中國可再生能源學(xué)會(huì)光伏專業(yè)委員會(huì)

(中國可再生能源學(xué)會(huì)，北京 100190)

8) KPx(TPx)。一些光伏背板企業(yè)設(shè)計(jì)了特定的內(nèi)層結(jié)構(gòu)，如KPx，其中x可以是聚合物(含氟或非氟)—— O、M、C或f(O可以是聚烯烴，M為金屬材料，C表示涂敷，f表示超薄氟膜)。KPO由中天公司開發(fā)；KPM由明冠公司開發(fā)，京都電子開發(fā)的一種氟聚合物膜也屬于這種類型。中來公司起初開發(fā)CPC，后來改做TPC，以最外層的Tedlar作為抗UV層；隨后，明冠公司開發(fā)的TPM、中天公司開發(fā)的TPO也都遵循了同樣的理念。

9) 非氟背板及無PET背板。目前主流背板都有2個(gè)共同點(diǎn)：一是具有含氟膜；二是含有PET核心層。隨著光伏行業(yè)對(duì)光伏組件戶外性能的理解逐漸加深，以及環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，許多公司已經(jīng)開始開發(fā)非氟背板，甚至是無PET的背板。前文提到的康維明公司的PPE背板即為典型的無氟背板；荷蘭皇家帝斯曼公司推出的APO系列背板，其外層為聚酰胺，核心層和內(nèi)層均為改性聚烯烴；德國材料公司Bischof+Klein也推出了聚烯烴體系的無氟背板。后兩家公司不但采用無氟背板，甚至連核心層也不使用PET，而是改用聚丙烯(Polypropylene)材料。國內(nèi)的浙江中聚材料公司采用3層共擠型背板，3層全是PO(Polyolefin)膜，這種膜的特點(diǎn)是具有比3層含氟復(fù)合膜更好的環(huán)保特性，在國內(nèi)市場受到推崇。印度的Shingi太陽能公司開發(fā)了全部使用改性聚烯烴的背板，簡稱PPP。

根據(jù)TaiyangNews在2019年的調(diào)研結(jié)果，有49家背板企業(yè)生產(chǎn)含氟背板，31家背板企業(yè)生產(chǎn)非氟背板，且許多背板企業(yè)同時(shí)生產(chǎn)含氟背板和非氟背板，只有少數(shù)幾家背板企業(yè)只生產(chǎn)非氟背板。

PERC太陽電池在2019年占據(jù)了70%的市場份額，此外，n型TOPCon太陽電池和HJT太陽電池也逐漸占據(jù)了一定的市場份額，BSF多晶硅太陽電池的市場份額將進(jìn)一步受到擠壓。這些單晶硅太陽電池的一大特色是可以制備成雙面太陽電池，若要雙面發(fā)電則需要制備雙面透光的光伏組件。根據(jù)ITRPV的預(yù)測，2019年雙面光伏組件的全球市場份額為15%，而在2029年，雙面光伏組件的全球市場份額將會(huì)達(dá)到60%，如圖51所示。

圖51 全球市場中雙面光伏組件的占比情況Fig. 51 Proportion of bafacial PV modules in global market

根據(jù)TaiyangNews在2019年的調(diào)查，背板為玻璃的光伏組件的市場占有率為11%，其在2020年將會(huì)達(dá)到18%。這將極大地?cái)D壓塑料背板的空間。此外，為適應(yīng)雙面太陽電池的發(fā)展，目前產(chǎn)業(yè)上研發(fā)出了透明有機(jī)背板，這種背板在2019年的市場占有率約為1.4%。

根據(jù)Bloomberg的預(yù)測，2019年，全球光伏組件市場的銷售規(guī)模為113～130 GW，若按照70%為PERC太陽電池計(jì)算，將會(huì)有80～90 GW是具有雙面發(fā)電能力的單晶硅太陽電池。當(dāng)然，市場端未必都需要將這種單晶硅太陽電池制備成雙面光伏組件，但相信在2019年雙面光伏組件的市場份額將會(huì)上升。

