PET薄膜在太阳能电池背板上的应用.pdf

收稿日期 ： 2011-03-23。作者简介 ： 冯树铭 （ 1940- ） ， 男 ， 江苏南京人 ， 高级工程师 ， 从事 PET 及其薄膜的研发工作 。doi： 10． 3969 /j ． issn ．1008- 8261． 2011． 04. 004PET 薄膜在太阳能电池背板上的应用冯树铭（ 江苏中达新材料集团股份有限公司 ， 江苏 南京 210017）摘要 ： 介绍 PET 薄膜在太阳能电池背板上的应用 。 该薄膜的厚度一般为 250 μ m， 主要是具有水气阻隔性 、 电气绝缘性 、 尺寸稳定性 、 易加工性及耐撕裂等功能 。 用于背板上的 PET 薄膜性能比普通 PET 薄膜的要更好些 。关键词 ： PET 薄膜 ； 太阳能电池 ； 背板的要求中图分类号 ： TQ320. 721 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1008-8261（ 2011） 04-0015-020 前言目前人类可利用的新能源主要有太阳能 、 地热能 、 风能 、 海洋能和核能等 。 海洋能和地热能只有特定地方可以利用 。 太阳能与其他能源相比 ， 具有以下的优点 ：（ 1） 资源最丰富 。 地球每秒钟所接受的太阳能高达 8 × 1013 kW ， 中国地表每年接受的太阳能 ， 相当于 2． 4 万亿 t 标准煤的能量 ， 是 2008 年全国能源消耗总量的 800 多倍 。 而且太阳能取之不尽 、 用之不竭 ， 不用运输 ， 这是其他几种新能源不可比拟的 。（ 2） 能量转化最直接 。 太阳能发电是将太阳辐射能直接转换为电能 ， 是所有清洁能源中一次性转换效率最高 、 转换环节最少 、 利用最直接的方式 ， 目前晶硅太 阳 能 电 池 的 转 换 率 应 用 水 平 在 15% ～20% 。 风能 、 生物质能都是太阳光能的各种间接转换形式 ， 其转换率只有太阳光能的几十到几百分之一 。 目前核能转化率高于太阳能 ， 但原材料选择面窄 、 标准高 ， 对建设环境和安全问题的要求也高 。（ 3） 最清洁环保 ， 无需燃料 ， 零排放 。 对一个地区来说 ， 太阳光的辐射总是相对稳定的 ， 太阳能电站在长达 25 a 的发电时间里 ， 没有二氧化碳和任何污染物排放 ， 其设备也不会对环境造成任何破坏 。 可以说 ， 太阳能是目前可使用的能源中一次性转换效率最高 ， 使用最简单 、 最可靠 、 最经济的新能源 。1 太阳能光电系统的组成太阳能光电系统由太阳能电池组 、 太阳能控制器 、 蓄电池 （ 组 ） 组成 。 如输出电源为交流 220 V 或110 V， 还需要配置逆变器 。太阳能电池的背板则是太阳能电池不可或缺的组成部分 ， 背板是电池板背面的保护材料 ， 用于支撑 、 固定太阳能电池 ， 并具有持续抵御光照射的能力 。 要求背板具有良好的抗环境侵蚀能力 ， 绝缘能力并且可以和 EVA 良好黏接 。 太阳能背板又称TPT 材料 ， 由 3 层结构组成 。 外层是 T 薄膜 ， 中间层P 薄膜 ， T 与 P 之间用胶水黏结 。 其中 T 表示聚氟乙烯薄膜 （ PVF） ， 厚度在 37 μ m 左右 ， 该层是用作太阳能电池封装材料的主要层 ， 其作用就是耐气候 、抗紫外 、 耐老化 、 不感光等 ； P 表示 PET 薄膜 ， 厚度一般为 250 μ m， 主要的作用是水气阻隔和电气绝缘 ，且具有尺寸稳定 ， 易加工及耐撕裂等优点 。 其背板结构如图 1 所示 。图 1 太阳能电池的背板结构Fig ． 1 Backplane structure of solar cells2 背板主要的生产工艺第一类是 PVF /PVDF 等含氟薄膜 + PET 薄膜+ PVF/PVDF 等含氟薄膜的 3 层复合工艺 ， 即太阳能背板由 3 层结构组成 ， 外层是 T 薄膜 ， 中间层 P 薄膜 ， T 与 P 之间用胶水黏结 。 其中 T 表示聚氟乙烯（ PVF） /聚偏氟乙烯 （ PVDF） 等含氟的薄膜 ， 该层是用作太阳能电池封装材料的主要层 ， 其作用就是耐气候 、 抗紫外 、 耐老化等 ； P 表示聚酯薄膜 （ BOPET） ，主要的作用是电气绝缘和水气阻隔 ， 且具有耐湿热第 24 卷第 4 期2011-07聚 酯 工 业Polyester IndustryVol ． 24 No． 4July 2011老化 、 尺寸稳定 、 耐撕裂及易加工等优点 。第二类是以普通 PET 薄膜作为中间层基材 ， 两面复合上改性的聚酯薄膜 ， 即 ： 改性聚酯薄膜 + 普通聚酯薄膜 + 改性聚酯薄膜的 3 层复合工艺 。 其中改性聚酯薄膜材料的作用相当于含氟薄膜 。第三类是以 PET 薄膜作为基材 ， 以表面涂层工艺把含氟的树脂涂覆固化在 PET 薄膜表面 。3 太阳能电池背板对 PET 薄膜的要求随着光伏电池组件厂家对延长电池寿命和光电转换效率的要求进一步提高 ， 对光伏电池配套材料 — — — PET 薄膜的要求越来越苛刻 。 