太陽能電池背板膜的市場現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

劉海東吳旭東尹洪鋒

（1．大連盛道集團(tuán)有限公司技術(shù)中心 2．大連大諾印刷包裝有限公司）

太陽能電池背板膜的市場現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

劉海東1吳旭東2尹洪鋒2

（1．大連盛道集團(tuán)有限公司技術(shù)中心 2．大連大諾印刷包裝有限公司）

介紹了當(dāng)前國內(nèi)太陽能電池背板膜的材料組成和技術(shù)特點(diǎn)，闡述了太陽能電池背板膜的市場現(xiàn)狀，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

太陽能電池；背板膜；TPT；TPE；含氟材料；發(fā)展趨勢(shì)

一、前言

眾所周知，地球生命的存在、人類社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，都需要能源的支撐。但隨著物質(zhì)文明的高度發(fā)展，世界的能源形勢(shì)卻愈加嚴(yán)峻。一方面，能源消耗急劇增長，另一方面，化石能源逐漸枯竭。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國石油已探明儲(chǔ)量可供開采15年、天然氣約30年，煤炭不過80年，現(xiàn)在進(jìn)口原油已達(dá)總消費(fèi)量的58%。用增加煤炭消耗來彌補(bǔ)石油不足，則是一條以環(huán)境為代價(jià)的能源發(fā)展道路，致使環(huán)境形勢(shì)日漸惡化，溫室效應(yīng)、空氣污染，以及由此造成的氣候異常等，給人類的健康和財(cái)產(chǎn)的安全帶來巨大危害，向清潔可再生能源轉(zhuǎn)型成為必然選擇。

太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，不帶任何化學(xué)物質(zhì)，是最清潔最可靠的巨大能源寶庫，每年僅輻射到地面的能量就達(dá)3．8×1024焦?fàn)?，相?dāng)于2009年全世界耗能的八千倍，被稱為萬能之源。太陽能是一種輻射能，它必須借助于能量轉(zhuǎn)換器才能轉(zhuǎn)換為電能。這種把光能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換器，就是太陽能電池（也稱光伏電池）。太陽能電池主要由玻璃、電池片、EVA膠膜、背板膜、鋁邊框、接線盒等材料組成。太陽能背板膜作為光伏電池組件的封裝材料，是太陽能電池重要組成部分，也是本文討論的重點(diǎn)。

二、背板膜的主要結(jié)構(gòu)、類型和性能要求

如圖所示，背板膜是封裝太陽能電池背面的材料，對(duì)電池片起到保護(hù)和支撐作用。商用太陽能電池的使用壽命要求為25年，而背板膜作為直接與外部環(huán)境大面積接觸的光伏封裝材料，必須具備卓越的耐老化（濕熱、干熱、紫外）、耐電氣絕緣、水蒸氣阻隔、尺寸穩(wěn)定等性能。如果背膜無法滿足變化多端的惡劣環(huán)境考驗(yàn)，如出現(xiàn)脫層、龜裂、起泡、黃變等不良狀況，導(dǎo)致電池模塊脫落、電池片移滑、電池有效輸出功率降低等現(xiàn)象，則太陽能電池的可靠性、穩(wěn)定性與耐久性就無法得到保障，甚至引發(fā)更大的事故。

結(jié)構(gòu)上，其中間層為PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯片材），典型使用厚度為250μm和180μm，當(dāng)然這不是一成不變的。PET的主要作用是水氣阻隔和電氣絕緣，且具有尺寸穩(wěn)定，易加工及耐撕裂等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)其兩側(cè)薄膜的種類不同及背板膜生產(chǎn)工藝的不同，背板膜主要分為TPT、TPE、無氟型和氟涂層等四個(gè)類型。其中前三者都是利用干法復(fù)合技術(shù)將杜邦公司的Tedlar PVF薄膜或者其它氟膜或PE膜用粘合劑和PET復(fù)合在一起，其關(guān)鍵技術(shù)是貼合時(shí)所用的粘合劑和貼合技術(shù)。

