光伏背板材料国内外现状及趋势分析

1、光伏背板材料国内外现状及趋势分析摘要：光伏电池是由玻璃、EVA、硅片、背板组成，按照玻璃 一EVA一电池 片一EVA一背板的结构封装构成，其中背板位于光伏电池背面的最外层，是光伏电池重要 组成部分，不仅起到封装的作用，同时还起到保证光伏电池不受到环 境影响的作用，确保光伏电池的使用寿命。光伏电池是由玻璃、EVA、硅片、背板组成，按照玻璃 一EVA一电池片EVA一背板的结构封装构成，其中背板位于光伏电池背面的最外层，是光伏电池重要 组成部分，不仅起到封装的作用，同时还起到保证光伏电池不受到环境 影响的作用，确保光伏电池的使用寿命。本文将对太阳能电池背板材料、 结构的 现状以及发展趋势作一回顾和分

2、析。1、光伏背板的类型及优缺点按照光伏电池背板整体结构划分，可将光伏电池背板划分为FPF, FPE,全PET与PET/聚烯轻结构。其中F为含氟薄膜;P 为双向拉伸工艺制备的聚对苯 二甲酸乙二醇酯薄膜（即PET薄膜）；E为乙烯一醋酸乙烯（即EVA）;聚烯轻 指各种以碳碳结构为主链的塑料。这些结构层之间使用胶粘剂进行粘合，通过复 合工艺制备成型。最早的光伏电池背板采用TPT结构，即TedlaJ PET/ Tedlar结构，其中Tedlar为杜邦公司所生产的PVF（聚氟乙烯）薄膜，以杜邦公司的Tedlar为基材的背板主导了大部分的光伏背板市场，第一款进入光伏市场的产品为PVF 2001,目前杜邦公司

3、的Tedlar产品已经开发出第三代。按照光伏电池背 板所采用的薄膜材质区分，可以将背板划分为Tedlar背板、含氟背板、PET背板与其他一些采用如PE材质的背板产品。1.1. Tedlar系列Tedlar结构的背板被称为经典的背板结构，已成为国内外太阳能电池组件厂 首选背板类型。PVF膜的结构稳定、耐环境变化，但是薄膜表面较易出现针孔， 薄膜的水汽阻隔能力较差。同时PVF材料本身含氟量小，所以PVF薄膜需要有 足够的厚度来保证其性能。不过PVF是所有氟材料中成本最低的，非常适合作 为大规模推广应用的太阳能光伏背板材料。1.2.含氟背板在杜邦公司Tedlar产能有限的情况下， 光伏电池背板生产企

4、业也采用了其他 材质的薄膜来代替Tedlar薄膜生产背板。1） PVDF（聚偏氟乙烯） 此类薄膜的生产商主要有法国的阿科玛公司，韩国SKC等。PVDF是使用量第二大的氟塑料，其熔点和分解点相差大，可以使 用热塑性塑料加工方法进行加工。PVDF较成熟的制膜技术是使用吹膜的方法。 阿克玛公司拥有专门应用于吹膜的高融体强度级别PVDF树脂，能吹出厚度仅5m的薄膜。PVDF中常加入聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA ）作为增塑剂以提高其 成膜性，加入PMMA后的PVDF的在熔融状态下更容易成膜。国内的一些 高校如北京化工等在这方面已做了较多的研究。但PVDF加入PMMA后会影响薄 膜的抗老化性能，澳大利业Le

5、oben大学对采用不同氟塑料薄膜的背板老化 结果 进行了研究，发现含PMMA （10%20%）的PVDF薄膜经过10002000h湿 热老化后薄膜破损严重。欧洲一家公司在中国大力推广其生产的PVDF薄膜，尽管该公司提供的数据表明耐候性良好，但从红外图谱发现该薄膜含有大量的PMMA的成分；该薄膜为三层结构，特别是中间层PMMA PVDF合金中的PMMA含量，甚至大大超过PVDF含量,所以该产品的实际耐候性如何，需要 时间考验。海优威公司使用与欧洲某化学品公司开发的太阳能电池背板用PVDF薄膜生产背板。该PVDF薄膜由PVDF、无机颜料和功能性添加剂组成，为单层结构， 整个薄膜内外材料均一，白色薄

