前 言

  太陽能電池背板內(nèi)層 (EVA表面) 和外層 (空氣表面) 。外層因直接接觸外部環(huán)境而受到廣泛關(guān)注，因此背板制造商往往選擇耐候性優(yōu)良的材料，如氟膜或氟涂層作為背板的外層，更典型的是杜邦Tedlar由薄膜或氟樹脂制成的氟碳涂層，以防止外部環(huán)境對基材和電池板的侵蝕。背板內(nèi)層的重要性往往容易被忽視，因?yàn)樗恢苯咏佑|外部世界。然而，實(shí)際情況是，內(nèi)層的外部損傷不容忽視。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，一年內(nèi)照射到組件表面的紫外線輻射量約為91.7kWh/m2.大約10%的紫外線可以通過前玻璃和封裝材料EVA到達(dá)背板內(nèi)層后，背板內(nèi)層25年內(nèi)紫外輻射量約為91.7x10%x25=229.25 kWh/m2.這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過3倍IEC45 標(biāo)準(zhǔn)要求kWh/m2的輻射量表明，背板內(nèi)層的性能，特別是抗紫外線性能，不容忽視，否則會給終端電站的使用壽命帶來很大的風(fēng)險！光伏組件的設(shè)計壽命為25年，因此，有必要系統(tǒng)地闡述這個問題。從而回答什么樣的背板內(nèi)層才是真正經(jīng)得起考驗(yàn)的含氟內(nèi)層的根本問題。因此有必要就這一問題進(jìn)行系統(tǒng)的闡述。從而回答”什么樣的背板內(nèi)層才是真正的、經(jīng)得起考驗(yàn)的含氟內(nèi)層”這一根本問題。

  反應(yīng)氟和非反應(yīng)氟

  類似于背板的外層材料，用于背板內(nèi)層的氟材料可分為反應(yīng)性氟材料和非反應(yīng)性氟材料。前者是指大分子側(cè)鏈中的活性基團(tuán)，如羥基 (-OH) (圖1)因此，氟材料可以通過化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)入背板內(nèi)層并固定在基材表面。反應(yīng)氟材料廣泛應(yīng)用于涂層背板，特別是在等離子體增強(qiáng)的涂層技術(shù)中，反應(yīng)氟材料通過固化劑牢牢固定在背板內(nèi)層。

  非反應(yīng)性氟材料是指整個大分子中不含任何反應(yīng)活性基團(tuán)，如常見的PTFE，PVDF和PVF它們都是非反應(yīng)性氟材料 （圖2）。由于分子鏈中沒有活性基團(tuán)，非反應(yīng)性氟材料只能以填料的形式添加到涂料中，或與其他膜材料混合，然后通過涂層技術(shù)或粘合復(fù)合技術(shù)將非反應(yīng)性氟材料引入背板內(nèi)層。這種氟材料的形式將對涂層或膜材料的性能產(chǎn)生重大影響，*終決定背板內(nèi)層的可靠性。

  氟材料在背板內(nèi)層的存在形式及其對背板性能的影響

  由于反應(yīng)氟材料料和非反應(yīng)性氟材料的結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)入背板內(nèi)層的形式也不同，導(dǎo)致背板內(nèi)層的存在形式不同，*終決定了背板的可靠性。由于活性基團(tuán)的存在，反應(yīng)性氟材料可以在固化劑的作用下交聯(lián)固化，并與PET基材表面化學(xué)鍵連接，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 (圖3) 。這種交聯(lián)結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，耐酸堿、耐紫外線，不會發(fā)生材料的蠕變、遷移和降解。PET它具有長期的保護(hù)作用。這種背板是中來股份的FFC涂層背板是*典型的。背板采用四氟樹脂作為反應(yīng)氟材料，采用等離子體增強(qiáng)表面涂層技術(shù)，將反應(yīng)氟材料牢牢固定在背板內(nèi)層和基材上PET背板表面性能優(yōu)異，可靠性高。紫外線高溫高濕試驗(yàn)后，F(xiàn)FC涂層背板無涂層脫落、粉化、開裂現(xiàn)象，室外試驗(yàn)10年以上，充分證明了其穩(wěn)定性和可靠性。

