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技术干货光伏背板全方位解析2016-09-22 导读太阳能电池背板也称为太阳能电池背板膜、光伏背板、光伏背板膜、太阳能背板。广泛应用于太阳能电池光伏组件，位于太阳能电池板的背面，在户外环境下保护太阳能电池组件不受水汽侵蚀，阻碍氧气防止组件内部氧化，具有可靠的绝缘性、阻水性、耐老化性、耐高低温、耐腐蚀性。本文将为您初步介绍光伏背板的分类、使用的材料、性能及光伏背板的发展趋势。1 光伏背板的概念及结构太阳能电池背板也称为太阳能电池背板膜、光伏背板、光伏背板膜、太阳能背板。广泛应用于太阳能电池光伏组件，位于太阳能电池板的背面，在户外环境下保护太阳能电池组件不受水汽侵蚀，阻碍氧气防止组件内部氧化，具有可靠的绝缘性、阻水性、耐老化性、耐高低温、耐腐蚀性。可以反射阳光，提高组件转换效率 ; 具有较高的红外反射率，可以降低组件温度。光伏背板的结构如图 1 所示，一般分为五层，核心有三层1 外层保护层即耐候层为了良好的耐候性，一般要求外层材料含氟， PVF和 PVDF是众所周知的两种耐候性高分子材料，因其内部存在的 C-F 键键能是 485KJ/mol ，是有机化合物共价键中键能最大的。只有波长小于 220nm的光子才能解离 C-F 键，而阳光中这部分光子只占不到 5，而且容易被臭氧层吸收，能到达地面的极少。也有厂家使用 THV及 ETFE、ECTFE。涂膜结构的 PTFE也很常见。2 中间层起支撑作用，要求能耐高低温，机械性能要稳定，电绝缘性优良，抗蠕动性、耐疲劳性、耐摩擦性、尺寸稳定性都要好，气体和蒸汽渗透率要低。一般用改性 PET材料。3 层压粘结层未经改性的含氟薄膜及 PET，与 EVA粘结牢度差，所以需要使用改性的含氟材料或粘结性强的 EVA、PE、 PA膜。2 光伏背板的分类按背板的膜分类，可分为三种一种为涂胶复合式背板膜，在 PET聚酯薄膜两面复合氟膜或者 EVA胶膜，三层结构。一种为涂覆背板膜，在 PET聚酯薄膜两面涂覆氟树脂，经干燥固化成膜。还有少数厂家采用交联反应法，在 PET两面通过交联剂反应制作复合膜或 EVA膜。按材料不同分类，背板可分为 FPF以 TPT为代表、 KPK、FPE以 TPE为代表、 KPE及多层 PET背板、 TAPET层和 P层之间加入铝层、 TFBPVF/PET/含氟粘结层、KFBPVDF/PET/含氟粘结层、 BBFTHV/PET/EVA、 FFCPET双面涂改良 PTFE、 KPCPVDF/特殊处理 PET、 KPF苏州塞伍发明，氟皮膜技术，结构是 PVDF/PET/氟皮膜、 PPC特殊处理 PET/耐候 PET等。3 光伏背板中所用的化学材料1、 PVF PVF，学名聚氟乙烯，由氟和氟碳分子的共聚体挤压而成的共聚物。做 PVF薄膜最有名的是美国杜邦公司，杜邦的注册商标 TEDLAR就是现在光伏行业用的最多的 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较易出现针孔，且薄膜的水汽阻隔能力也较差。另外， PVF材料本身含氟量低， PVF薄膜需要有足够的厚度来保证其性能。2、 PVDF PVDF，学名聚偏氟乙烯，是目前含氟材料中产量排名第二的大产品。做 PVDF最出名的是法国阿科玛公司，阿科玛的注册商标 KYNAR就是现在光伏行业做背板最多的 PVDF薄膜， KPE或 KPK中的 K 就是指 KYNAR。其他著名的品牌有韩国 SKC、日本吴羽、东洋铝业，国内生产商主要有海优威公司、杭州福膜、佛塑。PVDF的密度是 PVF的 1.31.4 倍，分子结构上多一个 F，所以比 PVF耐候性、阻隔性更好，但是 PVDF成型困难，需要加 20～ 30左右的亚克力增塑剂如 PMMA等丙烯酸类材料，容易造成局部老化，横向断裂伸长率低，且热老化和湿热老化后进一步下降变脆，长期户外应力老化下有开裂风险。3、 PET PET即聚对苯二甲酸乙二醇酯，又称聚酯薄膜，乳白色或浅黄色高度结晶的聚合物。长期使用温度可达 120℃，短期使用可耐 150℃高温，可耐 -70 ℃低温。