8.3 光伏背板的選擇

當(dāng)前已有大量的背板種類可以選擇，并且可選擇的種類還在增加。除了價(jià)格之外，光伏組件制造商如何選擇背板成為一個(gè)重點(diǎn)。理想情況下，背板的選擇應(yīng)該考慮光伏組件安裝點(diǎn)的氣候條件，例如，在沙漠地區(qū)，可以不考慮濕度，最重要的是要保護(hù)光伏組件免受強(qiáng)烈的UV輻照；而在熱帶氣候區(qū)域，不得不考慮濕熱的氣候特性。

如今，背板市場提供的產(chǎn)品可適應(yīng)光伏組件不同的工作環(huán)境。產(chǎn)業(yè)界廣泛認(rèn)為含氟聚合物非常適合應(yīng)用于UV輻照較強(qiáng)的區(qū)域。根據(jù)Arkema公司相關(guān)人員的介紹，如果在中國西北部的光伏電站安裝采用無氟背板的光伏組件，那么將會(huì)在2～10年內(nèi)出現(xiàn)一些嚴(yán)重的問題。實(shí)際上，中國作為全球最大的光伏市場，其光伏產(chǎn)業(yè)界普遍認(rèn)為，非氟聚合物在一些地方有可能會(huì)出現(xiàn)變黃、有裂紋或厚度變薄的問題。因此，大多數(shù)光伏組件制造商現(xiàn)在都使用含氟的膜，至少光伏組件外層是含氟的。在中國的西北地區(qū)，UV輻照非常高，光伏電站建造商通常選擇雙面都含氟的背板，同時(shí)趨向于背板外部的含氟層還具有阻隔濕氣的功能。當(dāng)然，實(shí)際情況是中國的光伏應(yīng)用市場起步較晚，非氟背板的應(yīng)用很少，也沒有很多的戶外含氟背板和非氟背板的使用案例來對(duì)比驗(yàn)證這樣的觀點(diǎn)。隨著非氟背板市場占比的緩慢攀升，光伏產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員正在經(jīng)歷傳統(tǒng)觀念的轉(zhuǎn)變。

但是在全球其他地區(qū)卻呈現(xiàn)出不同的背板需求特征。圖52給出了2016年全球不同地區(qū)的光伏背板市場份額的情況。由圖可知，中國的非氟背板的市場份額僅為21%，而歐洲的非氟背板的市場份額卻達(dá)到了72%，日本的達(dá)到了74%，這是一個(gè)值得研究的問題。日本市場或許是出于價(jià)格原因采用無氟背板，但或許也與歐洲和日本的光伏電站多為屋頂戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)有關(guān)。

圖52 全球不同地區(qū)的光伏背板市場份額情況Fig. 52 Market share of PV backplane in different regions of world

中國的賽伍公司和晶茂公司提供含氟背板。提供非氟背板的公司有：意大利的康維明公司、德國的Feron公司、荷蘭的DSM公司、中國浙江的中聚公司，以及比利時(shí)的AGFA公司和印度的Shingi Urja公司。其他一些知名公司，比如明冠、杭州福斯特、Krempel、Toyal和中天光伏等公司產(chǎn)品中至少有1種產(chǎn)品同時(shí)含有氟和非氟成分。

蘇州中來公司選擇了不同的策略，其中國分公司提供全氟聚合物的產(chǎn)品，同時(shí)非含氟聚合物產(chǎn)品通過其意大利Filmcutter公司出售，從而使蘇州中來/Filmcutter提供了全方面的背板方案。其含氟的背板中包括Tedlar和PVDF膜，但基于雙面涂層的背板是該公司的主要產(chǎn)品，TPC結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品次之。

Krempel公司對(duì)含氟和非氟背板都予了同等重視。但針對(duì)不同光伏組件制造商提供不同的產(chǎn)品平臺(tái)，并重點(diǎn)推薦PET結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。例如賽伍公司，是含氟聚合物背板的強(qiáng)有力支持者，其借助成品KPf膜成為排名第一的公司，并且KPf膜仍是該公司的主要產(chǎn)品。

中國晶茂公司也提供不同結(jié)構(gòu)的背板，主要推廣的也是KPf結(jié)構(gòu)的背板，并與賽伍公司的內(nèi)層是氟皮膜、外層是PVDF膜的產(chǎn)品相似。

