太阳能电池背膜

1、- -太阳能电池背膜行业调查报告重庆纽米新材料科技有限公司李伟目录前言1TOC o 1-5 h z一、太阳能电池产业发展概况1二、太阳能电池背膜行业市场状况、发展趋势及国产化进程2三、不同结构太阳能电池背板的比较5四、太阳能电池背膜使用的各种氟塑料的比较7五、薄膜用聚偏氟乙烯（PVDF）相关知识简介11六、PVDF太阳能电池背膜行业动态15七、国内外太阳能电池背膜生产厂家18八、说明20、乞、前言光电直接转换方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光产生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光

2、电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染；太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用的太阳能电池组，这是其它电源无法比拟的。太阳能电池主要用于:1.用户太阳能电源1小型电源10-100W不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等；23-5KW家庭

3、屋顶并网发电系统；3光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉。2.交通领域如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。3.通讯/通信领域太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。石油、海洋、气象领域石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等家庭灯具电源如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。光伏电站10KW-50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车

4、厂充电站等.7.太阳能飞机例如:2010年7月8日世界最大太阳能飞机一一瑞士制造的“太阳驱动”飞行26小时后，于当地时间809时在瑞士帕耶那机场降落，成功完成首次昼夜试飞。这是世界上首次进行太阳能飞机的夜间试飞。“太阳驱动”由该项目总裁、瑞士探险家安德烈勃希伯格驾驶。当地时间7日6时51分“太阳驱动”起飞，到16时40分，飞行高度超过了预定的8500米，达到8700米，飞机在这一高度上为蓄电池充电，以备夜航。“太阳驱动”翼展长度为63.4米，上面安装有1.2万对太阳能电池板，为飞机上总重达400公斤的4个蓄电池充电。“太阳驱动”的大小与空客A340型飞机相当，而重量只有1600公斤，仅相当于一

5、辆普通小汽车。飞机用超轻碳纤维材料制成，为减轻飞机重量，驾驶基本是机械操纵，没有使用大量电子设备，甚至连机身都是贴薄膜，没有涂油漆。太阳能电池产业在当前的可再生能源日益制约着国际社会经济发展瓶颈的严峻形势下正以较快的速度在发展。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。目前我国太阳能电池产业除太阳能电池背膜以外其他组件全部实现国产化，太阳能电池背膜(太阳能电池背板膜)起着保护光伏组件中的电池片的作用，具有可靠的绝缘性、阻水性、耐老化性。由于太阳能电池背膜作为一类重要的太阳电池组件封装材料，其技术，门槛要求相当高，加之相关原材料长期受到国外氟化工

6、巨头的专利技术制约，时至今日其国产化程度极低，造成现在国内太阳电池组件生产商采用的背膜大多是国外进口产品，价格较高且供货周期不能保证。因此，背膜国产化是中国光伏企业的必然选择。用PVDF制备太阳能电池薄膜的工艺难点主要在于PVDF的温度范围和拉伸倍率比其他典型树脂窄得多，更难确定能使其整个加工过程更加稳定的生产条件。目前国内有苏州中来(Jolywood)公司年产3000万平方米太阳电池背膜于2010年1月破土动工等太阳能电池背膜项目在建，但国内太阳能电池企业对于背膜氟膜基本依赖进口或者通过涂覆的方式代替。此外，双向拉伸PVDF薄膜生产成功(中国塑料制品网报道于2009年12月1日)已见报道。美

7、国罗德岛州文索基特市(Woonsocket,R.I.)的帕金森科技有限公司(ParkinsonTechnologiesInc.)联同美国新泽西州塞罗费尔(Thorofare,N.J.)的苏威苏莱克斯公司(SolvaySolexis,Inc.),首次生产了双向拉伸PVDF薄膜，该薄膜是位于文索基特市(Woonsocket)的帕金森的马歇尔&威廉姆(ParkinsonsMarshall&Williams)的挤出和取向实验室设备的一个Solvay项目（具体细节保密）现就调查收集到得相关资料做如下总结：一、太阳能电池产业发展概况（参考中投顾问发布的2010-2015年中国太阳能电池行业投资分析及前景预

8、测报告）当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。全球太阳能电池产业1994-2004年10年里增长了17倍，太阳能电池生产主要分布在日本、欧洲和美国。2007年全球太阳能电池产量达到3436MW，较2006年增长了56%。2008年全球太阳能电池的生产量提升至6.85GW，也几乎是倍数的成长。中国对太阳能电池的研究起步于1958年，目前

9、，中国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2007年全国太阳能电池产量为1188MW,2008年的产量继续提高，达到了200万千瓦。2009年中国太阳能电池/模组制造商的产能较2008年倍增，达到&000MW，电池产量超过4,000MW。中国已在生产制造方面取得重要地位，也将成为使用太阳能的大市场。2009年国家陆续出台了太阳能屋顶计划、金太阳工程等诸多补贴扶持政策，在政策的支持下中国有望像美国一样，会启动一个巨大的市场。太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳

10、能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。由此可以看出，太阳能电池市场前景广阔。其中中投顾问发布的2010-2015年中国太阳能电池行业投资分析及前景预测报告共十一章。首先介绍了太阳能电池的定义、种类、特点、应用领域等，接着分析了国际国内太阳能电池产业的现状，然后具体介绍了单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、多元化合物太阳能电池

11、、薄膜太阳能电池的发展。随后，报告对太阳能电池行业做了技术研发分析、原料市场分析、关联产业发展分析、投资分析和未来前景趋势分析，最后分析了国内外太阳能电池重点生产企业的运营状况，对太阳能电池行业有个系统介绍。二、太阳能电池背膜行业市场状况、发展趋势及国产化进程（一）太阳能电池背膜行业市场状况（参考中投顾问2010-2012年太阳能电池背膜行业市场调研及投资分析预测报告）中国光伏产业在过去的几年经历了告诉增长，但也存在诸如盲目投资、恶性竞争、创新力不足等问题。同时，由于技术的持续改进和突破，中国光伏产业正摆脱其高能耗、高污染的形象，展露出较大的发展潜力。2009年3月，中国敦煌10MW并网型光伏

