PET背板，創(chuàng )新還是“創(chuàng )心”

背板作為晶硅的關(guān)鍵部件，對組件的安全性、使用壽命和降低功率衰減起著(zhù)至關(guān)重要的作用。要達到保護電池片的目的，背板必須具備良好的機械強度與韌性、耐候性、絕緣、水汽阻隔、耐化學(xué)腐蝕等各種平衡的性能。背板按照材料類(lèi)別可分為含氟背板和非氟背板兩大類(lèi)，背板材料選擇使用含氟薄膜、含氟涂層業(yè)內已有共識，目前只有含氟材料經(jīng)過(guò)長(cháng)期戶(hù)外實(shí)證，含氟背板的市場(chǎng)占有率超過(guò)90%。隨著(zhù)平價(jià)上網(wǎng)腳步的日益臨近，產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節都有著(zhù)降本提效的巨大壓力，作為組件最重要的封裝材料光伏背板亦是如此。為了進(jìn)一步降低背板成本，部分企業(yè)嘗試使用PET材料來(lái)替代氟膜或氟涂層作為背板的最外層，省去氟膜或氟涂層成本，從而售價(jià)更低。但無(wú)氟保護的PET背板還能滿(mǎn)足組件性能要求嗎?

一、PET背板結構及變化

目前PET背板主要有以下圖1兩種結構，第一種為三層結構，依次為強化PET(50um)、普通PET(150um)以及E膜粘接層，層與層之間使用膠黏劑粘接，需要兩次復合工藝制得。為進(jìn)一步迎合客戶(hù)降本需求，只能?chē)@PET做文章，A/B結構的PET便孕育而生，A/B結構的PET與普通PET的不同之處在于其本身具有較為清晰的兩層結構，一般A/B結構的PET總厚度在160um左右，外側較薄的耐UV層占總厚度的10%，內層為普通PET，通過(guò)共擠形成A/B結構，PET內側再復合上E膜或PO膜粘接層變形成了兩層結構的PET背板，其較三層結構PET背板工藝更簡(jiǎn)單且更薄，售價(jià)因此更低。且其總厚度明顯減薄，尤其是耐UV層PET厚度大幅減薄，可靠性同樣也會(huì )大幅降低。

圖1：不同PET結構背板

二、PET的老化機理

PET作為一種高分子材料，本身結構決定了其容易發(fā)生水解、紫外光老化降解、熱老化降解，內部結構表現為分子鏈氧化、斷裂，分子量降低，用在背板最外層則容易出現表面發(fā)黃、粉化、脆化甚至開(kāi)裂。為了改善其耐候性，一般會(huì )在最外層PET中加入鈦白粉類(lèi)無(wú)機顏料阻擋紫外線(xiàn)侵入，但在戶(hù)外使用過(guò)程中，由于光和水的共同作用，PET表面容易粉化、發(fā)白，析出鈦白粉，造成PET結構背板性能下降。

PET的濕熱老化

從PET受濕熱老化的失效機理分析，PET在高溫高濕的條件下非常容易水解，H2O分子攻擊酯鍵，如圖2所示，使其酯鍵發(fā)生水解斷裂，生成帶羧基的低聚物，羧基同時(shí)又會(huì )促進(jìn)水解反應的進(jìn)一步進(jìn)行。PET抗水解的方法為將聚合度提高，分子量加大，分子量分布降低，結晶度適當提高。隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前通過(guò)此種方法生產(chǎn)的PET耐水解等級較高，PCT48h后無(wú)脆化現象，有些甚至能做到PCT60h以上。

圖2:PET水解反應

PET背板的紫外老化

從PET受紫外老化的失效機理分析，PET的紫外老化反應分為光解反應和光氧化反應，在光解反應中，PET經(jīng)自由基重排反應，大分子主鏈發(fā)生斷裂，并產(chǎn)生CO和CO2氣體等副產(chǎn)物，材料PET的力學(xué)性能發(fā)生變化，如拉伸強度和斷裂伸長(cháng)率，如圖3所示;在光氧化反應中，PET的芳環(huán)上產(chǎn)生氫過(guò)氧化基團，并進(jìn)一步生成一酚羥基或二酚羥基衍生物，PET的發(fā)黃也主要是由這些熒光產(chǎn)物引起的，如圖4所示。

圖3：PET光解反應 圖4：PET光氧反應

增強PET耐紫外性能的方法如加入耐紫外配方，包括紫外吸收劑、紫外穩定劑及抗氧劑，三者協(xié)同作用。鈦白粉的加入，能散射和吸收部分紫外線(xiàn);鈦白粉與穩定體系的相容性差，兩者相互反應，容易降低光穩定劑的作用。向界面分子轉移、熱斑高溫下蒸發(fā)升華、雨水沖刷、紫外老化、濕熱老化、熱氧老化、霉菌污染等，助劑消耗速度隨環(huán)境惡劣程度而變化、助劑隨著(zhù)PET表面的粉化逐漸消耗。

三、PET背板的戶(hù)外失效案例分析

如下圖5是PET背板在中國西部戶(hù)外服役6年后的外觀(guān)表現，在組件正面出現嚴重黃變現象及在電池片之間的縫隙處出現密集細小裂紋，對組件進(jìn)行功率及濕漏電測試，結果顯示功率衰減高達27.6%且濕漏電結果小于40MΩ·m2的標準，這給投資者帶來(lái)較大利益損失，也給光伏電站埋下了安全隱患。

圖5：PET背板黃變、開(kāi)裂

其實(shí)，PET背板材料在戶(hù)外老化機理與以上分析的PET材料紫外老化機理類(lèi)似，圖6是實(shí)驗室經(jīng)過(guò)200kWh/m2紫外老化后PET聚酯材料和強化PET聚酯材料(HPET)的傅立葉紅外圖譜，紫外老化后兩種PET材料均在1690cm-1吸收峰處出現了PET聚酯分解產(chǎn)物對苯二甲酸單體的吸收峰，這表明PET聚酯材料在長(cháng)期紫外老化后分子鏈段斷裂，這一現象同樣出現在以上提到的戶(hù)外服役六年的PET背板中，如圖7。因此PET聚酯背板材料在戶(hù)外發(fā)生的是光解反應與光熱反應，應采用紫外老化來(lái)評估其在戶(hù)外老化。

圖6：PET材料紫外后傅立葉紅外圖譜 圖7：PET背板服役6年后傅立葉紅外圖譜

四、背板選擇應該回歸初衷

PET材料憑借其優(yōu)異的絕緣和阻水性能作為背板核心骨架被長(cháng)期應用，但通過(guò)以上失效機理和案例我們發(fā)現PET材料本身特性決定了其根本無(wú)法獨立存在為組件防護25年，甚至無(wú)法滿(mǎn)足組件對背板的十年材料質(zhì)保要求，為解決其光濕熱性能短板必須加以氟材料予以保護，這也是為什么含氟背板長(cháng)期占領(lǐng)市場(chǎng)主流位置的原因。

對于光伏電站投資者而言，測算項目收益的前提是選擇最能保障其項目投資收益率的材料，安全可靠基礎上的降本才是真降本。尼龍PA擠出型背板開(kāi)裂已經(jīng)給行業(yè)內部分企業(yè)造成了巨大損失，盲目選擇PET背板將給建立在長(cháng)期收益基礎上的埋下新的隱患。優(yōu)選具有長(cháng)期戶(hù)外實(shí)證并堅持品質(zhì)不變的材料才是電站投資回報的最大保證。