明冠公司同時(shí)提供含氟和非氟產(chǎn)品，但主要是含氟產(chǎn)品。該公司提供常規(guī)的含有Tedlar和PVDF膜的背板，也開發(fā)了一種擁有專利權(quán)的內(nèi)層膜，與Tedlar和PVDF的外層膜組成背板結(jié)構(gòu)。

中天光伏公司的產(chǎn)品主要是基于Tedlar膜和PVDF膜，公司不僅出售背板，同時(shí)也為其他背板公司提供PVDF膜。

杭州福斯特公司是封裝材料方面的全球市場領(lǐng)導(dǎo)者，其在背板方面主要是含氟的化合物；由于涂層技術(shù)具有低成本優(yōu)勢(shì)，該公司推出了基于涂層的解決方案。

AGFA公司于2017年進(jìn)入光伏背板市場，該公司以X射線、印刷和其他應(yīng)用領(lǐng)域的膠片產(chǎn)品而著稱，其在2017年推出了被認(rèn)為能夠提供3層膜結(jié)構(gòu)功能的非氟聚合物單層膜背板。

荷蘭帝斯曼公司也選擇了無氟聚合物背板，其采用3層材料共擠結(jié)構(gòu)。該公司于2017年收購了一家中國的初創(chuàng)型背板制造商—— 蘇州尚善太陽能科技，開始實(shí)現(xiàn)已擁有專利的APO背板在中國市場和國際市場的逐步商業(yè)化。

中聚公司推出的是PO背板，選用PO材料制備共擠背板。Shingi Urja公司建立于2016年，其產(chǎn)品為聚烯烴基的背板。德國Feron公司也提供完全基于非含氟聚合物的涂覆型背板。還有幾家較為有名的公司，盡管這些公司并不提供背板，但其提供背板的原材料，例如，杜邦公司提供背板的Tedlar膜樹脂，Arkema公司提供Kynar膜和用于PVDF膜生產(chǎn)的樹脂，杭州的福膜公司是中國領(lǐng)先的PVDF膜供應(yīng)商，其提供白色、黑色、透明及網(wǎng)格的PVDF膜。

8.4 光伏背板的原材料特性及供求情況

復(fù)合型光伏背板的原材料主要包括PET基膜、氟膜和膠粘劑。其中，PET基膜主要提供了絕緣性能和力學(xué)性能，但耐候性較差；氟膜提供了耐候性和阻隔性，同時(shí)也具有優(yōu)良的絕緣性，但由于氟膜存在回收難、降解難等問題，業(yè)內(nèi)部分廠家已推出一些替代材料方案；膠粘劑的主要作用是使PET基膜與氟膜材料之間粘結(jié)良好、不分層。目前，主流光伏背板的外層保護(hù)材料基本上是使用含氟材料來保護(hù)PET基膜，高品質(zhì)的光伏背板一般是通過膠粘劑將氟膜復(fù)合貼在PET基膜上。氟材料以氟膜的形式通過膠粘劑復(fù)合在PET基膜上的背板為復(fù)合型背板；而通過特殊工藝(如卷對(duì)卷法)將氟碳涂料直接涂在PET基膜上的背板為涂覆型背板。

8.4.1 PET基膜

PET，即聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，長期使用可耐120 ℃高溫，短期使用可耐150 ℃高溫、-70 ℃低溫，且高、低溫對(duì)其機(jī)械性能的影響很小。生產(chǎn)光伏背板時(shí)所需的PET基膜的厚度為200～275 μm，屬于中等厚度，要求其具備突出的電氣絕緣性，優(yōu)良的阻汽阻水性、抗蠕變性、耐疲勞性和尺寸穩(wěn)定性等性能。但是PET基膜在UV輻照下的穩(wěn)定性不好，因此需要在其兩側(cè)使用抗UV輻照的薄膜加以保護(hù)。

