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eva氟树脂和氟塑料膜在太阳能光伏背板/背膜上的性能对比
EVA太阳光伏膜 ：光伏电池背板可根据光伏电池背板的整体结构分为FPF，FPE，全PET和PET/聚烯烃结构。F为含氟膜；P为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(即PET薄膜)制备双向拉伸工艺；E为乙烯－醋酸乙烯(即EVA)；聚烯烃是指以碳碳结构为主链的各种塑料。这些结构层通过复合工艺粘合而成。*早的光伏电池背板采用TPT结构，即Tedlar/PET/Tedlar结构，其中Tedlar是杜邦生产的PVF(聚氟乙烯)薄膜。以下是太阳能光伏背板/背膜氟塑料薄膜的使用。
背板（Backsheet）它是一种光伏包装材料，用于太阳能组件背面*外层，与外部环境直接接触，应具有优异的耐长期老化性（湿热、干热、紫外线）、耐电绝缘、耐腐蚀、耐高低温、水蒸气阻隔等性能。因此，背膜需要满足太阳能电池组件25年的环境测试，起到包装组件原辅材料、保护太阳能组件、隔离汇流带的作用。
EVA太阳能光伏膜：光伏电池由玻璃制成，EVA、硅片和背板由玻璃组成-EVA-电池片-EVA-背板的结构包装组成，其中背板位于光伏电池背面的*外层，是光伏电池的重要组成部分，不仅起到包装的作用，而且起到保证光伏电池不受环境影响的作用，保证光伏电池的使用寿命。
太阳能组件的使用寿命为25年，太阳能组件的工作环境非常恶劣。对组件的保护非常重要。它不仅要求组件的原辅材料*少有25年的使用寿命。背板作为背面保护材料，应具有优异的抗老化、抗紫外线、抗渗水、耐高温高湿、防火绝缘等性能。
分类
光伏背板有多种类型，*常用的有两种类型，即涂层和复合材料；根据氟材料分为双面氟背板、单面氟背板和无氟背板。
制造工艺
与复合材料相比，涂层成本相对较低，工艺相对简单。两种工艺都是成熟的工艺，做好产品没什么大问题。关键是背膜表面的氟（F）材料。背板的主要特点体现在氟材料上。一般来说，无论是复合膜还是涂料，只要加工得当，氟含量足够，背板的耐候性和阻隔性都不是问题。然而，组件制造商首先使用聚氟乙烯（PVF）复合膜，也通过了20多年的使用验证，所以目前使用聚氯乙烯等类似的氟膜背板的接受度仍然高于使用氟涂层形成的背板。但原则上几乎是一样的，F涂料在跨海大桥等对耐侯性要求较高的地方已经使用了30多年。
目前，国内背膜行业仍处于起步阶段，其开发和生产企业主要分布在中国大陆长三角地区。以台虹、赛伍、乐凯、汇通为代表的背膜企业主要采用PVF、聚氯乙烯或ETFE等氟膜和聚乙烯基材通过粘合剂粘合制备复合胶背膜，其氟膜基本依赖进口，背膜制造成本较高。
由于国内复合背膜制造企业在主要原材料和核心技术方面没有成本和质量优势，整体产品的核心竞争力和利润率较低。
涂布
经过几十年的快速发展，氟碳涂料已广泛应用于建筑、化工、电气电子工业等领域，成为继丙烯酸涂料、聚氨酯涂料、硅胶涂料等高性能涂料之后综合性能*高的涂料品种。目前应用广泛的氟树脂涂料主要有聚偏氟乙烯（PVDF）、三氟氯乙烯树脂（CTFE）、四氟树脂（PTFE）中国也是继美国和日本之后第三个拥有氟碳涂料合成技术并实现工业化的国家。
涂布法工艺