1、TPT背板膜

這是國際上大多數(shù)國家的主流產(chǎn)品，高性能，高價(jià)格。T是最早由杜邦公司壟斷生產(chǎn)的PVF（聚氟乙烯）的商品牌號(hào)即Tedlar?PVF的簡稱，P為PET，所以TPT嚴(yán)格意義上是指使用杜邦公司的Tedlar?PVF薄膜制成的Tedlar?PVF／PET／Tedlar?PVF三層結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，現(xiàn)廣泛代表PET兩面復(fù)合PVF薄膜后形成的背板結(jié)構(gòu)。由于PVF中氟元素的電負(fù)性大，范德華半徑小，碳氟鍵鍵能高達(dá)485kj／mol，且其獨(dú)特的氟化鏈整體結(jié)構(gòu)中的螺旋形棒狀分子緊密、剛硬、表面平滑，使氟材料的耐候性、耐熱性、耐高低溫性和耐化學(xué)藥品性等各項(xiàng)性能均十分優(yōu)異，加上聚酯PET優(yōu)異的機(jī)械性能、阻隔性能和低吸濕性，復(fù)合而成的TPT膠膜具有透氣率低、強(qiáng)度好、耐候性好、使用壽命長、層壓溫度下不起任何變化、與粘接材料結(jié)合牢固等特點(diǎn)，極其適合封裝太陽能光伏組件，有效地防止了各種介質(zhì)尤其是紫外線、水、氧、腐蝕性氣體等對(duì)EVA和太陽能電池片的侵蝕與影響，可保障光伏組件長期在戶外使用的可靠性。

TPT產(chǎn)品兩面都是用PVF膜，故產(chǎn)品品質(zhì)高，可以保證25年使用壽命。但缺點(diǎn)是PVF膜成本太高，且供應(yīng)商主要為美國杜邦，日本旭硝子及韓國SFC。目前TPT背板主要用于高端出口市場，約占市場份額的30%。從目前市場發(fā)展來看，特別是考慮成本因素，其市場份額有可能繼續(xù)下降，被氟涂層和TPE替代。

為了打破杜邦對(duì)PVF的技術(shù)壟斷，一些公司如阿科瑪、蘇威、3M等推出了PVF膜的替代品：FFC（聚偏二氟乙烯PVDF），即TPT變成了FTF。FPF背板膜結(jié)構(gòu)與TPT背板膜類似，具有良好的電氣性能，其成本較TPT有所降低，但綜合性能要差于TPT。如將FFC換成其它含氟材料，衍生出更多型號(hào)的背板膜。市場上出現(xiàn)的有ECTFE（氟氯乙烯一乙烯共聚物）和THV（氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物）等PVF替代品。氟背板中的氟材料主要有PVF（聚偏氟乙烯）、PVDF（聚偏二氟乙烯）、PTFE（聚四氟乙烯）、ECTFE（三氟氯乙烯-乙烯共聚物）、THV（四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物）這幾類。從理論上來講，PVF、PVDF、PTFE、ETFE和THV這幾種物質(zhì)C-F的鍵長均為1．35埃左右，都非常穩(wěn)定，作為背板的材料都是可以的，但這些物質(zhì)的應(yīng)用還應(yīng)考慮絕緣性、阻燃性、加工性、成本等具體情況。

2、TPE背版膜

該產(chǎn)品是在TPT產(chǎn)品的基礎(chǔ)上降低成本因素演變而來，其結(jié)構(gòu)為Tedlar?PVF／PET／EVA（或PE），將其中與EVA熱熔的PVF膜使用便宜的EVA或PE膜替代，曾一度深受中國組件廠商的青睞。此類背板膜少用一層Tedlar?PVF，在與組件封裝用的EVA膠膜黏結(jié)后，由于其光照面無含氟材料對(duì)背板膜的PET主體基材進(jìn)行有效保護(hù)，安裝后背膜要經(jīng)受長期的紫外線老化考驗(yàn)，在性能上與TPT有一定的差距。大連大諾印刷包裝有限公司作為專業(yè)生產(chǎn)PE膜的企業(yè)，一方面成功地推出了適合客戶使用的陽光背板PE膜，另一方面也有著強(qiáng)烈的危機(jī)感。公司將繼續(xù)全力配合TPE的生產(chǎn)廠家加大研發(fā)力度，盡快推出滿足不斷提升的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的PE膜，特別是在耐紫外、阻燃性、尺寸穩(wěn)定性等方面。