  相反，由于沒有活性基團(tuán)，非反應(yīng)性氟材料只能以惰性填料的形式存在于背板內(nèi)層（圖4）。從示意圖可以看出，缺乏化學(xué)鍵會蠕變和遷移非反應(yīng)性氟材料，導(dǎo)致非反應(yīng)性氟材料與主要材料之間的微相分離，導(dǎo)致背板內(nèi)層粉化開裂，使基材PET直接暴露在紫外線照射下，嚴(yán)重影響背板的整體性能。此外，再加上非反應(yīng)氟材料與其他材料的相容性，非反應(yīng)氟材料的添加量非常低，不能長期保護(hù)背板的基材。目前，這種背板在市場上使用XPO和XPM*典型的是，這類背板通常采用復(fù)合背板的典型三明治結(jié)構(gòu)，外層采用PVDF膜，中間層PET內(nèi)層是聚烯烴和氟材料的混合物。內(nèi)層被命名為含氟物O膜或者M(jìn)膜，不同于過去的純聚烯烴膜，即PE或PO膜。

  XPO和XPM以聚烯烴/氟材料共混物為背板內(nèi)層的類型背板的想法實(shí)際上是取代上一代產(chǎn)品，即純聚烯烴PE或PO為內(nèi)層，PVDF膜為外層和PET背板是基材。聚烯烴是背板內(nèi)層的優(yōu)點(diǎn)EVA附著力大。然而，聚烯烴耐紫外線性差，使背板內(nèi)層迅速暴露在紫外線濕熱老化（圖5）中。在高溫、高濕度和紫外線照射下，內(nèi)層PO膜和PE膜很快就會開裂和粉碎，這是由聚烯烴的結(jié)構(gòu)決定的，這是不可避免的。制造商估計也意識到了這個問題，為了提高聚烯烴的耐候性，所以他們想嘗試改性聚烯烴，并引入某些氟材料來制備所謂的M膜或O膜，因?yàn)樗麄円仓离p面氟背板具有優(yōu)異的耐候性是行業(yè)共識。然而，由于添加的氟材料是非反應(yīng)氟材料，其成型方法只能是簡單的機(jī)械混合，加上氟材料和聚烯烴的相容性很差，所謂的氟材料不僅含氟量低，而且添加的氟材料在聚烯烴中有微分離，這是一種松散的結(jié)構(gòu)，非交聯(lián)分布狀態(tài)，在外部條件下很容易** 加速蠕變和遷移，對背板內(nèi)層的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。具體來說，背板內(nèi)層在高溫、高濕度和紫外線照射下容易粉化、發(fā)黃和開裂（圖6），嚴(yán)重威脅組件的發(fā)電效果。

  此外，非反應(yīng)性氟材料與聚烯烴的相容性差，使其添加量不僅限制在很小的范圍內(nèi)，導(dǎo)致背板內(nèi)層含氟量低 (圖7、圖8)，氟材料分布不均勻(0.00-1.06%)在某些地方，氟含量實(shí)際上是0！很難想象背板基材中氟含量如此低，氟分布如此不均勻PET起到保護(hù)作用。紫外線的破壞通常從氟含量為0的地方開始，然后逐步擴(kuò)展到氟含量上升的梯度。O膜和M低氟含量和氟材料分布不均勻的膜材料不符合組件長期可靠性的要求。

  以反應(yīng)性氟材料為主體FFC涂層背板的情況完全不同。涂層中的反應(yīng)氟材料是主要材料，與其他材料沒有相容性。氟的含量不僅可以保持在更高的水平(~20%)(圖9)，分布均勻。更重要的是，氟材料可以以固化交聯(lián)的形式導(dǎo)入背板內(nèi)層并固定。這種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)是對的PET基材的保護(hù)是完全可靠的。在實(shí)驗(yàn)表面，涂層能有效阻擋紫外線通過 (圖10)PET起到保護(hù)作用。

  結(jié) 語

  可見把O膜或M薄膜被稱為氟化物薄膜是不科學(xué)和不負(fù)責(zé)任的，因?yàn)樗鼘?yán)重誤導(dǎo)組件制造商和終端電站的投資者，大大降低他們的投資回報，甚*失去他們的錢，這也給已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的背板市場帶來了混亂。作為氟碳背板的***，我們有責(zé)任揭露和曝光這種邊緣球的行為，目的是恢復(fù)真正的氟碳背板和氟背板的本質(zhì)，為背板應(yīng)用商提供科學(xué)的基礎(chǔ)，選擇和識別性能優(yōu)異的氟背板。沉積物并不可怕，大浪淘沙看黃金，真正性能優(yōu)異的氟碳背板/氟背板時間和應(yīng)用環(huán)境的考驗(yàn)，值得組件制造商和電站投資者的信賴。