12、发电项目招标中，所有投标都低于2元/KWh，最低标0.69元/KWh，次低标1.09元/KWh，这说明中国光伏企业已具有相当的价格承受能力和竞争力，在降低光伏发电成本方面很可能走在全球前列。太阳能电池组件封装材料主要包括玻璃、EVA、胶膜、边框、背膜、接线盒、硅胶等，目前除背膜意外的其他封装材料均一再中国光伏产业实现国产化，大大降低了太阳电池组件单位发电功率的制造成本。但是，背膜作为一类重要的太阳电池组件封装材料，其技术，门槛要求相当高，加之相关原材料长期受到国外氟化工巨头的专利技术制约，时至今日其国产化程度极低，造成现在国内太阳电池组件生产商采用的背膜大多是国外进口产品，价格较高且供货周期不

13、能保证。因此，从降低太阳能电池组件单位发电功率的制造成本角度来讲，背膜国产化是中国光伏企业的必然选择。当前，国内背膜产业还处于起步发展阶段，其开发生产企业多分布于中国大陆长三角地区，开发的背膜类型主要有复胶型背膜和涂覆型背膜两大类。以台虹、赛伍、乐凯、汇通微代表的背膜企业主要采取以PVF、PVDF或ETFE等氟膜与PET基材通过胶粘复合而制备复胶型背膜，其氟膜基本依赖进口，背膜制造成本较高。以苏州中来，哈氟龙、福斯特等为代表的背膜企业通过以四氟树脂（PTFE）或三氟氯乙烯树脂（CTFE）为主体树脂的涂覆方式与PET基材复合而开发制备涂覆型背膜，在背膜成本与技术方面具有较大优势。2010-201

14、2年太阳能电池背膜行业市场调研及投资分析预测报告通过对太阳能背膜行业的市场现状进行广泛、深入地调查研究，并结合国家统计部门权威数据，以“数据、图表、观点”的形式，对太阳能电池背膜行业2009年的发展状况进行了全面总结叙述，报告内同实际太阳能电池背膜行业的国内外发展概况、市场规模、需求和供给、产品价格、市场集中度、竞争格局、用户需求、产业链上下游、渠道、进出口状况、重点子行业、细分地区等内容以及太阳能电池背膜行业重点企业的经营状况。报告还结合2008-2009年全球金融危机，研究了当前世界经济形势和我国扩大内需促发展、产业振兴规划等经济政策对太阳能电池背膜行业的发展影响，最后对2010年以及未来

15、3-5年太阳能电池背膜行业的发展趋势进行了深层次、多角度的分析和论证，并对太阳能电池背膜行业的营销、投掷、应对金融危机给出了专家建议。该报告的研究框架全面、严谨、分析内容客观、公正、系统、真实准确地反映了我国太阳能电池背膜行业的市场发展现状和未来发展趋势，是企业进行市场研究工作时不可或缺的重要参考资料，同时也可作为金融机构进行信贷分析、论证分析、投资分析等研究工作时的参考依据。（二）太阳能电池背膜行业发展趋势及国产化进程（苏州中来太阳能新材料技术有限公司太阳电池背膜国产化及其发展趋势作者：陈曦覃湘）A、双面氟材：高品质背膜不可或缺太阳电池背膜主要分为含氟背膜与不含氟背膜两大类。其中含氟背膜又分

16、双面含氟（如TPT）与单面含氟（如TPE）两种；而不含氟的背膜则多通过胶粘剂将多层PET胶粘复合而成。目前，商用晶硅太阳电池组件的使用要求为25年，而背膜作为直接与外环境大面积接触的光伏封装材料，其应具备卓越的耐长期老化（湿热、干热、紫外）、耐电气绝缘、水蒸气阻隔等性能。因此，如果背膜在耐老化、耐绝缘、耐水气等方面无法满足太阳电池组件25年的环境考验，最终将导致太阳电池的可靠性、稳定性与耐久性无法得到保障，使太阳电池板在普通气候环境下使用810年或在特殊环境状况（高原、海岛、湿地等）下使用58年即出现脱层、龟裂、起泡、黄变等不良，造成电池模块脱落、电池片滑移、电池有效输出功率降低等不良，更危险

17、的是电池组件会在较低电压和电流值的情况下出现电打弧现象，引起电池组件燃烧并促发火灾，造成人员安全损害和财产损失。研究表明，PET分子主链中含有大量的酯基，与水具有很好的亲和性，容易产生水增塑，同时即使微量的水分也会导致分子主链的降解。PET在湿热老化过程中老化性能的变化受三个因素影响：结晶度、水增塑、水解,各因素自始至终都在起作用,不同的环境和不同的阶段内各种不同因素起主导作用。老化初期，结晶为主导因素,它增加杨氏模量、最大拉伸应力,但使材料变脆,降低冲击强度，然后水增塑成为主要因素,它使材料韧性增加,但是很快水解反应上升为主要因素,它引起PET大分子链断裂，分子量下降，从而引起机械性能的破坏