2009-2011年，中國廠商紛紛引進(jìn)了TPE復(fù)合線，都是基于對(duì)TPE的成本信心，這也導(dǎo)致短短2年期間將背板市場價(jià)格從100元／M2左右迅速降為40元／M2左右。

3、氟涂層背板膜

這是一種完全摒棄復(fù)合工藝，進(jìn)而使用涂覆技術(shù)的背板生產(chǎn)工藝，其結(jié)構(gòu)為氟涂料／PET／氟涂料。氟涂料是以含氟樹脂如PTFE（聚四氟乙烯）樹脂、CTFE（三氟氯乙烯）樹脂、PVDF樹脂和FEVE（氟乙烯-乙烯基醚共聚物）為主體樹脂，采用涂覆方式涂覆在PET聚酯上固化而成。當(dāng)前氟涂料主要存在的技術(shù)問題是涂布層附著力偏低、易出現(xiàn)沙眼、阻濕效果差等，最初只能在檔次較低的太陽能產(chǎn)品上應(yīng)用，如庭院燈、路燈等，所以一度被認(rèn)為是低端背板膜的代名詞，但是隨著技術(shù)進(jìn)步，2013年情況有了明顯的改觀，因其成本介于TPT和TPE之間，性能正在逐步接近TPT，克服了TPE中PE膜耐老化、阻燃差等缺陷，前景看好。代表產(chǎn)品為美國Madico公司的“Protekt”型號(hào)背板膜。

4、無氟背板膜

除前述“復(fù)合型”和“涂覆型”背板膜之外，還有PET基膜表面改性、PET真空金屬鍍層、耐候PET基膜多層復(fù)合等不同技術(shù)路線制造的背板膜，即無氟背板膜。近年來，日本的背板生產(chǎn)商為了擺脫對(duì)氟膜的依賴，使用耐候型PET薄膜進(jìn)行多層復(fù)合生產(chǎn)背板膜，并逐步推向市場，已成為日本背板生產(chǎn)商的主流技術(shù)。

5、太陽能電池對(duì)背板膜的性能要求

雖然至今中國還沒有公布關(guān)于背板膜的國家標(biāo)準(zhǔn)（有關(guān)部門正在研究制定中），不同組件廠家對(duì)其測(cè)試的方法與標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同，但一般性的背板膜技術(shù)要求可參見下表。

序號(hào)檢驗(yàn)項(xiàng)目測(cè)試方法單位指標(biāo)EVA／背板常態(tài)ASTMD-1876 180o PEEL N／CM≥40 EVA／背板雙85處理后ASTMD-1876 180o PEEL N／CM≥層間剝離強(qiáng)度40 EVA／背板ASTMD-1876 180o PEEL N／CM≥40 PET／FP常態(tài)ASTMD-1876 180o PEEL N／CM≥6 1 PET／FP雙85處理后ASTMD-1876 180o PEEL N／CM≥5 PET／FPUV處理后ASTMD-1876 180o PEEL N／CM≥5 PET／FP沸水24H ASTMD-1876 180o PEEL N／CM≥5 PET／FP雙85處理后ASTMD-1876 180o PEEL N／CM≥5背板／硅膠雙85處理前／后15KG／30MIN -不脫離2熱收縮率MD／TD ASTMD-1204（150℃，30MIN）%≤1．0 3熱失重率GB／T13541-92 %≤0．25 4水蒸汽透過率ASTMF-1249（38℃，100%RH）≤2．0 5擊穿電壓ASTMD-149 G／M2．D≥18 6局部電壓IEC60664-1 VDC≥1000

