膠黏劑對(duì)光伏背板表觀影響研究

田 勇，張伊瑋，景改峰，顧麗爭(zhēng)

（樂凱膠片股份有限公司 河北 保定 071054）

1 引言

晶硅太陽能電池背板（以下簡(jiǎn)稱背板）為晶硅太陽能電池組件的重要組成之一，用于組件的背層，主要起到耐候、絕緣、阻隔等作用。太陽能電池背板可以有多種分類，根據(jù)生產(chǎn)工藝分類可以分為復(fù)合型和涂布型。復(fù)合型背板一般在PET 的其中一面涂布膠黏劑，經(jīng)干燥后復(fù)合氟膜，之后再在PET 的另一面涂布膠黏劑，復(fù)合聚烯烴類粘合層或氟膜做粘合層，形成整體背板，如TPE、KPO 等。涂布型背板一般在PET 的其中一面涂布耐候涂料，在PET 的另一面涂布粘合涂料，形成整體背板，如CPC。按復(fù)合型和涂布型分類只是一種籠統(tǒng)的分類，實(shí)際也存在一面復(fù)合，一面涂布的背板，如KPf、TPC 等。

實(shí)際生產(chǎn)中，雙面復(fù)合型背板如果氟膜復(fù)合完成后直接進(jìn)行第二面的復(fù)合，可能出現(xiàn)氟膜褶皺的情況，造成表觀弊病，影響成品率。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)氟膜面使用不同膠黏劑，對(duì)是否出現(xiàn)氟膜褶皺會(huì)有一定影響，如使用1#膠黏劑，復(fù)合完氟膜后室溫20℃左右放置24h，甚至48h 仍會(huì)有二次過機(jī)氟膜褶皺的情況，使用2#膠黏劑，復(fù)合完氟膜后室溫20℃左右放置8h 后二次過機(jī)表觀正常。本文則針對(duì)背板使用不同膠黏劑造成二次過機(jī)差異進(jìn)行分析。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

PET 膜：江蘇裕興薄膜科技股份有限公司。

氟膜：杭州福膜新材料科技股份有限公司。

膠黏劑：1#膠黏劑、2#膠黏劑。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器

電子天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司JH2102。

攪拌機(jī)：上海標(biāo)本模型廠JB50-D。

智能數(shù)顯恒溫鼓風(fēng)干燥箱：菏澤市華強(qiáng)儀器儀表有限公司HQDS-9140A。

覆膜機(jī)：廣東瀛和電子有限公司FM-650。

萬能拉力機(jī)：深圳萬測(cè)試驗(yàn)設(shè)備有限公司ETM-104B。

紅外光譜儀：Nicolet i S10。

2.3 試驗(yàn)及測(cè)試方法

背板復(fù)合：使用絲棒將膠黏劑涂布到PET 基材上，采用干式復(fù)合法將PET 與氟膜復(fù)合成背板。

粘結(jié)力測(cè)試：按GB/T 2790-1995《膠黏劑180°剝離力輕度試驗(yàn)方法 撓性材料對(duì)剛性材料》測(cè)試。

收縮率測(cè)試：按GB/T 13542.2-2009 第23 章規(guī)定測(cè)試收縮率。

剪切強(qiáng)度測(cè)試：按GB/T 7124-2008 規(guī)定進(jìn)行剪切測(cè)試。

3 結(jié)果與討論

3.1 實(shí)驗(yàn)室樣品二次過機(jī)表觀

根據(jù)車間生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)雙面復(fù)合型KPO 背板時(shí)，如使用1#膠黏劑，復(fù)合完氟膜后室溫20℃左右放置24h，甚至48h 仍會(huì)有二次過機(jī)氟膜褶皺的情況，使用2#膠黏劑，復(fù)合完氟膜后室溫20℃左右放置8h 后二次過機(jī)表觀正常。根據(jù)車間弊病記錄，使用1#膠黏劑時(shí)一次過機(jī)（復(fù)合氟膜）后氟膜表觀無弊病，二次過機(jī)（復(fù)合PO）PET+氟膜放卷正常，經(jīng)干燥后局部出現(xiàn)褶皺情況，且褶皺基本都為縱向。因此氟膜褶皺為二次過機(jī)時(shí)經(jīng)干燥道后產(chǎn)生。

車間二次過機(jī)時(shí)干燥道最高溫度90℃，干燥時(shí)間約1min。實(shí)驗(yàn)室分別使用1#、2#兩種膠黏劑復(fù)合PET、氟膜，復(fù)合后進(jìn)行90℃干燥1min 的模擬試驗(yàn)，觀察20℃環(huán)境下不同時(shí)間背板表觀變化，兩種膠黏劑復(fù)合的背板90℃干燥1min 后均未出現(xiàn)氟膜褶皺，但氟膜尺寸相對(duì)PET 尺寸發(fā)生一定變化，收縮率結(jié)果見表1 所示。

從表1 中可以看出使用兩種膠黏劑的背板在90℃干烘1min 后均會(huì)出現(xiàn)氟膜縱向收縮，橫向漲出的情況，1#膠黏劑相對(duì)2#膠黏劑尺寸變化會(huì)更明顯，且兩種膠黏劑的背板隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)尺寸變化有降低趨勢(shì)。

表1 收縮率（90℃-1min）Tab.1 shrinkage（90℃-1min）

說明：0.67%代表氟膜相對(duì)PET 收縮0.67%，-0.50%代表氟膜相對(duì)PET 漲出0.50%。

生產(chǎn)線出現(xiàn)的褶皺基本為縱向褶皺，實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)未出現(xiàn)褶皺分析為實(shí)驗(yàn)室樣品較小，車間產(chǎn)品幅寬為1m，而實(shí)驗(yàn)室樣品只有20cm 寬，尺寸變化絕對(duì)值要明顯小于生產(chǎn)線，不易產(chǎn)生褶皺，不過實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)橫向氟膜漲出的現(xiàn)象能夠與生產(chǎn)線縱向褶皺相對(duì)應(yīng)。為分析氟膜尺寸變化的原因，測(cè)試了基材收縮率、氟膜與PET 粘結(jié)力、剪切強(qiáng)度等。

