率的影響方面。 因此， 開發(fā)具有功率、發(fā)電效率增溢型功能性、耐候性、阻燃性和長(zhǎng)期可靠性的太陽(yáng)能光伏用雙面涂氟型背板， 是今后太陽(yáng)能背板廠家所需要研究和關(guān)注的新課題， 其新型氟樹脂、氟涂料的開發(fā)不僅推動(dòng)了背板技術(shù)、質(zhì)量的提高， 同時(shí)也使背板成為組件功能性實(shí)現(xiàn)的重要平臺(tái)之一， 為差異化的組件系統(tǒng)提供技術(shù)保障。

４ 結(jié) 語(yǔ)

隨著我國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展， 光伏組件及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)也在高速集聚化發(fā)展， 背板從傳統(tǒng)一代技術(shù)的單一功能向二代、三代背板技術(shù)的多功能、平臺(tái)化的方向發(fā)展， 背板技術(shù)也從國(guó)外往國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)移， 經(jīng)過技術(shù)與實(shí)踐驗(yàn)證， 以PET為基板的雙面含氟背板作為太陽(yáng)電池保護(hù)和支撐的重要材料仍將是主流并持續(xù)應(yīng)用， 如何在太陽(yáng)能電池背板產(chǎn)業(yè)中創(chuàng)新的應(yīng)用氟材料， 需要繼續(xù)研究探討下列幾方面問題。

（1） 背板已經(jīng)跨入了涂氟時(shí)代， 含氟涂覆技術(shù)工

藝改進(jìn)優(yōu)化研究。

（2）5大典型氣候復(fù)合條件下， 如高耐UV加濕熱

復(fù)合條件，發(fā)電組件氟材料耐老化性能優(yōu)化的研究。

（3） 消除氟材料與不同材料界面問題的研究。

（4） 氟材料阻燃性、阻隔性提升研究。

（5） 開發(fā)適合太陽(yáng)能光伏應(yīng)用條件需要的氟樹脂、氟涂料， 賦予更多功能化。

總之， 隨著太陽(yáng)能電池背板材料的技術(shù)平臺(tái)不斷擴(kuò)大、優(yōu)化， 太陽(yáng)電池背板占據(jù)組件背面的最大面積也將發(fā)揮出巨大的功能作用。 氟材料的創(chuàng)新應(yīng)用、背板多功能化以及如何改進(jìn)背板的生產(chǎn)和測(cè)試技術(shù)等將是今后研發(fā)的重要課題。

（本文來源《涂料工業(yè)》，作者來自蘇州中來光伏新材股份有限公司：夏文進(jìn)、唐 鄧、章 博、張育政、 林建偉）