18、。而温度的升高则会使上述过程明显加快，因此水和热是导致PET物理机械性能急剧下降的主要原因。此外，紫外辐射也会使PET的分子量、强伸度大幅度下降,结晶度有所提高,从而使材料脆化。因此，通过胶粘剂将多层PET胶粘复合而成的不含氟背膜从材料本身特性上就无法满足商用晶硅太阳电池组件25年的湿热、干热、紫外等环境考验与使用要求，也就很难适合用于晶硅太阳电池组件的封装。含氟背膜表面的氟材料由于氟元素电负性大，范德华半径小，碳氟键键能极强（高达485KJ/mol）,且其独特的氟化链整体结构中的螺旋形棒状分子紧密、刚硬、表面平滑，使得氟树脂的耐候性、耐热性、耐高低温性和耐化学药品性等各项性能均十分优越。氟树

19、脂的优异特性使得含氟材料（氟膜或氟碳涂料）具有优异的耐侯性能，可保障长期户外使用的可靠性。作为对外部环境与太阳电池内部起阻隔作用的背膜，其与外部接触的空气面以及与EVA结合的粘结面（光照面）遭受着主要的老化作用。然而，由于目前背膜开发生产企业考虑到双面含氟材料给整个背膜生产造成的成本压力，厂商采用了EVA材料（或其他烯烃聚合物）替代双面含氟的TPT结构背膜中EVA粘结面（光照面）的氟材料，从而出现了单面含氟的TPE结构的背膜。此类TPE结构的背膜在与组件封装用EVA胶膜粘结后，由于其光照面无含氟材料对背膜的PET主体基材进行有效保护，组件安装后背膜无法经受长期的紫外老化考验，在几年之内组件就会

20、出现背膜黄变、脆化老化等不良现象，严重影响组件的长期发电效能，因此单面含氟的TPE结构的背膜是不适用于晶硅太阳电池组件的封装使用的。B、涂覆型背膜：背膜材料发展趋势目前，主流的太阳电池背膜多为双面含氟的复胶型背膜和涂覆型背膜。复胶型太阳电池背膜（TPT、KPK等）多是以欧美一些氟化工企业开发的PVF或PVDF等氟膜通过胶粘剂与PET基材粘结复合而成。复胶型背膜由于其内部PET基材两面存在胶粘剂，而胶粘剂的质量水准不一，加之复合工艺良莠不齐，在电池组件户外长期使用过程中复合型背膜受湿度与温度双重因素的综合影响，易发生粘结胶层水解等损害，最终导致氟膜（PVF或PVDF等）与PET基材的层间剥离，难

21、以满足电池组件长期的可靠性要求。同时，由于制造专利技术制约和氟膜表面的亲水性改性处理技术等原因，目前PVF和PVDF等氟膜产品还没有在中国实现国产化。因此，采用PVF或PVDF等氟膜开发生产双面含氟太阳电池背膜的中国企业长期受制于外国氟膜制造商，其背膜制造成本居高不下，且适用于氟膜与PET粘结的高品质胶粘剂多为国外极少数厂商技术垄断，很难进口。而国内一些背膜生产企业只能采用一些普通的聚氨酯、环氧或丙烯酸类胶粘剂，这些胶粘剂容易老化，在性能上无法满足25年的耐久性要求。鉴于复胶型太阳电池背膜用氟膜未实现国产化的现实情况和背膜内部复合用胶粘剂难以经受组件户外长期使用过程中湿热老化的考验，开发一类不

22、使用胶粘剂的、具有较高一体化程度和具有优异长期耐候性能的低成本的高品质背膜产品，是目前背膜开发与技术发展的方向和趋势。氟碳涂料经过几十年的快速发展，在建筑、化学工业、电器电子工业、机械工业、航空航天产业、家庭用品的各个领域得到广泛应用，成为继丙烯酸涂料、聚氨酯涂料、有机硅涂料等高性能涂料之后，综合性能最高的涂料品种。目前，应用比较广泛的氟树脂涂料主要有PVDF、CTFE、PTFE三大类型，我国也是继美国、日本之后第三个拥有氟碳涂料合成技术并实现产业化的国家。以氟树脂跨国企业（如日本旭硝子、大金和法国阿科玛等2）开发生产的PVDF、CTFE、PTFE树脂为主体树脂制备的氟碳涂料，广泛应用于桥梁、

23、大厦、铁路、通信设施的表面防护上，并经受了40年以上的户外严酷考验，表现出极佳的耐候性能。同时，目前包括低温等离子体改性技术、辐照改性技术、真空等离子体化学接枝技术在内的材料表面改性技术已较为成熟。因此，将氟碳涂料、PET表面改性技术、氟涂层表面改性技术等应用于太阳电池背膜的开发，从而实现不使用胶粘剂并具有优异长期耐候性能的低成本高品质涂覆型背膜产品是完全可行的，也是今后背膜材料发展和国产化的必由之路。C、背膜国产化进程：加速推进当前，国内背膜产业还处于起步发展阶段，其开发生产企业多分布于中国大陆长三角地区，开发的背膜类型主要有复胶型背膜和涂覆型背膜两大类。以台虹、赛伍、乐凯、汇通为代表的背膜

24、企业主要采取以PVF、PVDF或ETFE等氟膜与PET基材通过胶粘剂粘结复合而制备复胶型背膜，其氟膜基本依赖进口，背膜制造成本较高。以苏州中来、哈氟龙、福斯特等为代表的背膜企业通过以四氟树脂（PTFE）或三氟氯乙烯树脂（CTFE）为主体树脂的涂料采取涂覆方式与PET基材复合而开发制备涂覆型背膜，在背膜成本与技术方面具有较大优势。由于国内复胶型背膜制造企业在主要原材料和核心技术方面不具备成本和质量的优势，造成产品整体的核心竞争力与利润空间较低。而苏州中来公司（Jolywood）通过自主研发，在PET表面和四氟涂层（FFC）表面分别采取全球首创的等离子体硅钛化处理技术和等离子体氟硅氧烷化处理技术，

