來(lái)源：Solarbe 作者：程宏偉

本文將為您初步介紹光伏背板的分類、使用的材料、性能及光伏背板的發(fā)展趨勢(shì)。

太陽(yáng)能電池背板也稱為太陽(yáng)能電池背板膜、光伏背板、光伏背板膜、太陽(yáng)能背板。廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池(光伏)組件，位于太陽(yáng)能電池板的背面，在戶外環(huán)境下保護(hù)太陽(yáng)能電池組件不受水汽侵蝕，阻礙氧氣防止組件內(nèi)部氧化，具有可靠的絕緣性、阻水性、耐老化性、耐高低溫、耐腐蝕性?？梢苑瓷潢?yáng)光，提高組件轉(zhuǎn)換效率;具有較高的紅外反射率，可以降低組件溫度。

光伏背板的結(jié)構(gòu)如圖1所示，一般分為五層，核心有三層：

(1)外層保護(hù)層即耐候?qū)樱簽榱肆己玫哪秃蛐?，一般要求外層材料含氟，PVF和PVDF是眾所周知的兩種耐候性高分子材料，因其內(nèi)部存在的C-F鍵鍵能是485KJ/mol，是有機(jī)化合物共價(jià)鍵中鍵能最大的。只有波長(zhǎng)小于220nm的光子才能解離C-F鍵，而陽(yáng)光中這部分光子只占不到5%，而且容易被臭氧層吸收，能到達(dá)地面的極少。也有廠家使用THV及ETFE、ECTFE。涂膜結(jié)構(gòu)的PTFE也很常見(jiàn)。

(2)中間層：起支撐作用，要求能耐高低溫，機(jī)械性能要穩(wěn)定，電絕緣性優(yōu)良，抗蠕動(dòng)性、耐疲勞性、耐摩擦性、尺寸穩(wěn)定性都要好，氣體和蒸汽滲透率要低。一般用改性PET材料。

(3)層壓粘結(jié)層：未經(jīng)改性的含氟薄膜及PET，與EVA粘結(jié)牢度差，所以需要使用改性的含氟材料或粘結(jié)性強(qiáng)的EVA、PE、PA膜。

圖1 光伏背板的結(jié)構(gòu)

按背板的膜分類，可分為三種：

一種為涂膠復(fù)合式背板膜，在PET聚酯薄膜兩面復(fù)合氟膜或者EVA膠膜，三層結(jié)構(gòu)。

一種為涂覆背板膜，在PET聚酯薄膜兩面涂覆氟樹(shù)脂，經(jīng)干燥固化成膜。

還有少數(shù)廠家采用交聯(lián)反應(yīng)法，在PET兩面通過(guò)交聯(lián)劑反應(yīng)制作復(fù)合膜或EVA膜。

按材料不同分類，背板可分為FPF(以TPT為代表)、KPK、FPE(以TPE為代表)、KPE及多層PET背板、TAPE(T層和P層之間加入鋁層)、TFB(PVF/PET/含氟粘結(jié)層)、KFB(PVDF/PET/含氟粘結(jié)層)、BBF(THV/PET/EVA)、FFC(PET雙面涂改良PTFE)、KPC(PVDF/特殊處理PET)、KPF(蘇州塞伍發(fā)明，氟皮膜技術(shù)，結(jié)構(gòu)是PVDF/PET/氟皮膜)、PPC(特殊處理PET/耐候PET)等。

PVF，學(xué)名聚氟乙烯，由氟和氟碳分子的共聚體擠壓而成的共聚物。做PVF薄膜最有名的是美國(guó)杜邦公司，杜邦的注冊(cè)商標(biāo)TEDLAR就是現(xiàn)在光伏行業(yè)用的最多的PVF薄膜。TPT或TPE中的T就是指TEDLAR。美中不足的是涂覆薄膜表面較易出現(xiàn)針孔，且薄膜的水汽阻隔能力也較差。另外，PVF材料本身含氟量低，PVF薄膜需要有足夠的厚度來(lái)保證其性能。

PVDF，學(xué)名聚偏氟乙烯，是目前含氟材料中產(chǎn)量排名第二的大產(chǎn)品。做PVDF最出名的是法國(guó)阿科瑪公司，阿科瑪?shù)淖?cè)商標(biāo)KYNAR就是現(xiàn)在光伏行業(yè)做背板最多的PVDF薄膜，KPE或KPK中的K就是指KYNAR。其他著名的品牌有韓國(guó)SKC、日本吳羽、東洋鋁業(yè)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商主要有海優(yōu)威公司、杭州福膜、佛塑。

PVDF的密度是PVF的1.3~1.4倍，分子結(jié)構(gòu)上多一個(gè)F，所以比PVF耐候性、阻隔性更好，但是PVDF成型困難，需要加20～30%左右的亞克力增塑劑(如PMMA等丙烯酸類材料)，容易造成局部老化，橫向斷裂伸長(zhǎng)率低，且熱老化和濕熱老化后進(jìn)一步下降變脆，長(zhǎng)期戶外應(yīng)力老化下有開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。

PET即聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，又稱聚酯薄膜，乳白色或淺黃色高度結(jié)晶的聚合物。長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)120℃，短期使用可耐150℃高溫，可耐-70℃低溫。但是在高溫高濕環(huán)境中容易水解，在紫外光下容易發(fā)生光降解反應(yīng)。

PE即聚乙烯，由乙烯聚合而成，是應(yīng)用廣泛的高分子材料?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好，吸水性小，電絕緣性能優(yōu)良。

