前 言

  太陽能電池背板內(nèi)層 (EVA表面) 和外層 (空氣表面) 。外層因直接接觸外部環(huán)境而受到廣泛關(guān)注，因此背板制造商往往選擇耐候性好的材料，如氟膜或氟涂層作為背板的外層，更典型的是杜邦Tedlar氟碳涂層由薄膜或氟樹脂制成，以防止外部環(huán)境侵蝕基材和電池板。由于不直接接觸外部世界，背板內(nèi)層的重要性往往被忽視。然而，實(shí)際情況是，內(nèi)層的外部損傷不容忽視。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，一年內(nèi)照射到組件表面的紫外線輻射量約為91.7kWh/m2.大約10%的紫外線可以通過前玻璃和封裝材料EVA

到達(dá)背板內(nèi)層后，背板內(nèi)層25年內(nèi)紫外輻射約為91.7x10%x25=229.25 kWh/m2.遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過三倍IEC45 標(biāo)準(zhǔn)要求kWh/m2輻射量表明，背板內(nèi)層的性能，特別是抗紫外線性能，不容忽視，否則會給終端電站的使用壽命帶來很大的風(fēng)險(xiǎn)！光伏組件的設(shè)計(jì)壽命為25年，因此有必要系統(tǒng)地解釋這個(gè)問題。所以回答什么樣的背板內(nèi)層是真正經(jīng)得起考驗(yàn)的氟內(nèi)層的基本問題。因此，有必要系統(tǒng)地解釋這個(gè)問題。從而回答什么樣的背板內(nèi)層是真正的、經(jīng)得起考驗(yàn)的氟內(nèi)層的根本問題。

  反應(yīng)氟和非反應(yīng)氟

  與背板類似的外層材料可分為反應(yīng)氟材料和非反應(yīng)氟材料。前者是指大分子側(cè)鏈中的活性基團(tuán)，如羥基 (-OH) (圖1)因此，氟材料可以通過化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)入背板內(nèi)層并固定在基材表面。反應(yīng)氟材料廣泛應(yīng)用于涂層背板，特別是在等離子體增強(qiáng)的涂層技術(shù)中，反應(yīng)氟材料通過固化劑牢牢固定在背板內(nèi)層。

  非反應(yīng)性氟材料是指整個(gè)大分子中含任何反應(yīng)活性基團(tuán)，如常見PTFE，PVDF和PVF它們都是非反應(yīng)氟材料 （圖2）。由于分子鏈中沒有活性基團(tuán)，非反應(yīng)氟材料只能以填料的形式添加到涂料中，或與其他膜材料混合，然后通過涂層技術(shù)或粘合復(fù)合技術(shù)將非反應(yīng)氟材料引入背板內(nèi)層。這種氟材料的形式將對涂層或膜材料的性能產(chǎn)生重大影響，終決定背板內(nèi)層的可靠性。

  氟材料在背板內(nèi)層的存在及其對背板性能的影響

  由于反應(yīng)氟材料和非反應(yīng)氟材料的結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)入背板內(nèi)層的形式也不同，導(dǎo)致背板內(nèi)層的存在形式不同，終決定了背板的可靠性。由于活性基團(tuán)的存在，反應(yīng)氟材料可以在固化劑的作用下交聯(lián)固化PET基材表面化學(xué)鍵連接，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 (圖3) 。這種交聯(lián)結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，耐酸堿和紫外線，不會發(fā)生蠕變、遷移和降解。PET它有長期的保護(hù)作用。這種背板是中來股份FFC涂層背板是非常典型的。背板采用四氟樹脂作為反應(yīng)氟材料，采用等離子體增強(qiáng)表面涂層技術(shù)，將反應(yīng)氟材料牢定在背板內(nèi)層和基底上PET背板表面性能優(yōu)異，可靠性高。紫外線高溫高濕試驗(yàn)后，F(xiàn)FC涂層背板無涂層脫落、粉化、開裂現(xiàn)象，室外試驗(yàn)10年以上，充分證明了其穩(wěn)定性和可靠性。