光伏背板用PET基膜的制造屬于資金、技術(shù)密集型行業(yè)，其生產(chǎn)技術(shù)涉及了高分子物理、高分子化學(xué)、自動(dòng)控制等多學(xué)科，技術(shù)壁壘較高，產(chǎn)品配方的掌握，尤其是對(duì)原材料聚酯切片改性及添加劑配方等的掌握，需要長時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累。因此，在較長一段時(shí)期內(nèi)光伏背板用PET基膜大型生產(chǎn)企業(yè)會(huì)主要集中在美國、日本、韓國等國家，如日本的東麗株式會(huì)社、杜邦帝人、三菱聚酯公司、東洋紡織株式會(huì)社，韓國的SKC株式會(huì)社等，這些企業(yè)占據(jù)了國際市場的大部分份額。

隨著技術(shù)水平的不斷提高，國內(nèi)絕緣材料生產(chǎn)企業(yè)在光伏背板用PET基膜領(lǐng)域已取得突破。目前已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)并供應(yīng)光伏背板用PET基膜的企業(yè)主要有東材科技、杜邦鴻基、佛山多能、南洋科技、裕興科技、雙星和康得新等。另外，臺(tái)塑集團(tuán)南亞塑膠有限公司、韓國SKC株式會(huì)社、日本三菱聚酯公司、儀化東麗聚酯薄膜有限公司等也在中國大陸投建了生產(chǎn)線。由于國產(chǎn)化PET基膜具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，國產(chǎn)光伏背板用PET基膜已基本替代進(jìn)口產(chǎn)品。

圖53為2015～2019年復(fù)合型背板的部分原材料的市場價(jià)格情況。從圖中可以看出，2019年P(guān)VDF膜有較大幅度的降價(jià)，但是PET基膜的降價(jià)幅度卻不大。

圖53 2015～2019年復(fù)合型背板的部分原材料的市場價(jià)格情況Fig. 53 Market prices of some raw materials for composite backplanes in 2015～2019

8.4.2 氟材料

含氟材料之所以能成為光伏背板的保護(hù)膜材料，與其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)密不可分。一方面，C-F鍵的鍵能較高、自身較為穩(wěn)定；另一方面，氟材料聚合時(shí)分子量都較大，相同質(zhì)量端基含量少，氟材料分子中雜鏈、不穩(wěn)定基團(tuán)不易形成，因此，氟材料的性能穩(wěn)定、耐候性能優(yōu)異。這也是戶外使用的耐候材料多選用氟材料、超高分子量聚乙烯材料的原因。

8.4.2.1 復(fù)合型背板用氟膜

復(fù)合型背板用氟膜主要有PVDF(聚偏氟乙烯)、PVF(聚氟乙烯)、ETFE(乙烯-氟乙烯共聚物)、ECTFE(乙烯，三氟氯乙烯共聚物)及THV(四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物)等品種。其中ETFE、ECTFE、THV由于原料供應(yīng)能力和成本原因未能在光伏背板上實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，在復(fù)合型光伏背板上廣泛應(yīng)用的主要是PVDF膜和PVF膜。其中，PVDF膜的主流厚度為22.5、25.0、30.0 μm，商品化氟含量在40%左右；PVF膜的主流厚度為25和38 μm，商品化氟含量約為28%。

氟膜具有耐紫外、耐濕熱、耐磨、耐溶劑、阻燃、阻水等性能，決定氟膜上述性能的除了配方、生產(chǎn)工藝之外，氟含量和厚度也是兩大關(guān)鍵性因素。主流的光伏組件生產(chǎn)企業(yè)和背板生產(chǎn)企業(yè)為保證可靠性，大多采用22.5 μm以上厚度的氟膜，在高紫外、高濕地帶采用30 μm以上厚度的氟膜。

在氟膜的原材料方面，氟膜生產(chǎn)原料為氟樹脂，全球氟樹脂生產(chǎn)廠家主要集中于美國、日本、英國、法國、韓國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家。中國的氟樹脂工業(yè)起步于20世紀(jì)60年代初期，由于多種因素制約，生產(chǎn)規(guī)模和工藝技術(shù)整體水平較低，目前的狀況是，生產(chǎn)能力較小、品種牌號(hào)不多、高端品種仍要依賴進(jìn)口。隨著中國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)目前已有山東東岳和上海三愛富等公司能批量生產(chǎn)和供應(yīng)氟樹脂。

