低溫等離子處理太陽能背板含氟涂層表面性能研究

翁 劍，徐 誠，陳向榮，顏華紅

（浙江歌瑞新材料有限公司，浙江 衢州 324004）

低溫等離子處理太陽能背板含氟涂層表面性能研究

翁 劍，徐 誠，陳向榮，顏華紅

（浙江歌瑞新材料有限公司，浙江 衢州 324004）

利用低溫等離子技術(shù)對(duì)涂覆型GPJ太陽能背板的含氟涂料面進(jìn)行處理，研究低溫等離子處理時(shí)間、處理功率對(duì)含氟涂料面表面性能改變的影響，通過測(cè)試接觸角與剝離試驗(yàn)的方式表征這種變化，并利用測(cè)試接觸角的方式來監(jiān)視經(jīng)過處理后的面板的性能衰減。結(jié)果表明，當(dāng)處理功率達(dá)到4.0 kW、時(shí)間達(dá)到3 s以上，其表面性能達(dá)到最高后穩(wěn)定。當(dāng)在溫度(20±5)℃，相對(duì)濕度50%±20%長時(shí)間存放180天后，其表面性能基本消失。

低溫等離子；涂覆型太陽能背板；含氟涂料面；性能衰減

光伏發(fā)電是當(dāng)下的熱點(diǎn)話題，特別是分布式光伏概念的提出，進(jìn)一步使得光伏發(fā)電成為居民能夠用的起的清潔能源[1]。太陽能電池板使用環(huán)境的苛刻，要求其確保25年以上的壽命，因此太陽能背板的性能就顯得至關(guān)重要[2]。作為太陽能電池片的保護(hù)層，太陽能背板必須要具備優(yōu)越的耐候性、高絕緣性、低水透性能以及與良好的粘接性能。目前太陽能背板主要有2種類型：1種為涂覆型背板，采用在基材PET聚酯薄膜表面涂覆上含氟樹脂[3]；另1種是涂膠復(fù)合型背板，采用在基材聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜表面復(fù)合上一層氟膜。實(shí)際使用中也根據(jù)使用環(huán)境、性能要求、價(jià)格等因素的影響進(jìn)行自由的組合[4]。

含氟材料具有很好的耐候性能，但其同時(shí)也具有很高的斥水斥油性能，不利于與太陽能封裝膠膜EVA的粘接[5]。本研究就是利用低溫等離子處理含氟材料表面，提高含氟材料與太陽能封裝膠膜乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）的粘接性能，為太陽能電池片提供長期穩(wěn)定有效的保護(hù)[6]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 基本原理

氟烯烴-乙烯基醚共聚物（FEVE）氟碳涂料。其基本結(jié)構(gòu)式為：

其中，X=F或Cl，R1、R2為烷基，R3、R4為亞烷基。

由于氟原子與碳原子之間形成的F—C鍵鍵能（486 kJ/mol）極大，再由于氟原子電負(fù)性極大（4.0），原子半徑（0.135 nm）比氫原子（0.11～0.12 nm）大致使未成鍵的原子間排斥力大，使C—C主鍵形成一種螺旋結(jié)構(gòu)，碳鏈上的氟原子可緊密接觸，將C—C鍵覆蓋形成一個(gè)完整的圓柱體，對(duì)C—C鍵起著屏蔽性保護(hù)作用。基于這些特點(diǎn)，氟碳涂層具有優(yōu)良的耐熱性、耐候性和耐化學(xué)藥品性[7]。同時(shí)也使得氟碳涂料的表面改性變得非常困難。

低溫等離子體中的電子從電場(chǎng)中獲得能量成為自由的高能電子，它與氣體中的原子和分子碰撞產(chǎn)生激發(fā)和電離現(xiàn)象，由此生成的激發(fā)分子、原子、離子和游離基都是極不穩(wěn)定的具有較高的化學(xué)反應(yīng)性，很容易發(fā)生一些反應(yīng)生成新化合物，或使被處理物份失重，當(dāng)處理氟碳涂料時(shí)，可使表面層發(fā)生刻蝕而形成新的性能，或引起交聯(lián)、接枝和聚合。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原材料

低溫等離子處理機(jī)，PG-10000F；層壓機(jī)，BSL1122 00；光學(xué)接觸角測(cè)試儀，SL200A；拉力機(jī)，CMT6203。

氟碳涂料涂覆型GPJ背板。EVA，F(xiàn)406S。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

選擇同批生產(chǎn)的涂覆型系列背板若干，采用相同的速度在同一臺(tái)低溫等離子處理機(jī)上進(jìn)行處理。改變等離子處理機(jī)的功率，通過測(cè)試其表面張力及與EVA的粘接性能，研究低溫等離子處理機(jī)對(duì)于含氟涂料表面性能的影響[8]。同時(shí)研究在恒定濕熱環(huán)境下，經(jīng)過低溫等離子處理的含氟涂料表面性能的衰竭情況。

