一．背景：

隨著太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各種相關(guān)部件也越來(lái)越多的成為業(yè)界熱議的話題。在太陽(yáng)能電池組件中封裝材料一直是除硅片以外最重要的材料，封裝材料包括玻璃、膠膜、背板、鋁框和硅膠。其中由于背板的主要材料一直為外國(guó)公司所壟斷，在07、08年一度供不應(yīng)求，所以背板也是最為引人關(guān)注的封裝材料。

常用的背板可以分為T(mén)PT、TPE、全PET和PET/聚烯烴結(jié)構(gòu)。其中T指美國(guó)杜邦公司的聚氟乙烯（PVF）薄膜，其商品名為T(mén)edlar。P指雙向拉伸的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜，即PET薄膜，又名聚酯薄膜或滌綸薄膜。E指乙烯-醋酸乙烯樹(shù)脂EVA。聚烯烴指各種以碳碳結(jié)構(gòu)為主鏈的塑料。在各個(gè)注明的結(jié)構(gòu)層之間使用合適的膠粘接復(fù)合而成太陽(yáng)能電池背板。

二．氟塑料薄膜在背板上的使用：

要講清楚太陽(yáng)能電池背板的性能，就必須首先清楚各種氟材料的性能。目前最多使用的氟塑料薄膜為PVF薄膜。國(guó)際上生產(chǎn)PVF的供應(yīng)商非常少，除美國(guó)杜邦公司外，有報(bào)道中國(guó)的藍(lán)天環(huán)保和晨光化工院都有小批量生產(chǎn)。杜邦發(fā)明PVF后一直未能找到大規(guī)模的用途，糾其原因：一方面其綜合性能如化學(xué)穩(wěn)定性、阻水性、 熱穩(wěn)定性等均不如其它氟塑料；另一方面PVF加工非常麻煩，其熔點(diǎn)和分解點(diǎn)非常接近，擠出成膜時(shí)需要添加潛溶劑或共聚改性，這給膜質(zhì)量的控制和溶劑的回收都帶來(lái)了很高的要求。在太陽(yáng)能電池背板大量使用前，PVF主要是推廣領(lǐng)域是鋁合金建材保護(hù)、農(nóng)藥包裝涂料等。由于杜邦公司最早將其推廣使用在太陽(yáng)能電池的背板保護(hù)上，隨近幾年太陽(yáng)能電池組件需求的猛增，Tedlar的需求也隨之猛增，以至供不應(yīng)求。

由于PVF的供應(yīng)商很少，許多公司爭(zhēng)相使用其它氟材料薄膜來(lái)替代PVF薄膜。目前已經(jīng)商品化的背板使用的氟塑料薄膜有聚偏氟乙烯（PVDF）、聚三氟氯乙烯（ECTFE）、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物（THV）。幾種氟塑料的結(jié)構(gòu)如下表。

 常用背板氟塑料結(jié)構(gòu)

PVF供應(yīng)商已前述，PVDF的供應(yīng)商在國(guó)內(nèi) 有上海三愛(ài)富、浙江巨化、山東東岳化工和江蘇梅蘭等，國(guó)際上歐洲的阿克瑪、蘇威和日本的大金、吳羽等。ECTFE的供應(yīng)商有歐洲的蘇威。THV的供應(yīng)商有 美國(guó)的Dyneon。目前使用這四種氟塑料薄膜的背板，除ECTFE比較少外，其它種類(lèi)的背板在中國(guó)均有用戶使用，特別是以Isovolta和 Madico為主的PVF類(lèi)的背板和以東洋鋁業(yè)為主的PVDF類(lèi)背板在中國(guó)有大量的用戶。此外日本旭硝子公司在推廣其生產(chǎn)的ETFE薄膜以應(yīng)用到背板上， 但因未有成型的背板報(bào)道，所以本文不與討論。從實(shí)際使用情況看，前述的四種氟塑料性能均能滿足太陽(yáng)能電池背板對(duì)耐候性的要求。以下是四種材料的基本物理性 能和詳細(xì)討論。

