一种新型膜胶一体化太阳能光伏背板

”PET ─ 一种在绝缘行业中广泛应用的材料被用作基材: 因为其良好的机械性能和低成本使其作为组件封装材料而具有强大的吸引力”

膜胶一体化背板的设计和制造

要得到一款性能优异的背板，合理的设计是至关重要的。在我们的设计中，PET ─ 一种在食品包装工业中广泛应用的材料被用作基材: 因为其良好的机械性能和低成本使其作为组件封装材料而具有强大的吸引力。然而，未经涂层（未修饰）的PET水气透过性很高 [7]。在实际应用中容易产生各种降解，例如水解和热氧化，这将导致PET的各种性能变差。因此，PET不能直接作为背板使用，而必须进行涂层或表面修饰。含氟聚合物已被证明具备多个作为涂层所必须拥有的性质，比如优良的疏水性和疏油性（耐污染性）、低摩擦系数、优异的耐化学品性和良好的耐候性 [8-12]。传统的含氟聚合物涂料，如聚四氟乙烯（PTFE）和聚偏二氟乙烯（PVDF），除了其高成本外，还因为其化学惰性，不溶于大部分有机溶剂而使加工处理变得很困难。经过广泛筛选，一种含氟反应性聚合物被选做涂料的主体材料来制造新型的膜胶一体化背板。图1给出了含氟反应性聚合物的化学结构示意图。

由图1可见，含氟反应性聚合物是以四氟乙烯（TFE）为主要单体的三元聚合物。四氟乙烯单元（单体1）为聚合物提供优异的耐候性、抗污性及阻隔性; 单体2含有羟基（-OH）,为聚合物提供可固化性和粘合性; 单体3含有机基团（主要是醚基），主要为聚合物提供溶解性和透明度。含氟反应性聚合物被用作主体成分连同其它组分，例如颜料和交联剂一起形成一个特殊的功能涂料配方。涂料被施加到PET基材的两面，并随之进行热固化，从而在PET的两面形成膜胶整合的涂层。

为了提高涂层与PET基材的粘合性，在涂覆之前，用等离子体对PET进行表面处理。许多研究证明等离子体处理可以通过以下一个或几个现象来有效地改善聚合物表面的粘合性: 清除材料表面的小分子物质、脱氢，链段的断裂和交联、自由基的产生和融合及材料表面形态结构的修饰 [13]。等离子体表面修饰的重要特征是可以同时改变材料表面的化学组成和形态结构而不改变材料的本体性质。

经过等离子体处理后，PET的表面得到刻蚀和活化，导致了涂层和基材之间的强粘接性。这种强粘接性必将减少，甚至完全消除在实际应用过程中涂层和基材之间的分层。从以上的工艺描述可以清楚地看出，整个制造过程是一无胶（粘合剂）过程，这种工艺明显区别于传统的复膜层压方法。涂层是一个膜胶整合系统，同时具有膜和胶的功能。从高分子化学的角度来说，涂层具有聚氨酯（PU）的结构，因为六亚甲基二异氰酸酯（HDI）被用作固化剂（交联剂）。在热固化过程中，HDI的异氰酸酯基团与含氟反应性聚合物的-OH反应生成具有聚氨酯键的高分子网络。一般而言，聚氨酯是一种独特的材料，具有橡胶的弹性和金属的韧性和耐久性。

含氟聚氨酯涂层具备作为光伏背板所要求的优良的阻隔性能和耐久性。需要强调的是，在等离子体处理过程中，许多活性基团例如羟基和氨基也被大量引入到基材PET表面。这些活性基团能参与固化反应，导致涂层和基材之间牢固的化学键合。这种共价键确保了涂层和基材之间的紧密整合，减少了传统层压复合背板所面临的分层问题。