7黃變指數(shù)ASTME313-05（60℃，1000W紫外燈，100H）-△b≤2 85℃，-45℃，85%RH，30MIN，100H -△b≤2 8使用年限-Y≥20

三、背板膜市場現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

1．全球光伏裝機(jī)容量持續(xù)回升，拉動(dòng)了太陽能背板及其基膜的需求。歐洲光伏行業(yè)協(xié)會(huì)（EPIA）于2014年3月6日公布了2013年全球光伏發(fā)電系統(tǒng)的導(dǎo)入情況。EPIA的數(shù)據(jù)顯示，2013年全球光伏發(fā)電系統(tǒng)新增裝機(jī)容量超過37GW（3700萬千瓦），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了2012年的29．9GW。產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的《2013-2018年中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)全景調(diào)研及未來發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告》顯示：2013年中國光伏裝機(jī)總量超越美國成為全球第一大光伏裝機(jī)市場，累計(jì)裝機(jī)量達(dá)到18．1GW，占全球光伏裝機(jī)總量的13．2%；美國累計(jì)裝機(jī)排名降至全球第二位，2013年度光伏裝機(jī)總量為13．5GW。。其中中國和日本的光伏產(chǎn)業(yè)裝機(jī)容量的爆發(fā)式增長是推動(dòng)全球光伏新增裝機(jī)上升的主要因素。

2003-2013年全球光伏新增裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)：MW

2014年光伏行業(yè)仍將繼續(xù)快速增長，據(jù)Solarbuzz預(yù)測(cè)，2014年全球光伏裝機(jī)容量將達(dá)到49GW，同比增幅升至36%。新增裝機(jī)容量最多的是中國，為11．3GW，其次是日本，為6．9GW，排在第三位的是美國，為4．8GW。據(jù)亞化咨詢估算，2014年全球?qū)夥嘲宓男枨筮_(dá)到3．2億平方米，國內(nèi)新增需求將達(dá)到1．85億平方米（1GW按650萬平方米折算）。

2．目前太陽能電池背板廠家主要還是以國外廠家為主，它們占據(jù)著全球市場尤其是高端市場的大部分份額。隨著國內(nèi)背板技術(shù)的突破，國產(chǎn)背板在光伏市場上占據(jù)的份額越來越多，逐漸打破了太陽能背板一直被國外壟斷的模式。國產(chǎn)背板的綜合性能也在增強(qiáng)，并朝著產(chǎn)品多樣化方向發(fā)展。我們注意到，盡管國內(nèi)號(hào)稱能夠生產(chǎn)背板的企業(yè)不低于30家，但是能夠接到穩(wěn)定訂單的廠家卻不超過10家。其中最主要的原因就是：直接出成品的組件廠資金嚴(yán)重短缺，付款周期至少半年以上，且供應(yīng)商眾多，質(zhì)量差異卻相對(duì)不大。所以作為供應(yīng)商的背板廠商是否有足夠的資金，是能否獲得穩(wěn)定訂單的重要前提。

3．國內(nèi)外太陽能背板廠商列表（僅供參考）

4．發(fā)展趨勢(shì)

技術(shù)方面，背板膜的組成材料的性能及生產(chǎn)工藝將繼續(xù)提高甚至出現(xiàn)突破性進(jìn)展。無論是氟材料（氟膜、含氟涂料）、PET基膜，還是生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，都將朝著高阻隔性、高耐候性、高阻燃性、高性價(jià)比的方向前進(jìn)。當(dāng)前的熱點(diǎn)是PET真空鍍硅、涂覆工藝不斷完善等。