  相反，由于沒有活性基團(tuán)，非反應(yīng)性氟材料只能以惰性填料的形式存在于背板內(nèi)層（圖4）。從示意圖可以看出，缺乏化學(xué)鍵會蠕變和遷移非反應(yīng)性氟材料，導(dǎo)致非反應(yīng)性氟材料與主要材料的微分離，導(dǎo)致背板內(nèi)層粉化開裂，使基材PET直接暴露在紫外線下，嚴(yán)重影響背板的整體性能。此外，加上非反應(yīng)氟材料與其他材料的相容性，非反應(yīng)氟材料的添加量非常低，不能長期保護(hù)背板的基材。這種背板目前在市場上使用XPO和XPM非常典型的是，這種背板通常采用復(fù)合背板的典型三明治結(jié)構(gòu)，外層采用PVDF膜，中間層PET內(nèi)層是聚烯烴和氟材料的混合物。內(nèi)層被命名為含氟物O膜或者M(jìn)膜不同于過去的純聚烯烴膜，即PE或PO膜。

  XPO和XPM以聚烯烴/氟材料共混物為背板內(nèi)層的類型背板實(shí)際上是取代上一代產(chǎn)品，即純聚烯烴PE或PO為內(nèi)層，PVDF膜為外層和PET背板是基材。聚烯烴是背板內(nèi)層的優(yōu)點(diǎn)EVA附著力大。然而，聚烯烴耐紫外線性差，使背板內(nèi)層迅速暴露在紫外線濕熱老化（圖5）中。在高溫、高濕度和紫外線照射下，內(nèi)層PO膜和PE膜很快就會開裂和粉碎，這是由聚烯烴的結(jié)構(gòu)決定的，這是不可避免的。據(jù)估計(jì)，制造商也意識到了這個(gè)問題。為了提高聚烯烴的耐候性，他們想嘗試改性聚烯烴，并引入一些氟材料制備所謂的聚烯烴M膜或O薄膜，因?yàn)樗麄円仓离p面氟背板具有優(yōu)異的耐候性是行業(yè)共識。然而，由于添加氟材料是非反應(yīng)氟材料，其成型方法只能是簡單的機(jī)械混合，加上氟材料和聚烯烴相容性差，所謂的氟材料不僅含氟量低，而且添加氟材料在聚烯烴中微分離，結(jié)構(gòu)松散，非交聯(lián)分布，外部條件下容易** 加速蠕變和遷移，對背板內(nèi)層的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。具體來說，背板內(nèi)層在高溫、高濕度、紫外線照射下容易粉化、發(fā)黃、開裂(圖6)，嚴(yán)重威脅組件的發(fā)電效果。

  此外，非反應(yīng)性氟材料與聚烯烴相容性差，使其添加量不僅限制在很小的范圍內(nèi)，導(dǎo)致背板內(nèi)層氟含量低 (圖7、圖8)(0.00-1.06%)在某些地方，氟含量實(shí)際上是0！很難想象背板基材氟含量這么低，氟分布這么不均勻PET起到保護(hù)作用。紫外線的破壞通常從氟含量為0的地方開始，然后逐漸擴(kuò)展到氟含量上升的梯度。O膜和M膜材料分布不均勻，氟含量低，不符合組件長期可靠性的要求。

  以反應(yīng)性氟材料為主體FFC涂層背板完全不同。涂層中的反應(yīng)氟材料是與其他材料不相容的主要材料。氟的含量不僅可以保持在更高的水平(~20%)(圖9)分布均勻。更重要的是，氟材料可以固化交聯(lián)形式導(dǎo)入背板內(nèi)層并固定。這種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)是正確的PET基材的保護(hù)完全可靠。涂層在實(shí)驗(yàn)表面能有效阻擋紫外線通過 (圖10)PET起到保護(hù)作用。

  結(jié) 語

  可見把O膜或M薄膜被稱為氟化物薄膜是不科學(xué)和不負(fù)責(zé)任的，因?yàn)樗鼘?yán)重誤導(dǎo)組件制造商和終端電站的投資者，大大降低他們的投資回報(bào)，甚失去他們的資金，這也給標(biāo)準(zhǔn)化的背板市場帶來了混亂。作為氟碳背板的，我們有責(zé)任揭露和曝光這個(gè)邊緣球，以恢復(fù)真正的氟碳背板和氟背板的本質(zhì)，為背板應(yīng)用程序提供科學(xué)的基礎(chǔ)，選擇和識別性能優(yōu)異的氟背板。沉積物并不可怕，大浪看黃金，氟碳背板/氟背板時(shí)間和應(yīng)用環(huán)境的真正性能測試，值得組件制造商和電站投資者的信賴。