各個(gè)氟塑料薄膜對(duì)水汽的阻隔能力不同，其中以 ECTFE為最優(yōu)。使用同樣厚度為100μm的膜，在40℃、95%的濕度下，PVF的水汽透過(guò)率超過(guò)10-20克/天平方米，PVDF的水汽透過(guò)率為2 克左右，而常用的PET不超過(guò)10克。當(dāng)氟塑料薄膜和PET薄膜復(fù)合成背板后，多數(shù)供應(yīng)商都聲稱(chēng)其背板的水汽阻隔性能小于2克。

三．聚氟乙烯（PVF）薄膜：

如上所述，PVF薄膜加工非常麻煩，在加工中需要加入較大偶極矩的試劑作為潛溶劑。所謂潛溶劑指在室溫下對(duì)PVF沒(méi)有任何溶解能力，但100℃以上可以部分溶解PVF的試劑。在制造PVF薄膜時(shí)將含潛溶劑的PVF擠出到不銹鋼板上，然后揮發(fā)掉溶劑得到PVF薄膜。由于PVF薄膜的制造工藝的特殊性，其薄膜 表面有較多的針孔，PVF薄膜是上述四種氟塑料中水汽阻隔能力最差的。由于PVF薄膜針孔的存在和材料本身含氟量最小，所以PVF薄膜需要較厚的厚度來(lái)保 證其性能。但是PVF是所有氟材料中成本最低的，考慮太陽(yáng)能電池將來(lái)的大規(guī)模使用，其仍是一種非常合適的材料。

杜邦公司的Tedlar是最廣泛使用的PVF薄膜，其有第一代和第二代之分。從實(shí)際使用情況而言，第一代產(chǎn)品質(zhì)量更好一些。其厚度在30μm左右，目前較 多供應(yīng)歐美市場(chǎng)。第二代產(chǎn)品成本低一些，厚度為25μm，表面有肉眼可見(jiàn)的針孔，供應(yīng)亞洲市場(chǎng)較多。具悉杜邦公司已有第三代產(chǎn)品，并授權(quán)某日本公司使用， 但目前市場(chǎng)上還未見(jiàn)成熟產(chǎn)品推廣。浙江藍(lán)天環(huán)保有規(guī)?；a(chǎn)PVF薄膜的計(jì)劃，目前市場(chǎng)上還未看到以其產(chǎn)品生產(chǎn)的背板。

四．聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜：

PVDF是使用量第二大的氟塑料，品種完善，供應(yīng)商眾多。其熔點(diǎn)和分解點(diǎn)相差大，可以使用熱塑性塑料加工方法進(jìn)行加工。無(wú)論從世界范圍內(nèi)的供應(yīng)量、加工適 應(yīng)性還是耐候性、阻隔性而言，其都是最合適的太陽(yáng)能電池背板耐候材料。同樣厚度的PVDF薄膜的透濕性大約只有PVF薄膜的十分之一。由于其含氟量高，耐 候非常優(yōu)異。蘇威公司PVDF1008制成的薄膜，經(jīng)使用各種老化手段（見(jiàn)下表）測(cè)試后，各項(xiàng)性能指標(biāo)均無(wú)明顯變化。由于PVDF的出色耐候性，日本吳羽 公司甚至推出結(jié)構(gòu)為PVDF/PMMA復(fù)合膜以替代PVF和PVDF薄膜作為太陽(yáng)能電池背板的耐候?qū)樱浔韺覲VDF的厚度只有4μm。

PVDF制膜較成熟的是使用吹膜的方法。阿克 瑪公司專(zhuān)門(mén)有吹膜的高融體強(qiáng)度的PVDF級(jí)別，按其報(bào)道能吹出5μm厚度的薄膜。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后的PVDF的在熔融狀態(tài)下更容易成膜。國(guó)內(nèi)的一些高校如北化工等在這方面做了較多的研究。但加入PMMA后會(huì)影響薄膜的抗老化性 能。澳大利亞Leoben大學(xué)對(duì)采用不同氟塑料薄膜的背板老化后進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)含PMMA（10-20%）的PVDF薄膜1000至2000小時(shí)濕熱老化 后薄膜破損嚴(yán)重。某歐洲公司在中國(guó)大力推廣其生產(chǎn)的PVDF薄膜以期應(yīng)用于太陽(yáng)能電池背板中，國(guó)內(nèi)有多家背板公司和一些太陽(yáng)能組件工廠嘗試使用。盡 管其提供的數(shù)據(jù)表明耐候性良好，但紅外圖譜發(fā)現(xiàn)其薄膜含有大量的PMMA的成分。該薄膜為三層結(jié)構(gòu)，中間層PMMA-PVDF合金中的PMMA含量甚至大 大超過(guò)PVDF含量，所以其實(shí)際耐候性如何需要時(shí)間考驗(yàn)。