25、显著增加了PET和FFC的表面能和活性化学基团数量，使PET与FFC之间、FFC与EVA之间不但具有物理吸附，还产生化学分子的接枝，使得FFC氟涂层与PET结合力超强，与EVA的粘结力大幅度提高，经过85C*85%RH2000小时老化测试它们之间不分层不脱层。目前，苏州中来四氟型太阳电池背膜已通过了TUV、SGS、UL等国际认证，并在国内外光伏企业得到广泛应用。随着世界经济形势的整体向好，中国和世界光伏产业将迎来新的高速发展期。同时，2010年欧洲光伏政策的调整和中国国内光伏应用市场的启动使太阳电池组件降低成本势在必行，我们有理由相信在未来12年内，中国光伏产业将实现封装背膜的国产化，这也将同

26、时从真正意义上实现太阳电池组件应用材料的完全国产化。三、不同结构太阳能电池背板的比较（参考不同结构太阳能电池背板的比较上海海优威电子技术有限公司李民）现在常用的太阳能电池背板有TPT,TEP,BBF几种结构，但是TPT的用量最大，目前国产的质量还不太过关，大部分依靠进口。价格从80150/平米不等通常的太阳能电池背膜是由EVA等粘合剂将TPT（PVF和PET的三层膜结构）粘接在太阳能电池板上，起到保护电池内部作用。因为特殊要求，该膜需要良好的力学强度，电学特性，良好的耐候性和对光有良好的遮蔽功能。随着太阳能产业的发展，各种相关部件也越来越多的成为业界热议的话题。在太阳能电池组件中背板一直是除硅

27、片以外最重要的材料。各个背板供应商推出了不同结构的背板，给太阳能电池组件厂带来了如何选择的问题。不同结构背板的使用了不同的材料，性能也各有千秋。针对太阳能电池的不同要求，了解清楚各种背板的优缺点是非常重要的。各种结构的背板：背板可以按是否使用氟材料和如何使用氟材料而大致分为双层氟薄膜结构、单层氟薄膜结构、无氟结构。下表是目前市场常见的背板的结构、供应商和是否有专利保护的情况。氟材料结构生产商是否有专利保护*双层氟薄膜结构PVF/PET/PVFIsovolta/Krempel/台虹等无PVF/PET/PVF/Primer*Krempel等未查到PVDF/PET/PVDFKrempel/海优威/赛

28、伍等部分有专利保护PVDF/PET/PVDF/PO*东洋铝业未查到ECTFE/PET/ECTFEHoneywell有专利保护单层氟薄膜结构PVF/PET/EVAMadico/帆度有专利保护PVDF/PET/PO海优威有专利保护PVDF/SiOx-PET/PET/PO东洋铝业部分有专利限制THV/PET/EVA3M有专利保护氟碳涂料结构FEVE/PET/FEVE哈氟龙等未查到X/PET/X*国产未查到无氟结构PET/PET/PODNP等未查到PET/PET凸版等未查到PET/PO国产未查到注：*是否有专利保护：没有专利保护或产品结构已在相关文献、会议上公开有专利保护：已受专利保护，除该供应商外其

29、它公司不能生产部分专利保护：包含的结构中某些结构已被申请专利保护未查到：在国内的专利检索中未能查到是否有专利已申请*Primer：底漆或底涂*PO：Polyolefin,指各类聚烯烃，包括聚乙烯、聚丙烯和其共聚物或合金*：部分国产背板无法说明或不愿说明其所采用的氟塑料的实际成分、分子式，所以无法判断其是否使用氟塑料。双层氟薄膜结构的背板：PVF/PET/PVF和PVF/PET/PVF/Primer结构最为常见，即为TPT结构。目前所有其它结构的背板均以此结构为比较的样板，并以其数据为标准数据。没有处理过的PVF和EVA的粘接力一般在23-25牛顿/厘米，而合适的表面处理后能达到60牛顿以上。P

30、rimer指底涂，用以增强背板和EVA的粘接性。但要注意的是部分底涂在紫外线照射下会黄变，而被误以为是EVA的黄变。该结构的背板由于在太阳能电池发展的早期大量的见于会议和各种论文集，所以该结构没有专利保护。任何有专门技术的工厂，均能生产该结构的背板。东洋铝业和海优威使用的PVDF薄膜均为单层结构，耐候性好，对水气的阻隔能力非常强。而有些公司使用的PVDF薄膜其实为PVDF和PMMA或PMMA/PVDF合金的复合膜。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

31、况下使用PVDF薄膜的厚度可以比PVF薄。但如果在PVDF中加入大量的PMMA后，水气渗透率会大幅上升。东洋铝业生产的PVDF/PET/PVDF/PO结构中的PO（聚烯烃）层的目的是为了增加对EVA的粘接。海优威的PVDF表面已做过表面处理，与EVA的粘接效果良好。在上述5中结构中，ECTFE的水气阻隔能力是最强的，但成本也最高。单层氟薄膜结构的背板：由于在双层氟薄膜结构的背板中朝向电池片一侧的氟材料不接触外界，所需的耐候性要求不高，所以可以使用其它更便宜的材料替代。美国的Madico公司和3M公司选择使用EVA替代一层氟塑料。Madico公司是最早开发出此结构：以PVF为耐候层、另一层使用E

32、VAOMadico将该结构在多年前即申请了专利。国内某些公司开发类似的产品时，如使用PVF薄膜就应注意是否侵权。3M的结构中EVA厚度较厚，所以背板比较软。东洋铝业和海优威公司选择使用聚烯烃替代一层氟塑料。东洋铝业的背板在结构中加入了真空溅射氧化硅的PET层以增强背板的隔水性。但由于PVDF薄膜本身的隔水性就非常优异，所以该层结构有性能过剩之嫌。海优威公司生产的背板中有一款产品的聚烯烃层熔融温度大于140r。需要加热背板以达到预先收缩的太阳能组件厂可以使用该款产品替代双层氟薄膜的背板以降低成本。海优威已将该结构和使用聚烯烃替代一层PVDF的结构申请专利保护。使用单层结构背板的电池组件厂应注意一

