不同结构背板的比较

一．背景 随着太阳能产业的发展， 各种相关部件也越来越多的成为业界热议的话题。 在太阳能电 池组件中背板一直是除硅片以外最重要的材料。 各个背板供应商推出了不同结构的背板， 给 太阳能电池组件厂带来了如何选择的问题。 不同结构背板的使用了不同的材料， 性能也各有 千秋。针对太阳能电池的不同要求，了解清楚各种背板的优缺点是非常重要的。 二．各种结构的背板 背板可以按是否使用氟材料和如何使用氟材料而大致分为双层氟薄膜结构、 单层氟薄膜 结构、无氟结构。
双层氟薄膜结构的背板 PVF/PET/PVF 和 PVF/PET/PVF/Primer 结构最为常见，即为 TPT 结构。目前所有其它结构 的背板均以此结构为比较的样板，并以其数 据为标准数据。没有处理过的 PVF 和 EVA 的粘 接力一般在 23-25 牛顿/厘米，而合适的表面处理后能达到 60 牛顿以上。Primer 指底涂，用 以增强背 板和 EVA 的粘接性。但要注意的是部分底涂在紫外线照射下会黄变，而被误以为 是 EVA 的黄变。 该结构的背板由于在太阳能电池发展的早期大量的见于会议和各 种论文集， 所以该结构没有专利保护。任何有专门技术的工厂，均能生产该结构的背板。 东洋铝业和海优威使用的 PVDF 薄膜均为单层结构，耐候性好，对水气的阻隔能力非常 强。而有些公司使用的 PVDF 薄膜其实为 PVDF 和 PMMA 或 PMMA/PVDF 合金的复合膜。由 于 PVDF 的密度是 PVF 的 1.3-1.4 倍，在分子结构上多一个氟原子，所以比 PVF 更致密、更耐候、阻隔性更好。 纯 PVDF 薄膜的透水率只有同等厚度的 PVF 薄膜的 1/5 左右，所以通 常情况下使用 PVDF 薄膜的厚度可以比 PVF 薄。但如果在 PVDF 中加入大量的 PMMA 后，水 气渗透率会大幅上升。东洋铝业生产的 PVDF/PET/PVDF/PO 结构中的 PO（聚烯烃）层的目的 是为了增加对 EVA 的粘接。 海优威的 PVDF 表面已做过表面处理， EVA 的粘接效果良好。 与 在上述 5 中结构中，ECTFE 的水气阻隔能力是最强的，但成本也最高。 四．单层氟薄膜结构的背板 由于在双层氟薄膜结构的背板中朝向电池片一侧的氟材料不接触外界， 所需的耐候性要 求不高， 所以可以使用其它更便宜的材料替代。 美国的 Madico 公司和 3M 公司选择使用 EVA 替代一层氟塑料。Madico 公司是最早开发出此结构：以 PVF 为耐候层、另一层使用 EVA。 Madico 将该结构在多年前即申请 了专利。国内某些公司开发类似的产品时，如使用 PVF 薄 膜就应注意是否侵权。3M 的结构中 EVA 厚度较厚，所以背板比较软。 东洋铝业和海优威公司选择使用聚烯烃替代一层氟塑料。 东洋铝业的背板在结构中加入 了真空溅射氧化硅的 PET 层以增强背板的隔水性。但由于 PVDF 薄膜本身 的隔水性就非常 优异， 所以该层结构有性能过剩之嫌。 海优威公司生产的背板中有一款产品的聚烯烃层熔融 温度大于 140℃。需要加热背板以达到预先收缩的太阳 能组件厂可以使用该款产品替代双 层氟薄膜的背板以降低成本。海优威已将该结构和使用聚烯烃替代一层 PVDF 的结构申请专 利保护。 使用单层结构背板的电池组件厂应注意一般背板厂商在聚烯烃中是否加入抗黄变添加 剂。如果不加，该层聚烯烃在紫外线照射下非常容易黄变。尽管这种黄变基本不 影响电池 片的效率，对电池组件的外观不利。 五．氟碳涂料 由于早期杜邦公司不对中国国内的工厂销售 PVF 薄膜， 所以国内的一些机构尝试使用氟 碳涂料替代 PVF 薄膜生产背板的方法。通常所说的四氟材料聚四氟乙烯 （PTFE）的涂料和 PVDF 的涂料均要高温烧结， 并不适合使用在熔融温度只有 250-260℃的 PET 薄膜上。 一些号 称能室温成膜的氟碳涂料大量使用了 环氧树脂或氟原子被接枝在支链上，所以并没有非常 好的耐候性。目前真正能室温固化的氟碳涂料只有 FEVE 涂料，但也应仔细考察其在 PET 表 面能否真正成为 完整的膜结构以及漆膜是否会在运输和使用中开裂。 六．无氟结构 无氟结构的背板的主要生产商均为日本公司， 意大利某公司目前也在推广类似产品。 前 几年在背板紧缺时期，由于无法采购到使用氟薄膜的背板，国内使用较多的无 氟的背板。 无氟结构的背板中最为关键的材料是最外层的抗水解 PET 薄膜。PET 是聚酯，因有苯环结构 而有较好的抗紫外线能力，但因有酯基而非常容易水解以 至丧失性能。日本公司背板的外 层均使用抗水解的 PET， 一般厚度为 50μ 。 所谓抗水解是通过提高 PET 的分子量或添加助剂， 使聚酯分子链两端残余的羧酸基 被封闭而减慢其水解的速度。羧酸基是造成水解的主要因 素。酯基由羧酸基和醇基反应得到，此反应是可逆反应，羧酸基又对反应起催化作用。由于 在水解过程中羧 酸基的含量会越来越多，所以一旦起封闭作用的添加剂消耗完毕，水解速 度会快速上升使 PET 的分子链断裂而丧失物理性能。 抗水解 PET 薄膜必须保证在 1000 小时 的高温高湿老化后的性能仍能满足背板的基本性能。 无氟结构的背板的朝电池片的一侧，有些公司使用 PET、有些公司使用聚烯烃。如使用 PET， 其和 EVA 的粘接力一般在 30 牛顿/厘米以下。 如要提高粘接 力， 需要对 PET 进行处理， 最好使用底涂。如使用聚烯烃，和 EVA 的粘接力一般能达到 60 牛顿以上。 国内一些工厂生产的普通 PET 薄膜和聚烯烃复合的背板， 基本没有耐候性， 室外使用中 PET 会迅速降解，只能使用于玩具等产品上。如使用在太阳能电池板上， 将存在非常大的 质量风险。
七．其它结构 在国际上，许多个人和公司申请了大量的背板专利。有的是使用 PBT、PTT、PEN、PC 替代背板的 PET， 目的是增加阻隔性或提高耐候性。 有的使用不同 的氧化物 （AlxOy、 SiOx） 的、 不同的沉积方法 （物理法、 化学法） 制成的 PET 薄膜， 以进一步提高背板的水气阻隔性。 还有一些公司尝试在背板中使用 聚酰亚胺薄膜、 液晶高分子薄膜， 以达到一些特殊的目的。 更有的公司开发了使用氟塑料和 PP 或 PE 直接复合的背板， 以达到节省成本的目的。 但以上 的各种背板 目前还未成为主流产品， 太阳能组件厂主要使用的还是前述的双层氟薄膜背板、 单层氟薄膜背板和无氟结构的背板。 八．结论 随着太阳能电池的越来越的被使用， 如何降低背板的成本将成为一个大的趋势。 各种新 结构的背板将更多的出现在市场上，这将给广大的组件厂商更多的选择余地和 降低成本的 机会，也将进一步推进太阳能电池使用的普及。