太阳能电池背板的结构及性能分析汇编

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1、讲解人：姚元毅 2013/08/10 太 阳 能 电 池 背 板 -结构及性能分析 目录： 一、太阳能电池背板概述 二、太阳能电池背板的组成 三、太阳能电池背板的加工工艺 四、太阳能电池背板的性能及检测 五、太阳能电池背板使用过程中常遇到的问题 Page 2 一、太阳能电池背板概述 Page 3 太阳能电池背板位于组件背面的最外层，在户外环境下保护太阳能电池组件不受水汽 的侵蚀，阻隔氧气防止氧化、耐高低温、良好的绝缘性和耐老化性能、耐腐蚀性能，可以反 射阳光，提高组件的转化效率，具有较高的红外发射率，可以降低组件的温度。 Page 4 晶体硅 EVA 胶 玻璃 EVA 胶 PEVA 背板 PE

2、T PVDF 太阳能组件结构 耐高低 温高湿 抗氧化 高绝缘性耐腐蚀 Page 5 太阳能电池背板位于太阳能电池板的背面，对电池片起保护和支撑作用，具有可靠的绝缘 性、阻水性、耐老化性。一般具有三层结构，外层保护层具有良好的抗环境侵蚀能力(防止水气侵 蚀、抗紫外线等)，中间层为PET 聚脂薄膜(聚对苯二甲酸乙二醇酯)具有良好的绝缘性能和强度， 内层薄膜PEVA或PE与EVA 胶膜具有良好的粘接性能。 二、太阳能电池背板的组成 Page 6 1.外层保护层：为了有良好的耐候性，一般要求背板外层材料为含氟材料，PVF和PVDF为最常见 的两种含氟材料，在所有高分子材料中是众所周知的耐侯性最佳产品。

3、氟树脂独特的性能源于其 特殊的分子结构C-F。C-F键是有机化合物共价键中键能最大的，C-F键能485KJ/mol，太阳光中紫 外光波长200380nm，220nm的光子的能量为544KJ/mol，只有小于220nm的光子才能离解C-F键。 在阳光中，小于220nm的光子比例很小（不到5%），而且这些短波紫外线容易被大气圈外臭氧层 吸收，能到达地面的极少，所以太阳光几乎对氟聚合物没有任何影响。其缺点就是价格高昂，同 时不易粘接，全球许多大型材料公司做了多年的材料研究，寻找可替代产品，但目前尚未找到理 想的替代品。 Page 7 PVF薄膜，学名聚氟乙烯（polyvinyl fluoride ）

4、，由氟和氟碳分子的共聚体挤压而成。 为含氟或氟碳的共聚物，比其它任何聚合物具有更大的化学结合力和结构稳定性，对日照、 化学溶剂、酸碱腐蚀、湿气和氧化作用的抵抗力和耐久性效果显著。做PVF薄膜最为出名的 为美国杜邦公司，杜邦公司的注册商标Tedlar就是现光伏行业做背板用的最多PVF薄膜， TPT或TPE等背板中的T层指的就是这里所说的Tedlar ，其有第一代和第二代之分，从实际 使用情况而言第一代产品质量更好一些，其厚度在30um左右，目前较多供应欧美市场。第 二代产品成本低一些，厚度为25um，表面有肉眼可见的针孔，供应亚洲市场较多。第一代 含氟膜用的是挤出吹塑法，第二代用的是流延法。 P

5、age 8 PVDF聚偏氟乙烯，除具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射 性能外，还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能，是目前含氟材料中产量名列第二位的大产 品。做PVDF薄膜最为出名的为法国阿科玛公司，阿科玛公司的注册商标Kynar就是现光伏行业做 背板用的最多PVDF薄膜，KPK或KPE等背板中的K层指的就是这里所说的Kynar 。 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，但是P

6、VDF成型较困难，一般需要添加丙烯酸类材料，此材料会造 成局部老化。 Page 9 2.PET：是聚对苯二甲酸乙二醇酯的简称,又称聚酯薄膜，乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物， 表面平滑有光泽。具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120，短期使用可耐150高温 ，可耐-70低温，且高、低温时对其机械性能影响很小。电绝缘性优良，甚至在高温高频下， 其电性能仍较好，抗蠕变性、耐疲劳性、耐摩擦性、尺寸稳定性都很好。气体和水蒸气渗透率低 ，但是在高温高湿中容易水解，在紫外光照下易发生光降解反应。背板一般都用PET膜来作为支 持体。由多层PET复合而成的背板也有一定的市场应用，TPT、TPE、KPK、