33、般背板厂商在聚烯烃中是否加入抗黄变添加剂。如果不加，该层聚烯烃在紫外线照射下非常容易黄变。尽管这种黄变基本不影响电池片的效率，对电池组件的外观不利。氟碳涂料：由于早期杜邦公司不对中国国内的工厂销售PVF薄膜，所以国内的一些机构尝试使用氟碳涂料替代PVF薄膜生产背板的方法。通常所说的四氟材料聚四氟乙烯（PTFE）的涂料和PVDF的涂料均要高温烧结，并不适合使用在熔融温度只有250-260C的PET薄膜上。一些号称能室温成膜的氟碳涂料大量使用了环氧树脂或氟原子被接枝在支链上，所以并没有非常好的耐候性。目前真正能室温固化的氟碳涂料只有FEVE涂料，但也应仔细考察其在PET表面能否真正成为完整的膜结构

34、以及漆膜是否会在运输和使用中开裂。无氟结构：无氟结构的背板的主要生产商均为日本公司，意大利某公司目前也在推广类似产品。前几年在背板紧缺时期，由于无法采购到使用氟薄膜的背板，国内使用较多的无氟的背板。无氟结构的背板中最为关键的材料是最外层的抗水解PET薄膜。PET是聚酯，因有苯环结构而有较好的抗紫外线能力，但因有酯基而非常容易水解以至丧失性能。日本公司背板的外层均使用抗水解的PET,一般厚度为50“。所谓抗水解是通过提高PET的分子量或添加助剂，使聚酯分子链两端残余的羧酸基被封闭而减慢其水解的速度。羧酸基是造成水解的主要因素。酯基由羧酸基和醇基反应得到，此反应是可逆反应，羧酸基又对反应起催化作用

35、。由于在水解过程中羧酸基的含量会越来越多，所以一旦起封闭作用的添加剂消耗完毕，水解速度会快速上升使PET的分子链断裂而丧失物理性能。抗水解PET薄膜必须保证在1000小时的高温高湿老化后的性能仍能满足背板的基本性能。无氟结构的背板的朝电池片的一侧，有些公司使用PET、有些公司使用聚烯烃。如使用PET，其和EVA的粘接力一般在30牛顿/厘米以下。如要提高粘接力，需要对PET进行处理，最好使用底涂。如使用聚烯烃，和EVA的粘接力一般能达到60牛顿以上。国内一些工厂生产的普通PET薄膜和聚烯烃复合的背板，基本没有耐候性，室外使用中PET会迅速降解，只能使用于玩具等产品上。如使用在太阳能电池板上，将存

36、在非常大的质量风险。其它结构：在国际上，许多个人和公司申请了大量的背板专利。有的是使用PBT、PTT、PEN、PC替代背板的PET,目的是增加阻隔性或提高耐候性。有的使用不同的氧化物（AlxOy、SiOx）的、不同的沉积方法（物理法、化学法）制成的PET薄膜，以进一步提高背板的水气阻隔性。还有一些公司尝试在背板中使用聚酰亚胺薄膜、液晶高分子薄膜，以达到一些特殊的目的。更有的公司开发了使用氟塑料和PP或PE直接复合的背板，以达到节省成本的目的。但以上的各种背板目前还未成为主流产品，太阳能组件厂主要使用的还是前述的双层氟薄膜背板、单层氟薄膜背板和无氟结构的背板。结论：随着太阳能电池的越来越的被使用

37、，如何降低背板的成本将成为一个大的趋势。各种新结构的背板将更多的出现在市场上，这将给广大的组件厂商更多的选择余地和降低成本的机会，也将进一步推进太阳能电池使用的普及。四、太阳能电池背膜使用的各种氟塑料的比较（参考太阳能电池背膜使用的各种氟塑料的比较上海海优威电子技术有限公司李民）本部分比较了已经商品化的太阳能电池背板中使用的各种氟材料的性能，各种氟塑料按其耐候性能均能满足太阳能电池背板对耐候的要求。使用氟塑料薄膜比使用氟碳涂料在制造背板的工艺上更容易保证太阳能电池背板的质量。综合考虑，PVF薄膜和PVDF薄膜最合适做太阳能电池背板的耐候层。随着太阳能产业的发展，各种相关部件也越来越多的成为业界

38、热议的话题。在太阳能电池组件中封装材料一直是除硅片以外最重要的材料，封装材料包括玻璃、胶膜、背板、铝框和硅胶。其中由于背板的主要材料一直为外国公司所垄断，在07、08年一度供不应求，所以背板也是最为引人关注的封装材料。常用的背板可以分为TPT、TPE、全PET和PET/聚烯烃结构。其中T指美国杜邦公司的聚氟乙烯（PVF）薄膜，其商品名为Tedlar。P指双向拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，即PET薄膜，又名聚酯薄膜或涤纶薄膜。E指乙烯-醋酸乙烯树脂EVA。聚烯烃指各种以碳碳结构为主链的塑料。在各个注明的结构层之间使用合适的胶粘接复合而成太阳能电池背板。氟塑料薄膜在背板上的使用：要讲清楚太阳能电

39、池背板的性能，就必须首先清楚各种氟材料的性能。目前最多使用的氟塑料薄膜为PVF薄膜。国际上生产PVF的供应商非常少，除美国杜邦公司外，有报道中国的蓝天环保和晨光化工院都有小批量生产。杜邦发明PVF后一直未能找到大规模的用途，纠其原因：一方面其综合性能如化学稳定性、阻水性、热稳定性等均不如其它氟塑料；另一方面PVF加工非常麻烦，其熔点和分解点非常接近，挤出成膜时需要添加潜溶剂或共聚改性，这给膜质量的控制和溶剂的回收都带来了很高的要求。在太阳能电池背板大量使用前，PVF主要是推广领域是铝合金建材保护、农药包装涂料等。由于杜邦公司最早将其推广使用在太阳能电池的背板保护上，随近几年太阳能电池组件需求的

