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导读： 光伏晶硅组件中的背板作为保护电池板和包装材料的直接屏障，在组件的安全性、长期可靠性和耐久性方面发挥着*关重要的作用。为了达到保护的目的，背板应具有良好的机械强度和韧性、耐候性、绝缘性、水蒸气阻隔性、耐腐蚀性和耐风砂磨损性能。
光伏晶硅组件中的背板作为保护电池板和包装材料的直接屏障，在组件的安全性、长期可靠性和耐久性方面发挥着*关重要的作用。为了达到保护的目的，背板应具有良好的机械强度和韧性、耐候性、绝缘性、水蒸气阻隔性、耐腐蚀性和耐风砂磨损性能。
这些关键性能的实现离不开背板材料。
自20世纪80年代以来NASA自晶硅组件研究项目完成以来，玻璃前板 EVA 双面Tedlar? PVF经典复合背板的经典光伏组件封装结构经过各种气候条件的实际检验，*今仍在使用。其中，特能(Tedlar?) PVF膜作为**具有30多年广泛户外业绩验证的背板材料，也得到了系统开发商、金融保险等投融资机构的认可，可以为光伏组件提供长期可靠的保护，确保投资回报。
**的材料需要结合自身的优势和独特的加工工艺
由双面Tedlar? PVF薄膜组成的TPT背板 (Tedlar?/PET聚酯薄膜/Tedlar?)已成为行业标杆，虽然市场上不断出现各种山寨产品，但没有一种能超越其优异的产品性能。
所以问题来了，为什么是聚氟乙烯？(PVF)薄膜?
首先，聚氟乙烯(PVF)薄膜采用双向拉伸制造工艺，制备的薄膜在横向和纵向两个方向都得到强，机械性能平衡无弱点。PVF薄膜加工温度和分解温度接近，要求极高的工艺控制，并且投资巨大，这也是能够生产的主要原因，从而保证了Tedlar?薄膜产品质量的可靠性和一致性。
相对而言，聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜主要采用吹膜和流延两种成型工艺。这两种成型工艺制备的薄膜纵向拉伸程度不同，但横向拉伸非常弱甚*不拉伸，导致薄膜横向机械性能差。另外，PVDF很难成膜，必须添加其他材料-不少于30%PMMA，俗称亚克力，固有脆性强。 添加亚克力后容易造成PVDF横向机械性能差的薄膜缺陷主要表现为断裂伸长率低，一般低于30%。
为了弥补这一缺陷，一些制造商在配方中添加了弹性体，使这种缺陷PVDF为了达到更高的效果，薄膜在机械性能上产生藕断丝连的效果，但对实际的户外耐老化性没有帮助。另外，由于PVDF薄膜加工难度和门槛相对较低，各工艺、配方和膜结构也不同，导致不同PVDF薄膜性能参差不齐。但很难从外观或一般成分分析上区分不同PVDF因此，薄膜监管难度大。
机械性能差容易开裂，严重影响组件的安全
众所周知，耐候性是背板氟膜*重要的性能，PVDF膜具有横向断裂伸长率低的缺陷，在应用中逐渐暴露出来。尽管添加弹性体材料有帮助PVDF在*初的力学性能中，由于拉丝效果显示出较高的断裂伸长率，但在轻微老化后，所有这些都是PVDF膜的横向断裂伸长率低于10%，基本失去了聚合物材料的韧性，容易开裂。而同样条件下的PVF薄膜机械性能保持良好，保持率仍在60%以上(如图1和图2所示 )。
图1 五种不同PVDF薄膜与两种Tedlar? PVF紫外线老化后500小时和1000小时的横向断裂伸长率(紫外线条件:QUVA，1.25W/m2@340nm, 65W/m2 @ 300-400nm, 70oC BPT)
图2五种不同PVDF薄膜与两种Tedlar?湿热老化500和1000小时后膜的横向断裂伸长率比较
(湿热条件:85oC, 85%RH)
PVDF紫外线和湿热老化后，膜的横向断裂伸长率不仅严重下降，而且其他如PCT或者耐温后也会出现同样的问题。大量的研究文献和报告表明，这些问题和PVDF薄膜老化时容易产生再结晶，导致其力学性能恶化。
