一文读懂光伏背板

信息来源：氟化工、博授堂新材料(本文由“ZPVA光伏新材料”整理后发布，转载请注明出处)

展位、赞助征集中

北京国化新材料技术研究院拟于2024年6月11-12日在上海举办“2024光伏新材料产业技术交流会暨硅泥绿色循环技术交流会”（点击链接查看会议详情）

本次会议以“向阳而生·光耀新材”为主题，重点围绕退役光伏组件及硅泥回收再利用、光伏胶膜、光伏背板、光伏胶、光伏边框、导电银浆、光伏减反膜液等进行深度讨论。本次会议免收注册费。

长按二维码，在线报名

近年来，我国光伏发电行业发展迅速，装机容量不断扩大。光伏背板广泛应用于太阳能电池组件，位于组件背面，在户外环境下保护太阳能电池组件不受水汽侵蚀、阻碍氧化防止组件内部氧化，具备卓越的耐长期老化（湿热、干热、紫外）、耐电气绝缘、耐腐蚀性、耐高低温、水蒸气阻隔等性能。此外，背板内层可以反射阳光，提升组件转换效率。

按照光伏电池背板整体结构划分，可将光伏电池背板划分为FPF，FPE，全PET与PET/聚烯烃结构。

其中F为含氟薄膜；P为双向拉伸工艺制备的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜（即PET薄膜）；E为乙烯－醋酸乙烯(即EVA)；聚烯烃指各种以碳碳结构为主链的塑料。这些结构层之间使用胶粘剂进行粘合，通过复合工艺制备成型。

为了良好耐候性，背板外层材料为含氟材料。光伏组件背板用保护膜首先由 PVF( 聚氟乙烯 ) 薄膜推广应用而成功，在市场竞争的驱动下，众多生产企业先后开发出PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜、 PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）薄膜、 ECTFE( 聚乙烯 - 三氟氯乙烯共聚物 ) 薄膜、 ETFE( 聚乙烯 -氟乙烯共聚物 ) 薄膜等用于 PVF 薄膜的替代品。在性能、价格、可获取性等多重因素和市场长期检验的影响下， PVDF 薄膜已成为市场主流。

01

光伏背板的分类

光伏背板按含氟情况可分为双面含氟背板、单面含氟背板、无氟背板三种，因其耐候性等特性不同而适用于不同环境。总体来说对环境的耐候程度依次为双面氟膜背板、单面氟膜背板、不含氟背板，其价格一般也依次降低。

1、双面含氟背板

市面上双面含氟背板最常见的是TPT（聚氟乙烯复合膜），TPT采用复合工艺，两面含氟材料为美国杜邦公司生产的Tedlar聚氟乙烯聚合物，中间为PET，通过胶黏剂复合在一起。内层氟材料保护PET免受紫外线腐蚀，同时经过特殊处理与EVA更好的粘结，外层氟材料保护组件背面免受湿、热、紫外线侵蚀。

双面含氟背板大同小异，区别只在氟材料的成分和内层氟材料的特殊处理上。比如，伊索TPT背板内层经过特殊处理，以使其更适合与EVA粘结，而凸版TPT则不分正反面；又比如，DDF采用PVDF作为两面含氟薄膜。

从长远来看，如果背膜内层不含氟材料，不能对背膜的PET主体基材进行有效保护，组件安装后背膜无法经受长期的紫外老化考验，在几年之内组件就会出现背膜黄变、脆化老化等不良现象，严重影响组件的长期发电效能，因此，双层氟材料背板是完全必要的。

2、单面含氟背板

单面含氟背板代表产品为美国3M背板，为三层结构复合而成，成分为：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，内层EVA。单面含氟背板厂家虽不同，但结构大同小异，内层EVA与中间基体基本不变，不同之处可能在于外层氟材料成分不同，比如TedlarPVF，PVDF等。

由于目前背膜开发生产企业考虑到双面含氟材料给整个背膜生产造成的成本压力，厂商采用了EVA材料（或其他烯烃聚合物）替代双面含氟的TPT结构背膜中EVA粘结面（光照面）的氟材料，从而出现了单面含氟的TPE结构的背膜。此类TPE结构的背膜在与组件封装用EVA胶膜粘结后，由于其光照面无含氟材料，不能对背膜的PET主体基材进行有效保护，组件安装后背膜无法经受长期的紫外老化考验，在几年之内组件就会出现背膜黄变、脆化老化等不良现象，严重影响组件的长期发电效能，因此单面含氟的TPE结构的背膜是不适用于晶硅太阳电池组件的封装使用的。

3、不含氟背板

不含氟背板是通过胶粘剂将多层PET胶粘复合而成，主要品种有PE，DNP等。不含氟背膜从材料本身特性上无法满足商用晶硅太阳电池组件25年的湿热、干热、紫外等环境考验与使用要求，也就很难适合用于晶硅太阳电池组件的封装。但是它适合中短期使用年限的组件，如5~10年期限。