海優(yōu)威公司使用與歐洲某化學(xué)品公司開(kāi)發(fā)的太陽(yáng)能電池背板用PVDF薄膜生產(chǎn)背板。該P(yáng)VDF薄膜由PVDF、無(wú)機(jī)顏料和功能性添加劑組成，為單層結(jié)構(gòu)。整 個(gè)薄膜內(nèi)外材料均一，白色薄膜能百分之百遮蔽紫外線。經(jīng)2000小時(shí)的紫外老化測(cè)試，薄膜性能下降忽略不計(jì)，完全滿足了背板對(duì)氟塑料薄膜的要求。

五．三氟氯乙烯-乙烯共聚物（ECTFE）和 四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物（THV）：

ECTFE由杜邦公司在1946年開(kāi)發(fā)成功，目前商品化的產(chǎn)品只有蘇威公司提供。ECTFE由CTFE和乙烯的50%：50%的交替共聚物。其有典型的氟塑料的性能--耐化學(xué)腐蝕，沒(méi)有一種溶劑在120℃下能侵蝕ECTFE或使其應(yīng)力開(kāi)裂。高耐候性和阻隔性，ECTFE的阻隔性比其它氟塑料更好。從這兩個(gè)方面而言，在商品化的背板中ECTFE是最好的耐候?qū)拥牟牧稀?/p>

THV是美國(guó)Dyneon公司在20世紀(jì)80年代開(kāi)發(fā)，目前也只有其生產(chǎn)。其是目前商品化最柔軟的氟塑料，當(dāng)和其它材料復(fù)合成多層結(jié)構(gòu)時(shí)，其優(yōu)異的柔韌性 非常突出。另一個(gè)重要的特點(diǎn)是THV本身容易粘接，無(wú)須表面處理就能和其它材料粘接，這對(duì)生產(chǎn)背板的復(fù)合工藝和用硅膠粘貼接線盒而言都十分重要。綜合而 論，在一些對(duì)背板要求柔軟的場(chǎng)合，THV的背板比任何其它材料都更合適。

六．氟碳涂料：

由于前幾年太陽(yáng)能電池背板需求旺盛，國(guó)外公司均不對(duì)中國(guó)供應(yīng)氟塑料薄膜，所以國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)了其它國(guó)家沒(méi)有的使用涂料的背板。該類(lèi)背板的設(shè)計(jì)思路是使用氟炭涂料 涂布到PET薄膜上以替代氟塑料薄膜。目前國(guó)內(nèi)較多作為涂覆材料的有四氟的PTFE（聚四氟乙烯，即塑料王）、PVDF、FEVE。

PTFE結(jié)構(gòu)為-（CF2-CF2）n-，含有四個(gè)氟原子。涂料為乳液，可以使用常用的涂布工藝涂覆于需要保護(hù)的材料上，但其在90℃烘干后必須再經(jīng)過(guò) 370-400℃下燒結(jié)才能形成完整的氟涂膜，不經(jīng)燒結(jié)的涂層沒(méi)有使用價(jià)值。由于其工藝的要求和背板使用熔點(diǎn)在280℃的PET薄膜作為骨架層，所以以四 氟PTFE為組分的涂料在背板領(lǐng)域沒(méi)有使用價(jià)值。

PVDF氟塑料涂料是使用最廣泛的含氟涂料，其戶外使用壽命超過(guò)30年無(wú)需保養(yǎng)已經(jīng)使用在北京機(jī)場(chǎng)、東方明珠等建筑上。有機(jī)溶劑型的PVDF涂料性能優(yōu)異，是目前主要使用的建筑涂料，一般使用預(yù)涂工藝。但其含有揮發(fā)性化合物（VOC）不環(huán)保，涂料需要高溫烘烤浪費(fèi)能源，用量已經(jīng)開(kāi)始萎縮。目前有公司開(kāi)發(fā) 環(huán)境友好的PVDF涂料，但性能仍無(wú)法和溶劑型的涂料相當(dāng)。