40、猛增，Tedlar的需求也随之猛增，以至供不应求。由于PVF的供应商很少，许多公司争相使用其它氟材料薄膜来替代PVF薄膜。目前已经商品化的背板使用的氟塑料薄膜有聚偏氟乙烯（PVDF）、聚三氟氯乙烯（ECTFE）、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物（THV）。几种氟塑料的结构如下表。表1常用背板氟塑料结构简称化学名分子结构式主要背板供应商PVF聚氟乙烯-(CH2-CHF)n-Isovolta、Madico、KrempelPVDF聚偏氟乙烯(CH2-CF2)n-东洋铝业、KrempelECTFE三氟氯乙烯-乙烯共-(CH2-CH2)n-Honeywell聚物(CFCl-CF2)m-THV四氟乙烯-

41、六氟丙烯(CF2-CF2)n-(CF3M-偏氟乙烯共聚物(CF3)-CF2)m-(THV)(CH2-CF2)o-PVF供应商已前述，PVDF的供应商在国内有上海三爱富、浙江巨化、山东东岳化工和江苏梅兰等，国际上欧洲的阿克玛、苏威和日本的大金、吴羽等。ECTFE的供应商有欧洲的苏威。THV的供应商有美国的Dyneon。目前使用这四种氟塑料薄膜的背板，除ECTFE比较少外，其它种类的背板在中国均有用户使用，特别是以Isovolta和Madico为主的PVF类的背板和以东洋铝业为主的PVDF类背板在中国有大量的用户。此外日本旭硝子公司在推广其生产的ETFE薄膜以应用到背板上，但因未有成型的背板报道，

42、所以本文不与讨论。从实际使用情况看，前述的四种氟塑料性能均能满足太阳能电池背板对耐候性的要求。以下是四种材料的基本物理性能和详细讨论。表2太阳能电池背板常用氟塑料基本性能熔点C密度克/立方厘米分解点C阻燃性氧指数/UL94PVF190-2301.422041/HB*PVDF165-1701.84-1.8835043/V0*ECTFE235-2451.63-1.73未查到数据52/V0*THV120-185*1.95-2.04未查到数据65-75/V0*引自3M公司BBF介绍*含氟功能材料张永明等编著*因组分的不同配比而熔点不同各个氟塑料薄膜对水汽的阻隔能力不同，其中以ECTFE为最优。使用同样

43、厚度为100Mm的膜，在40C、95%的湿度下，PVF的水汽透过率超过10-20克/天平方米，PVDF的水汽透过率为2克左右，而常用的PET不超过10克。当氟塑料薄膜和PET薄膜复合成背板后，多数供应商都声称其背板的水汽阻隔性能小于2克。聚氟乙烯（PVF）薄膜：如上所述，PVF薄膜加工非常麻烦，在加工中需要加入较大偶极矩的试剂作为潜溶剂。所谓潜溶剂指在室温下对PVF没有任何溶解能力，但100C以上可以部分溶解PVF的试剂。在制造PVF薄膜时将含潜溶剂的PVF挤出到不锈钢板上，然后挥发掉溶剂得到PVF薄膜。由于PVF薄膜的制造工艺的特殊性，其薄膜表面有较多的针孔，PVF薄膜是上述四种氟塑料中水汽

44、阻隔能力最差的。由于PVF薄膜针孔的存在和材料本身含氟量最小，所以PVF薄膜需要较厚的厚度来保证其性能。但是PVF是所有氟材料中成本最低的，考虑太阳能电池将来的大规模使用，其仍是一种非常合适的材料。杜邦公司的Tedlar是最广泛使用的PVF薄膜，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30pm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25mm,表面有肉眼可见的针孔，供应亚洲市场较多。具悉杜邦公司已有第三代产品，并授权某日本公司使用，但目前市场上还未见成熟产品推广。浙江蓝天环保有规模化生产PVF薄膜的计划，目前市场上还未看到以其产品生产的背板。聚

45、偏氟乙烯（PVDF）薄膜：PVDF是使用量第二大的氟塑料，品种完善，供应商众多。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。无论从世界范围内的供应量、加工适应性还是耐候性、阻隔性而言，其都是最合适的太阳能电池背板耐候材料。同样厚度的PVDF薄膜的透湿性大约只有PVF薄膜的十分之一。由于其含氟量高，耐候非常优异。苏威公司PVDF1008制成的薄膜，经使用各种老化手段（见下表）测试后，各项性能指标均无明显变化。由于PVDF的出色耐候性，日本吴羽公司甚至推出结构为PVDF/PMMA复合膜以替代PVF和PVDF薄膜作为太阳能电池背板的耐候层，其表层PVDF的厚度只有4pm。表3苏威公司P

46、VDF各种老化实验测试方法测试方法说明时间Wether-O-Meter峰值390nm、富含330到430nm紫外线的碳弧灯，60C7200小时Q-UV4小时60C紫外线照射、4小时40C水雾组成的循环实验5000小时加速自然老化EMMAQUA(ASTM838)1年自然老化美国亚利桑那和佛罗利达9年PVDF制膜较成熟的是使用吹膜的方法。阿克玛公司专门有吹膜的高融体强度的PVDF级别，按其报道能吹出5“m厚度的薄膜。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化工等在这方面做了较多的研究。但加入PMMA后

