光伏背板的耐候性研究

苗魯濱，周 良，王榮霞，許 慶，杜曉娜

(蘇州愛(ài)康光伏新材料有限公司，江蘇 蘇州，215600)

光伏背板的耐候性研究

苗魯濱，周 良，王榮霞，許 慶，杜曉娜

(蘇州愛(ài)康光伏新材料有限公司，江蘇 蘇州，215600)

采用不同結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能背板與同型號(hào)EVA組合層壓，對(duì)其進(jìn)行耐候性研究。其結(jié)果表明，傳統(tǒng)TPT背板具有良好的耐候性能，而一些新型背板如BBF等也具有較優(yōu)異的綜合性能。

背板，耐候性

光伏背板位于太陽(yáng)能電池的背面，對(duì)電池片起到保護(hù)和支撐的作用，使用環(huán)境要求其具有絕緣、耐候、阻水等性能。單獨(dú)的聚合物材料無(wú)法滿足光伏行業(yè)的使用要求，因此一般采用幾層性能互補(bǔ)的材料粘合在一起。目前市面上常見(jiàn)到的主流結(jié)構(gòu)一般由三層組成:含氟膜(替代物)+PET層(替代物)+EVA粘結(jié)層(含氟膜、改性EVA、PE、PET等);按結(jié)構(gòu)分為TPT太陽(yáng)能背板、TPE太陽(yáng)能背板、BBF太陽(yáng)能背板、EVA 太陽(yáng)能背板等［1－4］。

背板的耐候性對(duì)組件壽命影響至關(guān)重要，背板破壞之后，組件就沒(méi)有耐候性及防水性可言;其結(jié)果便是EVA迅速老化，最后影響電池片，整個(gè)組件也隨之報(bào)廢。所以背板的耐候性及壽命直接影響組件的發(fā)電效率及使用年限。

目前對(duì)于背板耐候性的研究一般僅限于理論分析。本研究主要針對(duì)目前市面各種不同結(jié)構(gòu)的背板，與EVA層壓之后對(duì)其整體老化性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，意在得出其在各種使用環(huán)境中的性能變化。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 測(cè)試儀器

層壓機(jī)、萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)、高低溫交變?cè)囼?yàn)箱、恒溫恒濕試驗(yàn)箱、色差儀等。

1.2 所需材料

EVA膠膜選用某國(guó)產(chǎn)型號(hào)，其各方面性能均較優(yōu)異;背板結(jié)構(gòu)選取如表1。

表1 試驗(yàn)選取背板Table 1 Back sheets used in the tests

1.3 樣品制備與測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

濕熱、熱循環(huán)樣品制備:取13×13cm玻璃數(shù)片，將不同結(jié)構(gòu)背板及EVA裁剪至合適大小，分別按背板/EVA/EVA/玻璃疊放，采用 140℃、17.5min工藝層壓。

濕熱老化:85℃，85%RH，2000h，初次剝離強(qiáng)度為層壓后放置4小時(shí)之后測(cè)試;

熱循環(huán)老化:－40－+85℃，每個(gè)循環(huán)6h，循環(huán)200次;

紫外老化:樣品尺寸13×7cm，放入紫外老化箱;條件為:0.63w/m2、60℃，1000h;

黃變測(cè)試:黃變指數(shù)(δYI)按 GB2409－80《塑料黃色指數(shù)試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試;

剝離強(qiáng)度:按GB/T 2790－1995進(jìn)行測(cè)試;

黃變指數(shù)為EVA與背板內(nèi)層的綜合變色結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 濕熱老化

由圖1可以看出:在濕熱老化2000h后，由于氟膜結(jié)構(gòu)優(yōu)異的耐候性以及PET的阻隔水汽功能，使得含氟背板的黃變指數(shù)遠(yuǎn)低于無(wú)氟背板;其中B背板雖然具有較強(qiáng)的耐候性，但由于PA阻水性不佳，使其濕熱一段時(shí)間后水汽透過(guò)率較高，加速EVA老化;而含氟背板中，宏觀看來(lái)TPT結(jié)構(gòu)的耐濕熱性遠(yuǎn)好于TPE結(jié)構(gòu)，C，D背板雖然在濕熱老化初期表現(xiàn)出了較好的性能，但由于內(nèi)層EVA削弱了整體的耐熱、阻水性能，而導(dǎo)致其黃變指數(shù)偏高。而具有BBF結(jié)構(gòu)的E背板雖然內(nèi)層也為EVA，但由于最外層采用了氟含量高、耐候性優(yōu)越的THV膜材料，使得樣品的耐候性同樣優(yōu)異。

圖1 不同結(jié)構(gòu)背板與EVA層壓后濕熱老化研究Fig.1 The hygrothermal aging research of different samples

