2016年全球新增光伏装机量达70GW,全球装机容量达300GW。其中中国新增装机量34GW,累计装机77GW。随着年装机量的不断增长,光伏电站的质量问题频现,涉及光伏背板的问题如:开裂、破损、分层、变色等。
光伏组件由玻璃-EVA-电池片-EVA-背板的结构封装而成,光伏背板是用在太阳能电池组件背面的一种保护性材料,用来保护电池片在户外恶劣环境中25年乃至更长时间的工作寿命,需要具备优异的耐候性、水汽阻隔性、电气绝缘性、尺寸稳定性、易加工性和耐撕裂性等要求。由于复合型背板的外层氟膜的致密性远好于涂覆型背板,所以市场主流是复合型背板,少数是涂覆型背板,且复合背板、涂覆型背板均离不开含氟材料的保护层。含氟材料之所以能成为光伏背板的首选,与其结构特点密不可分。C-F键具较高的键能,F原子具有极低的极化率、高的电负性和较小的范德华半径,能够较好地保护内层C-C键不被破坏,这赋予了含氟材料特殊的结构特点。
表1. C-F、C-H键结构特点
由表1可以看出,C-F键特殊的结构特点赋予了其高度的结构稳定性,使其具有较高的键能能量,使得含氟材料具有比一般材料更耐化学侵蚀、耐光辐照破坏、耐氧老化的优点。应用在光伏背板上,主要是含氟材料比一般材料更耐日光长期暴晒。
根据爱因斯坦光子能量理论,可以计算出不同波段的紫外光所对应的能量,波长和所对应的能量划分如下:
表2.紫外光波长及能量划分范围
由于C-F键键能为485kJ/mol,可由光子能量理论推算出,断裂C-F所需的最大波长约为247nm。即理论而言,只有波长小于247nm波长范围的紫外光才有可能破坏C-F键。而太阳光中这部分的光子含量不到5%,经过长距离传输和大气层臭氧层的吸收作用,紫外光中几乎已无247nm波长的紫外光达到地球表面。因此C-F键的多少即氟含量的多少往往成为评判结构材料户外耐候性的主要技术指标之一。