氟碳背板拒絕內(nèi)傷

前言

太陽能電池背板有內(nèi)層(EVA面)和外層(空氣面)之分。外層由于直接與外界環(huán)境接觸而廣泛受到重視，所以背板產(chǎn)家往往會選用耐候性比較優(yōu)異的材料諸如含氟薄膜或含氟涂料作為背板的外層，比較典型的是用杜邦的Tedlar膜或四氟樹脂配制的氟碳涂料，以阻隔外界環(huán)境對基材和電池片的侵蝕。而背板內(nèi)層由于不直接與外界接觸，其重要性往往容易受到忽視。然而，實際的情況是，內(nèi)層所受到的來自外界的破壞是不容忽視的。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，一年之中照射到組件表面的紫外光輻照量約為91.7kWh/m2,其中大約10%的紫外線能夠透過前板玻璃和封裝材料EVA而到達背板的內(nèi)層，這樣一來背板內(nèi)層25年中所要承受的紫外輻射量大約為91.7x10%x25=229.25 kWh/m2, 這遠遠超過了3倍IEC標(biāo)準(zhǔn)要求的45kWh/m2的輻射量，可見背板內(nèi)層的性能尤其是耐紫外性能，絕對不能被忽視，否則會給終端電站的使用壽命帶來極大的風(fēng)險！光伏組件的設(shè)計壽命為25年，這種設(shè)計壽命嚴(yán)重依賴于組件各個部件的長期可靠性。任何一個部件的性能下降或散失都會導(dǎo)致”短板效應(yīng)”，使25年的設(shè)計壽命大打折扣，給投資者帶來巨大的經(jīng)濟損失，也嚴(yán)重?fù)p壞了光伏作為清潔能源的聲譽。鑒于氟材料特殊的組成和卓越的耐化學(xué)性、熱穩(wěn)定性、優(yōu)良的介電性、不燃性和不粘性等優(yōu)點，毫無疑問，如果將有機氟材料也導(dǎo)入背板的內(nèi)層將極大地提高背板的整體可靠性。但是，用什么樣的有機氟材料以及如何導(dǎo)入背板內(nèi)層中將會直接影響氟材料在背板中的存在形式和分布狀況，并將進一步影響氟材料功能的發(fā)揮和背板的整體性能，最終將決定終端電站的使用壽命。2015年至今，越來越多的組件廠和電站投資商把雙面含氟背板作為優(yōu)先選擇，于是許多背板供應(yīng)商紛紛宣稱自己的背板是雙面含氟，因此，如何判斷和識別背板的含氟內(nèi)層，是組件商需要十分謹(jǐn)慎的加以對待的問題。不幸的是，目前市面上含氟背板的種類繁多，質(zhì)量也參差不齊，給組件商的選擇帶來比較大的困惑，因此有必要就這一問題進行系統(tǒng)的闡述。從而回答“什么樣的背板內(nèi)層才是真正的、經(jīng)得起考驗的含氟內(nèi)層”這一根本問題。

反應(yīng)性氟材料和非反應(yīng)性氟材料

與背板的外層材料相似，用于背板內(nèi)層的氟材料從大類來分可以分為反應(yīng)性氟材料和非反應(yīng)性氟材料。前者是指大分子側(cè)鏈中含有可反應(yīng)的活性基團，例如羥基 (-OH)(圖1)，因此可以通過化學(xué)反應(yīng)的方式將氟材料導(dǎo)入背板內(nèi)層并固定在基材表面。反應(yīng)性氟材料在涂覆型背板中用得比較多，尤其是在等離子體增強的涂層技術(shù)中，通過固化劑將反應(yīng)性氟材料牢牢地固定在背板的內(nèi)層。

非反應(yīng)性氟材料是指整個大分子中不含有任何可反應(yīng)的活性基團，例如常見的PTFE， PVDF和PVF都是非反應(yīng)性氟材料(圖2)。由于分子鏈中沒有活性基團，所以非反應(yīng)性氟材料只能以填料的形式加入到涂料中或與其它成膜性好的材料一起共混成膜，然后通過涂覆技術(shù)或膠粘復(fù)合技術(shù)將非反應(yīng)性氟材料導(dǎo)入到背板的內(nèi)層。這種加入氟材料的形式會對涂料或膜材料的性能產(chǎn)生重大影響，并最終決定了背板內(nèi)層的可靠性。

氟材料在背板內(nèi)層的存在形式及對背板性能的影響

由于反應(yīng)性氟材料和非反應(yīng)性氟材料的結(jié)構(gòu)上的差異，導(dǎo)入到背板內(nèi)層的形式也不同，致使它們在背板內(nèi)層中的存在形式也不一樣，并最終決定背板的可靠性。反應(yīng)性氟材料由于活性基團的存在，在固化劑的作用下可以被交聯(lián)固化，并與PET基材表面化學(xué)鍵聯(lián)，得到穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)(圖3)。這種交聯(lián)結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，耐酸堿、耐紫外，并且不會發(fā)生材料的蠕變、遷移和降解，對背板的基材PET具有長期的保護作用。這類背板以中來股份的FFC涂覆型背板最為典型。背板采用四氟樹脂為反應(yīng)性氟材料，應(yīng)用等離子增強的表面涂覆技術(shù)，將反應(yīng)性氟材料牢牢固定在背板的內(nèi)層和基材PET的表面，得到了性能優(yōu)異、可靠性高的背板。經(jīng)過紫外高溫、高濕測試后，F(xiàn)FC涂覆型背板沒有涂層脫落、粉化和開裂現(xiàn)象，并且在戶外有超過10年的實證考驗，充分證明了它的穩(wěn)定性和可靠性。