6、膜能白分之白遮蔽紫外线，经2000h的紫外老 化测试，薄膜的老化性能下降可以忽略不计，其他性能完全可以满足光伏电池背 板对氟塑料薄膜的各种要求。2） THV（四氟乙烯一六氟丙烯一偏氟乙烯共聚物）美国3M公司的BBF背板采用THV含氟薄膜。THV是美国Dyneon公司在20世纪80年代开 发，也 是目前唯一的生产厂家。THV是目前市场中最柔软的氟塑料，当和其他材料复合成多层结构时，柔韧性非常突出。THV的另一个重要特点是本身容易粘 接, 无须表面处理就能与其他材料粘接，背板的复合制作工艺和用硅胶粘贴接线盒都 十分简便，特别适用于对背板要求柔软的场合。3） ETFE （乙烯一四氟乙烯共聚物）日本旭

7、硝子株式会社研发的ETFE薄膜，由原料到薄膜完全自产，目前还处于试用阶段，尚未达到规模化应用。4） ECTFE （乙烯一三氟氯乙烯共聚物）ECTFE由杜邦公司在1946年开 发成功，目前商品化的产品只有苏威公司提供。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学腐蚀性能，没有一种溶剂在120 CT能侵蚀ECTFE或使其应力开裂， 而且具有很高的耐候性和阻隔性。 在商品化光 伏电池背板中，ECTFE是最好的耐候层的材料。5） PTFE（聚四氟乙烯）、FEVE（氟乙烯与乙烯基酰的共聚物）PTFE背板多采用涂覆法制备，大部分由国内企业生产。由于前几年太阳能电池背板需 求

8、旺盛，国外公司均不对中国供应氟塑料薄膜， 所以国内开发了其他国家不生产的 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涂覆型背板在实际使用中会出现许多问题，如涂覆PET表面后 涂料层易形成针孔，影响水汽阻隔率；涂层之间容易形成反粘，同时还存在粘结 强度不够、多层涂布遇到的层间附着问题和涂层开裂等问题。 因此，目前实际应 用依然以复合型背板为主。6）PET背板此类背板多采用经过特殊处理的PET,多层复合而成，多见 于日本公司生产的产品。1.3.其他类型背板如PE系列，我国许多小厂采用PE作为背板材质，用在小光伏组件上，生 产光伏灯具等。各个氟塑料薄膜对水汽的阻

9、隔能力不同，其中以ECTFE为最优。使用同样厚度为100皿的薄膜，在气温40C和湿度95%的条件下，PVF每天每平米的水 汽透过率超过1020g, PVDF为2g左右，而常用的PET不超过10g。据多数供 应商提供的数据，采用氟塑料薄膜和PET薄膜复合成的背板，其水汽阻隔性能 小丁2g。表1为各种氟材料的特性。壕点F匚 分嶂谡度KPVF190-25022041/HBPVDF165-17035043/V,THV120-22544065-67/V,EGTFE235-245ETFE2&C270珈。56/V.表1各种氟材料特性2、光伏电池背板的性能测试一款合格的背板需要具有与EVA良好的粘接性