在氟膜生產(chǎn)供應(yīng)方面，全球光伏背板用氟膜的供應(yīng)商中，國外的公司主要有美國杜邦(PVF膜)、法國阿科瑪ARKEMA(PVDF膜)、日本電氣化學(xué)(PVDF膜)、韓國SKC化學(xué)(PVDF膜)，國內(nèi)的公司主要有杭州福膜公司、浙江高正公司(PVDF膜)等。由于氟材料制膜技術(shù)的門檻較高，早期用于生產(chǎn)光伏背板的氟膜被以美國杜邦公司和法國阿科瑪公司為主導(dǎo)的國外少數(shù)公司所壟斷，導(dǎo)致氟膜價(jià)格較高。其中，美國杜邦公司將以PVF樹脂生產(chǎn)的Tedlar牌氟膜主要用于TPT/TPE等結(jié)構(gòu)的背板中。法國阿科瑪公司將以PVDF樹脂生產(chǎn)的Kynar牌氟膜主要用于KPK/KPF等結(jié)構(gòu)的背板中。PVF氟膜因價(jià)格較高，其市場占有率在逐年縮小。

在過去，TPT和TPE是2種主要的光伏背板結(jié)構(gòu)。由于TPE結(jié)構(gòu)的光伏背板已使用了20多年，因此通常認(rèn)為該結(jié)構(gòu)不存在什么問題。大約60 μm厚的“E”層膜能夠阻止幾乎99.9%的紫外光，同時(shí)具有非常好的粘附力。

隨著國內(nèi)公司在PVDF膜的配方和制造工藝方面的不斷提高，國產(chǎn)PVDF膜的品質(zhì)已達(dá)到國外同等水平，甚至在某些性能上優(yōu)于國外公司的產(chǎn)品。因此，以杭州福膜為代表的國產(chǎn)PVDF膜在市場上被主流客戶廣泛接受，光伏背板用氟膜被國外壟斷的局面不但被打破，而且國產(chǎn)PVDF膜的市場份額在逐年增加。經(jīng)過多年的使用驗(yàn)證，國產(chǎn)PVDF膜的質(zhì)量及產(chǎn)品穩(wěn)定性已經(jīng)可與進(jìn)口產(chǎn)品媲美，國內(nèi)外主流的光伏背板生產(chǎn)企業(yè)也在逐步使用國產(chǎn)氟膜來替代進(jìn)口氟膜。

吹膜是較成熟的制備PVDF膜的技術(shù)。阿克瑪公司擁有專門應(yīng)用于吹膜的高融體強(qiáng)度級(jí)別的PVDF樹脂，能吹出厚度僅5 μm的薄膜。PVDF中常加入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為增塑劑以提高其成膜性，加入PMMA后的PVDF在熔融狀態(tài)下更容易成膜。然而，“F”含量對(duì)薄膜的抗紫外老化性能有直接影響，因此PVDF中加入PMMA后必然影響薄膜的抗老化性能，澳大利亞Leoben大學(xué)對(duì)采用不同氟塑料薄膜的光伏背板老化情況進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)含PMMA(10%～20%)的PVDF膜經(jīng)過1000～2000 h濕熱老化后破損嚴(yán)重。歐洲一家公司在中國大力推廣其生產(chǎn)的 PVDF膜，盡管該公司提供的數(shù)據(jù)表明，該產(chǎn)品具有良好的耐候性，但從紅外圖譜中發(fā)現(xiàn)，該薄膜含有大量的PMMA成分；該薄膜為3層結(jié)構(gòu)，特別是中間層PMMA-PVDF的PMMA含量大幅超過了PVDF的含量，所以該產(chǎn)品的實(shí)際耐候性如何，仍需要經(jīng)歷時(shí)間的考驗(yàn)。表27給出了PVDF膜和PVF膜的參數(shù)比較。

表27 PVDF膜和PVF膜特性的對(duì)比Table 27 Comparison of characteristics of PVDF film and PVF film

海優(yōu)威公司使用與歐洲某化學(xué)品公司合作開發(fā)的光伏背板用PVDF膜生產(chǎn)背板。該P(yáng)VDF膜由PVDF、無機(jī)填料和功能性添加劑組成，為單層結(jié)構(gòu)，整個(gè)薄膜的內(nèi)、外材料一致，白色薄膜能阻隔100%的紫外線。經(jīng)過2000 h的紫外老化測試后，該薄膜的老化性能下降程度可以忽略不計(jì)，其他性能完全可以滿足光伏背板對(duì)氟塑料薄膜的各種要求。

