背板知识
发布时间：
2022-10-27 14:25
背板是什么？
从原理上认识背板
议题
- 背板的变迁历史
- 从各种背板诞生的时代背景和它的针对性、来认识背板结构材料的变化逻辑
- 从背板的功能出发、理解背板的设计思想和可靠性判断方法
- 讨论什么样的背板才是好背板
何为背板----背板在光伏组件中的位置示意图
【背板的逻辑】
背板的本质目的： 绝缘 + 阻水
（保护人） （保护电池的电子线路 ---- 组件发电效率下降的核心因素）
◆ 所谓背板的25年寿命： 上述“绝缘 + 阻水”的功能在25年之内不失去，或者尽可能少失去
◆ 背板就是包裹在电池的外面的完成上述使命的“衣服”，付出的代价是电池的散热性下降，发电效率就下降、半导体早衰。
◆ 如果“衣服”材质不好或者做工不好，热胀冷缩后，或者应力回弹收缩后，把背板与铝边框的细缝给扯开了，导致水汽进入量增大，发电效率降低。收缩力还会导致电池片隐裂
- 如果背板内侧对光的反射率比较高，发电力就提高，这是这件衣服带来的附加价值
世界的代表性背板的演变史
结论：没有一种背板有超过25年大概率不失效的实绩，背板根据电池功率的提高、电池片的变薄和寿命的延长不断在进化，技术创新是这种进化的支撑。
背板种类的变化如此之快，如何来预判其长期可靠性呢？
有机物材料长期可靠性的判断方法：
在建筑、汽车、室外高压电气行业的使用实绩
【举例】
医生诊断人类（有机物），能靠量血压、做CT、测酶含量等等就断定此人能活到90岁？目前的医学再发达，对很多病的确诊还无法做到。同样的道理，说某款背板肯定能在25年内不故障是不科学的，只能理解为商业营销学的“观念渗透”marketing工具。医学的研究手法也是从表征测量，扩展到细胞、DNA层面（机理原理的研究，以及调查家族史和调查人群共性的（历史方法论+概率研究）。目前光伏行业内仅仅通过对背板的扩大和强化表征性测试指标而忽视后两者的做法，是脱离有机材料学的科学性程度现状的。
从背板结构的设计原理及其可靠性保证对策
为什么不同种类的背板表现出不同的性能？
让我们从背板结构的设计原理和各层构成材料的性质来理解
其实一张PET就能承担背板的核心功能，或者说PET是背板构成材料中最重要的一层。
但是，PET经不起UV、水、风沙、化学物等负面能量的侵蚀，直露在外气时6~7年后就老化开裂、粉化了，那么它所承担的绝缘、阻水的能力就衰退了。
为何两面要用氟膜
所以，要用氟膜对PET进行隔离保护。为什么是氟？是因为氟在有机物中其化学结构最稳定，本身能扛得住UV、水、风沙、化学物等负面能量的侵蚀，然后才能承担得起隔离作用。
外层、内层的紫外阻隔功能
氟膜是怎样阻隔紫外线的
但是，氟本身是透明的，不能阻隔UV，是靠分散在氟膜里的白色的TiO2颗粒来隔离的。其实，只要选择合适的粒径，TiO2的叠层厚度只要0.4u以上就能充分阻隔UV了，为了阻隔UV，根本不需要现在这么厚的氟膜。把氟膜做成现在这样的厚度是因为（1）提高氟膜的阻水能力；（2）制膜工艺条件限制。
外层的阻水功能
背板的阻水问题和耐水老化问题
其实氟膜的阻水能力是比较差的，这是评判氟膜好坏最重要的指标。背板的阻水能力虽然靠PET膜，但氟膜的阻水率提高后能延长PET本身耐水解能力以不至于早日老化而失去PET承担的绝缘、阻水等能力
测试方法：红外法（ASTM F1249) ，测试条件38℃ 90%RH 单位：（g/m2*day)
结论1：3层结构的Kynar PVDF氟膜的阻水性在初始阶段与PVF同等，但紫外老化后则较好
结论2：所有氟膜的水汽透过率都过大，因此单靠氟膜来防止PET水老化是远远不够的
中间芯材PET的选择
中间芯材PET的耐水解能力是影响背板寿命的重要因素
●市面上 TPT，KPK，TPE，KPE皆使用PET耐水解等级为24h
●赛伍KPf使用光伏装用PET，耐水解等级为48h
●赛伍同时提供定制化的特定耐水解等级PET，如为东芝提供耐水解等级60h PET
不同PET耐水解等级PCT48h后断裂伸长率 (%)
1）对于普通耐水等级PET，PCT48h测试后即脆裂，无任何机械强度
2）PCT测试条件为121℃，100% RH，2atm
3）耐水解等级为PET在PCT条件下，老化后的断裂伸长率降至10%的时间
背板外层抗风沙问题
对各种氟膜进行了落砂试验，所有氟膜只要厚度达到20u以上的都能通过150L
背板外层氟膜的选择
