1、光伏背板的類型及優(yōu)缺點(diǎn)
按照光伏電池背板整體結(jié)構(gòu)劃分,可將光伏電池背板劃分為FPF,F(xiàn)PE,全PET與PET/聚烯烴結(jié)構(gòu)。其中F為含氟薄膜;P為雙向拉伸工藝制備的聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜(即PET薄膜);E為乙烯-醋酸乙烯(即EVA);聚烯烴指各種以碳碳結(jié)構(gòu)為主鏈的塑料。這些結(jié)構(gòu)層之間使用膠粘劑進(jìn)行粘合,通過復(fù) 合工藝制備成型。最早的光伏電池背板采用TPT結(jié)構(gòu),即Tedlar/PET/Tedlar結(jié)構(gòu),其中Tedlar為杜邦公司所生產(chǎn)的PVF(聚氟乙烯) 薄膜,以杜邦公司的Tedlar為基材的背板主導(dǎo)了大部分的光伏背板市場,第一款進(jìn)入光伏市場的產(chǎn)品為PVF 2001,目前杜邦公司的Tedlar產(chǎn)品已經(jīng)開發(fā)出第三代。按照光伏電池背板所采用的薄膜材質(zhì)區(qū)分,可以將背板劃分為Tedlar背板、含氟背板、 PET背板與其他一些采用如PE材質(zhì)的背板產(chǎn)品。
1.1. Tedlar系列
Tedlar結(jié)構(gòu)的背板被稱為經(jīng)典的背板結(jié)構(gòu),已成為國內(nèi)外太陽能電池組件廠首選背板類型。PVF膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、耐環(huán)境變化,但是薄膜表面較易出現(xiàn)針孔, 薄膜的水汽阻隔能力較差。同時PVF材料本身含氟量小,所以PVF薄膜需要有足夠的厚度來保證其性能。不過PVF是所有氟材料中成本最低的,非常適合作為 大規(guī)模推廣應(yīng)用的太陽能光伏背板材料。
1.2. 含氟背板
在杜邦公司Tedlar產(chǎn)能有限的情況下,光伏電池背板生產(chǎn)企業(yè)也采用了其他材質(zhì)的薄膜來代替Tedlar薄膜生產(chǎn)背板。
1)PVDF(聚偏氟乙烯) 此類薄膜的生產(chǎn)商主要有法國的阿科瑪公司,韓國SKC等。PVDF是使用量第二大的氟塑料,其熔點(diǎn)和分解點(diǎn)相差大,可以使用 熱塑性塑料加工方法進(jìn)行加工。PVDF較成熟的制膜技術(shù)是使用吹膜的方法。阿克瑪公司擁有專門應(yīng)用于吹膜的高融體強(qiáng)度級別PVDF樹脂,能吹出厚度僅 5μm的薄膜。PVDF中常加入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為增塑劑以提高其成膜性,加入PMMA后的PVDF的在熔融狀態(tài)下更容易成膜。國內(nèi)的一些 高校如北京化工等在這方面已做了較多的研究。但PVDF加入PMMA后會影響薄膜的抗老化性能,澳大利亞Leoben大學(xué)對采用不同氟塑料薄膜的背板老化 結(jié)果進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)含PMMA(10%~20%)的PVDF薄膜經(jīng)過1000~2000h濕熱老化后薄膜破損嚴(yán)重。歐洲一家公司在中國大力推廣其生產(chǎn)的 PVDF薄膜,盡管該公司提供的數(shù)據(jù)表明耐候性良好,但從紅外圖譜發(fā)現(xiàn)該薄膜含有大量的PMMA的成分;該薄膜為三層結(jié)構(gòu),特別是中間層PMMA— PVDF合金中的PMMA含量,甚至大大超過PVDF含量,所以該產(chǎn)品的實(shí)際耐候性如何,需要時間考驗(yàn)。
海優(yōu)威公司使用與歐洲某化學(xué)品公司開發(fā)的太陽能電池背板用PVDF薄膜生產(chǎn)背板。該P(yáng)VDF薄膜由PVDF、無機(jī)顏料和功能性添加劑組成,為單層結(jié)構(gòu),整 個薄膜內(nèi)外材料均一,白色薄膜能百分之百遮蔽紫外線,經(jīng)2000h的紫外老化測試,薄膜的老化性能下降可以忽略不計(jì),其他性能完全可以滿足光伏電池背板對 氟塑料薄膜的各種要求。
2)THV(四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物) 美國3M公司的BBF背板采用THV含氟薄膜。THV是美國Dyneon公司在20世紀(jì)80年代開 發(fā),也是目前唯一的生產(chǎn)廠家。THV是目前市場中最柔軟的氟塑料,當(dāng)和其他材料復(fù)合成多層結(jié)構(gòu)時,柔韌性非常突出。THV的另一個重要特點(diǎn)是本身容易粘 接,無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便,特別適用于對背板要求柔軟的場合。
3)ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物) 日本旭硝子株式會社研發(fā)的ETFE薄膜,由原料到薄膜完全自產(chǎn),目前還處于試用階段,尚未達(dá)到規(guī)?;瘧?yīng)用。
4)ECTFE(乙烯-三氟氯乙烯共聚物) ECTFE由杜邦公司在1946年開發(fā)成功,目前商品化的產(chǎn)品只有蘇威公司提供。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,沒有一種溶劑在120℃下能侵蝕ECTFE或使其應(yīng)力開裂,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,ECTFE是最好的耐候?qū)拥牟牧稀?br />
5)PTFE(聚四氟乙烯)、FEVE(氟乙烯與乙烯基醚的共聚物) PTFE背板多采用涂覆法制備,大部分由國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)。由于前幾年太陽能電池背板需 求旺盛,國外公司均不對中國供應(yīng)氟塑料薄膜,所以國內(nèi)開發(fā)了其他國家不生產(chǎn)的使用涂料的背板,背板采用氟碳涂料涂布到PET薄膜上,替代氟塑料薄膜。
由于PTFE涂覆型背板在實(shí)際使用中會出現(xiàn)許多問題,如涂覆PET表面后涂料層易形成針孔,影響水汽阻隔率;涂層之間容易形成反粘,同時還存在粘結(jié)強(qiáng)度不夠、多層涂布遇到的層間附著問題和涂層開裂等問題。因此,目前實(shí)際應(yīng)用依然以復(fù)合型背板為主。
6)PET背板 此類背板多采用經(jīng)過特殊處理的PET,多層復(fù)合而成,多見于日本公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。
1.3. 其他類型背板
如PE系列,我國許多小廠采用PE作為背板材質(zhì),用在小光伏組件上,生產(chǎn)光伏燈具等。
各個氟塑料薄膜對水汽的阻隔能力不同,其中以ECTFE為最優(yōu)。使用同樣厚度為100μm的薄膜,在氣溫40℃和濕度95%的條件下,PVF每天每平米的水汽透過率超過10~20g,PVDF為2g左右,而常用的PET不超過10g。據(jù)多數(shù)供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù),采用氟塑料薄膜和PET薄膜復(fù)合成的背板,其水汽阻隔性能小于2g。表1為各種氟材料的特性。
表1 各種氟材料特性