杭州福膜公司的PVDF膜產(chǎn)品有3種不同的厚度，分別為20.0、22.5和30.0 μm，這3個(gè)厚度的產(chǎn)品的出貨量分別為20%、50%和30%。在生產(chǎn)之后，PVDF膜中的氟成分在42%～45%之間，這使PVDF膜的紫外截?cái)酁?5.7%，在380～1100 nm波段的光透過率為92%。

Kynar膜是法國化學(xué)公司阿科瑪?shù)漠a(chǎn)品，是非常先進(jìn)的PVDF膜。其采用3層膜結(jié)構(gòu)，在頂層和底層均采用100%的PVDF，在中間是厚度為1 μm的PVDF膜與其他粘結(jié)劑。之所以采用這種3層膜結(jié)構(gòu)，是因?yàn)楹酆衔镆话隳芴峁┖玫哪秃蛐?，但是所有的含氟聚合物均具有UV透明性，因此為了阻止UV輻照，必須讓膜中有填料，通常使用TiO2作為填料來達(dá)到這個(gè)目的。在PVF膜中，通常將TiO2分散在一種溶劑中然后和PVF形成復(fù)合物；而對(duì)于PVDF膜，分散TiO2的是PMMA溶劑，在形成復(fù)合物后，溶劑干燥揮發(fā)。為了能夠擁有長期耐候性，PMMA樹脂的成分不得不少于30%(重量比)。

這種復(fù)合物結(jié)構(gòu)為PVDF膜提供了一個(gè)高純和光滑的表面，對(duì)耐候性非常有利。不僅是UV輻照，在室外應(yīng)用過程中，聚合物還得面對(duì)其他一些環(huán)境攻擊，例如濕氣、酸雨、砂石刻蝕、高溫和熱循環(huán)，需要不同規(guī)格或同一種產(chǎn)品來抵抗這些攻擊。市場上的Kynar膜具有18、25和30 μm 3種厚度。其中，最為廣泛使用的是30 μm的厚度，其是由上、下均為5 μm的PVDF膜夾著由PVDF、共聚酯和填料組成的20 μm厚的白色膜中間層構(gòu)成。根據(jù)阿科瑪公司的介紹，這種30 μm厚的Kynar膜與37 μm厚的PVF膜的性能相似，而22.5 μm厚的Kynar膜與25 μm厚的PVF膜性能相似。除了這種白色背板，該公司也供應(yīng)在BIPV中使用的黑色、紅色和透明背板。

氟膜作為光伏組件的關(guān)鍵性封裝、保護(hù)性材料，需要跟隨太陽電池的發(fā)展而發(fā)展，甚至針對(duì)不同太陽電池和光伏組件類型的特點(diǎn)生產(chǎn)“定制化”氟膜。例如，今年國內(nèi)外多家氟膜公司針對(duì)雙面太陽電池的封裝推出了透明氟膜，具有可媲美光伏玻璃的透光率，最高可達(dá)92%；針對(duì)新疆維吾爾自治區(qū)、青海省等高風(fēng)沙地區(qū)，推出了超高耐磨、高硬度氟膜，落砂可達(dá)400 L；針對(duì)戶用光伏市場，杭州一家氟膜公司與歐洲某知名背板公司聯(lián)合推出了紅色、藍(lán)色和綠色背板；針對(duì)薄膜太陽電池(CIGS/CdTe)，采用了超低水透氟膜進(jìn)行封裝，透水率低至10-4g/(m2·d)。

8.4.2.2 涂覆型背板用氟碳涂料

目前應(yīng)用于光伏背板的氟碳涂料主要是由日本旭硝子株式會(huì)社、大金工業(yè)株式會(huì)社，法國阿科瑪(Arkema)公司等開發(fā)生產(chǎn)的FEVE(四氟乙烯或三氟氯乙烯與乙烯基醚共聚物)、PVDF等為主體樹脂制備而成。市場上并無成熟的適用于涂覆型背板生產(chǎn)的氟碳涂料供應(yīng)，一般由企業(yè)自行制備，如蘇州中來使用的氟碳涂料是基于大金氟涂料(上海)有限公司和長興化學(xué)等生產(chǎn)的FEVE樹脂制備而成。