EVA即乙烯-醋酸乙烯共聚物，它的化學(xué)穩(wěn)定性好，吸水性小，高透明，與各種界面均有高粘著力，熔點(diǎn)低、易流動(dòng)，適用于各種玻璃的夾膠工藝。

聚酰胺即尼龍，具有良好的綜合性能，包括力學(xué)性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學(xué)藥品性和自潤(rùn)滑性，且摩擦系數(shù)低，有一定的阻燃性，易于加工，適于用玻璃纖維和其它填料填充增強(qiáng)改性，提高性能和擴(kuò)大應(yīng)用范圍。此類背板常見(jiàn)的有奧地利的老牌背板公司Isovoltaic以及在市場(chǎng)上開(kāi)始有動(dòng)作的背板企業(yè)索拉菲斯。

THV是美國(guó)Dyneon公司在20世紀(jì)80年代開(kāi)發(fā)的一種新型含氟材料，應(yīng)用在3M公司的BBF(THV/PET/EVA)背板上，也是目前唯一的生產(chǎn)廠家，現(xiàn)Dyneon公司已作為3M的子公司開(kāi)始運(yùn)作。THV是目前市場(chǎng)中最柔軟的氟塑料，當(dāng)和其他材料復(fù)合成多層結(jié)構(gòu)時(shí)，柔韌性非常突出。THV的另一個(gè)重要特點(diǎn)是本身容易粘接，無(wú)須表面處理就能與其他材料粘接，背板的復(fù)合制作工藝和用硅膠粘貼接線盒都十分簡(jiǎn)便，特別適用于對(duì)背板要求柔軟的場(chǎng)合。

日本旭硝子株式會(huì)社研發(fā)的ETFE薄膜，由原料到薄膜完全自產(chǎn)，具有良好的耐候性和化學(xué)穩(wěn)定性，不過(guò)市場(chǎng)用量并不多，國(guó)內(nèi)背板生產(chǎn)企業(yè)，如樂(lè)凱公司，有在批量使用。

ECTFE由杜邦公司在1946年開(kāi)發(fā)成功，目前商品化的產(chǎn)品只有蘇威等極少數(shù)公司能提供。ECTFE是乙烯和三氟氯乙烯1:1的交替共聚物，具有典型的氟塑料的耐化學(xué)腐蝕性能，沒(méi)有一種溶劑在120℃下能侵蝕ECTFE或使其應(yīng)力開(kāi)裂，而且具有很高的耐候性和阻隔性。在商品化光伏電池背板中，美國(guó)的霍尼韋爾公司生產(chǎn)的PowerShield3W背板產(chǎn)品就是使用的ECTFE這種材料作為外層的耐候材料。

采用PCTFE、PTFE、FEVE材料的背板多采用涂覆法制備，大部分由國(guó)內(nèi)江浙一帶企業(yè)生產(chǎn)。背板采用氟碳涂料涂布到PET薄膜上，替代氟塑料薄膜，具有較好的經(jīng)濟(jì)性及較短的生產(chǎn)周期。我國(guó)也是繼美國(guó)、日本之后第三個(gè)擁有氟碳涂料合成技術(shù)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的國(guó)家。

對(duì)主要含氟材料的性能做了個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比如表1所示。

表1各種含氟材料特性比較

*oxygen index 氧指數(shù)(OI)是指在規(guī)定的條件下，材料在氧氮混合氣流中進(jìn)行有焰燃燒所需的最低氧濃度。以氧所占的體積百分?jǐn)?shù)的數(shù)值來(lái)表示。氧指數(shù)高表示材料不易燃燒，氧指數(shù)低表示材料容易燃燒。

由于背板的重要性，組件廠家對(duì)背板的測(cè)試非常嚴(yán)格，即使一線品牌的背板廠家也經(jīng)常會(huì)通不過(guò)測(cè)試。

以中盛光電的多年積累的檢測(cè)數(shù)據(jù)為例，背板通不過(guò)測(cè)試的原因主要有DH2000(濕熱老化 85℃，85%濕度，2000小時(shí))失敗、UV測(cè)試后黃變、TC200(溫度循環(huán)-40℃至+85℃)失敗、與EVA粘接力低這幾類，具體分類及占比如圖2所示。測(cè)試失敗的背板中不乏一線背板廠家的產(chǎn)品。其中DH2000和UV是最容易失敗的兩個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，所以現(xiàn)在的組件廠家對(duì)背板透水率及黃化系數(shù)的要求也越來(lái)越高了。

表2光伏背板的主要生產(chǎn)企業(yè)及其產(chǎn)品

驅(qū)動(dòng)光伏背板行業(yè)前進(jìn)的內(nèi)在動(dòng)力主要是性能和成本。

從性能看，高要求組件的背板基本是使用含氟材料來(lái)保護(hù)PET，不同的只是用的氟材料不同。而氟材料是以膜的形式，還是以涂料直接涂在PET上，是PET類背板發(fā)展的兩個(gè)主要方向。

從成本看，涂膜成本比覆膜的要低很多，且氟膜技術(shù)主要被國(guó)外企業(yè)壟斷，在光伏產(chǎn)品利潤(rùn)率持續(xù)下降的情況下，涂膜型背板產(chǎn)品的發(fā)展是光伏背板的必由之路。但涂膜背板在粘結(jié)性、穩(wěn)定性方面仍需持續(xù)改善。

背板的最終趨勢(shì)應(yīng)該是找到一種耐候性比較好的材料代替PET類背板。