PVDF由氟树脂跨国企业(如日本旭硝子、大金、法国阿科玛等)开发生产。)、CTFE、聚四氟乙烯树脂制备的氟碳涂料广泛应用于桥梁、建筑物、铁路和通信设施的表面保护，经过40多年的严格户外考验，具有优异的耐候性。
聚氯乙烯氟塑料涂料是应用*广泛的含氟涂料，其户外使用寿命超过30年，已用于北京机场、东方明珠等建筑。PVDF涂料具有优异的有机溶剂性能，是目前主要使用的建筑涂料，一般采用预涂工艺。但它含有挥发性化合物（VOC）不环保，涂料需要高温烘烤来浪费能源，用量已经开始萎缩。目前有公司开发 PVDF涂料环保，但性能仍不能与溶剂型涂料相等。
FEVE是由日本徐硝子公司发明并商业化的氟乙烯（四氟乙烯或三氟氯乙烯）和乙烯基醚的共聚物。它是**能在室温下真正固化的氟塑料。
同时，材料表面改性技术，包括低温等离子体改性技术、辐照改性技术、真空等离子体化学接枝技术，已经相对成熟。因此，在太阳能电池背膜的开发中应用氟碳涂料、PET表面改性技术、氟涂层表面改性技术，实现低成本、高质量的涂层背膜产品，不使用粘合剂，具有优异的长期耐候性。
涂层背膜包括1000厚度的厚度～350μMPET薄膜基体，基体两侧涂有15层～30μm含氟聚合物涂层，其中一层含氟聚合物涂层涂有0.5～5μm粘合层；含氟聚合物涂层由各原料成分按比例混合后经砂磨处理的混合乳液直接涂在PET薄膜基体上，含氟聚合物涂料的原料包括以下质量比：含氟涂料30～55％；溶剂20～40％；交联剂和固化剂2～6％；填料15～40％。
复合
复合太阳能电池背膜（TPT、TPE等。)主要由欧美一些氟化工企业开发的PVF或PVDF等氟膜通过粘合剂与PET基材结合而成。复合背膜由于内部PET基底两侧粘合剂，粘合剂质量水平不同，复合工艺不均匀，复合背膜受湿度和温度因素的影响，容易发生粘合层水解损伤，*终导致氟膜（PVF或PVDF等）与PET基底层剥离，影响电池组件长期使用的可靠性。
复合法工艺
同时，由于制造专利技术和氟膜表面亲水性改性处理技术的限制，我国PVF、PVDF等氟膜产品尚未定位。因此，采用聚氯乙烯或聚氯乙烯氟膜开发生产双面氟和单面氟太阳能电池背膜的中国企业长期受外国氟膜制造商的影响，其背膜制造成本高，适用于氟膜和聚乙烯粘结的优质粘合剂大多是国外少数制造商的技术垄断，难以进口。然而，一些国内背膜制造商只能使用一些普通的聚氨酯、环氧树脂或丙烯酸粘合剂，它们容易老化，不能满足25年的耐久性要求。
由以下三层材料组成的太阳能电池背板复合膜：0.035～0.045mm厚的聚氟乙烯膜；0.18～0.30mm厚的PET膜；0.025～0.035mm厚的EVA涂层。
太阳能电池背板复合膜的制备方法包括以下步骤：将固化剂涂在聚氟乙烯膜和PET膜表面，热熔粘合基膜，然后将EVA涂层涂在PET膜的另一个表面，即太阳能电池背板复合膜。
含氟材料
如前所述，背板的主要特点是氟（F）根据含氟材料，背板可分为三种：双面含氟背板、单面含氟背板和无氟背板。
双面含氟背板
TPT(聚氟乙烯复合膜)是市场上*常见的双面含氟背板。TPT采用复合工艺。两面含氟材料为杜邦公司生产的Tedlar聚氟乙烯聚合物，中间为PET，由粘合剂复合而成。内氟材料保护PET免受紫外线腐蚀，经过特殊处理后与EVA更好的粘结，外氟材料保护组件背面免受湿、热、紫外线侵蚀。
双面氟背板相似，区别仅在于氟材料的成分和内氟材料的特殊处理。例如，伊索TPT背板的内层经过特殊处理，使其更适合与EVA粘结，而凸版TPT不分正反面；例如，DDF使用PVDF作为两面氟膜。
