氟塑料类薄膜在太阳能光伏背板/背膜的使用

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/聚烯烃结构。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－醋酸乙烯(即EVA)；聚烯烃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。*早的光伏电池背板采用TPT结构，即Tedlar/PET/Tedlar结构，其中Tedlar为杜邦公司所生产的PVF（聚氟乙烯）薄膜。以下重点聊聊氟塑料类薄膜在太阳能光伏背板/背膜的使用。

概述

背板（Backsheet）是用在太阳能组件背面*外层，直接与外环境大面积接触的光伏封装材料，其应具备**的耐长期老化（湿热、干热、紫外）、耐电气绝缘、耐腐蚀性、耐高低温、水蒸气阻隔等性能。因此，背膜需要满足太阳电池组件25年的环境考验，起到封装组件原辅料、保护太阳能组件、隔绝汇流带的作用。

光伏电池是由玻璃、EVA、硅片、背板组成，按照玻璃-EVA-电池片-EVA-背板的结构封装构成，其中背板位于光伏电池背面的*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。

太阳能组件的使用年限是25年，而且太阳能组件的工作环境非常恶劣。对于组件的保护就显得非常重要，不仅要求组件的原辅料要有至少25年的使用年限，作为背面保护材料，背板更要有优异的抗老化，抗紫外线，抗渗水，抗高温高湿，防火绝缘等性能。

分类

光伏背板的分类有多种，*常用的有两种，即按制造工艺分为涂布型和复合型；按含氟材料分为双面含氟背板、单面含氟背板、无氟背板三种。

制造工艺

涂布相对复合来说成本相对较低，工艺相对简单。两种工艺都是成熟工艺，做出来好产品没什么大问题，关键是背膜表面的氟（F）材料。背板的主要特性是靠氟材料来体现的，一般来说，氟材料无论是复合膜还是涂料，只要加工得当，氟元素含量足够，背板的耐侯性和阻隔性都不是问题。但是组件厂家先是使用聚氟乙烯（PVF）复合膜，并且也通过20多年的使用验证，所以目前使用PVF等类似的氟膜背板接受程度还是比使用氟涂料涂布形成的背板高。但是从原理上来说，其实是差不多，F涂料在跨海大桥等一些对耐侯性要求高的地方使用年限也有30多年了。

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。以台虹、赛伍、乐凯、汇通为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。

由于国内复合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。

涂布

氟碳涂料经过几十年的快速发展，在建筑、化学工业、电器电子工业等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*高的涂料品种。目前，应用比较广泛的氟树脂涂料主要有聚偏氟乙烯（PVDF）、三氟氯乙烯树脂（CTFE）、四氟树脂（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。

涂布法工艺

以氟树脂跨国企业（如日本旭硝子、大金和法国阿科玛等）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、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**的耐候性能。

PVDF氟塑料涂料是使用*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**一种真正能在常温下固化的氟塑料。

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。

涂布背膜包括厚度100～350μm的PET薄膜基体，基体两面涂覆有15～30μm的含氟聚合物涂层，其中一面含氟聚合物涂层上涂覆有0.5～5μm的粘合剂层；所述的含氟聚合物涂层由各原料组分按配比混合后经砂磨处理得到的混合乳液直接涂覆在PET薄膜基体上得到，所述含氟聚合物涂层的原料包括如下质量配比的组分：含氟涂料30～55％；溶剂20～40％；交联剂和固化剂2～6％；填料15～40％。

复合

复合型太阳电池背膜（TPT、TPE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。复合型背膜由于其内部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，*终导致氟膜（PVF或PVDF等）与PET基材的层间剥离，影响电池组件长期使用的可靠性。

复合法工艺

同时，由于制造砖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和单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。

太阳能电池背板复合膜，由下述三层材料复合而成：0.035～0.045mm厚的聚氟乙烯膜；0.18～0.30mm厚的PET膜；0.025～0.035mm厚的EVA涂层。

上述太阳能电池背板复合膜的制备方法包括下述步骤：在聚氟乙烯膜与PET膜表面分别涂覆固化剂，热熔粘合而得基膜，然后再在PET膜的另一表面涂布EVA涂层即得太阳能电池背板复合膜。

含氟材料

如前所述，背板的主要特性是靠氟（F）材料来体现的，背板按照含氟材料可分为双面含氟背板，单面含氟背板，不含氟背板三种。

双面含氟背板

市面上双面含氟背板*常见的是TPT（聚氟乙烯复合膜），TPT采用复合工艺，两面含氟材料为美国杜邦公司生产的Tedlar聚氟乙烯聚合物，中间为PET，通过胶黏剂复合在一起。内层氟材料保护PET免受紫外线腐蚀，同时经过特殊处理与EVA更好的粘结，外层氟材料保护组件背面免受湿、热、紫外线侵蚀。

双面含氟背板大同小异，区别只在氟材料的成分和内层氟材料的特殊处理上。比如，伊索TPT背板内层经过特殊处理，以使其更适合与EVA粘结，而凸版TPT则不分正反面；又比如，DDF采用PVDF作为两面含氟薄膜。

从长远来看，如果背膜内层不含氟材料，不能对背膜的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出现背膜黄变、脆化老化等**现象，严重影响组件的长期发电效能，因此，双层氟材料背板是完全必要的。

单面含氟背板

单面含氟背板代表产品为美国3M背板，为三层结构复合而成，成分为：外层THV氟塑料（四氟乙烯、六氟丙烯和偏氟乙烯共聚物），中间PET基体，内层EVA。单面含氟背板厂家虽不同，但结构大同小异，内层EVA与中间基体基本不变，不同之处可能在于外层氟材料成分不同，比如TedlarPVF，PVDF等。

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，不能对背膜的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出现背膜黄变、脆化老化等**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。

不含氟背板

不含氟背板是通过胶粘剂将多层PET胶粘复合而成，主要品种有PE，DNP等。不含氟背膜从材料本身特性上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。但是它适合中短期使用年限的组件，如5~10年期限。

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