導讀： 光伏晶硅組件中的背板作為保護電池板和包裝材料的直接屏障，在組件的安全性、長期可靠性和耐久性方面發(fā)揮著*關重要的作用。為了達到保護的目的，背板應具有良好的機械強度和韌性、耐候性、絕緣性、水蒸氣阻隔性、耐腐蝕性和耐風砂磨損性能。

  光伏晶硅組件中的背板作為保護電池板和包裝材料的直接屏障，在組件的安全性、長期可靠性和耐久性方面發(fā)揮著*關重要的作用。為了達到保護的目的，背板應具有良好的機械強度和韌性、耐候性、絕緣性、水蒸氣阻隔性、耐腐蝕性和耐風砂磨損性能。

  這些關鍵性能的實現離不開背板材料。

  自20世紀80年代以來NASA自晶硅組件研究項目完成以來，玻璃前板 EVA 雙面Tedlar? PVF經典復合背板的經典光伏組件封裝結構經過各種氣候條件的實際檢驗，*今仍在使用。其中，特能(Tedlar?) PVF膜作為**具有30多年廣泛戶外業(yè)績驗證的背板材料，也得到了系統開發(fā)商、金融保險等投融資機構的認可，可以為光伏組件提供長期可靠的保護，確保投資回報。

  **的材料需要結合自身的優(yōu)勢和獨特的加工工藝

  由雙面Tedlar? PVF薄膜組成的TPT背板 (Tedlar?/PET聚酯薄膜/Tedlar?)已成為行業(yè)標桿，雖然市場上不斷出現各種山寨產品，但沒有一種能超越其優(yōu)異的產品性能。

  所以問題來了，為什么是聚氟乙烯？(PVF)薄膜?

  首先，聚氟乙烯(PVF)薄膜采用雙向拉伸制造工藝，制備的薄膜在橫向和縱向兩個方向都得到強，機械性能平衡無弱點。PVF薄膜加工溫度和分解溫度接近，要求極高的工藝控制，并且投資巨大，這也是能夠生產的主要原因，從而保證了Tedlar?薄膜產品質量的可靠性和一致性。

  相對而言，聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜主要采用吹膜和流延兩種成型工藝。這兩種成型工藝制備的薄膜縱向拉伸程度不同，但橫向拉伸非常弱甚*不拉伸，導致薄膜橫向機械性能差。另外，PVDF很難成膜，必須添加其他材料-不少于30%PMMA，俗稱亞克力，固有脆性強。 添加亞克力后容易造成PVDF橫向機械性能差的薄膜缺陷主要表現為斷裂伸長率低，一般低于30%。

  為了彌補這一缺陷，一些制造商在配方中添加了彈性體，使這種缺陷PVDF為了達到更高的效果，薄膜在機械性能上產生藕斷絲連的效果，但對實際的戶外耐老化性沒有幫助。另外，由于PVDF薄膜加工難度和門檻相對較低，各工藝、配方和膜結構也不同，導致不同PVDF薄膜性能參差不齊。但很難從外觀或一般成分分析上區(qū)分不同PVDF因此，薄膜監(jiān)管難度大。

  機械性能差容易開裂，嚴重影響組件的安全

  眾所周知，耐候性是背板氟膜*重要的性能，PVDF膜具有橫向斷裂伸長率低的缺陷，在應用中逐漸暴露出來。盡管添加彈性體材料有幫助PVDF在*初的力學性能中，由于拉絲效果顯示出較高的斷裂伸長率，但在輕微老化后，所有這些都是PVDF膜的橫向斷裂伸長率低于10%，基本失去了聚合物材料的韌性，容易開裂。而同樣條件下的PVF薄膜機械性能保持良好，保持率仍在60%以上(如圖1和圖2所示 )。

  圖1 五種不同PVDF薄膜與兩種Tedlar? PVF紫外線老化后500小時和1000小時的橫向斷裂伸長率(紫外線條件:QUVA，1.25W/m2@340nm, 65W/m2 @ 300-400nm, 70oC BPT)

  圖2五種不同PVDF薄膜與兩種Tedlar?濕熱老化500和1000小時后膜的橫向斷裂伸長率比較

  (濕熱條件:85oC, 85%RH)

  PVDF紫外線和濕熱老化后，膜的橫向斷裂伸長率不僅嚴重下降，而且其他如PCT或者耐溫后也會出現同樣的問題。大量的研究文獻和報告表明，這些問題和PVDF薄膜老化時容易產生再結晶，導致其力學性能惡化。

  PVDF膜的橫向脆性導致室外開裂風險高。一旦背板開裂代表絕緣性能故障，很容易造成泄漏、電弧、火災等安全事故，甚*人員和財產損失。圖3在北美戶外使用4年PVDF背板形貌，平均開裂比例約57%，裂紋方向均沿縱向形成。