诸如电绝缘 、耐老化 、 透气性 、 撕裂强度都有很高的要求 。3． 1 电气绝缘性能太阳能电池背板的电气绝缘性能主要包括击穿电压和局部放电电压 ， 这 2 个指标能否达到标准主要依赖 PET 薄膜 。 普通双向拉伸 PET 薄膜的击穿电压可达到 GB/T13542- 2009 国家标准或 ASTMD-149 美 国 电 工 标 准 ， 但 是 要 达 到 IEC60664-1/IEC61730 国际电工标准规定的电池背板的局部放电电压指标需要对双向拉伸 PET 薄膜的原材料和生产工艺进行研究及改进 。3． 2 耐水解老化性能普通 PET 薄膜主要测试耐热老化性能 ， 一般均能通过 UL94 认证 RTI 105 ℃ 耐温标准 。 目前 ， 验证PET 薄膜能否达到太阳能光伏电池耐水解老化性能 ， 一般采用 120 ℃ ， 100% RH 耐水解的测试方法 ，PET 薄膜龟裂 、 脆化的时间不得少于 96 h。3． 3 水蒸气透过率太阳能光伏电池对背板的水蒸气透过率标准为小于 2 g/ （ m2· d） （ ISO-15106-3 测试方法 ） 。 目前光伏组件厂家一般都要求电池背板的 “ 水透 ” 指标小于 1． 5 g/ （ m2· d） ， 甚至要求低于 1 g/（ m2· d） 。 电池背板的 “ 水透 ” 高低主要取决于 PET 薄膜 ， 而普通250 μ m PET 薄膜的 “ 水透 ” 为 2． 5 ～ 3． 5 g/ （ m2· d） ，PET 薄膜要想达到太阳能电池的 “ 水透 ” 要求 ， 需从PET 材料的改性上多下功夫 。3． 4 尺寸稳定性能PET 薄膜纵向收缩率一般可以控制在 1． 5%（ 150 ℃ ， 30 min） 以下 ， 由于太阳能光伏电池都需要经过 3次高温处理 （ 太阳能背板复合 2 次 、 太阳能组件封装高温层压 1 次 ） ， 这要求电池背板的基材要有极好的尺寸稳定性 。 目前 ， 国际上双向拉伸 PET薄膜的纵向收缩率已能控制到 0． 5% 以下 （ 150 ℃ ，30 min） 。3． 5 耐撕裂性能由于太阳能电池组件封装时需要从电池背板上穿孔 （ 长方形状 ） 引出电极 ， 这要求 PET 薄膜要具有很好的耐撕裂性能和韧性 ， 避免在组件加工过程中和室外的湿 、 热 、 干 、 冷环境下易撕裂 、 易脆化 。总之 ， 太阳能光伏系统作为一种新能源 ， 其应用十分广泛 ， 应用形式基本分 2 种 ， 即独立发电系统和并网发电系统 。其应用领域主要在太空航天器 、 通讯系统 、 微波中继站 、 电视差转台 、 光伏水泵 、 工农业发电 、 地区供电以及交通指示牌 、 民用照明等 。PET 薄膜作为太阳能电池背板的主要配套材料 ， 2010 年在太阳能光伏电池中的使用量近 1． 2 ×109 m2， 成为 PET 薄膜应用领域中新的增长点 。Application of PET film to solar cells backplaneFENG Shu-ming（ JiangsuZhongdaNew Material Group Co． Ltd ． ， Nanjing 21007， China）Abstract ： The application of PET film to solar cells backplane wasintroduced ．The generalthickness of the film is 250μ m． The main functions are aqueousvapour barrier， electrical insulation， dimensional stability， easy for processingandtear resistance ．The performanceof the PET film applied to backplaneare better than the commomPET film ．Key words ： PET film； solar cells；檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼backplane requirements三井化学与帝人化学组建 PET 合资企业三井化学和帝人化学公司 2011 年 3 月上旬宣布 ， 双方已合资组建 MCT PET 树脂公司 ， 以整合各自在日本的 PET 瓶级树脂业务 。 合资企业于 2011 年 4 月 1 日运营 。 三井化学在该合资企业中持有 80% 股权 ，帝人化学持有剩余的 20% 股权 。 双方希望通过合并业务削减成本 ， 从而能够与来自亚洲其他国家的廉价进口产品进行竞争 。MCT PET 树脂公司将包括三井化学位于岩国的一套 14． 5 万 t /aPET 瓶级装置 ， 合资公司计划实现年销售收入 250 亿日元 。 （ 钱伯章供稿 ）61 聚 酯 工 业 第 24 卷