从长远来看，如果背膜内层不含氟材料，就不能有效保护背膜的PET主基材。组件安装后，背膜不能经受长期紫外线老化试验。几年内，组件会出现背膜黄变、脆化老化等不良现象，严重影响组件的长期发电效率。因此，完全有必要使用双氟背板。
单面含氟背板
单面含氟背板代表美国3M背板，由外层THV氟塑料(四氟乙烯、六氟丙烯和偏氟乙烯共聚物)、中间PET基体和内层EVA组成。虽然单面含氟背板制造商不同，但结构相似，内层EVA和中间基体基本相同，区别可能在于外层氟材料的组成不同，如TEDlarPVF、PVDF等。
由于背膜开发制造商考虑到双面氟材料对整个背膜生产的成本压力，制造商使用EVA材料（或其他烯烃聚合物）取代双面氟TPT结构背膜EVA粘结表面（光表面）氟材料，导致单面氟TPE结构背膜。这种TPE结构的背膜与组件包装用EVA胶膜粘结后，由于光照表面没有氟材料，不能有效保护背膜的PET主基材。组件安装后，背膜不能经受长期紫外线老化试验。几年内，组件会出现背膜黄变、脆性老化等不良现象，严重影响组件的长期发电效率。因此，单面含氟TPE结构的背膜不适用于晶硅太阳能电池组件的封装。
不含氟背板
无氟背板由多层PET粘合剂组成，主要品种有PE、DNP等。无氟背膜不能满足25年湿热、干热、紫外线等环境测试和使用要求，难以适合晶体硅太阳能电池组件的包装。但它适用于中短期使用寿命的组件，如5~10年。
组成
虽然每个制造商的背板的成分不同，但核心部分不会改变，即PET基体和氟材料，PET提供机械性能和绝缘性能，氟材料提供阻隔性和耐候性。背板的主要特点反映在氟材料上。一般来说，氟材料，无论是复合膜还是涂层，只要处理得当，F元素含量足够，背板的耐候性和阻隔性都不是问题。
PET
PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，俗称聚酯膜，是由对苯二甲酸乙二醇酯脱水缩合而成。对苯二甲酸乙二醇酯是由对苯二甲酸和乙二醇的酯化反应引起的。
相对密度1.368、熔点225℃、流动温度243℃、玻璃化温度80℃、马丁耐热性80℃、热变形温度98℃(1.82MPa)、分解温度353℃
溶于甲酚、浓硫酸、硝基苯、三氯醋酸、氯苯酚，不溶于甲醇、乙醇、丙酮、烷烃，使用温度-100～弯曲强度为148-310mpa，吸水性为0.06％~0.129％，64.1-128J/m，洛氏硬度M90~95，伸长率1.8％~2.7％
PET是一种乳白色或浅黄色的高晶聚合物，表面光滑有光泽。在较宽的温度范围内具有优异的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性能优异，即使在高温高频下，其电性能仍较好，但电晕、蠕变、疲劳、摩擦、尺寸稳定性较差。
研究表明，PET分子主链含有大量酯基，与水亲和力好，容易产生水增塑。同时，即使是少量的水也会导致分子主链的降解。
在湿热老化过程中，PET老化性能的变化受结晶、水增塑、水解三个因素的影响。各种因素自始*终都起着主导作用，各种因素在不同的环境和阶段起着主导作用。
在老化初期，结晶是主要因素。它增加了杨的模量和*大的拉伸应力，但使材料脆化，降低了冲击强度；然后水增塑成为增加材料韧性的主要因素，但水解反应迅速上升为主要因素，
它导致PET大分子链断裂，分子量下降，从而损害机械性能。温度的升高会显著加速上述过程，因此水和热是PET物理机械性能急剧下降的主要原因。此外，紫外线辐射还会大大降低PET的分子量和强伸长度，提高结晶度，从而脆化材料。