  圖3 戶外使用4年PVDF背板外層開裂

  值得注意的是，目前除了在實際情況下發(fā)現了很多PVDF除膜背板開裂外，實驗室采用序列老化(Accelerated Sequential Test)也可以模擬PVDF薄膜和背板開裂。研究發(fā)現，經過序列老化后，使用PVDF薄膜背板的小部件和大部件都有微裂紋和縱向裂紋，這在過去的單一老化中是找不到的，但在實際情況下已經得到證實，因此適當的序列老化可以更好地模擬戶外老化的反應。

  圖4 使用PVDF背板的小組件(左)和全尺寸組件(右)在序列老化(DH1000 UV1000 TC200后沿縱向開裂

  耐熱、耐風沙、耐化學品是必不可少的

  氟膜作為背板，還需要具有良好的抗風砂磨損、耐熱性和耐化學性。據了解，目前抗風砂磨損一般采用落砂試驗，標準參考ASTM D968(亦即GB/T2398-2009)在使用沙子時要注意不要超過25次來控制誤差。

  以0.25-0.65mm以標準砂為例，38微米PVF薄膜通常需要250L以上可以落穿，而且PVDF根據薄膜的厚度和工藝，落砂量約為100~250L，即便如此，還是比涂層背板常見的50好L左右落砂量。

  再看耐熱性，PVF薄膜的軟化溫度點為190oC，而PVDF只有150oC左右。對于經常出現熱斑的光伏組件應用，PVF薄膜的耐熱性明顯更有優(yōu)勢。

  與此同時，PVDF薄膜在耐化學性方面也存在問題，在丙酮等溶劑中浸泡試驗(ASTM D543)溶脹容易發(fā)生，但是PVF薄膜不存在這種現象，對各種化學品都有很好的抵抗力。

  以實際情況為準

  近年來，氟含量已成為*有爭議和討論的環(huán)節(jié)。一些制造商說PVDF含氟量為59%，而且PVF只有41%。然而，正確理解這句話的前提是簡單地比較100%PVDF和PVF材料。

  實際上，100%PVDF不能成膜，只能用作涂料。在市場上銷售PVDF薄膜都含有亞克力增塑劑，成膜后的PVDF薄膜的氟含量大大降低。而以PVF制成的Tedlar?薄膜不含其他樹脂成分，實際含氟量為41%。FEVE涂料一種說法說涂料容易被誤解，聲稱氟含量超過70%，但這只是氟樹脂本身的氟含量，不含非氟交聯樹脂等添加劑，實際氟含量低于20%。

  水汽阻隔力：PET層才是關鍵

  從背板的應用來看，氟膜的水蒸氣阻隔性能對背板的整體水蒸氣阻隔性能貢獻不大。背板的水蒸氣阻隔主要由PET提供，PET背板的阻水能力WVTR起決定作用。

  當然，如果一定要比較氟膜之間的水蒸氣滲透率，也有很多實驗數據可供參考。圖5是幾種常見的PVDF薄膜和PVF薄膜的WVTR值。從圖中可以看出，PVDF薄膜WVTR值在50~110之間，兩款Tedlar? PVF薄膜只有35~50，明顯低于PVDF薄膜。

  圖5 常見PVDF薄膜和Tedlar? PVF水蒸氣透過率薄膜 (條件：ASTM F1249， 紅外法;38oC，100%RH)

  雖然以氟膜為主的背板得到了業(yè)界的認可，性能優(yōu)異，但這種氟不是氟。業(yè)內對氟膜材料、加工工藝和背板結構的關鍵作用仍存在諸多誤解。通過各種方法和戶外案例，PVF膜具有優(yōu)異的耐候性、機械性、耐熱性、耐化學品、耐風沙磨損和水蒸氣阻隔性，具有良好的產品一致性和穩(wěn)定性?；谔啬?(Tedlar?)PVF薄膜背板在各種氣候環(huán)境下已經驗證了25年多，市場上其他一些背板材料在短期內出現明顯的開裂、黃色、分層等老化或故障現象，甚*導致部件功率加速衰減和安全風險。

  這些隱患的根源在于材料本身，通過實際案例證明，PVDF除本征橫向力學性能差外，膜還具有紫外、濕熱、PCT或者在低溫老化過程中也發(fā)現，其橫向斷裂伸長率可以降低到5%以下，大大提高了光伏組件在的風險。

  對于光伏投資者來說，降低風險的關鍵是要清楚地了解材料之間的基本差異，選擇*能保證項目投資回報率的材料。

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  藍林笑生