光伏電池是由玻璃、EVA、矽片、背板組成,按照玻璃—EVA—電池片—EVA—背板的結構封裝構成,其中背板位於光伏電池背面的最外層,是光伏電池重要組成部分,不僅起到封裝的作用,同時還起到保證光伏電池不受到環境影響的作用,確保光伏電池的使用壽命。本文將對太陽能電池背板材料、結構的現狀以及發展趨勢作一回顧和分析。
1、光伏背板的類型及優缺點
按照光伏電池背板整體結構劃分,可將光伏電池背板劃分為FPF,FPE,全PET與PET/聚烯烴結構。其中F為含氟薄膜;P為雙向拉伸工藝製備的聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜(即PET薄膜);E為乙烯-醋酸乙烯(即EVA);聚烯烴指各種以碳碳結構為主鏈的塑料。這些結構層之間使用膠粘劑進行粘合,通過複合工藝製備成型。
最早的光伏電池背板採用TPT結構,即Tedlar/PET/Tedlar結構,其中Tedlar為杜邦公司所生產的PVF(聚氟乙烯)薄膜,以杜邦公司的Tedlar為基材的背板主導了大部分的光伏背板市場,第一款進入光伏市場的產品為PVF2001,目前杜邦公司的Tedlar產品已經開發出第三代。按照光伏電池背板所採用的薄膜材質區分,可以將背板劃分為Tedlar背板、含氟背板、PET背板與其他一些採用如PE材質的背板產品。
1.1.Tedlar系列
Tedlar結構的背板被稱為經典的背板結構,已成為國內外太陽能電池組件廠首選背板類型。PVF膜的結構穩定、耐環境變化,但是薄膜表面較易出現針孔,薄膜的水汽阻隔能力較差。同時PVF材料本身含氟量小,所以PVF薄膜需要有足夠的厚度來保證其性能。不過PVF是所有氟材料中成本最低的,非常適合作為大規模推廣應用的太陽能光伏背板材料。
1.2.含氟背板
在杜邦公司Tedlar產能有限的情況下,光伏電池背板生產企業也採用了其他材質的薄膜來代替Tedlar薄膜生產背板。
1)PVDF(聚偏氟乙烯)此類薄膜的生產商主要有法國的阿科瑪公司,韓國SKC等。PVDF是使用量第二大的氟塑料,其熔點和分解點相差大,可以使用熱塑性塑料加工方法進行加工。PVDF較成熟的制膜技術是使用吹膜的方法。阿克瑪公司擁有專門應用於吹膜的高融體強度級別PVDF樹脂,能吹出厚度僅5μm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後的PVDF的在熔融狀態下更容易成膜。國內的一些高校如北京化工等在這方面已做了較多的研究。但PVDF加入PMMA後會影響薄膜的抗老化性能,澳大利亞Leoben大學對採用不同氟塑料薄膜的背板老化結果進行了研究,發現含PMMA(10%~20%)的PVDF薄膜經過1000~2000h溼熱老化後薄膜破損嚴重。
歐洲一家公司在中國大力推廣其生產的PVDF薄膜,儘管該公司提供的數據表明耐候性良好,但從紅外圖譜發現該薄膜含有大量的PMMA的成分;該薄膜為三層結構,特別是中間層PMMA—PVDF合金中的PMMA含量,甚至大大超過PVDF含量,所以該產品的實際耐候性如何,需要時間考驗。
海優威公司使用與歐洲某化學品公司開發的太陽能電池背板用PVDF薄膜生產背板。該PVDF薄膜由PVDF、無機顏料和功能性添加劑組成,為單層結構,整個薄膜內外材料均一,白色薄膜能百分之百遮蔽紫外線,經2000h的紫外老化測試,薄膜的老化性能下降可以忽略不計,其他性能完全可以滿足光伏電池背板對氟塑料薄膜的各種要求。
2)THV(四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物)美國3M公司的BBF背板採用THV含氟薄膜。THV是美國Dyneon公司在20世紀80年代開發,也是目前唯一的生產廠家。THV是目前市場中最柔軟的氟塑料,當和其他材料複合成多層結構時,柔韌性非常突出。THV的另一個重要特點是本身容易粘接,無須表面處理就能與其他材料粘接,背板的複合製作工藝和用矽膠粘貼接線盒都十分簡便,特別適用於對背板要求柔軟的場合。