光伏电池是由玻璃、EVA、硅片、背板组成,按照玻璃—EVA—电池片—EVA—背板的结构封装构成,其中背板位于光伏电池背面的最外层,是光伏电池重要 组成部分,不仅起到封装的作用,同时还起到保证光伏电池不受到环境影响的作用,确保光伏电池的使用寿命。本文将对太阳能电池背板材料、结构的现状以及发展趋势作一回顾和分析。
1、光伏背板的类型及优缺点
按照光伏电池背板整体结构划分,可将光伏电池背板划分为FPF,FPE,全PET与PET/聚烯烃结构。其中F为含氟薄膜;P为双向拉伸工艺制备的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(即PET薄膜);E为乙烯-醋酸乙烯(即EVA);聚烯烃指各种以碳碳结构为主链的塑料。这些结构层之间使用胶粘剂进行粘合,通过复 合工艺制备成型。最早的光伏电池背板采用TPT结构,即Tedlar/PET/Tedlar结构,其中Tedlar为杜邦公司所生产的PVF(聚氟乙烯) 薄膜,以杜邦公司的Tedlar为基材的背板主导了大部分的光伏背板市场,第一款进入光伏市场的产品为PVF 2001,目前杜邦公司的Tedlar产品已经开发出第三代。按照光伏电池背板所采用的薄膜材质区分,可以将背板划分为Tedlar背板、含氟背板、 PET背板与其他一些采用如PE材质的背板产品。
1.1.Tedlar系列
Tedlar结构的背板被称为经典的背板结构,已成为国内外太阳能电池组件厂首选背板类型。PVF膜的结构稳定、耐环境变化,但是薄膜表面较易出现针孔, 薄膜的水汽阻隔能力较差。同时PVF材料本身含氟量小,所以PVF薄膜需要有足够的厚度来保证其性能。不过PVF是所有氟材料中成本最低的,非常适合作为 大规模推广应用的太阳能光伏背板材料。
1.2.含氟背板
在杜邦公司Tedlar产能有限的情况下,光伏电池背板生产企业也采用了其他材质的薄膜来代替Tedlar薄膜生产背板。
1)PVDF(聚偏氟乙烯) 此类薄膜的生产商主要有法国的阿科玛公司,韩国SKC等。PVDF是使用量第二大的氟塑料,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。PVDF较成熟的制膜技术是使用吹膜的方法。阿克玛公司拥有专门应用于吹膜的高融体强度级别PVDF树脂,能吹出厚度仅 5μm的薄膜。PVDF中常加入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为增塑剂以提高其成膜性,加入PMMA后的PVDF的在熔融状态下更容易成膜。国内的一些 高校如北京化工等在这方面已做了较多的研究。但PVDF加入PMMA后会影响薄膜的抗老化性能,澳大利亚Leoben大学对采用不同氟塑料薄膜的背板老化 结果进行了研究,发现含PMMA(10%~20%)的PVDF薄膜经过1000~2000h湿热老化后薄膜破损严重。欧洲一家公司在中国大力推广其生产的 PVDF薄膜,尽管该公司提供的数据表明耐候性良好,但从红外图谱发现该薄膜含有大量的PMMA的成分;该薄膜为三层结构,特别是中间层PMMA— PVDF合金中的PMMA含量,甚至大大超过PVDF含量,所以该产品的实际耐候性如何,需要时间考验。
海优威公司使用与欧洲某化学品公司开发的太阳能电池背板用PVDF薄膜生产背板。该PVDF薄膜由PVDF、无机颜料和功能性添加剂组成,为单层结构,整 个薄膜内外材料均一,白色薄膜能百分之百遮蔽紫外线,经2000h的紫外老化测试,薄膜的老化性能下降可以忽略不计,其他性能完全可以满足光伏电池背板对 氟塑料薄膜的各种要求。
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