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光伏背板现状和发展趋势 fpe2001怎么不能用了

睿知经验知识

光伏电池是由玻璃、EVA、硅片、背板组成，按照玻璃—EVA—电池片—EVA—背板的结构封装构成 ， 其中背板位于光伏电池背面的最外层 ， 是光伏电池重要组成部分，不仅起到封装的作用，同时还起到保证光伏电池不受到环境影响的作用 ， 确保光伏电池的使用寿命 。本文将对太阳能电池背板材料、结构的现状以及发展趋势作一回顾和分析 。
1、光伏背板的类型及优缺点
按照光伏电池背板整体结构划分，可将光伏电池背板划分为FPF，FPE ， 全PET与PET／聚烯烃结构 。其中F为含氟薄膜；P为双向拉伸工艺制备的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜（即PET薄膜）；E为乙烯－醋酸乙烯（即EVA）；聚烯烃指各种以碳碳结构为主链的塑料 。这些结构层之间使用胶粘剂进行粘合，通过复合工艺制备成型 。最早的光伏电池背板采用TPT结构 ， 即Tedlar／PET／Tedlar结构 ， 其中Tedlar为杜邦公司所生产的PVF（聚氟乙烯）薄膜 ， 以杜邦公司的Tedlar为基材的背板主导了大部分的光伏背板市场 ， 第一款进入光伏市场的产品为PVF2001，目前杜邦公司的Tedlar产品已经开发出第三代 。按照光伏电池背板所采用的薄膜材质区分，可以将背板划分为Tedlar背板、含氟背板、PET背板与其他一些采用如PE材质的背板产品 。
1.1. Tedlar系列
Tedlar结构的背板被称为经典的背板结构，已成为国内外太阳能电池组件厂首选背板类型 。PVF膜的结构稳定、耐环境变化 ， 但是薄膜表面较易出现针孔，薄膜的水汽阻隔能力较差 。同时PVF材料本身含氟量小 ， 所以PVF薄膜需要有足够的厚度来保证其性能 。不过PVF是所有氟材料中成本最低的，非常适合作为大规模推广应用的太阳能光伏背板材料 。
【光伏背板现状和发展趋势 fpe2001怎么不能用了】1.2. 含氟背板
在杜邦公司Tedlar产能有限的情况下 ， 光伏电池背板生产企业也采用了其他材质的薄膜来代替Tedlar薄膜生产背板 。
1）PVDF（聚偏氟乙烯）　此类薄膜的生产商主要有法国的阿科玛公司，韩国SKC等 。PVDF是使用量第二大的氟塑料，其熔点和分解点相差大，可以使用热塑性塑料加工方法进行加工 。PVDF较成熟的制膜技术是使用吹膜的方法 。阿克玛公司拥有专门应用于吹膜的高融体强度级别PVDF树脂 ， 能吹出厚度仅5μｍ的薄膜 。PVDF中常加入聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为增塑剂以提高其成膜性，加入PMMA后的PVDF的在熔融状态下更容易成膜 。国内的一些高校如北京化工等在这方面已做了较多的研究 。但PVDF加入PMMA后会影响薄膜的抗老化性能，澳大利亚Leoben大学对采用不同氟塑料薄膜的背板老化结果进行了研究，发现含PMMA（10％～20％）的PVDF薄膜经过1000～2000h湿热老化后薄膜破损严重 。欧洲一家公司在中国大力推广其生产的PVDF薄膜，尽管该公司提供的数据表明耐候性良好，但从红外图谱发现该薄膜含有大量的PMMA的成分；该薄膜为三层结构，特别是中间层PMMA—PVDF合金中的PMMA含量，甚至大大超过PVDF含量，所以该产品的实际耐候性如何 ， 需要时间考验 。
海优威公司使用与欧洲某化学品公司开发的太阳能电池背板用PVDF薄膜生产背板 。该PVDF薄膜由PVDF、无机颜料和功能性添加剂组成，为单层结构，整个薄膜内外材料均一，白色薄膜能百分之百遮蔽紫外线，经2000h的紫外老化测试，薄膜的老化性能下降可以忽略不计，其他性能完全可以满足光伏电池背板对氟塑料薄膜的各种要求 。
2）THV（四氟乙烯－六氟丙烯－偏氟乙烯共聚物）　美国3M公司的BBF背板采用THV含氟薄膜 。THV是美国Dyneon公司在20世纪80年代开发 ， 也是目前唯一的生产厂家 。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 。
3）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，目前还处于试用阶段，尚未达到规模化应用 。
4）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公司提供 。ECTFE是乙烯和三氟氯乙烯1:1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，ECTFE是最好的耐候层的材料 。
5）PTFE（聚四氟乙烯）、FEVE（氟乙烯与乙烯基醚的共聚物）　PTFE背板多采用涂覆法制备，大部分由国内企业生产 。由于前几年太阳能电池背板需求旺盛，国外公司均不对中国供应氟塑料薄膜，所以国内开发了其他国家不生产的使用涂料的背板 ， 背板采用氟碳涂料涂布到PET薄膜上，替代氟塑料薄膜 。
由于PTFE涂覆型背板在实际使用中会出现许多问题，如涂覆PET表面后涂料层易形成针孔，影响水汽阻隔率；涂层之间容易形成反粘，同时还存在粘结强度不够、多层涂布遇到的层间附着问题和涂层开裂等问题 。因此 ， 目前实际应用依然以复合型背板为主 。
