太阳能电池背板使用的各种氟塑料的比较

太阳能电池背板使用的各种氟塑料的比较一．背景：

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。

二．氟塑料薄膜在背板上的使用：

要讲清楚太阳能电池背板的性能，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。

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、Krempel

PVDF 聚偏氟乙烯-（CH2-CF2）n- 东洋铝业、Krempel

ECTFE 三氟氯乙烯-乙烯共

聚物-（CH2-CH2）n-（CFCl-CF2）

m-

Honeywell

THV 四氟乙烯-六氟丙烯-

偏氟乙烯共聚物

（THV）

-（CF2-CF2）n-（CF（CF3）

-CF2）m-（CH2-CF2）o-

3M

表1 常用背板氟塑料结构

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，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。

熔点℃密度

克/立方厘米

分解点

℃

阻燃性

氧指数/UL94

PVF 190-230 1.4 220 41 / HB*

PVDF 165-170 1.84-1.88 350 43 / V0**

ECTFE 235-245 1.63-1.73 未查到数据52 / V0**

THV 120-185*** 1.95-2.04 未查到数据65-75 / V0*

表2 太阳能电池背板常用氟塑料基本性能

各个氟塑料薄膜对水汽的阻隔能力不同，其中以 ECTFE为最优。使用同样厚度为100μm的膜，在40℃、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。

三．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30μm 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25μm ，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。

四．聚偏氟乙烯（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4μm 。

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，60℃

7200小时 Q-UV

4小时60℃紫外线照射、4小时40℃水雾组成的循环实验 5000小时

加速自然老化 EMMAQUA （ASTM 838） 1年

自然老化 美国亚利桑那和佛罗利达

9年

表3 苏威公司PVDF 各种老化实验