PVDF紫外透过率对背板老化的研究—回天—黄欢

PVDF膜 紫外透过率影响因素及其对于背板耐 紫外老化能力的影响 回天集团技术中心 黄欢博士 40年千锤百炼，回天更可靠更安全！ 2017.4.20 目 录 一 、背景 二、 PVDF膜紫外透过率的影响因素 三、 PVDF膜紫外透过率对于背板耐紫外老化的影响 四、结论与建议 ■ PVDF：优异的耐候性、优异的耐腐蚀性 文献： Lefebvre A. A ., ect., Photovoltaic Specialist Conference, 2015: 1-5 无氟背板 PVDF膜背板 ■ PVDF：优异的加工性能 熔点 170℃ 、分解温度 316℃ ，加工中不易发生分解； 而 PVF，熔点 190℃ 、分解温度 210℃ ，无法熔融加工。 一、研究背景介绍 ■ PVDF：燃烧自熄性 抗拉模量 =1.4-2.1GPa；抗弯模量 =1.38-2.24GPa。 抗蠕变、硬度高；抗拉强度 =28-41MPa。 ■ PVDF：优异耐热性 ■ PVDF：优异的机械性能 长期使用温度可达 150℃ 。 ■ PVDF光伏薄膜近几年得到迅猛发展 PVF膜 ——1961年开始商业化， 1980s开始应用于光伏组件。 PVDF膜 ——2000s规模应用于光伏组件。 全球光伏 PVDF膜生产企业 10家左右。 一、研究背景介绍 ■ 回天集团 ——江苏省氟材料薄膜工程技术研究中心 致力于高可靠性 PVDF膜与背板的开发与生产。 高可靠性 PVDF产品：耐候性优良、背板最坚实的铠甲； 系统深入的 PVDF应用研究：系统研究配方、工艺影响，加强行业交流！ 背板耐候层：阻隔紫外线、长期保持这种阻隔性！ PET 耐候层 UV线进入 PET材料，是损伤背板最快的。 必须最小化。 耐候层本身具有优良的耐久性。 抵抗户外 UV、湿热、冷热冲击、风沙、腐 蚀等的破坏。 一、研究背景介绍 本研究：重点关注 PVDF膜材料的阻隔紫外线方面的质量问题。 配方如何影响？减薄氟膜如何影响？ 什么水平的紫外透过率才能长期保障内层材料？ 2.1 PVDF含量的影响 二、 PVDF膜紫外透过率的影响因素 PVDF含量降低，结晶度下降。晶区比例减少，影响透过率。 Zhou X. X., Cakmak M.， J. Macro. Sci. Part B,2007,46(4):667-682 2.1 PVDF含量的影响 二、 PVDF膜紫外透过率的影响因素 PVDF/PMMA/钛白粉三元体系， 3%钛白粉、 30μm厚度薄膜。 280-400nm紫外线透过率计算 ASTM G173中太阳光谱辐照度 数据进行积分计算。 6.42% 3.00% 紫外线透过率 PVDF含量提高，薄膜紫外透过率呈线性降 低趋势，但是影响幅度不大。 2.2 钛白粉含量的影响 二、 PVDF膜紫外透过率的影响因素 金红石型钛白粉： 最高的折射率 —— 光的强烈反射、散射。 能隙 —— 吸收紫外光，电子空穴复合转化为热量。 钛白粉阻隔紫外线能力优异。 二、 PVDF膜紫外透过率的影响因素 PVDF/PMMA/钛白粉三元体系， PVDF/PMMA=65/35、 30μm厚度薄膜。 280-400nm紫外线透过率计算 ASTM G173中太阳光谱辐照度 数据进行积分计算。 紫外线透过率 91.82% 0.16% 2.2 钛白粉含量的影响 钛白粉含量提高，薄膜紫外透过率减小。 3%添加量，即从 91.8%降为 4.10%！ 二、 PVDF膜紫外透过率的影响因素 PVDF/PMMA/钛白 /助剂四元体系， PVDF/PMMA/钛白 =68/28.5/3、 30μm厚度薄膜、 0.5%紫外助剂。 苯并三唑类 1.96% 受阻胺类 5.33% 2.3 紫外助剂的影响 苯并三唑类和三嗪类紫外吸收剂能有效的降低紫外线透过率；二苯甲 酮类不影响；受组胺类光稳定剂反倒使紫外透过率有所上升。 280-400nm紫外线透过率计算 ASTM G173中太阳光谱辐照度 数据进行积分计算。 二、 PVDF膜紫外透过率的影响因素 PVDF/PMMA/钛白粉三元体系， PVDF/PMMA/钛白 =60/37/3、厚度调整。 280-400nm紫外线透过率计算 ASTM G173中太阳光谱辐照度 数据进行微积分计算。 35μm 1.98% 5μm 41.46% 2.4 氟膜厚度的影响 氟膜厚度增加， PVDF膜紫外透过率单调降低。 一般 15-20μm以下影响巨大，即少 1μm，透光率会高不少。 ◆ 回天成功产业化的 10-15μm氟膜，紫外线透过率在 0.3%以下； 18μm-32μm氟膜，紫外线透过率在 0.05%以下。 积分计算后对应的紫外透过率： 10μm回天 PVDF膜 —— 0.27%； 12μm回天 PVDF膜 —— 0.22%； 15μm回天 PVDF膜 —— 0.18%； 18μm回天 PVDF膜 —— 0.04%； 20μm回天 PVDF膜 —— 0.04%； 22.5μm回天 PVDF膜 —— 0.02%； 25μm回天 PVDF膜 —— 0.01%； 28μm回天 PVDF膜 —— 0.01%； 32μm回天 PVDF膜 —— 0.004%。 2.5 优化配方后不同厚度 PVDF膜的紫外透过率 二、 PVDF膜紫外透过率的影响因素 三、 PVDF膜紫外透过率对于背板耐紫外老化的影响 91.8%紫外透过率： 15kWh时，断裂伸长率保持率 =53%，黄变 =15.9。 0.59%紫外透过率： 210kWh时，断裂伸长率保持率 =95.3%，黄变 =-0.2。 0.03%紫外透过率： 210kWh时，断裂伸长率保持率 =100%，黄变 =-0.2。 四、结论与建议 PVDF膜中 PVDF含量降低，会降低紫外线透过率； PVDF膜中 钛白粉含量 降低会强烈影响紫外透过率，随着钛白粉含量降低紫外线透过率快 速增加； PVDF膜厚度 是影响紫外透过率最严重的因素之一， 基于成本因素进行的氟膜减薄需要充 分的测试验证； 苯并三唑类紫外吸收剂和三嗪类紫外吸收剂能降低 PVDF膜紫外透过率，而二苯甲酮类紫 外吸收剂和受阻胺类紫外稳定剂不能降低紫外透过率，对透明背板的研发可能有一定的指 导意义；  PVDF膜的紫外线透过率对于背板耐紫外老化性能有着决定性的作用； 紫外透过率大于 1%的 PVDF膜制成的背板，背板经受 210kWh/m2紫外老化后机械性能均有 较大幅度的降低。 PVDF膜紫外透过率应该是背板的关键技术要求之一，生产者、选用者应该关注此参数。 PVDF膜行业标准、国家标准制定也应该研究并决定此指标。 THANK YOU Time： 2017.4.18 Speaker：黄欢 FOR ATCHING