PVDF膜的横向脆性导致室外开裂风险高。一旦背板开裂代表绝缘性能故障，很容易造成泄漏、电弧、火灾等安全事故，甚*人员和财产损失。图3在北美户外使用4年PVDF背板形貌，平均开裂比例约57%，裂纹方向均沿纵向形成。
图3 户外使用4年PVDF背板外层开裂
值得注意的是，目前除了在实际情况下发现了很多PVDF除膜背板开裂外，实验室采用序列老化(Accelerated Sequential Test)也可以模拟PVDF薄膜和背板开裂。研究发现，经过序列老化后，使用PVDF薄膜背板的小部件和大部件都有微裂纹和纵向裂纹，这在过去的单一老化中是找不到的，但在实际情况下已经得到证实，因此适当的序列老化可以更好地模拟户外老化的反应。
图4 使用PVDF背板的小组件(左)和全尺寸组件(右)在序列老化(DH1000 UV1000 TC200后沿纵向开裂
耐热、耐风沙、耐化学品是必不可少的
氟膜作为背板，还需要具有良好的抗风砂磨损、耐热性和耐化学性。据了解，目前抗风砂磨损一般采用落砂试验，标准参考ASTM D968(亦即GB/T2398-2009)在使用沙子时要注意不要超过25次来控制误差。
以0.25-0.65mm以标准砂为例，38微米PVF薄膜通常需要250L以上可以落穿，而且PVDF根据薄膜的厚度和工艺，落砂量约为100~250L，即便如此，还是比涂层背板常见的50好L左右落砂量。
再看耐热性，PVF薄膜的软化温度点为190oC，而PVDF只有150oC左右。对于经常出现热斑的光伏组件应用，PVF薄膜的耐热性明显更有优势。
与此同时，PVDF薄膜在耐化学性方面也存在问题，在丙酮等溶剂中浸泡试验(ASTM D543)溶胀容易发生，但是PVF薄膜不存在这种现象，对各种化学品都有很好的抵抗力。
以实际情况为准
近年来，氟含量已成为*有争议和讨论的环节。一些制造商说PVDF含氟量为59%，而且PVF只有41%。然而，正确理解这句话的前提是简单地比较100%PVDF和PVF材料。
实际上，100%PVDF不能成膜，只能用作涂料。在市场上销售PVDF薄膜都含有亚克力增塑剂，成膜后的PVDF薄膜的氟含量大大降低。而以PVF制成的Tedlar?薄膜不含其他树脂成分，实际含氟量为41%。FEVE涂料一种说法说涂料容易被误解，声称氟含量超过70%，但这只是氟树脂本身的氟含量，不含非氟交联树脂等添加剂，实际氟含量低于20%。
水汽阻隔力：PET层才是关键
从背板的应用来看，氟膜的水蒸气阻隔性能对背板的整体水蒸气阻隔性能贡献不大。背板的水蒸气阻隔主要由PET提供，PET背板的阻水能力WVTR起决定作用。
当然，如果一定要比较氟膜之间的水蒸气渗透率，也有很多实验数据可供参考。图5是几种常见的PVDF薄膜和PVF薄膜的WVTR值。从图中可以看出，PVDF薄膜WVTR值在50~110之间，两款Tedlar? PVF薄膜只有35~50，明显低于PVDF薄膜。
图5 常见PVDF薄膜和Tedlar? PVF水蒸气透过率薄膜 (条件：ASTM F1249， 红外法;38oC，100%RH)
虽然以氟膜为主的背板得到了业界的认可，性能优异，但这种氟不是氟。业内对氟膜材料、加工工艺和背板结构的关键作用仍存在诸多误解。通过各种方法和户外案例，PVF膜具有优异的耐候性、机械性、耐热性、耐化学品、耐风沙磨损和水蒸气阻隔性，具有良好的产品一致性和稳定性。基于特能?(Tedlar?)PVF薄膜背板在各种气候环境下已经验证了25年多，市场上其他一些背板材料在短期内出现明显的开裂、黄色、分层等老化或故障现象，甚*导致部件功率加速衰减和安全风险。
这些隐患的根源在于材料本身，通过实际案例证明，PVDF除本征横向力学性能差外，膜还具有紫外、湿热、PCT或者在低温老化过程中也发现，其横向断裂伸长率可以降低到5%以下，大大提高了光伏组件在的风险。
对于光伏投资者来说，降低风险的关键是要清楚地了解材料之间的基本差异，选择*能保证项目投资回报率的材料。
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蓝林笑生