7、KPE等材料中的P层指的 就是这里的PET,目前只有少数公司可以生产背板用PET。 Page 10 3.背板内层：在背板中，未经改性的含氟薄膜和PET与EVA胶膜粘结牢度差，因此背板与电池片 接触面需要有粘结层材料，一般可以使用改性过的含氟薄膜和PET，或是粘结性强的PEVA膜或PE 膜，使用PEVA膜或PE膜作为背板内层对组件耐候性有很大的影响，但是它可以大大降低成本， 但在非特别关键的组件上客户还是愿意使用的。TPT、KPK等材料中使用的背板内层就是指改性 过的含氟薄膜、TPE、KPE等材料中的E层指的就是粘结性强的PEVA膜或PE膜。 PE = Polyethylene，聚乙烯，是结构最

8、简单的高分子有机化合物，当今世界应用最广泛的高分 子材料，由乙烯聚合而成，因其粘合在组件里面，不接触空气，仅有正面电池间隙漏过的部分 光线对其有老化作用，故此虽然在一定程度上降低了使用年限。 Page 11 所以根据背板各层所使用的不同材料，背板可以分为TPT、KPK、TPE、KPE以及多层PET压合 而成的背板等。 多层PET组成的背板：最外层是耐老化PET,加上阻隔PET等组成的，现在日本还有多层PET复 合的背板,就是外面是抗老化的PET,中间是绝缘和阻隔的PET,与EVA接触面是胶或者其他的。但 是这种结构一个最大的问题使用年限一般不会超过10年,再好的改性PET也不能在室外这么强的

9、光照和恶劣条件下超过10年的。 为了防止水蒸气进入组件，有些公司在以上各类型的背板中会加入一个铝层，比如在TPE的 T和P中加入铝层，就成为了TAPE，这种结构的背板也有一定的市场。 Page 12 以上介绍的是最为常见的几种背板构成，随着步入背板行业公司的增加，还有许多其他结构的背板相继面世： 备注1 * Primer：底漆或底涂 * PO：Polyolefin，指 各类聚烯烃，包括聚乙烯 (PE)、聚丙烯(PP)和其共 聚物或合金 Page 13 备注2 1.ECTFE:聚三氟氯乙烯，乙烯和三氟氯乙烯1:1的交替共聚物，此材料从低温到330 的性能良好， 其强度、耐磨性、抗蠕变性优良。它在

10、室温和高温下耐大多数腐蚀性化学品和有机溶剂。在上述几 种双氟薄膜结构中，ECTFE的水气阻隔能力是最强的，但成本也最高。 2.SIOX-PET真空溅射氧化硅的PET层以增强背板的隔水性。 3.THV:四氟乙烯(TFE)、六氟丙烯(HFP)与偏氟乙烯(VDF)的共聚物。THV是美国Dyneon公司在20世纪 80年代开发出的性能优异的氟塑料，除具有氟塑料耐候性、不燃性、不粘性外，还可以象常见聚合 物一样容易加工，是一种极具发展前景的氟塑料。 4.FEVE：目前唯一能真正室温固化的氟碳涂料，但是FEVE是否适合做背板还是需要长时间的可靠性 实验来验证，另外两种氟涂料PTEE，PVDF由于需要370

11、-400 高温烧结成膜，高于PET熔点280， 故此两种涂料无法在背板上使用。 Page 14 1.复合法：复合法是现在光伏行业里比较接受的背板加工工艺，所以将重点介绍。 三、太阳能电池背板的加工工艺 基材供卷 (PET原料) 涂胶 干燥 复 合 涂胶 F膜供卷 配制胶液 包装出货 收卷 熟化 （包括松、紧卷 ） 半成品 半成品预固化 干燥 复 合 F膜、E膜供卷 配制胶液 第一面 ： 预固化后 的半成品 第二面： 收卷 分切 （裁边、去废 ） 成品检验 （卷、片材 ） Page 15 Page 16 背板复合生产线 Page 17 影响复合法成型背板品质的因素有以下两大类： 1）生产设备及工