10、、电气绝缘性、防水防湿和 耐侯性等功能，产品必须经过剥离强度、水汽透过率、热收缩率、绝缘性能测定 和经过耐老化、湿热、湿冻和热循环试验合格后方能使用。剥离强度主要由电子拉力机来进行测试，而热收缩率则是在真空烘箱内进行，主要是测定背板的力学性能。水蒸气渗透率是衡量背板性能好坏的重要指标之一，若背板阻隔水蒸气渗透 的性能不良，则空气中的湿气（尤其是阴雨天）会透过背板进入到电池板内侧， 水蒸气的渗透还会影响到EVA的粘结性能，导致背板与EVA脱离，进而使更 多湿气直接接触电池片而使电池片被氧化。 其测试原理为将试验薄膜隔成两个独 立的气流系 统，一侧为具有稳定相对湿度的氮气流，并随着干燥的氮气流流向

11、 红外检定传感器，测量出氮气中水蒸气透过率。红外线检定法在整个实验过程中 全自动测定，不破 坏扩散和渗透的平衡，结果准确可靠，同时由丁红外检定法 检测传感器的高灵敏度，因而可以在短时间内测量高阻隔性的材料。耐老化测试、湿热测试、湿冻测试、热循环试验在紫外光加速老化试验箱与 包温包湿老化箱中进行。背板不仅起到阻隔水汽的作用，还要在自然环境内保证 自身的耐候性。由丁背板的结构为多层复合，所以在自然环境中经过长时间的使用后， 保持 其各层性能与粘结层的效果十分重要。依据IEC标准，光伏电池背板必须进行耐紫外老化、双85、湿冻等试验，测试其耐老化性能。绝缘测试、击穿电压测试、最大系统电压测试是针对光伏

12、电池背板的电性能 作出的专业测试，主要采用介电击穿电压测试仪、 绝缘测试仪、电压测试机等仪 器进行测试，根据ASTM与IEC标准来检测其性能指标是否达标。表2为目前国内一些背板企业所生产的光伏电池背板性能参数。名称分程温度 K氧曲PVF190-230 22041/HBPVDF1S5-17025CTHV12C-225440S5-67MECTFE 235-245耳300ETFE250-27030056M表2光伏电池背板性能参数3、光伏背板的国内外现状和发展趋势目前国外最大的光伏电池背板供应商Isovolta大部分产品为PVF与PET的复合体，同时也提供非PVF与增加铝层的产品。其他的如美国盾膜、德

13、国AugustKrempel Soehns韩国SFC、日本Toppan等较大的光伏电池背板供应商，也都 是供应以杜邦Tedlar为基材的产品。由丁能够取代Tedlar的材料较 少，所以目 前众多的组件厂依然以选用以杜邦Tedlar为基材的背板产品为主。虽然大部分背 板生产商都希望使用Tedlar,但是由丁杜邦公司的Tedlar供应有限，所以一些背 板生产厂开始致力丁开发新的不含Tedlar的背板材料，希望降低背板的价格，同 时减少对丁Tedlar的依赖。德国的Bayer材料科学集团采用聚碳酸酯的混合物来作为背板材料；美国的Biosolar Inc.则是采用甚麻子为原料生产光伏电池背板材料；日本

14、一些公司则采 用经过特殊处理的三层PET复合制造光伏电池背板。我国的企业中，台虹采用杜邦Tedlar基材料生产背板，而江苏汇通、苏州赛 伍等其他采用复合法制备背板的企业，因为杜邦Tedlar供应紧张而采用Arkema等公司生产的PVDF或者其他的含氟材料。由丁复合法制备光伏电池背板比较困难，国内一些企业改用涂覆法生产光伏 电池背板，也取得了一定的成果。涂覆型背板多采用氟碳涂料，涂覆丁PET之 上，形成 氟层，由丁氟碳涂料优越的性能，使得涂覆型的光伏电池背板同样具 有较好的抗环境老化的效果。国内的苏州中来、杭州帆度、哈氟龙、联合新材、 福斯特等公司皆 采用涂覆法制备光伏电池背板。无论复合法制备光伏电池背板所采用的氟膜， 还是涂覆法制备光伏电池背板 所使用的氟碳涂料，所用原料大多从国外进口，价格高且供货不稳。尤其是受到 国外企业专利技术的制约，使得国内没有