无氟背膜由多层PET胶粘合而成，不能满足商用晶硅太阳能电池组件25年湿热、干热、紫外线等环境测试和使用要求，难以适合晶硅太阳能电池组件的包装。
有机氟材料
有机氟材料是指含氟的碳氢化合物，属于特殊材料，具有优异的耐化学性和热稳定性，也具有优异的耐候性、耐腐蚀性、耐热性、耐污染性、排水油、介电性、不燃性和不粘性，摩擦系数很小，广泛应用于兵工、电子、电器、机械、化工、纺织等领域。
氟原子电负性大，原子半径小，含氟背膜表面氟材料碳氟键能强(高达485KJ/mol），而且，由于相邻氟原子的相互排斥，氟原子不在同一平面内，主链C—C—C键角由112°变为107°，氟原子沿碳链螺旋分布，因此碳链被一系列性质稳定的氟原子包围。
由于氟原子是对称分布，整个分子是非极性的；由于氟原子极化率低，碳氟化合物的介电常数和损耗因子很小，聚合物绝缘高，化学稳定性高，化学惰性突出。
此外，紫外光部分通常在太阳能中破坏有机物，即波长为700～光子在200nm之间，全氟有机化合物的共价键可达544KJ/mol，接近220nm光子所拥有的能量。氟系涂料耐候，因为太阳能中能量大于220nm的光子所占比例很小性极好。
全氟碳链中，两个氟原子的范德华半径之和为0.27nm。基本上将C—C—C键包围填充。这种几乎无空隙的空间屏障使任何原子或基团都不能进入而破坏C—C键。因此，其耐化学性极好。
PVF
PVF熔点190~230℃，分解温度210℃以上，长期使用温度-70~110℃,软化点约200℃。但在200℃下，15~20分钟就开始热分解，若在235℃经5分钟则激烈分解而*后碳化。PVF是氟乙烯均聚物，分子量６万~18万，是氟塑料中含氟量*低、比重*小、价格也*便宜的一种。由于分解温度接近于加工温度，不宜用热塑性成型方法加工，大多加工成薄膜和涂料。具有一般含氟树脂的特性，并以独特的耐候性著称。根据加工条件及制品厚度，有不同透明度，能透过可见光和紫外线，强烈吸收红外线。正常室外气候条件下使用期可达25年以上，是一种低介电常数（8.5）、高介电损耗（0.016）的材料。收缩小而稳定。
它还有一个特点就是耐挠曲性能好，反复折叠不易开裂。聚氟乙烯薄膜可不受油脂、有机溶剂、碱类、酸类和盐雾的侵蚀，电绝缘性能良好，还具有良好的低温性能、耐磨件和气体阻透性。聚氟乙烯涂料也具有良好的耐候件，对化学药品只有良好的抗腐蚀性，但不耐浓盐酸、浓硫酸、硝酸和氨水。
太阳能电池组件的普遍，Tedlar的需求也随之猛增，以*供不应求。
由于PVF的供应商很少，许多公司争相使用其它氟材料薄膜来替代PVF薄膜。目前已经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）。
PVF供应商已前述，PVDF的供应商在国内 有上海三爱富、浙江巨化、山东东岳化工和江苏梅兰等，国际上欧洲的阿克玛、苏威、吴羽等。ECTFE的供应商有欧洲的苏威。THV的供应商有 美国的Dyneon。目前使用这四种氟塑料薄膜的背板，除ECTFE比较少外，其它种类的背板在中国均有用户使用，特别是以Isovolta和 Madico为主的PVF类的背板和以东洋铝业为主的PVDF类背板在中国有大量的用户。
PVDF
PVDF的玻璃化温度-39℃，脆化温度-62℃，熔点165~170℃，热分解温度316℃以上，长期使用温度-40~150℃