由表2可見(jiàn)，以C、D背板為代表的TPE型背板由于內(nèi)層的EVA結(jié)構(gòu)賦予其較大的初始剝離強(qiáng)度，遠(yuǎn)大于其他結(jié)構(gòu);且過(guò)大的黏結(jié)強(qiáng)度使得測(cè)量較為困難，容易將背板拉斷。另外，其在濕熱老化400h之后剝離強(qiáng)度的急劇下降也證明TPE結(jié)構(gòu)的背板耐濕熱性略差。而以F、G為代表的TPT型背板，由于氟材料的不粘性，使其初始粘結(jié)強(qiáng)度較小;但雙面氟膜結(jié)構(gòu)使其剝離強(qiáng)度受濕熱環(huán)境影響較小。而無(wú)氟結(jié)構(gòu)背板初始剝離強(qiáng)度處于TPT、TPE之間，但測(cè)試開(kāi)始后剝離強(qiáng)度的迅速下降也證明了其耐濕熱性不佳。

表2 不同結(jié)構(gòu)背板與EVA層壓后剝離強(qiáng)度Table 2 The peel strength of different samples

2.2 高低溫交變老化

由圖2可以看出:各種結(jié)構(gòu)背板耐熱循環(huán)性能均較優(yōu)異，其中以雙層氟膜結(jié)構(gòu)為最佳，無(wú)氟結(jié)構(gòu)略差。

由表3可以得出，內(nèi)層為EVA結(jié)構(gòu)的背板初始剝離強(qiáng)度為最佳;而外層PVDF的背板由于最佳使用溫度為－40－+70℃致使其耐高低溫交變能力較差，在1000h測(cè)量時(shí)剝離強(qiáng)度下降最大。

圖2 不同結(jié)構(gòu)背板與EVA層壓后熱循環(huán)老化研究Fig.2 The thermal cycle aging research of different samples

表3 不同結(jié)構(gòu)背板與EVA層壓后剝離強(qiáng)度Table 3 The peel strength of different samples

2.3 紫外老化

由圖3可以看出，紫外老化1000h后，組件的黃變率都相對(duì)較小。其中TPT結(jié)構(gòu)的背板(F、G)展示出了優(yōu)異的抗紫外老化能力;而TPE結(jié)構(gòu)的背板(C、D)抗紫外變色性略差，這主要是由于背板內(nèi)層EVA一般不添加紫外線吸收劑，在較短的時(shí)間內(nèi)使樣品的黃變指數(shù)迅速增加，之后小范圍波動(dòng)。而所選取的BBF背板(E)因內(nèi)層采用Dyneon EVA，使其整體組件耐紫外性能優(yōu)異，黃變指數(shù)與TPT背板相差無(wú)幾。

圖3 不同結(jié)構(gòu)背板與EVA層壓后紫外老化研究Fig.3 UV aging test of different samples

3 結(jié)論

由測(cè)試結(jié)果可以得出:傳統(tǒng)的TPT背板耐濕熱、高低溫循環(huán)、紫外性能都普遍好于其他結(jié)構(gòu)背板;但TPE背板與EVA的粘結(jié)強(qiáng)度為最佳。而新型的BBF背板性能趨于TPT、TPE結(jié)構(gòu)之間，綜合性能較為優(yōu)異;相比之下，無(wú)氟結(jié)構(gòu)背板各項(xiàng)性能均較差。

［1］張傳吉，戴建民，等.光伏電池背板綜述［J］.浙江化工，2012，2:18－20.

［2］張?jiān)雒?，唐景，?光伏組件封裝EVA的濕熱老化研究［J］.合成材料老化及應(yīng)用，2011，40(3):24－26.

［3］梁振南 秦紅，等.背板材料對(duì)太陽(yáng)電池效率影響的實(shí)驗(yàn)研究［J］.材料研究與應(yīng)用，2008，4:432－436.

［4］A W Czanderna，F(xiàn) J Pern.Encapsulation of PV modules using ethylene vinyl acetate copolymer as a pottant:A critical review［J］.Solar Energy Materials and Solar Cells，1996，43:101－181.

Study on the Weather Resistance of Photovoltaic Back Sheets

MIAO Lu-bin，ZHOU Liang，WANG Rong-xia，XU Qing，DU Xiao-na
(Suzhou Akcome Photovoltaic New Material Co.，Ltd，Zhangjiagang，Jiangsu，215600)

A series of laminated modules comprised different type of back sheets with the same EVA were researched on their weather resistance.As the results show，the traditional TPT sheets have good weathering performance.In additional，some other novel sheets，such as BBF is also well.

back sheets，weather resistance

TQ31

2012－07－04