太陽能取之不盡用之不竭，作為最重要的清潔能源太陽能越來越受到人們的重視。隨著光伏平價上網腳步的日益臨近，產業鏈各個環節都有著降本提效的巨大壓力，作為太陽能組件最重要的封裝材料-太陽能電池背板也面臨巨大壓力。目前市場上的太陽能電池背板種類繁多，設計壽命一般為25年，滿足組件生命周期的使用需求。從總體上來說，背板主要分為復合、涂覆及其他三種類型。

復合型太陽能電池背板以中間層PET聚酯薄膜為基礎在內外側通過膠黏劑貼合含氟薄膜制得（部分廠家為降低成本內層也會選用非氟E層），所用含氟薄膜主要分為兩大類，一類是PVF薄膜（簡稱T膜），又名聚氟乙烯薄膜，另一類是PVDF薄膜（簡稱K膜），即聚偏氟乙烯薄膜。涂覆型太陽能電池背板也是以中間層PET聚酯薄膜為基礎在內外層涂覆含氟樹脂涂料制得，其無需膠黏劑與復合型背板相比具有生產周期短、性價比高等特點。其他類型的背板主要是以聚酰胺（俗稱尼龍）為材料通過共擠工藝制得。背板內外層材料選擇使用含氟薄膜或含氟樹脂涂層業內已有共識，但并不是所有氟材料都有長期的戶外實際使用經驗，目前經過25年以上戶外實際驗證的氟材料只有美國杜邦公司的Tedlar® PVF含氟薄膜以及日本大金公司的Zeffle四氟樹脂。PVDF薄膜雖然也是含氟材料，但戶外實際應用年限較短，且目前能批量生產PVDF薄膜廠家的產品性能表現參差不齊，主要表現為結構、厚度、配方不同以及其原材料PVDF和亞克力來源不同，使其在戶外使用中存在較大不確定性。

PVDF薄膜的由來

在光伏行業起步的前些年，光伏背板材料端一直是杜邦的Tedlar® PVF薄膜（簡稱T膜）占據了市場的主流，各大終端、組件廠也是在這個時候認識了T膜這種材料，并且也在實際的產品中大規模應用。由于杜邦T膜的產能限制，相應背板產品滿足不了市場快速擴張的需求，另外杜邦T膜產品售價較高，促使行業開始探索尋求一款低成本的含氟薄膜替代杜邦T膜，這就給了PVDF薄膜一個發展的良好窗口期，2009年左右，法國阿科瑪公司開發了三層結構的Kynar® PVDF薄膜（簡稱K膜），并注冊商標KPK®，其產品定價低于杜邦T膜產品，產能也快速擴張，業內客戶逐漸接受并開始采用此K膜產品，但由于三層結構的PVDF制作工藝較為復雜，成本仍然高于市場預期，于是工藝更為簡單的單層PVDF薄膜應需而生，同樣簡稱為K膜，成本隨工藝簡化大幅降低，受市場擴張及低成本需求影響，韓國，日本地區幾家公司迅速加入到單層K膜的生產行列并占領了部分細分市場。時間來到2014年，中國部分企業察覺商機也紛紛加入到單層K膜生產行列，以更低的價格博取市場的青睞，但由于質量還無法達到進口K膜水平，遲遲未被市場普遍接受，僅受限應用于小型項目或冒充進口K膜被采用。截止2016年底K膜類復合背板整體市占率接近50%，憑借低廉的價格K膜也成為重要的背板復合材料之一。

PVDF薄膜的配方及工藝

PVDF是目前使用量第二大的氟塑料，PVDF顆粒自身難以成膜，如若要把PVDF顆粒制成薄膜必須添加其他材料—30%左右的聚甲基丙烯酸甲酯（簡稱PMMA，俗稱亞克力）作為增塑劑以提高其成膜性，加入PMMA后的PVDF在熔融狀態下更容易成膜。關于PVDF薄膜的成膜工藝市場上以吹膜和流延兩種成型工藝為主，這兩種工藝在食品、藥品、日用品等包裝材料上有較為成熟的生產經驗，因此操作難度與工藝控制相對簡單。

PVDF薄膜的性能隱患

1.斷裂伸長率

PVDF中加入大量PMMA后會影響薄膜的抗老化性能，主要表現為斷裂伸長率低，一般低于30%。為了彌補這個缺陷，個別廠家在配方中添加彈性體以達到更高的測試結果。通過這兩種成型工藝制備的薄膜在縱向有不同程度的拉伸，但在橫向的拉伸都很弱或甚至沒有拉伸，造成薄膜橫向機械性能均較差，這也是目前為止PVDF薄膜從根本上較難解決的問題，面臨著巨大的開裂風險。如下圖1、圖2摘自杜邦（中國）研發中心論文《光伏背板加速老化測試方法研究及相關國內外標準進展》。



 圖1：PVDF薄膜濕熱老化前后機械性能變化



 圖2：戶外使用4年的PVDF背板外層開裂形貌

2.結構與厚度

法國阿科瑪公司研發生產的三層K膜產品標稱厚度為30um, 韓國和日本為主進口的單層K膜產品標稱厚度為25um, 隨著市場降本需求日趨激烈，K膜廠家紛紛降低產品厚度，三層K膜降至25um，單層K膜降至20um, 有個別廠家甚至降至15-18um。結構和厚度的變化差異勢必會導致PVDF薄膜本身性能不穩定和在太陽能電池組件端應用的一系列問題， 同樣到背板生產復合端也會出現K膜開裂和針孔等一系列生產問題。


 
圖3：不同供應商生產PVDF氟膜結構和厚度

3.配方

從圖3可以看出不同廠家在PVDF薄膜結構上有不同的厚度，層數，材料用量，但是統一的是都加了大量的亞克力。常規K膜配方采用70%PVDF加30%亞克力，PVDF遠遠高于亞克力的價格， 除采取減薄降本之外，減少PVDF含量并相應增加亞克力含量也是隱形降本方法之一，使用方不會每批次檢測成分，從而不易察覺。據某權威結構檢測，某些K膜廠家配方比例已經實際變為各50%含量，亞克力含量超過30%后，K膜的耐候性能會大幅降低，K膜的耐候性能要求PCT等級達到96小時以上，而很多K膜的實際耐候等級已經降至PCT 72小時以下，更有甚者達不到PCT 48小時。迫于價格下行壓力，K膜廠商勢必進一步調整配方比例并更換PVDF與亞克力供應商，尋求更低成本的原材料來源。

結語：

2016年以來隨著光伏行業成本下行壓力PVDF薄膜國產化呼聲越來越強烈，國內部分一線組件大廠已經開始把國產PVDF薄膜錄入合格供應商BOM, 但仍有質量要求較為嚴格的部分一線組件大廠堅持使用進口PVDF薄膜，并愿意付出稍高的成本（進口與國內PVDF薄膜價差在1元/平米左右）堅守質量底限。光伏市場瞬息萬變，唯一不變的是業內同仁對降低度電成本的不懈努力。如今PVDF薄膜隨著結構、厚度和配方的不斷變化已然不是之前的PVDF薄膜，唯一保留的也就是PVDF薄膜的名稱而已，質量一降再降的PVDF薄膜如何應對25年要求不變的質保期？度電成本的測算以及電站投資收益也逐漸停留在草稿上難以實際兌現。對于光伏電站投資者而言，測算項目收益的前提是選擇最能保障其項目投資收益率的材料，安全可靠基礎上的降本才是真降本，優選具有長期戶外實證并堅持品質不變的材料才是電站投資回報的最大保證。