光伏组件背板材料介绍.5.ppt

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1、海优威公司,HIUV Elec.Tech.Co.,Ltd.2012,光伏组件背板材料介绍,常用背板结构举例台虹背板,TPT结构,TPE结构,常见背板种类，及其名称解析 TPT、TPE、KPK、KPE、AAA、PET、PET-PET、PPE.FPF、FPE 等等不同的背板结构名称。其中:T：指杜邦公司的聚氟乙烯（PVF）薄膜，商品名为Tedlar 现指所有氟塑料薄膜如PVDF、THV、ECTFE薄膜等 K：指 Arkema公司生产的PVDF专利商标名为K(Kynar)P：指PET薄膜-聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(背板的骨架）E：指EVA(VA含量较低）,或者聚烯烃PO A:改性聚酰胺（简称PA,N

2、ylon）Isovolta 开发有AAA结构背板 F：指氟碳涂料:PTFE(聚四氟乙烯)涂料;PVDF(聚偏氟乙烯)涂 料;FEVE 氟乙烯与乙烯基醚的共聚物.当然很多涂料型背板厂 家为了强调自己产品的质量好，也自称F为“T”,背板是主要以氟塑料为外保护层的多层结构材料,背板耐候性能下降,PVF/PET/EVA、PVDF/PET/PO、THV/PET/EVA,PVF/PET/PVF、PVDF/PET/PVDF,交联型氟涂层/PET/氟涂层,耐候性PET/PET/PO,氟涂层/PET/氟涂层,不同类型背板耐候性的比较,常见的背板出质量问题的几个方面 背板自身材质缺陷：使用年限不达标（表现为氟材料

3、保护层破损开裂，PET脆化、发黄，背板破裂，纯PET结构背板一般使用年限不超过12年）。背板脱层：层间胶黏剂缺陷导致背板层间分层（涂胶工艺稳定性问题，或层间胶黏剂粘结强度不够，或层间剥离力老化衰减快）与EVA粘结层的缺陷：与EVA剥离强度不够，脱层（表面处理问题：表面材质粘结性差，或表面电晕失效）,常见的无涂层的TPT和PET背板 背板黄变（朝电池片一侧的涂层材料不耐老化，如东洋PVDF+W-PET+V-PET+LE的LE层容易紫外老化黄变）。背板太薄或太柔软：层压时起皱，或者做双85湿热循环老化，热冻循环老化后出现背板起皱现象(通常原因：背板材质选择以及结构设计不合理,如3M背板）,背板性能

4、不佳-导致水解开裂的现象,背板最常用的基材是PET-聚对苯二甲酸乙二酯）PET中的聚酯键在湿热环境下特别容易降解，分解产物是酸和醇，酸会进一步加速降解。耐候性PET是通过添加封端剂的办法减慢分解速度而减缓PET物性下降。但添加剂本身是消耗型的，经过一段时间后，PET还是会逐渐老化。PET薄膜的透水率也较高，是同等厚度PVDF的4-5倍（见后面的比较数据）。全PET的背板水汽透过率一般都较大，水汽可以透过上层的抗老化PET攻击下层的普通PET。,背板开裂的原理 材料本身的原因,背板开裂的原理 材料本身的原因,双85加速湿热老化试验：耐候性PET；普通PET；Tedlar（厚度50u）老化条件：8

5、5/85%湿度；3000小时可以发现无论是耐候性PET还是普通PET，随时间延长，老化降解都非常明显。,背板开裂的原理 材料本身的原因,氟涂料对于背板的保护性能较差：涂料内部的氟塑料颗粒不相互连接，水汽攻击处于氟树脂间隙的普通树脂，其很快被老化，导致涂料本身开裂。基材本身是极性树脂，吸水透水率高，使水汽很容易透过涂层攻击处于下层的PET，导致PET开裂。,氟涂料无法形成有效的薄膜，只适合保护基材是坚硬，熔点高的物质，如背板等较软的材料在生产、使用中经常被弯曲，涂层形成看不见的裂纹而被破坏。氟涂料必须通过高温烧结（370-400）才能形成有效的保护膜,但是对于熔点只有280的PET基材来说，是根

6、本无法承受高温烧结的。,背板开裂的原理 材料本身的原因,氟塑料薄膜：氟塑料薄膜由于分子链中有氟原子的保护，耐候性极好，形成薄膜本身在老化中不会开裂。氟塑料水汽透过率低，可以有效的避免水汽对下层PET的老化。,氟塑料薄膜层,水汽,PET层,常用背板氟塑料薄膜材料结构,几种氟塑料薄膜的水汽阻隔能力(透水性)(使用同样厚度为100m的膜，在40、95%的湿度下,测试透水性)PVF(Tedlar)的水汽透过率10-20克/天平方米，PVDF的水汽透过率不超过2克/天平方米，THV不超过2克/天平方米ECTFE不超过1克/天平方米PET不超过10克/天平方米(但长时间会发生水解)。,PVF-聚氟乙烯薄膜

7、 供应商:杜邦(Tedlar)PVDF-聚偏氟乙烯薄膜 供应商:欧洲的阿克玛（Kynar）、苏威;日本的大金、吴羽等；韩国SKC，海优威。ECTFE-三氟氯乙烯-乙烯共聚物 供应商:有美国的Ausimont;欧洲的苏威,日本旭硝子,但是应用较少.THV-四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物 供应商:美国3M公司四种氟塑料薄膜性能均能满足太阳能电池背板对耐候性的要求。,几种氟塑料薄膜的主要供应商,*引自3M公司BBF介绍（1）*含氟功能材料张永明等编著（2）*因组分的不同配比而熔点不同,四种氟塑料薄膜材料的基本物理性能,PVF(Tedlar)薄膜加工工艺非常复杂，在加工中需要加入较大偶极矩的试剂作