47、会影响薄膜的抗老化性能。澳大利亚Leoben大学对采用不同氟塑料薄膜的背板老化后进行比较，发现含PMMA（10-20%）的PVDF薄膜1000至2000小时湿热老化后薄膜破损严重。某欧洲公司在中国大力推广其生产的PVDF薄膜以期应用于太阳能电池背板中，国内有多家背板公司和一些太阳能组件工厂尝试使用。尽管其提供的数据表明耐候性良好，但红外图谱发现其薄膜含有大量的PMMA的成分。该薄膜为三层结构，中间层PMMA-PVDF合金中的PMMA含量甚至大大超过PVDF含量，所以其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

48、、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，白色薄膜能百分之百遮蔽紫外线。经2000小时的紫外老化测试，薄膜性能下降忽略不计，完全满足了背板对氟塑料薄膜的要求。三氟氯乙烯-乙烯共聚物（ECTFE）和四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物（THV）：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由CTFE和乙烯的50%：50%的交替共聚物。其有典型的氟塑料的性能-耐化学腐蚀，没有一种溶剂在120C下能侵蚀ECTFE或使其应力开裂。高耐候性和阻隔性，ECTFE的阻隔性比其它氟塑料更好。从这两个方面而言，在商品化的背板中ECTFE是最好的耐候层

49、的材料。THV是美国Dyneon公司在20世纪80年代开发，目前也只有其生产。其是目前商品化最柔软的氟塑料，当和其它材料复合成多层结构时，其优异的柔韧性非常突出。另一个重要的特点是THV本身容易粘接，无须表面处理就能和其它材料粘接，这对生产背板的复合工艺和用硅胶粘贴接线盒而言都十分重要。综合而论，在一些对背板要求柔软的场合，THV的背板比任何其它材料都更合适。氟碳涂料：由于前几年太阳能电池背板需求旺盛，国外公司均不对中国供应氟塑料薄膜，所以国内开发了其它国家没有的使用涂料的背板。该类背板的设计思路是使用氟炭涂料涂布到PET薄膜上以替代氟塑料薄膜。目前国内较多作为涂覆材料的有四氟的PTFE（聚四

50、氟乙烯，即塑料王）、PVDF、FEVE。PTFE结构为-（CF2-CF2）n-含有四个氟原子。涂料为乳液，可以使用常用的涂布工艺涂覆于需要保护的材料上，但其在90C烘干后必须再经过370-400C下烧结才能形成完整的氟涂膜，不经烧结的涂层没有使用价值。由于其工艺的要求和背板使用熔点在280C的PET薄膜作为骨架层，所以以四氟PTFE为组分的涂料在背板领域没有使用价值。PVDF氟塑料涂料是使用最广泛的含氟涂料，其户外使用寿命超过30年无需保养已经使用在北京机场、东方明珠等建筑上。有机溶剂型的PVDF涂料性能优异，是目前主要使用的建筑涂料，一般使用预涂工艺。但其含有挥发性化合物（VOC）不环保，涂

51、料需要高温烘烤浪费能源，用量已经开始萎缩。目前有公司开发环境友好的PVDF涂料，但性能仍无法和溶剂型的涂料相当。FEVE是氟乙烯（四氟乙烯或三氟氯乙烯）与乙烯基醚的共聚物由日本的旭硝子公司发明并实现商业化。其是唯一一种真正能在常温下固化的氟塑料。表4氟乙烯-乙烯基醚涂料（FEVE）与聚偏氟乙烯涂料（PVDF）的比较氟乙烯-乙烯基醚涂料（FEVE）聚偏氟乙烯涂料（PVDF）涂料类型溶液悬浮乳液固化温度室温（约23C）高温（250C）耐候性优秀优秀重涂性优秀差除日本旭硝子公司，国内一些公司也开发出相应的FEVE涂料。按其提供的资料显示，白漆经5000小时人工老化（检验方法：GB/T1865-199

52、7）后，漆膜完整，未出现粉化、开裂、起泡、脱落等现象，仅出现轻微变色、失光。含氟聚氨酯、含氟丙烯酸酯也能作为含氟涂料使用，但因国内未有公司声明使用这些涂料在太阳能电池的背板上，所以在此不做讨论。选择合适的氟碳涂料涂布在PET薄膜上可以使用常用的涂布机，但与使用氟塑料薄膜，氟碳涂料的使用引申出其它需要考虑的问题：1、和PET的粘接性。如果涂料在PET表面不能形成完整的薄膜，一旦开裂，涂料就会从PET表面脱落或水汽渗入而失去保护作用。氟塑料薄膜自然成膜，与PET粘接后，即使在使用中有部分脱胶，表面的薄膜仍然完整，仍能保护内部的PET层。2、如何使如何避免针孔。涂料在涂布过程中非常容易形成针孔而使水

53、汽阻隔能力下降。氟塑料薄膜的表面针孔少，特别是PVDF、ECTFE和THV薄膜表面基本几乎没有针孔。3、如何控制层间附着。避免针孔的一个办法是多次涂布，但带来了每层氟涂层相互间的附着问题。氟材料表面有不粘性，氟涂料一旦成膜后，再次涂布变得非常困难。氟塑料薄膜是一次成型，为一体结构，没有层间附着力问题。4、开裂问题。由于常用的氟涂料主要使用在建筑上，而背板需要成卷运输，氟涂料在PET表面长时间成卷是否会导致隐性开裂也是一个必须考虑的问题。氟塑料薄膜有一定的延展性，成卷不会导致开裂。5、氟涂料一般使用溶剂型，溶剂对PET薄膜的侵蚀是否造成潜在的质量因素需要时间考察。粘接氟塑料薄膜和PET薄膜使用的