1.4 試制樣件

1)取涂覆型系列背板若干，在同一臺(tái)低溫等離子處理機(jī)上用固定車速（25 m/min）處理GPJ背板，研究不同處理功率對(duì)于含氟涂料表面性能的影響。

2)在同一臺(tái)低溫等離子處理機(jī)上選用相同的處理功率（4.0 kW），通過改變處理速度，研究處理時(shí)間對(duì)于含氟涂料表面性能的影響。

3)各不同處理功率樣件各取3張A4大小的樣件進(jìn)行測(cè)試。

1.5 性能測(cè)試

表面能測(cè)試：測(cè)背板接觸角；粘接性能測(cè)試：拉力機(jī)剝離試驗(yàn)[9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同處理功率的影響

低溫等離子處理機(jī)的處理效果，通過測(cè)試不同功率處理的含氟涂料接觸角及表面張力來確定[10]。測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 不同處理功率的表面張力變化Tab 1 Variation of surface tension of different processing power

從表1可以看出，在相同處理速度條件下，等離子處理機(jī)的處理功率增加，接觸角變小，表面張力增大，當(dāng)達(dá)到一定功率后，表面張力及接觸角都趨于穩(wěn)定。背板與EVA的剝離力也與表面張力變化所表現(xiàn)出來的變化一致，最后趨于穩(wěn)定[11]。

2.2 不同處理時(shí)間的影響

其表征方式同樣用表面張力及接觸角進(jìn)行確定，測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 不同處理時(shí)間的表面張力變化Tab 2 Variation of surface tension of different processing time

從表2可以看出，在相同處理功率條件下，等離子處理機(jī)的處理時(shí)間增加，接觸角變小，表面能增大，當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到一定長度后，表面張力及接觸角都趨于穩(wěn)定。背板與EVA的剝離力也隨著其表面張力的變化而變化，最后當(dāng)表面張力趨于穩(wěn)定后，其層壓后的剝離力也穩(wěn)定在90 N/cm以上。

2.3 不同處理功率的性能衰減

通過跟蹤不同處理功率的背板在恒定環(huán)境下（溫度(20±5)℃，相對(duì)濕度50%±20%）長周期存放后，對(duì)其表面性能的衰減的研究，結(jié)果見表3。

表3 不同功率長周期存放接觸角Tab 3 The contact angle of long period storage of different power

從表3可以看出，經(jīng)過不同功率處理后的含氟涂料在一個(gè)長周期的存放條件下，其表面性能都會(huì)有不同程度的衰減，其中初始處理效果越差，其衰減的越快，初始處理效果越好，其性能維持的時(shí)間越長。當(dāng)時(shí)間長達(dá)180 d以上時(shí)，其表面處理性能基本消失。

2.4 不同處理時(shí)間的性能衰減

通過跟蹤不同處理時(shí)間的背板在恒定環(huán)境下（溫度(20±5)℃，相對(duì)濕度50%±20%）長周期存放后，對(duì)其表面性能的衰減的研究，結(jié)果見表4。

從表4可以看出，經(jīng)過不同處理時(shí)間的含氟涂料在一個(gè)長周期的存放條件下，其表面性能也會(huì)有不同程度的衰減，其中初始處理時(shí)間越長，其初始表面性能越好，長周期存放條件下，其性能保持的時(shí)間也越長。但當(dāng)時(shí)間超過180 d時(shí)，其表面處理性能基本消失。

表4 不同處理時(shí)間長周期存放接觸角測(cè)試Tab 4 The contact angle test of long period storage of different processing time

3 結(jié)論

1)經(jīng)過低溫等離子處理之后的含氟涂料，其表面能增加，接觸角減小，與EVA的剝離力增加，從而提高了其與EVA的粘接性能。

2)隨著低溫等離子處理功率和時(shí)間的增加，有利于其表面性能的改善，直至功率達(dá)到4.0 kW以上，處理時(shí)間在3 s以上，則含氟涂料的表面性能趨于穩(wěn)定。

3)經(jīng)過低溫等離子處理后的含氟涂料背板，放置在一個(gè)恒定環(huán)境中（溫度(20±5)℃，相對(duì)濕度50%±20%）的表面性能失效研究中發(fā)現(xiàn)，起表面性能隨著時(shí)間的延長都會(huì)有不同程度的性能衰減，當(dāng)時(shí)間達(dá)到180 d以上時(shí)，其處理過的表面性能基本消失。也就是說含氟涂料的經(jīng)過等離子處理后的性能最多能夠保持半年左右時(shí)間。

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TQ637

ADOI10.3969/j.issn.1006-6829.2016.05.003

2016-07-24