市場方面，“市場的主戰(zhàn)場已由原來的歐洲轉(zhuǎn)向亞洲”（EPIA表示）。中國市場光伏背板膜未來市場潛力巨大，國內(nèi)企業(yè)存在市場需求增長與進(jìn)口替代的雙重機(jī)遇。最近十年左右一直推動(dòng)光伏發(fā)電市場發(fā)展的歐洲，2013年新增裝機(jī)容量則大幅減少。德國為3．3GW，較2012年的7．6GW減少約57%，意大利為1．1G～1．4GW，較2012年減少約70%。其中日本也在高速增長，成為10GW俱樂部新成員，不容小覷。

五、結(jié)束語

去年我國政府密集出臺(tái)了多項(xiàng)光伏利好政策，作為光伏產(chǎn)業(yè)鏈上舉足輕重的太陽能背板膜，正迎來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的黃金期。然而，不可否認(rèn)的是，光伏發(fā)電的消納問題尚未得到根本解決，盲目過快擴(kuò)張，最后可能適得其反。國家對(duì)光伏行業(yè)的扶持態(tài)度，既有鼓勵(lì)，但更強(qiáng)調(diào)“健康、可持續(xù)”。作為背板膜生產(chǎn)廠商，至少有兩個(gè)方面是我們必須注意的。

一是注重研發(fā)，堅(jiān)持創(chuàng)新，掌握核心技術(shù)。背板作為一類重要的太陽能電池組件封裝材料，其技術(shù)門檻相對(duì)較高，加之原材料長期受到國外氟化工巨頭的專利技術(shù)制約，至今國產(chǎn)化程度仍很低，相關(guān)企業(yè)必須在重大技術(shù)上有所突破和創(chuàng)造，這是企業(yè)立于不敗之地的根本。

二是通曉國際貿(mào)易法律與WTO規(guī)則，依法依規(guī)辦事，真正成為市場經(jīng)濟(jì)的主體，避免“雙反”的處罰。

近日，隨著美國“雙反”初裁的落地，歐洲太陽能代表機(jī)構(gòu)向歐盟委員會(huì)遞交文件，詳述中國制造商“既沒有繳納關(guān)稅，也沒有遵守最低價(jià)格協(xié)議”，不排除引發(fā)歐盟啟動(dòng)新一輪對(duì)華光伏產(chǎn)品的雙反調(diào)查，而這可能對(duì)中國光伏企業(yè)帶來更大的打擊。中國企業(yè)當(dāng)以此為戒。

總之，中國已成為全球最大的太陽能電池組件需求市場，也是全球最大的太陽能背板膜生產(chǎn)基地，但最大不等于最強(qiáng)，從制造大國，到制造強(qiáng)國，中國企業(yè)還有很長的路要走。

1．楊文忠，徐冰，黃宏深，施亞崢．太陽能電池背板封裝材料的發(fā)展?fàn)顩r［J］．塑料制造，2012．8

2．羅志明，何偉，周柯．晶硅太陽能電池薄膜材料現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］．絕緣材料．2012．45（3）

3．張永明，李虹，張恒．含氟功能材料［M］，化學(xué)工業(yè)出版社．，2008．4

4．成志秀，王曉麗．太陽能光伏電池綜述［J］．信息記錄材料，2007．8

作者簡歷：

1．劉海東（1969-），男，遼寧大連人，工程師，現(xiàn)就職于大連盛道集團(tuán)技術(shù)中心，從事軟包裝研發(fā)工作。

2．吳旭東（1973-），男，寧夏銀川人，工程師，現(xiàn)就職于大連印刷包裝有限公司，從事技術(shù)管理工作。

3．尹洪鋒（1980-），男，遼寧大連人，助工，現(xiàn)就職于大連大諾印刷包裝有限公司，從事吹塑生產(chǎn)工作。

The M arket Situation and Development Trend of Solar Cells Backp lane M emberanes

Liu Haidong1Wu Xudong2Yin Hongfeng2
（1．Technology center of Dalian Shengdao Group Co．，Ltd，2．Dalian Danor Printing Packaging Co．，Ltd）

It indroduced the composition and technical characteristics of solar cell backplane memberanes in China，described its market situation and looked forward to its development trend．

solar cell；backplanememberane，TPT；TPE；fluorinematerial；development trend