AGFA采用的是所謂的在線技術(shù)，其中PET基膜是被擠壓成型；表面經(jīng)過AGFA的專有在線涂層技術(shù)，并按照外層的功能進(jìn)行改性。整個(gè)光伏背板的制造工藝一步完成，因此屬于完全在線生產(chǎn)。AGFA的技術(shù)特點(diǎn)在于其是真正的單層膜背板，與熔融共擠形成的單層膜不同。AGFA先進(jìn)的單層結(jié)構(gòu)在于這種設(shè)計(jì)消除了背板內(nèi)層開裂的風(fēng)險(xiǎn)。該技術(shù)將原材料放入一端的機(jī)器，而完全成型的產(chǎn)品從機(jī)器的另外一端出來。

蘇州中來公司的產(chǎn)品是基于PTFE含氟聚合物的涂覆技術(shù)。采用了等離子體化學(xué)改性和氟－硅表面嫁接。這種技術(shù)基于PLC流切涂布工藝，最終涂層的厚度均勻性偏差在±1 μm?，F(xiàn)在該公司正在使用微波涂覆技術(shù)。涂層化學(xué)吸附在中間PET層上，因此與襯底之間具有較好的吸附力。杭州福斯特公司是世界領(lǐng)先的EVA制造商，其關(guān)注的是在PET兩側(cè)的含氟涂層FEVE，這種材料已經(jīng)在建筑和海軍領(lǐng)域具有50年的長期耐候性證據(jù)。該產(chǎn)品的主要優(yōu)點(diǎn)在于避免了3層膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中的背板內(nèi)層開裂的風(fēng)險(xiǎn)。

8.4.2.3 內(nèi)層膜

蘇州賽伍公司發(fā)明了所謂的氟皮膜的內(nèi)層膜，這種產(chǎn)品被命名為KPf，是該公司銷售得最好的產(chǎn)品。K表示含氟聚合物PVDF膜或Kynar膜，其中Kynar占據(jù)了其KPf結(jié)構(gòu)銷售額度的15%。此公司也有通用的2層夾著PET的“三明治”結(jié)構(gòu)的背板，即KPK結(jié)構(gòu)的背板，以Kynar膜作為外層。由于認(rèn)為背板內(nèi)層接受的UV輻照強(qiáng)度是背面外層的1/10，因此無須采用昂貴的含氟膜。當(dāng)今，大部分背板制造商用聚乙烯來代替含氟聚合物膜。然而，此聚合物在光伏組件封裝過程中會(huì)變薄，這種缺點(diǎn)會(huì)使整個(gè)背板存在電氣絕緣特性方面的風(fēng)險(xiǎn)。賽伍公司宣稱其氟皮膜在后期的封裝中不會(huì)發(fā)生厚度變化，而且厚度為4 μm的膜已能充分達(dá)到背板內(nèi)層對(duì)阻隔UV輻照的性能要求。晶茂公司采用的也是賽伍公司的方法，在PVDF背板上加上氟皮膜作為內(nèi)層膜。氟皮膜大約有6～8 μm的厚度，提供了較好的耐候性，并且其具有氟涂層，KPf背板能夠減少在打開光伏組件進(jìn)行修復(fù)時(shí)對(duì)太陽電池的損害。