FEVE是氟乙烯（四氟乙烯或三氟氯乙烯）與乙烯基醚的共聚物，由日本的旭硝子公司發(fā)明并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。其是唯一一種真正能在常溫下固化的氟塑料。

表4 氟乙烯-乙烯基醚涂料（FEVE）與聚偏氟乙烯涂料（PVDF）的比較

除日本旭硝子公司，國(guó)內(nèi)一些公司也開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的FEVE涂料。按其提供的資料顯示，白漆經(jīng)5000小時(shí)人工老化（檢驗(yàn)方法：GB/T1865-1997）后，漆膜完整，未出現(xiàn)粉化、開(kāi)裂、起泡、脫落 等現(xiàn)象，僅出現(xiàn)輕微變色、失光。

含氟聚氨酯、含氟丙烯酸酯也能作為含氟涂料使用，但因國(guó)內(nèi)未有公司聲明使用這些涂料在太陽(yáng)能電池的背板上，所以我們不做討論。

選擇合適的氟碳涂料涂布在PET薄膜上可以使用常用的涂布機(jī)，但與使用氟塑料薄膜，氟碳涂料的使用引申出其它需要考慮的問(wèn)題：

1 和PET的粘接性。如果涂料在PET表 面不能形成完整的薄膜，一旦開(kāi)裂，涂料就會(huì)從PET表面脫落或水汽滲入而失去保護(hù)作用。氟塑料薄膜自然成膜，與PET粘接后，即使在使用中有部分脫膠，表 面的薄膜仍然完整，仍能保護(hù)內(nèi)部的PET層。

2 如何使如何避免針孔。涂料在涂布過(guò)程中非常容易形成針孔而使水汽阻隔能力下降。氟塑料薄膜的表面針孔少，特別是PVDF、ECTFE和THV薄膜表面基本幾乎沒(méi)有針孔。

3 如何控制層間附著。避免針孔的一個(gè)辦法是多次涂布，但帶來(lái)了每層氟涂層相互間的附著問(wèn)題。氟材料表面有不粘性，氟涂料一旦成膜后，再次涂布變得非常困難。氟塑料薄膜是一次成型，為一體結(jié)構(gòu)，沒(méi)有層間附著力問(wèn)題。

4 開(kāi)裂問(wèn)題。由于常用的氟涂料主要使用在建筑上，而背板需要成卷運(yùn)輸，氟涂料在PET表面長(zhǎng)時(shí)間成卷是否會(huì)導(dǎo)致隱性開(kāi)裂也是一個(gè)必須考慮的問(wèn)題。氟塑料薄膜有一定的延展性，成卷不會(huì)導(dǎo)致開(kāi)裂。

5 氟涂料一般使用溶劑型，溶劑對(duì)PET薄膜的侵蝕是否造成潛在的質(zhì)量因素需要時(shí)間考察。粘接氟塑料薄膜和PET薄膜使用的粘接劑一般使用無(wú)毒無(wú)害的乙酸乙酯作為溶劑，其對(duì)PET薄膜沒(méi)有腐蝕性。

如要使用氟碳涂料制成的背板，需要慎重考核其各項(xiàng)性能，目前還沒(méi)有國(guó)外的任何公司宣稱(chēng)開(kāi)始使用涂料生產(chǎn)背板。有上面的資料可以看出四氟的PTFE和兩氟的PVDF按目前的工藝水平均均不合適在背板上 使用，即使是FEVE是否合適還需要長(zhǎng)時(shí)間的可靠性實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。

七．結(jié)論：

綜上所述，只要選擇合適的材料和使用工藝，各種氟塑料本身的耐候性能均能滿足太陽(yáng)能電池背板對(duì)耐候性的要求。在實(shí)際使用中，應(yīng)更多的考察氟塑料的其它性能，比如粘合性、和背板中其它材料的匹配性等。使用氟塑料薄膜比使用氟碳涂料在背板生產(chǎn)工藝上上更容易做到質(zhì)量可靠。綜合考慮產(chǎn)品性能和供應(yīng)量，PVF薄 膜和PVDF薄膜應(yīng)為最合適的太陽(yáng)能電池背板耐候材料。