國產光伏背板氟膜的基礎性能研究

無錫市計量測試院 ■ 鮑軍

國家太陽能光伏產品質量監督檢驗中心 ■ 朱曉崗* 劉毅

0 引言

我國的光伏產業在經歷了高速發展之后，逐步進入到理性發展階段，產業進入整合升級的關鍵時期[1]。

背板位于光伏組件的背面，對電池起保護和支撐的作用，也對組件在戶外的可靠性和耐久性起著關鍵作用[2-3]。氟膜作為光伏背板的重要組成部分，是保證背板在戶外25年使用壽命的重要保障。在經歷長時間的技術攻關和沉淀后，氟膜進入到全面國產化的階段，目前已有多家企業具備大規模生產國產氟膜——PVDF膜的能力。進口氟膜——PVF膜已具備多年戶外使用的經驗，而PVDF膜能否完全替代PVF膜，是電站終端企業關注的問題。

筆者收集了目前市場上常見的11款國產PVDF膜與1款進口PVF膜，從物料成分和影響組件發電效率的基礎性能入手，探討了PVDF膜與PVF膜的質量狀況，并比較了PVDF膜與PVF膜之間的差距。為掌握行業總體質量狀況，以及對終端企業降本選材，進一步提高行業整體質量提供借鑒。

1 試驗

1.1 試驗樣品

試驗所用氧膜樣品共12款，其中PVF膜1款，編號為1#；市場上常見的PVDF膜11款，編號為2#～12#。2種氟膜樣品的標稱厚度如表1所示。

表1 2種氟膜樣品的標稱厚度

1.2 試驗設備

試驗所用設備包括：鉑金埃爾默股份有限公司生產的PerkinElmer 1050型紫外、可見光分光光度計；美國Mocon公司生產的氧氣透過率試驗儀(3/61)；鉑金埃爾默股份有限公司生產的型號為TGA800-SQ8T-HS40的熱重-氣質聯用儀；美國戴安公司生產的型號為ICS-3000的離子色譜儀；上海將來實驗設備有限公司生產的LS落砂耐磨實驗機；上海六菱儀器廠生產的型號為CH-1-ST的測厚儀。

1.3 試驗方法

1)氟膜材料厚度：按照GB/T 13542.2-2009《電氣絕緣用薄膜 第2部分：試驗方法》[4]中的規定進行測試，數據結果取中值。

2)氟含量：按照GB/T 36289.2-2018《晶體硅太陽電池組件用絕緣薄膜 第2部分：氟塑料薄膜》[5]中的規定，采用燃燒瓶-離子色譜外標法進行測試。其中，試劑的要求為：氟標準溶液1.0 mg/mL；去離子水的電導率≤0.056 μs/cm；0.5%NaOH吸收液。

3)灰分含量：采用TGA法進行測試，以氮氣作為測試用載氣，溫度為800 ℃。

4)落砂試驗：按照 GB/T 23988-2009《涂料耐磨性測定 落砂法》[6]進行測試。

5)氧氣透過率：按照GB/T 19789-2005《包裝材料 塑料薄膜和薄片氧氣透過性試驗 庫侖計檢測法》[7]進行測試，測試溫度為38 ℃，相對濕度為20%，測試周期為4個循環。

6)透光率和反射率：按照ISO 9050-2003[8]進行測試，透光率測試波段為紫外光區間280～400 nm，反射率測試波段為380～1100 nm。

2 結果與分析

2.1 氟膜材料厚度

12款氟膜材料厚度的測試結果如表2所示。可以看出，目前，市場上提供的大多數PVDF膜和PVF膜的厚度均為正公差，可以滿足大多數業主的需求。

表2 12款氟膜的厚度

2.2 氟含量

氟膜是確保含氟背板25年使用壽命的重要保障，而氟樹脂是氟膜的主要組成部分，是確保氟膜品質的關鍵。

圖1為12款氟膜的氟含量情況。從圖中可以發現，11款PVDF膜中大多數氟含量小于40%，僅有4款PVDF膜的氟含量高于40%；PVF膜的氟含量僅為27.08%，這是由于PVF的分子結構與PVDF的相比存在天然的劣勢，所以PVF膜中的氟含量較低。按照經驗公式將PVF膜中氟含量換算成PVDF膜情況下的含量，計算方式為：PVF膜中氟含量×0.59÷0.41，結果為38.97%。由此可知，PVF膜中的氟含量與大多數國產PVDF膜一樣，不足40%。