8.4.3 非氟背板材料

目前主流產(chǎn)品均采用PET基膜作為中間層，但已經(jīng)有越來越多的公司開始使用聚合物來作為PET的基材。截至2018年年底，全球范圍內(nèi)采用非PET基材進(jìn)行光伏背板開發(fā)的公司已經(jīng)超過10家。如前文所述，荷蘭帝斯曼公司也是非PET背板的支持者，其自2017年開始商業(yè)化了APO結(jié)構(gòu)的背板。該公司采用改性聚烯烴材料作為背板中間層，能夠提供全面的性能表現(xiàn)，具有高阻隔、耐UV輻照、絕緣性能好和機(jī)械性能強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，并在外部增加具有優(yōu)異耐腐蝕和抗UV輻照的PA12材料作為保護(hù)層。帝斯曼公司也強(qiáng)調(diào)了光伏組件壽命周期內(nèi)光伏背板材料的可回收特性，其背板的制備采用的是共擠出方式，以保證層之間有良好的粘結(jié)力，降低背板在使用過程中的分層風(fēng)險(xiǎn)。帝斯曼公司的APO背板與其他背板的水汽阻隔性能對(duì)比如圖54所示[36]。

圖54 各種光伏背板的水汽阻隔性能比較Fig. 54 Comparison of water vapor barrier performance of various PV backplanes

中聚公司開發(fā)了全PO背板，整體選用PO材料，耐水解性能大幅提高，DH測試達(dá)到104h以上，避免了基材水解開裂的風(fēng)險(xiǎn)；該背板采用共擠工藝，避免了分層風(fēng)險(xiǎn)；該公司對(duì)PO樹脂進(jìn)行了獨(dú)特的處理，其背板的綜合耐老化性能也較傳統(tǒng)背板有大幅提高，DH疊加UV測試達(dá)到120 kWh。

Shingi公司開發(fā)了全聚烯烴3層膜背板，每層膜都有獨(dú)特功能。內(nèi)層膜主要是為了能夠與密封材料進(jìn)行封裝而設(shè)計(jì)，外層膜用于紫外保護(hù)，中間的白色膜在波長400～700 nm范圍內(nèi)的光反射可達(dá)92%。此種膜的原材料為聚酯，采用熔融共擠技術(shù)制備了3層膜的背板，意味著整個(gè)背板的制備一步完成。與其他熔融共擠方法生產(chǎn)的背板一樣，Shingi公司的背板也具有非常高的層間附著力。據(jù)介紹，在經(jīng)過4000 h的330 nm波長紫外光照射后，該背板的機(jī)械性能還保留65%。

8.4.4 膠粘劑

膠粘劑主要用于復(fù)合型背板中氟膜與PET基膜的粘結(jié)。目前，適用于氟膜與PET基膜粘結(jié)的高品質(zhì)膠粘劑生產(chǎn)技術(shù)壁壘較高，多為法國阿科瑪公司旗下的波士膠Bostic(芬德利品牌)、德國漢高Henkel(Liofol品牌)和日本東洋紡織株式會(huì)社等少數(shù)國外企業(yè)生產(chǎn)的光伏級(jí)聚氨酯膠粘劑，價(jià)格較高。目前國內(nèi)背板生產(chǎn)企業(yè)所需膠粘劑主要依賴進(jìn)口，僅蘇州賽伍能自主生產(chǎn)膠粘劑。

8.4.5 背板材料可靠性及其差異化選擇

背板作為保護(hù)光伏組件的最外部材料，容易受環(huán)境氣候、應(yīng)力的影響。背板材料的粘結(jié)性能、抗紫外能力和機(jī)械強(qiáng)度都是影響其可靠性的關(guān)鍵因素，甚至影響整個(gè)組件的功率輸出和使用壽命。

近年來，杜邦公司對(duì)北美、歐洲、亞太地區(qū)的約275個(gè)光伏電站進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)研，調(diào)研的光伏組件涵蓋了92 個(gè)光伏組件生產(chǎn)廠家、用于不同氣候類型、運(yùn)行時(shí)間平均為3.3年、總功率超過1 GW。調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，有22%的光伏組件存在明顯的老化和可視化失效。其中太陽電池的失效率最高，為12%；背板的失效率次之，為9.5%。雖然背板只占光伏組件和光伏電站總成本的很小一部分，但其起著保護(hù)組件工作25年的重要作用，所以對(duì)于背板材料的選擇就顯得尤為重要。目前，市面上絕大部分背板為多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，并采用PET基膜作為中間層，起到絕緣和機(jī)械支撐的作用。而在背板外層(空氣面) 和內(nèi)層(EVA面) 材料方面，魚龍混雜，給背板材料的質(zhì)量與長期可靠性帶來了很大隱患。(待續(xù))