可用一般热塑性塑料加工方法成型。其突出特点是机械强度高，耐辐照性好。具有良好的化学稳定性，在室温下不被酸、碱、强氧化剂和卤素所腐蚀，发烟硫酸、强碱、酮、醚绵少数化学药品能使其溶胀或部分溶解，二甲基乙酰胺和二甲基亚砜等强极性有机溶剂能使其溶解成胶体状溶液。
PVDF是使用量第二大的氟塑料，品种完善，供应商众多。其熔点和分解点相差大，可以使用热塑性塑料加工方法进行加工。无论从世界范围内的供应量、加工适 应性还是耐候性、阻隔性而言，其都是*合适的太阳能电池背板耐候材料。同样厚度的PVDF薄膜的透湿性大约只有PVF薄膜的十分之一。由于其含氟量高，耐 候非常优异。苏威公司PVDF1008制成的薄膜，经使用各种老化手段（见下表）测试后，各项性能指标均无明显变化。由于PVDF的出色耐候性，日本吴羽 公司甚*推出结构为PVDF/PMMA复合膜以替代PVF和PVDF薄膜作为太阳能电池背板的耐候层，其表层PVDF的厚度只有4μm。PVDF制膜较成熟的是使用吹膜的方法。
THV
四氟乙烯(TFE)、六氟丙烯(HFP)与偏氟乙烯(VDF)的共聚物（THV）是美国泰良（Dyneon）公司在20世纪80年代开发出的性能优异的氟塑料，除具有氟塑料耐候性、不燃性、不粘性外，还可以象常见聚合物一样容易加工，是一种**发展前景的氟塑料。
THV具有极好的耐化学介质性能和电性能。是*柔软的氟塑料，其电性能不适于作高速数据通讯网（即5类电缆）中的**绝缘，但在那些要求柔软性的地方，有其独特的优势。另外，THV还可用于那些要求与其他材料粘合的场合。由于THV具有优异的光学性能，所以还可以用于光纤包覆层。THV的**性能体现在：可低温加工，可与橡胶及塑料制品进行有效粘接，弹性佳且透光性好。出众的综合性能使其在复合软管、管道、薄膜、薄片及器皿的加工制造中得到广泛应用。THV加工温度低、加工温度区间宽、加工温度远低于分解温度，可以适应于挤出、共挤出、注射模塑和吹塑模塑、层压薄膜、浸渍、涂覆和共混等多种加工方式，可生产出膜、管、容器、异型材料和模塑材料。THV氟塑料是目前商品化*柔软氟塑料，利用其特性与其他塑料或弹性体制备多层次结构制品时，柔韧性优异。THV氟塑料耐化学性能优越，对许多腐蚀性化学品有极好的防渗透功能。THV氟塑料具有极好的光透明性和低折射率，可以允许从紫外线到红外线所有频率光的穿透，由于其低折射率和高柔韧性是塑料光导纤维包覆的理想材料。THV氟塑料自身容易粘接，也容易与其他材料粘接，无需表面处理就能与其他材料很好粘合。THV比其他氟塑料更容易用辐射交联提高其高温性能，THV是典型的对电子束敏感材料，用一定辐射量，可以明显提高材料拉伸强度。THV树脂具有良好的混合性能，可以与聚乙烯的通用技术混合，交联剂很容易加入THV，同样其他类型添加剂，如染料和有机颜料，也很容易加入THV中去。另外THV氟塑料还具有良好的溶解性能，通过加入化学试剂方法可以实现化学发泡等特性。
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年开发成功，目前商品化的产品只有苏威公司提供。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--耐化学腐蚀，没有一种溶剂在120℃下能侵蚀ECTFE或使其应力开裂。高耐候性和阻隔性，ECTFE的阻隔性比其它氟塑料更好。从这两个方面而言，在商品化的背板中ECTFE是*好的耐候层的材料。