12、艺参数： a.涂布方式：要求厚度均匀，以保证粘接效果。 目前涂布行业最先进的涂布方式为定量挤压式涂布方式，因其涂布料液采用定量并由PLC(可编 程逻辑控制器)进行自控，不受环境温度影响，涂布精度高，故而在高精度涂布的产品中得以应 用，远比常规的凹版涂布方式和逗号刮刀方式精确。 b.干燥过程控制： 干燥过程控制是涂布生产的关键，否则溶剂残留过多，会引起背板双85老化测试中起泡，分层 ，从而影响使用寿命，其重点是由涂布生产中各项工艺参数综合平衡来控制的。 Page 18 2）粘接体系： a.粘接物料体系： 粘接物料体系由粘合剂，稀释溶剂及部份填加的助剂形成，其主体是粘合剂的作用。 目前国内外背板企

13、业选用的粘合剂体系基本上均为双组份聚氨酯体系，因其既要有优异 的抗UV、耐水解等抗老化要求，又要对难粘接的含氟膜有良好的粘接性，故目前全球也仅 有几家专业的粘合剂公司可以生产。 粘接体系中影响剥离强度的另一因素，就是稀释溶剂，常规选用的为:乙酸乙酯，酮类等 ，但对其纯度要求极高，因为其中所含的水份，醇类等羟基（-OH）杂质会与粘合剂中固化 剂所含有的异氰酸根（-NCO）发生直接反应，导致粘合剂性能下降，严重的甚至失效，故而 虽然溶剂是常规溶剂，但其中对羟基类杂质含量要求必须控制严格，这也是同粘合剂生产公 司一样，是使用溶剂行业中的最高标准要求。 工艺调试期间的注意事项： Page 19 b.膜

14、材料的表面性能： 首先是膜表面处理的因素，目前主流均为电晕处理，甚至需要特定的等离子处理方式，通 过高频电火花对膜表面冲击，一方面形成微小凹坑增加粘接的表面积，另一方面将薄膜表面分子 的化学键打断，形成与粘合剂中活性链的交联反应，但电晕处理不能过度，否则造成膜表面损坏 ，同样也会造成粘接性能的下降。故此膜复合前的表面处理极为关键，要求其处理设备（电晕或 等离子）运行稳定，放电均匀一致，并达到相应的瓦特密度性和合适的处理深度。 其次是膜本身的因素，因此行业要求高耐侯性，故此在膜材料中都添加了相应的助剂，以 提高其性能，下面就三种膜进行逐一分类比较： PET膜分为半透与白色两类，相对来讲，半透膜要

15、易粘接，而白色膜中添加了各种助剂会影 响一定粘接性能。 Page 20 PF薄膜是难以粘接的物质，尤其是PVDF膜含有双C-F键，比杜邦的PVF膜单C-F键更难以粘 接，同进粘接效果还受膜中助剂成分、成型工艺等因素影响。 PEVA膜或PE膜是TPE、KPE类背板中的薄弱环节，因其本身耐侯性并不理想，但出于对背板 产品的成本考虑，将与层压EVA面的膜材料换成PE或EVA膜，以牺牲部分抗老化性能换取成本的降 低，这是目前绝大部分中型组件公司的首选。 Page 21 2.涂覆法：组件厂家先是使用复合法成型的背板,并且也通过20多年的使用验证,所以目前使用PVF、PVDF等F 膜的背板接受程度还是比使

16、用氟涂料涂覆形成的背板高。 基材供卷 (PET原料) 涂胶 干燥 涂胶 包装出货 收卷 熟化 （包括松、紧卷 ） 半成品半成品预固化 干燥 配制氟涂料 第一面 ： 预固化后 的半成品 第二面： 收卷 分切 （裁边、去废 ） 成品检验 （卷、片材 ） 配制氟涂料 Page 22 2.涂布法和复合法的差别： 尽管二者化学组成基本相同，但因形成过程和涂布方式的差别造成二者使用性能上的差别： a. 装饰保护层的致密性： F膜（PVF/PVDF薄膜）由共聚体挤压而成，这一形成过程保证了装饰层致密无暇，决无氟涂料喷 涂或滚涂过程中经常发生的针孔，发裂等缺陷。所以：F膜的饰层隔绝性优于氟涂料。F膜板可以用 在腐蚀