圖1 12款氟膜的氟含量情況

2.3 灰分含量

一般認為氟膜經過高溫燃燒后的灰分殘留物為無機的鈦白粉(TiO2)。TiO2由于粒徑小、活性大，既能吸收紫外線，又能反射、散射紫外線，從而對紫外線有更強的阻隔能力，可保證氟膜長期有效的工作，保護PET和膠水不因受紫外線破壞而失效。因此，灰分的含量是衡量氟膜品質的一個重要指標。12款氟膜中灰分含量的測試結果如圖2所示。

圖2 12款氟膜中的灰分含量情況

由圖2可以看出，1# PVF膜樣品中的灰分含量遠高于其他產品，達到了24.01%；大部分PVDF膜的灰分含量在12%～14%之間，而氟含量較高的4#、11#和12# PVDF膜樣品的灰分含量較低。

2.4 落砂試驗

落砂試驗是測試氟膜耐磨性能的一種簡單而有效的方法。耐磨性能的高低直接影響到氟膜在西部地區抵御風沙的能力，所以，大多數終端企業要求氟膜擁有優秀的耐磨性能。圖3為12款氟膜在落砂試驗中最終的落砂量情況，落砂量越高，氟膜的耐磨性能越好。

圖3 12款氟膜的落砂量情況

由圖3可知，大部分 PVDF膜的落砂量比PVF膜的高，說明PVDF膜的耐磨性能較好，這與氟膜的屬性有一定關系。從圖中還可以看出，氟膜的厚度直接影響了氟膜的耐磨性能，氟膜越厚，耐磨性能越好。

圖4為12款氟膜的單位厚度落砂量情況。

圖4 12款氟膜的單位厚度落砂量情況

由圖4可知，氟膜越厚，其單位厚度的落砂量越高；相同厚度的PVDF膜，不同樣品間單位厚度落砂量也存在較大差異，這說明企業可以通過改進工藝和配方來提高PVDF膜的耐磨能力。

2.5 氧氣透過率

圖5為12款氟膜的單位厚度氧氣透過率測試數據。由圖可知，氟膜越厚，其阻隔氧氣透過的能力越強；在相同氟膜厚度的情況下(樣品1#和12#)，PVF膜的單位厚度氧氣透過率明顯低于PVDF膜，說明PVF膜具有較高的阻隔氧氣透過的能力；PVDF膜在增加厚度的情況下可以做到與PVF膜相同的阻隔能力。

圖5 12款氟膜的單位厚度氧氣透過率情況

2.6 紫外波段透光率

圖6為12款氟膜的紫外波段透光率情況。由圖可知，PVDF膜與PVF膜均有較好的紫外波段阻隔能力，紫外線透光率均很低；PVF膜紫外線阻隔能力優于PVDF膜。圖中還可以看出，紫外線阻隔能力與氟膜厚度有明顯關系，PVDF膜在增加厚度的情況下，其紫外線阻隔能力可以超過PVF膜。

圖6 12款氟膜的紫外波段透光率情況

2.7 反射率

圖7為12款氟膜在可見光波段(380～1100 nm)的反射率情況。由圖可知，在反射率方面，PVDF膜優于PVF膜，部分PVDF膜的反射率在70%左右；反射率最高的是氟膜標稱厚度為48 μm的PVDF膜。

圖7 12款氟膜在可見光波段(380～1100 nm)的反射率情況

3 結論

本文通過對PVDF膜和PVF膜進行測試，得出以下結論：

1)國產PVDF膜的質量水平已接近進口PVF膜，部分PVDF膜的性能優異。

2)隨著PVDF膜厚度的增加，其性能有較為明顯的提高。氟膜厚度依舊是企業在采購過程中關注的重點。