3.2 基材收縮率

測(cè)試90℃干烘1min 后氟膜與PET 的尺寸變化如表2。從表2 可以看出，90℃干烘1min 后，PET 尺寸無變化，而氟膜出現(xiàn)縱向收縮、橫向漲出的現(xiàn)象，其趨勢(shì)與表1一致。表1 中1#膠黏劑TD 方向收縮大于表2 中氟膜收縮率，分析為背板復(fù)合過程中為縱向復(fù)合，氟膜縱向受到一定張力，存在一定的拉伸，從而加熱時(shí)如果膠黏劑粘結(jié)力不夠，則縱向收縮、橫向漲出幅度會(huì)高于單獨(dú)氟膜測(cè)試結(jié)果，而表1 中2#膠黏劑能夠?qū)Ψて鸬捷^好的固定作用，2#樣品的氟膜尺寸變化會(huì)小于基材自身尺寸變化。

表2 基材收縮率Tab.2 Shrinkage of base material

3.3 粘結(jié)力和剪切強(qiáng)度

為分析表1 中兩種膠黏劑產(chǎn)生差別的原因，對(duì)氟膜與PET 粘結(jié)力進(jìn)行測(cè)試，見圖1。從圖1 可以看出，隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，膠黏劑逐步固化，粘結(jié)力均有增大趨勢(shì)。1#膠黏劑粘結(jié)力相對(duì)2#膠黏劑粘結(jié)力更高，但表1 中1#膠黏劑氟膜尺寸變化更明顯，粘結(jié)力與氟膜尺寸變化不呈對(duì)應(yīng)性。

圖1 不同放置時(shí)間粘結(jié)力Fig.1 Adhesion at different time of placement

為進(jìn)一步分析，對(duì)氟膜與PET 的剪切強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，氟膜與PET 剪切強(qiáng)度測(cè)試見圖2。從圖2 可以看出，2#膠黏劑的剪切強(qiáng)度大于1#膠黏劑的剪切強(qiáng)度，這與表1中兩種膠黏劑尺寸變化是對(duì)應(yīng)的。分析在干烘時(shí)氟膜與PET 發(fā)生位移為剪切方向的力，因此剪切強(qiáng)度（圖3 示意圖）測(cè)試結(jié)果相對(duì)于180℃剝離粘結(jié)力（圖4 示意圖）測(cè)試更能表征一款膠黏劑在二次過機(jī)時(shí)是否容易出現(xiàn)氟膜褶皺。

圖2 不同放置時(shí)間剪切強(qiáng)度Fig.2 Shear strength at different time of placemen

圖3 剪切強(qiáng)度試驗(yàn)示意圖Fig.3 Schematic diagram of shear strength test

圖4 180℃剝離試驗(yàn)示意圖Fig.4 Schematic diagram of peel test at 180℃

為分析兩款膠黏劑粘結(jié)力和剪切強(qiáng)度差異，對(duì)膠黏劑進(jìn)行紅外光譜測(cè)試，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，2273cm-1處的-NCO 的吸收峰會(huì)逐漸減弱，直至完全消失。以此吸收峰的變化，結(jié)合參照峰2990-2850cm-1（甲基、亞甲基伸縮振動(dòng)峰），可以跟蹤聚氨酯膠黏劑的反應(yīng)過程[1，2]。

跟蹤兩款膠黏劑在20℃左右放置不同時(shí)間段膠黏劑反應(yīng)程度，見圖5。從圖5可以看出，隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，膠黏劑會(huì)逐步交聯(lián)，從而粘結(jié)力和剪切強(qiáng)度均有升高。1#膠黏劑反應(yīng)速率要略高于2#膠黏劑，不過兩種膠黏劑在20℃左右環(huán)境放置交聯(lián)均較慢，48h 時(shí)NCO 剩余量仍高于80%。因此分析兩種膠黏劑二次過機(jī)性能差異及剪切強(qiáng)度差異主要在于膠黏劑的主劑自身。

圖5 NCO 基團(tuán)剩余量測(cè)試Fig.5 The test of NCO group residue

對(duì)兩種膠黏劑主劑進(jìn)行分子量及粘度測(cè)試，結(jié)果見表3。由表3 中可以看出，2#膠黏劑的分子量和粘度明顯高于1#膠黏劑。在膠黏劑中，低相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物提供初粘力，高相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物提供內(nèi)聚強(qiáng)度[3]，因此1#膠黏劑有更高的粘結(jié)力，但剪切強(qiáng)度較低，而2#膠黏劑有更高的剪切強(qiáng)度，從而有更好的二次過機(jī)性能。

表3 分子量和粘度測(cè)試Tab.3 Molecular weight and viscosity

4 結(jié)語

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)氟膜和PET 的剪切強(qiáng)度對(duì)背板二次過機(jī)性能影響較大，而當(dāng)膠黏劑沒有較明顯固化時(shí)，膠黏劑主劑的分子量對(duì)剪切強(qiáng)度影響較大。本文中的2#膠黏劑在背板耐候?qū)討?yīng)用具有較高的氟膜與PET 的剪切強(qiáng)度，從而能夠保證耐候?qū)訌?fù)合完成后室溫放置8h，無需高溫熟化即可進(jìn)行二次過機(jī)，能夠明顯縮短生產(chǎn)周期并降低生產(chǎn)能耗。