54、粘接剂一般使用无毒无害的乙酸乙酯作为溶剂，其对PET薄膜没有腐蚀性。如要使用氟碳涂料制成的背板，需要慎重考核其各项性能，目前还没有国外的任何公司宣称开始使用涂料生产背板。有上面的资料可以看出四氟的PTFE和两氟的PVDF按目前的工艺水平均均不合适在背板上使用，即使是FEVE是否合适还需要长时间的可靠性实验来验证。结论：综上所述，只要选择合适的材料和使用工艺，各种氟塑料本身的耐候性能均能满足太阳能电池背板对耐候性的要求。在实际使用中，应更多的考察氟塑料的其它性能，比如粘合性、和背板中其它材料的匹配性等。使用氟塑料薄膜比使用氟碳涂料在背板生产工艺上上更容易做到质量可靠。综合考虑产品性能和供应量，P

55、VF薄膜和PVDF薄膜应为最合适的太阳能电池背板耐候材料。五、薄膜用聚偏氟乙烯(PVDF)相关知识探讨聚偏氟乙烯(PVDF)的结构和形态：聚偏氟乙烯poly(vinylidenefluoride)，通常简写为PVDF，结构简式为：一CF2-CH2-n。聚偏氟乙烯的分子量约为lO一100万，含氟量59%，是一种透明或半透明的多晶型结晶聚合物，结晶度约为50%，密度175一1.78g/cm3，折射率1.42,吸水0.04%。PVDF膜具有化学稳定性、良好的物理机械性能、耐磨性强、摩擦系数小、耐紫外线和辐射、介电性和压电性卓越。此外，PVDF还有不燃烧、发烟少的特性。PVDF膜的使用温度范围为一50

56、150C。厚25pm平膜的透光率(ASTMD1003)为94%，厚100pm平膜透光率为93%，厚25pm管形膜透光率为91%。PVDF膜能透过紫外线耐波长300nm的紫外辐射。165C空气老化25000h后，膜的拉伸强度和拉伸屈服极限的变化率不大于10%。PVDF膜有中等程度的气体渗透性。单轴拉伸的条件和加工温度对膜吸收和转移气体的能力有影响。聚偏氟乙烯分子链的构象：PVDF的分子链有三种构象，即TT构象（也称全反式构象），TGTG构象和TTTGTTTTG构象。TT构象的全部偶极方向都垂直于链轴，故TT构象是极性最高的构象（7.OX10-30cm/重复单元）。TGTG构象也是极性构象，因偶极

57、与分子链轴倾斜，所以垂直于链轴的净偶极距为4X10-30cm/重复单元。而平行于链轴的净偶极距为3.4X10-30cm/重复单元。TTTGTTTTG构象也有与相近的偶极矩值。聚偏氟乙烯的结晶结构和形态：聚偏氟乙烯是一种结晶聚合物。在这种聚合物中，至少存在四种晶相，即a、0、丫和&相，其中仅a相，是PVDF最常见的晶相。这些晶相是由PVDF在适当条件下结晶产生。聚偏氟乙烯a相属于单斜晶系，结晶密度为1.92g/cm3。在a晶相中它的主链具有TGTG构象的螺旋结构，这种构象是已知的多种晶型中主链势能最低的构象。a晶胞是由两条分子链的四个单体单元构成。由于晶胞中两个分子的偶极矩在相反的方向取向，晶胞

58、的净偶极矩为零。即分子链堆积成反极性的晶胞，所以a晶胞是非极性的。聚偏氟乙烯0相属于正交晶系，结晶密度为1.97g/cm3，它是PVDF四种晶相中最重要的一种，因为它与PVDF的压电性和热电性密切相关，故引起人们的广泛关注.在通常情况下，0相不能从聚偏氟乙烯熔体直接获得，而是通过拉伸变形、或高场极化，由！相经固相转变获得。在0晶相中，晶胞是由两个全反式链的两个单体单元构成，不仅单体单元中的偶极矩是平行的，而且晶胞中两个分子的偶极矩也是平行的，因而PVDF的0晶相是极性的，具有压电性和热电性。另外p晶相沿三个晶胞轴方向有强烈的各向异性，这种各相异性在高压下会大大减小。由于0晶相的分子链是全反式构

59、象，所以Lando等人认为沿分子链方向的氟原子是密集堆积。Gal.perin则建议为了消除氟原子的拥挤，一CF2基团可以向锯齿平面的左或右偏离，这种偏离服从于统计学规律。TTTGTTTTG构象。这种晶格可以通过试样的拉伸，溶液结晶，高压下熔体结晶或a相的退火来获得。关于Y晶相结晶结构的解释是令人感兴趣的。Natta等首先提出PVDF第三个晶相的存在。以后许多作者陆续报道了0相的存在，并测定了它的晶胞参数（尽管参数各单斜晶胞）检测这种晶相的电子衍射图，确定其为单斜晶系。聚偏氟乙烯6相是高电场极化时a相向0相转化过程的中间相可以通过a相在高压下极化得到。6相和a相具有相同的晶胞尺寸和链构象，差别只

60、是分子链间的排列不同。看上去a相向6相的转变需要每隔一个链节绕轴旋转180。，并同时沿链轴方向为正交晶系。因为具有TGTG构象的分子链在a方向上具有相同的偶极矩矢量，所以6相也是具有极性的。聚偏氟乙烯的各种晶相在一定的条件下可以互相转化，图1-2给出了聚偏氟乙烯各结晶相的制备条件和相互转化关系。PVDF膜的各类产品：三爱富PVDF膜（密度1.76g/cm3,结晶度54%）在110C下以8.7的拉伸倍数拉伸，会改变晶体结构，使原来晶体矩阵中的球粒破坏，形成原纤维。PVDF膜的抗蠕变性大大高于大多数其他氟聚合物膜，而此膜的耐磨性不亚于聚酰胺。据比利时solvav公司的资料，PVDF膜的最大许可辐射