PVDF树脂在太阳能电池模组背板上的应用

1、 P VDF 树脂在太阳能电池模组背板上的应用吴君毅(上海三爱富新材料股份有限公司,上海2002411前言随着不可再生能源的逐步减少以及矿物类资源生产、使用中产生的各种污染问题,各国都在用政策的、法律的手段逐步加大对可再生能源和清洁能源的开发利用,并努力提高其在整个能源使用中的比例。在这些清洁和可再生能源中,太阳能是其中最重要的能源之一。目前太阳能设备常用的是太阳能电池板,它是将太阳能转化为电能的一个重要设备。此类产品使用年限一般按照25年以上进行设计,要确保产品达到如此长的使用期限,就需要严格控制各组件质量,而这些组件中太阳能电池背板的作用不容小觑,太阳能电池背板起着保护光伏组件中的电池片的

2、作用。图1为中国可再生能源学会预计的。从图中可知,2013年全球的需求将是2008年的3倍 。图1太阳能背板材料的市场预测2太阳能电池模组结构及其对背板的性能要求图2是太阳能电池模组结构示意图。其一般按玻璃-胶膜-电池板-胶膜-TPT 叠合于铝合金框内。由于太阳能电池模组是放置在室外的电气产品,因此背板除了具有保护功能以外,还必须具备25年之久的可靠的绝缘性能、阻水性、耐老化性能。表1列出了背板性能要求一览表,在这些指标中一个衡量太阳能电池背板性能好坏的重要指标是水蒸汽渗透率。若太阳能背板阻隔水蒸汽渗透的性能不良,则空气中的湿气(尤其是阴雨天湿气更大会透过太阳能背板进入到内侧,水蒸汽的渗透会影

3、响到E VA (乙烯-醋酸乙烯共聚物的粘结性能,导致背板与E VA 脱离,进而使更多湿 气直接接触电池片而使电池片被氧化。图2太阳能电池模组结构示意图表1太阳能电池对背板的性能要求一览表序号项目单位测试方法指标值1剥离强度EVA /背板常态N /cm AST M D -1876180°Peel 40EVA /背板双85处理后N /cm AST M D -1876180°Peel 40EVA /背板UV 处理后N /cm AST M D -1876180°Peel 40PET/FP 常态N /cm AST M D -1876180°Peel 6PET/FP

4、 沸水24h N /cm AST M D -1876180°Peel 6PET/FP 双85处理后N /cm AST M D -1876180°Peel 5PET/FP 冷热循环后N /cm AST M D -1876180°Peel 5PET/FP 湿气冻结后N /cm AST M D -1876180°Peel 5PET/FP UV 处理后N /cm AST M D -1876180°Peel 5背板/硅胶双85处理前/后-15kg/30m in 不脱离23有机氟工业O rgano -Fluorine I ndustry 2009年第4期

5、序号项目单位测试方法指标值2热收缩率MD /T D %AST M D -1204(150C /30m in 13热失重率%G B /T13541-920.254水汽透过性(g m/m 2day AST M F -1249(38C /100%RH 3.05击穿电压K V AST M D -149186局部电压VDC IEC60664-110007黄变指数-AST M E313-05b 2为了达到各指标要求,背板中的每一层材料都要达到一定的性能要求,具体参见表2。其中含氟膜材料一般为2030m 的厚度,其除了一般的机械性能、电性能、化学性能外,耐UV 性和湿热性更是用于弥补PET 层不足的性能要求

6、。表2各层材料及其所需性能各层材料胶粘特性机械性能电气性能耐化学/水特性热稳定性阻水性能耐U V 性耐湿热性阻燃性可作业性含氟膜胶粘剂PET胶粘剂含氟膜3P VDF 树脂在背板中的应用目前用于太阳能电池组件封装的背板常用TPT聚氟乙烯复合膜,TPT 一般常用三层结构(P VF /PET/P VF ,外层保护层P VF 具有良好的抗环境侵蚀能力,中间层为PET 聚脂薄膜具有良好的绝缘性能,内层P VF 需经表面处理和E VA 具有良好的粘接性能。P VDF 树脂作为与P VF 结构相接近的树脂产品,由于P VDF 的含氟量59%远大于P VF 的41%,其用于背板有着更好的特性要求 。图3常见的

7、P VDF 链段分子构型图正是基于P VDF 树脂所特有的分子构型,P VDF 材料具有以下特性:3完全抵御日光降解3优异的耐化学品和耐溶剂性3高耐磨性3很好的耐沾污性3不支持真菌和细菌的生长,具有较好的阻燃和低烟特性3对大多数气体和液体的低渗透3高介电强度和体积电阻3很好的热稳定性3在高温下的高机械强度3易于加工,成型与焊接3高纯度3耐Y 射线和电子束照射3材料的可得性上述这些特性符合表2所需要的背板材料要求。总所周知,P VDF 树脂制备的氟涂料具有无与伦比的耐候性,因此作为膜材料它也有着比P VF 更好的耐候性,进而其黄变指数和老化后的机械强度等性能也都要好于P VF 材料。对于电性能而

8、言,从表3的测试结果中可以发现,P VDF 制备的膜与P VF 相比其表面/体积阻抗、介电强度、耐干电弧性能和热线融化率与P VF 相当,而阻燃性比P VF 更好。至于渗透性,P VDF 与P VF 相比毫不逊色,参见表4。表3电性能、加工性能、阻燃性能测试一览表性能测试方法测试表明P VDF 膜P VF 膜/25/m表面阻抗(Ohm AST M -D -257干48h23C,50%RH1.12×10152.24×1015表面阻抗(Ohm AST M -D -257湿96h35C,90%RH4.23×1014 2.45×1014332009年第4期P V

9、DF 树脂在太阳能电池模组用背板上的应用 性能测试方法测试表明P VDF 膜P VF 膜/25/m体积阻抗(Oh m -c m ADT M -D -257干48h23C,50%RH1.37×1014 1.12×1013体积阻抗(Oh m -c m AST M -D -257湿96h35C,90%RH9.06×1012 2.88×1012介电强度(kV /mm AST M -D -14923C10990耐干电弧性能Ti m e of A rc Re 2sistance (sec &UL (P LC AST M D49521P LC =718P LC

10、 =7阻燃性UL94R RatingUL94,Secti on 11VT M -0NA (Burned >125mm 热线融化率(H W I Ti m e t o lgniti on(s AST M D 3874>937表4各材料的渗透性比较ETFEP VDF P VF 水蒸气/(g/m 2.d .bar 227空气/(c m 3/m 2.d .bar 40750氧/(c m 3/m 2.d .bar 1002012氮气/(c m 3/m 2.d .bar 40301二氧化碳/(c m 3/m 2.d .bar 40010060正是基于上述性能的比较可知,在太阳能背板的应用中P V

11、DF 有着与P VF 相似的性能,甚至在某些方面有着更好的适应性。三爱富公司近年来一直致力于开发可应用于背板中的P VDF 树脂材料,现已推出了FR906和FR907等牌号产品可供选择。FR906产品的制膜效果如图4所示:图4FR906产品的制膜效果图参考文献1中国可再生能源学会会议论文,20092Modern fluor opoly mers:H igh perf or mance poly mers for di 2verse app licati ons,John Scheirs,1997.3三爱富公司FR900产品说明书.(上接第26页22冯雪涛.加氢脱氯合成HFCs 负载型钯催化剂的研究D .西安: