不同结构的背板比较.pdf

不同结构背板的比较一．背景随着太阳能产业的发展， 各种相关部件也越来越多的成为业界热议的话题。 在太阳能电池组件中背板一直是除硅片以外最重要的材料。 各个背板供应商推出了不同结构的背板， 给太阳能电池组件厂带来了如何选择的问题。 不同结构背板的使用了不同的材料， 性能也各有千秋。针对太阳能电池的不同要求，了解清楚各种背板的优缺点是非常重要的。二．各种结构的背板背板可以按是否使用氟材料和如何使用氟材料而大致分为双层氟薄膜结构、 单层氟薄膜结构、无氟结构。下表是目前市场常见的背板的结构、供应商和是否有专利保护的情况。氟材料 结构 生产商 是否有专利保护 * 双层氟薄膜结构PVF/PET/PVF Isovolta/ Krempel/ 台虹等 无PVF/PET/PVF/Primer** Krempel 等 未查到PVDF/PET/PVDF Krempel/ 海优威 / 赛伍等 部分有专利保护PVDF/PET/PVDF/PO*** 东洋铝业 未查到ECTFE/PET/ECTFE Honeywell 有专利保护单层氟薄膜结构PVF/PET/EVA Madico/ 帆度 有专利保护PVDF/PET/PO 海优威 有专利保护PVDF/SiOx-PET/PET/PO 东洋铝业 部分有专利限制THV/PET/EVA 3M 有专利保护氟碳涂料结构FEVE/PET/FEVE 哈氟龙等 未查到X/PET/X**** 国产 未查到无氟结构 PET/PET/PO DNP 等 未查到PET/PET 凸版等 未查到PET/PO 国产 未查到注：* 是否有专利保护：没有专利保护或产品结构已在相关文献、会议上公开有专利保护：已受专利保护，除该供应商外其它公司不能生产部分专利保护：包含的结构中某些结构已被申请专利保护未查到：在国内的专利检索中未能查到是否有专利已申请** Primer ： 底漆或底涂*** PO ： Polyolefin ，指各类聚烯烃，包括聚乙烯、聚丙烯和其共聚物或合金**** ： 部分国产背板无法说明或不愿说明其所采用的氟塑料的实际成分、 分子式， 所以无法判断其是否使用氟塑料。三．双层氟薄膜结构的背板PVF/PET/PVF和 PVF/PET/PVF/Primer结构最为常见，即为 TPT结构。目前所有其它结构的背板均以此结构为比较的样板，并以其数 据为标准数据。没有处理过的 PVF和 EVA的粘接力一般在 23-25 牛顿 /厘米，而合适的表面处理后能达到 60 牛顿以上。 Primer 指底涂，用以增强背 板和 EVA的粘接性。但要注意的是部分底涂在紫外线照射下会黄变，而被误以为是 EVA的黄变。 该结构的背板由于在太阳能电池发展的早期大量的见于会议和各 种论文集，所以该结构没有专利保护。任何有专门技术的工厂，均能生产该结构的背板。东洋铝业和海优威使用的 PVDF薄膜均为单层结构，耐候性好，对水气的阻隔能力非常强。而有些公司使用的 PVDF薄膜其实为 PVDF和 PMMA 或 PMMA/PVDF 合金的复合膜。由于 PVDF的密度是 PVF的 1.3-1.4 倍，在分子结构上多一个氟原子，所以比 PVF更致密、更耐候、阻隔性更好。 纯 PVDF薄膜的透水率只有同等厚度的 PVF 薄膜的 1/5 左右，所以通常情况下使用 PVDF薄膜的厚度可以比 PVF薄。 但如果在 PVDF中加入大量的 PMMA 后， 水气渗透率会大幅上升。 东洋铝业生产的 PVDF/PET/PVDF/PO结构中的 PO（聚烯烃） 层的目的是为了增加对 EVA的粘接。 海优威的 PVDF表面已做过表面处理， 与 EVA的粘接效果良好。在上述 5 中结构中， ECTFE的水气阻隔能力是最强的，但成本也最高。四．单层氟薄膜结构的背板由于在双层氟薄膜结构的背板中朝向电池片一侧的氟材料不接触外界， 所需的耐候性要求不高， 所以可以使用其它更便宜的材料替代。 美国的 Madico 公司和 3M 公司选择使用 EVA替代一层氟塑料。 Madico 公司是最早开发出此结构：以 PVF 为耐候层、另一层使用 EVA。