6）PET背板　此类背板多采用经过特殊处理的PET，多层复合而成，多见于日本公司生产的产品 。
1.3. 其他类型背板
如PE系列，我国许多小厂采用PE作为背板材质，用在小光伏组件上，生产光伏灯具等 。
各个氟塑料薄膜对水汽的阻隔能力不同，其中以ECTFE为最优 。使用同样厚度为100μｍ的薄膜 ， 在气温40℃和湿度95％的条件下，PVF每天每平米的水汽透过率超过10～20g，PVDF为2g左右，而常用的PET不超过10g 。据多数供应商提供的数据 ， 采用氟塑料薄膜和PET薄膜复合成的背板，其水汽阻隔性能小于2g 。表1为各种氟材料的特性 。
名称熔点/℃分解温度/℃氧指数PVF190-23022041/HBPVDF165-17035043/V 。THV120-22544065-67/V 。ECTFE235-245≥30052/V 。ETFE250-270≥30056/V 。表1各种氟材料特性
2、光伏电池背板的性能测试
一款合格的背板需要具有与EVA良好的粘接性、电气绝缘性、防水防湿和耐侯性等功能，产品必须经过剥离强度、水汽透过率、热收缩率、绝缘性能测定和经过耐老化、湿热、湿冻和热循环试验合格后方能使用 。
剥离强度主要由电子拉力机来进行测试，而热收缩率则是在真空烘箱内进行，主要是测定背板的力学性能 。
水蒸气渗透率是衡量背板性能好坏的重要指标之一，若背板阻隔水蒸气渗透的性能不良，则空气中的湿气（尤其是阴雨天）会透过背板进入到电池板内侧，水蒸气的渗透还会影响到EVA的粘结性能 ， 导致背板与EVA脱离，进而使更多湿气直接接触电池片而使电池片被氧化 。其测试原理为将试验薄膜隔成两个独立的气流系统，一侧为具有稳定相对湿度的氮气流，并随着干燥的氮气流流向红外检定传感器，测量出氮气中水蒸气透过率 。红外线检定法在整个实验过程中全自动测定，不破坏扩散和渗透的平衡，结果准确可靠，同时由于红外检定法检测传感器的高灵敏度，因而可以在短时间内测量高阻隔性的材料 。
耐老化测试、湿热测试、湿冻测试、热循环试验在紫外光加速老化试验箱与恒温恒湿老化箱中进行 。背板不仅起到阻隔水汽的作用，还要在自然环境内保证自身的耐候性 。
由于背板的结构为多层复合，所以在自然环境中经过长时间的使用后，保持其各层性能与粘结层的效果十分重要 。依据IEC标准 ， 光伏电池背板必须进行耐紫外老化、双85、湿冻等试验，测试其耐老化性能 。
绝缘测试、击穿电压测试、最大系统电压测试是针对光伏电池背板的电性能作出的专业测试，主要采用介电击穿电压测试仪、绝缘测试仪、电压测试机等仪器进行测试 ， 根据ASTM与IEC标准来检测其性能指标是否达标 。
表2为目前国内一些背板企业所生产的光伏电池背板性能参数 。
背板类型厚度与EVA剥离强度水蒸气透过率击穿电压强度耐湿热老化复合型（PVF）350≥40≤3.0≥17无黄变复合型（PVDF）330≥80≤1.0≥50无黄变涂覆型背板180≥45≤2.0≥85无黄变表2光伏电池背板性能参数
3、光伏背板的国内外现状和发展趋势
目前国外最大的光伏电池背板供应商Isovolta大部分产品为PVF与PET的复合体，同时也提供非PVF与增加铝层的产品 。其他的如美国盾膜、德国AugustKrempelSoehne、韩国SFC、日本Toppan等较大的光伏电池背板供应商，也都是供应以杜邦Tedlar为基材的产品 。由于能够取代Tedlar的材料较少，所以目前众多的组件厂依然以选用以杜邦Tedlar为基材的背板产品为主 。虽然大部分背板生产商都希望使用Tedlar，但是由于杜邦公司的Tedlar供应有限 ， 所以一些背板生产厂开始致力于开发新的不含Tedlar的背板材料，希望降低背板的价格，同时减少对于Tedlar的依赖 。
德国的Bayer材料科学集团采用聚碳酸酯的混合物来作为背板材料；美国的BiosolarInc.则是采用菎麻子为原料生产光伏电池背板材料；日本一些公司则采用经过特殊处理的三层PET复合制造光伏电池背板 。
我国的企业中，台虹采用杜邦Tedlar基材料生产背板，而江苏汇通、苏州赛伍等其他采用复合法制备背板的企业，因为杜邦Tedlar供应紧张而采用Arkema等公司生产的PVDF或者其他的含氟材料 。
由于复合法制备光伏电池背板比较困难，国内一些企业改用涂覆法生产光伏电池背板，也取得了一定的成果 。涂覆型背板多采用氟碳涂料，涂覆于PET之上，形成氟层 ， 由于氟碳涂料优越的性能 ， 使得涂覆型的光伏电池背板同样具有较好的抗环境老化的效果 。国内的苏州中来、杭州帆度、哈氟龙、联合新材、福斯特等公司皆采用涂覆法制备光伏电池背板 。
无论复合法制备光伏电池背板所采用的氟膜，还是涂覆法制备光伏电池背板所使用的氟碳涂料 ， 所用原料大多从国外进口，价格高且供货不稳 。尤其是受到国外企业专利技术的制约，使得国内没有相关的替代产品，不得不受到国外氟化工企业的制约 。
4、结语
目前，国外的光伏电池背板产品占据了我国市场的大部分份额，作为国产背板生产企业 ， 提高自身产品的科技含量、开发具有自主知识产权的产品，提高市场竞争力，实现可持续发展是摆在当前急需解决的问题 。全球生产背板的企业日益增多，同时许多塑料相关行业的企业也计划投入到光伏背板生产行业，未来2—3年将会有更多的企业投产背板，背板产品的竞争将会越来越激烈，因此聚氟乙烯薄膜或其他含氟薄膜的国产化至关重要 。
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