为什么PVDF能成为主流氟膜？
为什么三层结构膜好于单层结构膜？
结论：单层结构PVF和单层结构PVDF处于同一水平；
三层结构PVDF更为优越；
内层的选择
- 氟皮膜技术及KPF的诞生，克服了E膜的缺陷，
- 内层的耐紫外能力和阻隔紫外能力达到了KPK和TPT的性能，但成本大大降低
氟皮膜 （Fluro-skin） 直接制膜法。将混入TiO2的氟树脂用涂布方式直接涂在PET表面，并形成一张薄膜的技术。而且不需要胶黏剂该薄膜就能紧紧地附着在PET上。
直接膜制膜法（one step filming technology）把直接制膜技术用在背板上一直是多家国际资深高分子材料厂商追求的目标，赛伍率先产业化，并已申请发明专利 、KPF结构专利和产品商标。
不光光是选用材料，背板的制造过程同样影响长期可靠性
●高低温下的剥离力变化（胶黏剂设计）
●胶粘剂交联密度管控（制造过程）
●溶剂残留量管控（制造过程）
●复合时的张力控制范围（制造过程）
●胶水厚度的均匀性管控
胶黏剂是确保背板25年使用寿命不分层的核心
总结
背板的选择所考虑的原则
●根据使用的环境选择最合适类型的背板，可以达到最优化单位度电成本LCOE●考虑的因素有气候类型，化学物质影响，机械的作用，风力大小，风砂，冰雪，湿气水汽，雨水的作用。
●背板是整体的复合材料，并不仅仅决定于单一的外层，内层PET的选择、胶水层的材料以及复合加工工艺同样至关重要。赛伍作为一家具有化学背景的综合性应用材料企业，有足够的知识、经验和研发能力、生产和品质管控能力为客户提供世界一流的背板。
●从背板的性能和性价比来看，KPF结构背板是能对应所有要求的背板。
●在高湿环境不建议使用CPC这类双面涂料背板，如果是非要价格极低的要求，又要有可靠性能，推荐PPF结构背板。理由如下
●涂层的润湿流平性差，与PET直接接触，中间无胶水作为缓冲层。
●因涂层与PET的CTE匹配性差，两者相差3-4倍，长期热胀冷缩过程中，涂层与PET之间的剪切力，导致涂层易与PET脱落
●PET复合结构的背板广泛使用，如Sharp,T、H等公司，多年使用经验表明可满足基本要求
可靠性模拟
1）建立从原材料导入到组件端应用测试的独立专一实验室
2）从组织架构上设置独立的评价测试中心，介入并监督背板的研发质量，模拟测试背板在各种实际应用环境下的性能表现
3）转化成背板开发质量控制文件，确保新产品是经过验证，满足性能要求
实际环境对背板设计要求
1）水汽对组件的性能具有明显的影响(电池栅线腐蚀、蜗牛纹等)，同样对双玻组件的水透提出要求----即边缘密封或采用低水透封装材料
2）背板的内层仍需要很好的耐紫外性能要求，即使使用一层UV截止EVA
3）双面为氟膜或外层为氟膜+PET仍是目前最稳定的背板材料组合，在几种典型应用环境下的电站上未发现批量不良，如开裂、脆化、发黄等问题
4） 背板的设计和开发必须全面考虑各种环境、甚至极端环境的影响，如低温环境对背板的影响，这对背板的研发能力和配置提出全面要求，背板也不是一种仅仅胶水+膜复合那么简单的制造
背板制造过程中关键点的控制是需要化学功底和涂布技术支撑的，这是保证质量可靠性的主要一环。
总结
1.KPK和KPF背板都适应于设置在恶劣环境气候条件中的地面电站；
2.如果要加大耐候性余量的话，K层选用阿科玛生产的3层结构30μm PVDF薄膜更为合适，成本也较低；
3.之所以不认为唯有PVF合适的原因是该膜与单层结构PVDF处于同等水平，与其市场价格相比不值。这个也就是除三峡之外，国内所有国有电站投资商已经对K开放的背景，更何况在全世界的几乎所有的组件厂家都已经抛弃T的原因，也是赛伍公司之所以能够成为中国乃至世界第一的背板需求企业基础；
4.随着电池片功率提高、电池片变薄、对组件功率的要求提高、对组件寿命的要求提高，行业对任何材料的判断基准已经提升到从LCOE的角度来思考。基于LCOE，TPT/KPK已是落后背板，KPF才是当今最先进的背板，但它也不是尽头，背板技术仍在进化；
5.背板是整体的复合材料，并不仅仅决定于单一的外层，内层PET的选择、胶水层的材料以及复合加工工艺同样至关重要。赛伍作为一家具有化学背景的综合性应用材料企业，有足够的知识、经验和研发能力、生产和品质管控能力为中电投提供世界一流的背板。
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