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

(蘇州愛康光伏新材料有限公司，江蘇 蘇州，215600)

采用不同結構的太陽能背板與同型號EVA組合層壓，對其進行耐候性研究。其結果表明，傳統TPT背板具有良好的耐候性能，而一些新型背板如BBF等也具有較優異的綜合性能。

背板，耐候性

光伏背板位于太陽能電池的背面，對電池片起到保護和支撐的作用，使用環境要求其具有絕緣、耐候、阻水等性能。單獨的聚合物材料無法滿足光伏行業的使用要求，因此一般采用幾層性能互補的材料粘合在一起。目前市面上常見到的主流結構一般由三層組成:含氟膜(替代物)+PET層(替代物)+EVA粘結層(含氟膜、改性EVA、PE、PET等);按結構分為TPT太陽能背板、TPE太陽能背板、BBF太陽能背板、EVA 太陽能背板等［1－4］。

背板的耐候性對組件壽命影響至關重要，背板破壞之后，組件就沒有耐候性及防水性可言;其結果便是EVA迅速老化，最后影響電池片，整個組件也隨之報廢。所以背板的耐候性及壽命直接影響組件的發電效率及使用年限。

目前對于背板耐候性的研究一般僅限于理論分析。本研究主要針對目前市面各種不同結構的背板，與EVA層壓之后對其整體老化性能進行系統研究，意在得出其在各種使用環境中的性能變化。

1 實驗部分

1.1 測試儀器

層壓機、萬能拉力試驗機、高低溫交變試驗箱、恒溫恒濕試驗箱、色差儀等。

1.2 所需材料

EVA膠膜選用某國產型號，其各方面性能均較優異;背板結構選取如表1。

表1 試驗選取背板Table 1 Back sheets used in the tests

1.3 樣品制備與測試標準

濕熱、熱循環樣品制備:取13×13cm玻璃數片，將不同結構背板及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，初次剝離強度為層壓后放置4小時之后測試;

熱循環老化:－40－+85℃，每個循環6h，循環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;

黃變測試:黃變指數(δYI)按 GB2409－80《塑料黃色指數試驗方法》進行測試;

剝離強度:按GB/T 2790－1995進行測試;

黃變指數為EVA與背板內層的綜合變色結果。

2 結果與討論

2.1 濕熱老化

由圖1可以看出:在濕熱老化2000h后，由于氟膜結構優異的耐候性以及PET的阻隔水汽功能，使得含氟背板的黃變指數遠低于無氟背板;其中B背板雖然具有較強的耐候性，但由于PA阻水性不佳，使其濕熱一段時間后水汽透過率較高，加速EVA老化;而含氟背板中，宏觀看來TPT結構的耐濕熱性遠好于TPE結構，C，D背板雖然在濕熱老化初期表現出了較好的性能，但由于內層EVA削弱了整體的耐熱、阻水性能，而導致其黃變指數偏高。而具有BBF結構的E背板雖然內層也為EVA，但由于最外層采用了氟含量高、耐候性優越的THV膜材料，使得樣品的耐候性同樣優異。

圖1 不同結構背板與EVA層壓后濕熱老化研究Fig.1 The hygrothermal aging research of different samples

由表2可見，以C、D背板為代表的TPE型背板由于內層的EVA結構賦予其較大的初始剝離強度，遠大于其他結構;且過大的黏結強度使得測量較為困難，容易將背板拉斷。另外，其在濕熱老化400h之后剝離強度的急劇下降也證明TPE結構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，使其初始粘結強度較小;但雙面氟膜結構使其剝離強度受濕熱環境影響較小。而無氟結構背板初始剝離強度處于TPT、TPE之間，但測試開始后剝離強度的迅速下降也證明了其耐濕熱性不佳。

表2 不同結構背板與EVA層壓后剝離強度Table 2 The peel strength of different samples

2.2 高低溫交變老化

由圖2可以看出:各種結構背板耐熱循環性能均較優異，其中以雙層氟膜結構為最佳，無氟結構略差。

由表3可以得出，內層為EVA結構的背板初始剝離強度為最佳;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測量時剝離強度下降最大。

圖2 不同結構背板與EVA層壓后熱循環老化研究Fig.2 The thermal cycle aging research of different samples

表3 不同結構背板與EVA層壓后剝離強度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較小。其中TPT結構的背板(F、G)展示出了優異的抗紫外老化能力;而TPE結構的背板(C、D)抗紫外變色性略差，這主要是由于背板內層EVA一般不添加紫外線吸收劑，在較短的時間內使樣品的黃變指數迅速增加，之后小范圍波動。而所選取的BBF背板(E)因內層采用Dyneon EVA，使其整體組件耐紫外性能優異，黃變指數與TPT背板相差無幾。

圖3 不同結構背板與EVA層壓后紫外老化研究Fig.3 UV aging test of different samples

3 結論

由測試結果可以得出:傳統的TPT背板耐濕熱、高低溫循環、紫外性能都普遍好于其他結構背板;但TPE背板與EVA的粘結強度為最佳。而新型的BBF背板性能趨于TPT、TPE結構之間，綜合性能較為優異;相比之下，無氟結構背板各項性能均較差。

［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］張增明，唐景，等.光伏組件封裝EVA的濕熱老化研究［J］.合成材料老化及應用，2011，40(3):24－26.

［3］梁振南 秦紅，等.背板材料對太陽電池效率影響的實驗研究［J］.材料研究與應用，2008，4:432－436.

［4］A W Czanderna，F 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