Madico 将该结构在多年前即申请 了专利。 国内某些公司开发类似的产品时， 如使用 PVF薄膜就应注意是否侵权。 3M 的结构中 EVA厚度较厚，所以背板比较软。东洋铝业和海优威公司选择使用聚烯烃替代一层氟塑料。 东洋铝业的背板在结构中加入了真空溅射氧化硅的 PET层以增强背板的隔水性。但由于 PVDF 薄膜本身 的隔水性就非常优异， 所以该层结构有性能过剩之嫌。 海优威公司生产的背板中有一款产品的聚烯烃层熔融温度大于 140℃。需要加热背板以达到预先收缩的太阳 能组件厂可以使用该款产品替代双层氟薄膜的背板以降低成本。海优威已将该结构和使用聚烯烃替代一层 PVDF的结构申请专利保护。使用单层结构背板的电池组件厂应注意一般背板厂商在聚烯烃中是否加入抗黄变添加剂。如果不加，该层聚烯烃在紫外线照射下非常容易黄变。尽管这种黄变基本不 影响电池片的效率，对电池组件的外观不利。五．氟碳涂料由于早期杜邦公司不对中国国内的工厂销售 PVF薄膜， 所以国内的一些机构尝试使用氟碳涂料替代 PVF薄膜生产背板的方法。通常所说的四氟材料聚四氟乙烯 （ PTFE）的涂料和PVDF的涂料均要高温烧结， 并不适合使用在熔融温度只有 250-260℃的 PET薄膜上。 一些号称能室温成膜的氟碳涂料大量使用了 环氧树脂或氟原子被接枝在支链上，所以并没有非常好的耐候性。目前真正能室温固化的氟碳涂料只有 FEVE涂料，但也应仔细考察其在 PET表面能否真正成为 完整的膜结构以及漆膜是否会在运输和使用中开裂。六．无氟结构无氟结构的背板的主要生产商均为日本公司， 意大利某公司目前也在推广类似产品。 前几年在背板紧缺时期，由于无法采购到使用氟薄膜的背板，国内使用较多的无 氟的背板。无氟结构的背板中最为关键的材料是最外层的抗水解 PET薄膜。 PET是聚酯，因有苯环结构而有较好的抗紫外线能力，但因有酯基而非常容易水解以 至丧失性能。日本公司背板的外层均使用抗水解的 PET， 一般厚度为 50μ 。 所谓抗水解是通过提高 PET的分子量或添加助剂，使聚酯分子链两端残余的羧酸基 被封闭而减慢其水解的速度。羧酸基是造成水解的主要因素。酯基由羧酸基和醇基反应得到， 此反应是可逆反应， 羧酸基又对反应起催化作用。 由于在水解过程中羧 酸基的含量会越来越多，所以一旦起封闭作用的添加剂消耗完毕，水解速度会快速上升使 PET的分子链断裂而丧失物理性能。 抗水解 PET薄膜必须保证在 1000 小时的高温高湿老化后的性能仍能满足背板的基本性能。无氟结构的背板的朝电池片的一侧，有些公司使用 PET、有些公司使用聚烯烃。如使用PET， 其和 EVA的粘接力一般在 30 牛顿 / 厘米以下。 如要提高粘接 力， 需要对 PET进行处理，最好使用底涂。如使用聚烯烃，和 EVA的粘接力一般能达到 60 牛顿以上。国内一些工厂生产的普通 PET薄膜和聚烯烃复合的背板， 基本没有耐候性， 室外使用中PET 会迅速降解，只能使用于玩具等产品上。如使用在太阳能电池板上， 将存在非常大的质量风险。七．其它结构在国际上，许多个人和公司申请了大量的背板专利。有的是使用 PBT、 PTT、 PEN、 PC替代背板的 PET， 目的是增加阻隔性或提高耐候性。 有的使用不同 的氧化物 （ AlxOy、 SiOx）的、 不同的沉积方法 （物理法、 化学法） 制成的 PET薄膜， 以进一步提高背板的水气阻隔性。还有一些公司尝试在背板中使用 聚酰亚胺薄膜、 液晶高分子薄膜， 以达到一些特殊的目的。更有的公司开发了使用氟塑料和 PP或 PE直接复合的背板， 以达到节省成本的目的。 但以上的各种背板 目前还未成为主流产品， 太阳能组件厂主要使用的还是前述的双层氟薄膜背板、单层氟薄膜背板和无氟结构的背板。八．结论随着太阳能电池的越来越的被使用， 如何降低背板的成本将成为一个大的趋势。 各种新结构的背板将更多的出现在市场上，这将给广大的组件厂商更多的选择余地和 降低成本的机会，也将进一步推进太阳能电池使用的普及。