THV是美国Dyneon公司在20世纪80年代开发。其是目前商品化*柔软的氟塑料，当和其它材料复合成多层结构时，其优异的柔韧性 非常突出。另一个重要的特点是THV本身容易粘接，无须表面处理就能和其它材料粘接，这对生产背板的复合工艺和用硅胶粘贴接线盒而言都十分重要。综合而 论，在一些对背板要求柔软的场合，THV的背板比任何其它材料都更合适。
性能
作为组建保护材料，要求背板有各种优异性能，比如要有优异的绝缘性能，抗渗水性能，经受恶劣环境的耐候性以及自身优良的剥离强度等。
绝缘性
组件生产出来后，在实际使用过程中会遇见雷雨天气，雷电击在组件上会将组件击穿，导致组件内部互联条和汇流带瞬间电流极为巨大，会造成电厂内大量组件被烧毁，造成巨大的经济损失。因此组件在出厂前都要进行耐压测试，作为重要辅料的背板，对绝缘性有很高的要求。
背板的绝缘性主要体现在PET和含氟材料上。PET有着优良的绝缘性能，但是因为在结构上处在两层材料中间，所以背板的绝缘性能更多的体现在内外两层材料上。
含氟材料有非常优异的绝缘性能，因为氟原子核对其核外电子及成键电子云的束缚作用较强，氟原子极化率低，分布比较对称，整个分子是非极性的，碳氟化合物的介电常数和损耗因子均较小，所以其聚合物是高度绝缘的。背板击穿电压强度一般要达到50KV/mm以上。
抗渗水性
上文已经阐述过，PET分子主链中含有大量的酯基，与水具有很好的亲和性，容易产生水增塑，同时即使微量的水分也会导致分子主链的降解。所以背板的背面材料要有非常好的抗渗水性，以免渗进水蒸气使PET分解老化，进而腐蚀EVA和电池片，影响组件使用年限。
背板抗渗水性的衡量参数是水蒸气透过率，测试原理是在在一定的温度下，使试样的两侧形成一特定的湿度差，水蒸气透过试样进入相对干燥的一侧，通过测定透湿杯重量随时间的变化量，从而求出试样的水蒸气透过率。背板的水蒸气透过率一般要求小于1.5g/m2.d。
耐候性
耐候性是指：材料如涂料、塑料、橡胶制品等，应用于室外经受气候的考验，如光照、冷热、风雨、细菌等造成的综合破坏，其耐受能力叫耐候性。
背板的含氟材料有优良的耐候性，因为由于C-F键的键能比C-H键的强，氟原子的电子云对C-C键的屏蔽作用较氢原子强，因而氟原子可以保护C-C键免受紫外线和化学物品的危害，使得含氟聚合物具有优异的耐候性，耐久性和抗化学品性能。
如前所述，组件的工作环境非常恶劣，有的工作温度非常高，如热带地区；有的非常低，如高海拔地区；有的昼夜温差非常大，如沙漠地区。组件各原辅料对温度都比较敏感，比如EVA，温度高会变软膨胀，甚*老化黄变；温度高还会加速PET的分解老化。因此要求背板要有优良的耐高温，耐低温性能。背板耐候性测试如下所示：实验条件（2000h）温度/湿度：85°C，85%RH；冷热循环：85°Cto–40°；湿气冻结：85°Cto–40°Cw/RH。
综上所述，只要选择合适的材料和使用工艺，在实际使用中，应更多的考察太阳能光伏的背板要求和氟塑料的其它性能，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或者其他膜在背板生产工艺上上更容易做到质量可靠。综合考虑产品性能和供应量，PVF薄膜和PVDF薄膜应为*合适的太阳能电池背板耐候材料。