8、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100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37m左右

9、，目前较多供应欧美市场。第二代产品成本低一些，厚度为25m，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，但目前市场上还未见广泛推广。,PVF(聚氟乙烯)薄膜的生产工艺及产品特性,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稍大，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。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

10、耐候层，其表层PVDF的厚度只有4m。苏威公司PVDF1008制成的薄膜，经使用各种老化手段测试后，各项性能指标均无明显变化.（后附表）,PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜的产品特性及生产工艺,苏威公司PVDF各种老化实验,结论:由苏威公司PVDF1008制成的氟塑料薄膜，经使用各种老化手段（上表）测试后，各项性能指标均无明显变化。,PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜的产品特点-耐候性能,ECTFE-乙烯-三氟氯乙烯共聚物：由CTFE(三氟氯乙烯)和乙烯按照1：1的比例交替共聚而成。ECTFE由杜邦公司在1946年开发成功;1974年应用化学组织第一次以HALAR为商品名将ECTFE商品化;1986年应用化学

11、组织把ECTFE的产品和技术都卖给了美国的Ausimont公司.ECTFE具有典型的氟塑料的性能-耐化学腐蚀，没有一种溶剂在120下能侵蚀ECTFE使其应力开裂。ECTFE的渗透率极低，电学性能优良，表面极端光滑，可在低温到149的温度范围内安全使用。ECTFE具有高耐候性和水汽阻隔性。从这两个方面而言，在商品化的背板中ECTFE是最好的耐候层的氟塑料。目前提供商品化的ECTFE产品只有美国的Ausimont公司,和法国苏威公司,产量少,价格高,在背板行业推广较少，只有Honeywell推出相关背板.如PV-270（总厚度270u:ECTFE32u,PET125u，EVA100u，胶层13u）

12、,ECTFE(乙烯-三氟氯乙烯共聚物)薄膜产品特性,THV-四氟乙烯(TFE)、六氟丙烯(HFP)与偏氟乙烯(VDF)的共聚物THV，一般应含有45wt65wtTFE、10wt20wtHFP、15wt35wtVDFTHV:美国3M公司的子公司Dyneon公司在20世纪80年代开发，也只有其生产。THV氟塑料耐化学腐蚀，有极好的防渗透功能。THV氟塑料具有极好的光透明性和低折射率，THV氟塑料自身容易粘接，也容易与其他材料很好粘合,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。3M背板（BBF）结构：EVA250+PET75+THV38采用三层共挤工艺生产的。优点：EVA层厚，粘结强度

13、高 缺点：PET层太薄，易划伤，EVA层厚，层压容易出现（凹痕等）缺陷 EVA层未经过预收缩，组件高低温测试后背板易鼓包或起皱。,THV氟塑料的特点以及3M背板性能,由于前几年太阳能电池背板需求旺盛，国外公司均不供应或者高价供应中国氟塑料薄膜，所以国内开发了其它国家没有的使用氟碳涂料的背板。该类背板的设计思路是使用氟碳涂料涂布到PET薄膜上以替代氟塑料薄膜。目前国内较多作为涂覆氟碳材料的有:PTFE（聚四氟乙烯，即塑料王）PVDF(聚偏氟乙烯)FEVE 氟乙烯（四氟乙烯或三氟氯乙烯）与乙烯基醚的共聚物目前市场生产氟涂料背板厂家有：中莱，联合新材，汇通，哈氟龙，乐凯等。,氟碳涂料类型背板的出现,

14、氟碳涂料类型背板的性能,PTFE(聚四氟乙烯)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90烘干后必须再经过370-400下烧结才能形成完整的氟涂膜。由于其工艺的要求和背板使用熔点在280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(聚偏氟乙烯)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。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

15、的水性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，也是唯一有可能使用到背板上的氟涂料,但是涂覆工艺要求很高，该类氟材料本身产量小，成本比较高，行业内应用不多。,对PET的保护性能: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，薄膜一般不易开裂，能较好地保护内部的PET层。无法避免针孔:氟涂料在涂布过程中非常容易形成针孔而使水汽阻隔能力下降。氟塑料薄膜的表面针孔少，特别是

16、PVDF、ECTFE和THV薄膜表面基本几乎没有针孔。层间附着力低: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，氟涂料一旦涂覆后，再次涂布变得非常困难，层间附着力很低。氟塑料薄膜是一次成型，为一体结构，没有层间附着力问题。目前市场生产氟涂料背板厂家有：中莱，联合新材，汇通，哈氟龙，乐凯等,使用氟碳涂料类型背板需要考虑的问题：,几类背板加速湿热老化测试,A：氟料涂层背板 B,C:氟塑料薄膜背板 D:PET背板,老化前,老化24小时,PCT试验：实验条件为129.4，96小时。测试结束观察背板表面是否损坏。不能有开裂、粉化或明显脱层。,几类背板加速湿热老化测试,A：氟料涂层背板 B,C:氟塑料薄膜背板 D:PET背板,老化72小时,老化96小时,综上所述，背板使用氟塑料薄膜比使用氟碳涂料在生产工艺上上更容易做到质量可靠。只要选择合适的材料和工艺生产背板，各种氟塑料薄膜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，应更多的考察背板的整体结构的合理性，产品耐老化性能，广泛匹配性，以及产品的性价比等问题。,结 论,海优威 太阳能组件的伙伴,谢谢!,