但是在高温高湿环境中容易水解，在紫外光下容易发生光降解反应。4、 PE PE即聚乙烯，由乙烯聚合而成，是应用广泛的高分子材料。化学稳定性好，吸水性小，电绝缘性能优良。5、 EVA EVA即乙烯 - 醋酸乙烯共聚物，它的化学稳定性好，吸水性小，高透明，与各种界面均有高粘着力，熔点低、易流动，适用于各种玻璃的夹胶工艺。6、 PA 聚酰胺即尼龙，具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工，适于用玻璃纤维和其它填料填充增强改性，提高性能和扩大应用范围。此类背板常见的有奥地利的老牌背板公司 Isovoltaic 以及在市场上开始有动作的背板企业索拉菲斯。7、 THV四氟乙烯 - 六氟丙烯 - 偏氟乙烯共聚物 THV是美国 Dyneon 公司在 20 世纪 80 年代开发的一种新型含氟材料，应用在 3M公司的 BBFTHV/PET/EVA背板上，也是目前唯一的生产厂家，现 Dyneon 公司已作为 3M的子公司开始运作。 THV是目前市场中最柔软的氟塑料，当和其他材料复合成多层结构时，柔韧性非常突出。 THV的另一个重要特点是本身容易粘接，无须表面处理就能与其他材料粘接，背板的复合制作工艺和用硅胶粘贴接线盒都十分简便，特别适用于对背板要求柔软的场合。8、 ETFE乙烯 - 四氟乙烯共聚物日本旭硝子株式会社研发的 ETFE薄膜，由原料到薄膜完全自产，具有良好的耐候性和化学稳定性，不过市场用量并不多，国内背板生产企业，如乐凯公司，有在批量使用。9、 ECTFE乙烯 - 三氟氯乙烯共聚物 ECTFE由杜邦公司在 1946 年开发成功，目前商品化的产品只有苏威等极少数公司能提供。 ECTFE是乙烯和三氟氯乙烯 11 的交替共聚物，具有典型的氟塑料的耐化学腐蚀性能，没有一种溶剂在 120℃下能侵蚀 ECTFE或使其应力开裂，而且具有很高的耐候性和阻隔性。在商品化光伏电池背板中，美国的霍尼韦尔公司生产的 PowerShield3W 背板产品就是使用的 ECTFE这种材料作为外层的耐候材料。10、 PCTFE三氟氯乙烯树脂、 PTFE聚四氟乙烯、 FEVE氟乙烯与乙烯基醚共聚物采用 PCTFE、 PTFE、 FEVE材料的背板多采用涂覆法制备，大部分由国内江浙一带企业生产。背板采用氟碳涂料涂布到PET薄膜上，替代氟塑料薄膜，具有较好的经济性及较短的生产周期。我国也是继美国、日本之后第三个拥有氟碳涂料合成技术并实现产业化的国家。对主要含氟材料的性能做了个简单的对比如表 1 所示。表 1 各种含氟材料特性比较*oxygen index 氧指数 OI 是指在规定的条件下，材料在氧氮混合气流中进行有焰燃烧所需的最低氧浓度。以氧所占的体积百分数的数值来表示。氧指数高表示材料不易燃烧，氧指数低表示材料容易燃烧。4 光伏背板的关键技术参数由于背板的重要性，组件厂家对背板的测试非常严格，即使一线品牌的背板厂家也经常会通不过测试。以中盛光电的多年积累的检测数据为例，背板通不过测试的原因主要有 DH2000湿热老化 85 ℃， 85湿度， 2000 小时失败、 UV测试后黄变、 TC200温度循环 -40 ℃至 85℃ 失败、与 EVA粘接力低这几类，具体分类及占比如图 2 所示。测试失败的背板中不乏一线背板厂家的产品。其中 DH2000和 UV是最容易失败的两个测试项目，所以现在的组件厂家对背板透水率及黄化系数的要求也越来越高了。图 2 光伏背板测试失败的原因5 光伏背板的主要生产企业及其产品表 2 光伏背板的主要生产企业及其产品6 光伏背板的发展趋势驱动光伏背板行业前进的内在动力主要是性能和成本。从性能看，高要求组件的背板基本是使用含氟材料来保护 PET，不同的只是用的氟材料不同。而氟材料是以膜的形式，还是以涂料直接涂在 PET上，是 PET类背板发展的两个主要方向。从成本看，涂膜成本比覆膜的要低很多，且氟膜技术主要被国外企业垄断，在光伏产品利润率持续下降的情况下，涂膜型背板产品的发展是光伏背板的必由之路。但涂膜背板在粘结性、稳定性方面仍需持续改善。背板的最终趋势应该是找到一种耐候性比较好的材料代替 PET类背板。（源自索比光伏网）