02

光伏背板的制造工艺

1、制造工艺

按生产工艺，背板分为涂覆型和复合型。氟材料以氟膜的形式通过胶黏剂复合（一般是压合）在PET基膜上，即为复合型背板，其氟膜完整，因此综合性能优越，但成本高；以含氟树脂的形式通过特殊工艺直接涂覆在 PET 基膜上，胶黏剂混合在氟树脂中，即为涂覆型背板，性能稍逊于复合背板 ，但具有价格优势。

1.1、涂布法

氟碳涂料经过几十年的快速发展，在建筑、化学工业、电器电子工业等各个领域得到广泛应用，成为继丙烯酸涂料、聚氨酯涂料、有机硅涂料等高性能涂料之后，综合性能最高的涂料品种。

目前，应用比较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）三大类型，我国也是继美国、日本之后第三个拥有氟碳涂料合成技术并实现产业化的国家。

涂布法工艺，图源氟化工

以氟树脂跨国企业（如日本旭硝子、大金和法国阿科玛等）开发生产的PVDF、CTFE、PTFE树脂为主体树脂制备的氟碳涂料，广泛应用于桥梁、大厦、铁路、通信设施的表面防护上，并经受了40年以上的户外严酷考验，表现出极佳的耐候性能。

PVDF氟塑料涂料是使用最广泛的含氟涂料，其户外使用寿命超过30年无需保养已经使用在北京机场、东方明珠等建筑上。有机溶剂型的PVDF涂料性能优异，是目前主要使用的建筑涂料，一般使用预涂工艺。

但其含有挥发性化合物（VOC）不环保，涂料需要高温烘烤浪费能源，用量已经开始萎缩。目前有公司开发 环境友好的PVDF涂料，但性能仍无法和溶剂型的涂料相当。FEVE是氟乙烯（四氟乙烯或三氟氯乙烯）与乙烯基醚的共聚物，由日本的旭硝子公司发明并实现商业化。其是唯一一种真正能在常温下固化的氟塑料。

图源氟化工

同时，目前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在内的材料表面改性技术已较为成熟。

因此，将氟碳涂料、PET表面改性技术、氟涂层表面改性技术等应用于太阳电池背膜的开发，从而实现不使用胶粘剂并具有优异长期耐候性能的低成本高品质涂覆型背膜产品是完全可行的。

涂布背膜包括厚度100～350μm的PET薄膜基体，基体两面涂覆有15～30μm的含氟聚合物涂层，其中一面含氟聚合物涂层上涂覆有0.5～5μm的粘合剂层。

所述的含氟聚合物涂层由各原料组分按配比混合后经砂磨处理得到的混合乳液直接涂覆在PET薄膜基体上得到，所述含氟聚合物涂层的原料包括如下质量配比的组分：含氟涂料30～55％；溶剂20～40％；交联剂和固化剂2～6％；填料15～40％。

1.2、复合法

复合型太阳电池背膜（TPT、TPE等）多是以欧美一些氟化工企业开发的PVF或PVDF等氟膜通过胶粘剂与PET基材粘结复合而成。

复合型背膜由于其内部PET基材两面存在胶粘剂，而胶粘剂的质量水准不一，加之复合工艺良莠不齐，在电池组件户外长期使用过程中复合型背膜受湿度与温度双重因素的综合影响，易发生粘结胶层水解等损害，最终导致氟膜（PVF或PVDF等）与PET基材的层间剥离，影响电池组件长期使用的可靠性。

复合法工艺，图源氟化工

同时，由于制造专利技术制约和氟膜表面的亲水性改性处理技术等原因，目前PVF和PVDF等氟膜产品还没有在中国实现国产化。

因此，采用PVF或PVDF等氟膜开发生产双面含氟和单面含氟太阳电池背膜的中国企业长期受制于外国氟膜制造商，其背膜制造成本居高不下，且适用于氟膜与PET粘结的高品质胶粘剂多为国外极少数厂商技术垄断，很难进口。

而国内一些背膜生产企业只能采用一些普通的聚氨酯、环氧或丙烯酸类胶粘剂，这些胶粘剂容易老化，在性能上无法满足25年的耐久性要求。

太阳能电池背板复合膜，由下述三层材料复合而成：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。

上述太阳能电池背板复合膜的制备方法包括下述步骤：在聚氟乙烯膜与PET膜表面分别涂覆固化剂，热熔粘合而得基膜，然后再在PET膜的另一表面涂布EVA涂层即得太阳能电池背板复合膜。

03

光伏背板的组成材料

1、PET基膜

PET是由精对苯二甲酸（PTA）和乙二醇（MEG）在催化剂的作用下经加热缩聚而成的一种结晶型聚合物，即聚酯切片，长期使用可耐高温达120℃，短期使用 可耐150℃高温、-70℃低温，且高低温时对其力学性能影响很小。

聚酯切片经干燥、熔融、挤出、铸片和拉伸而制成PET膜，如果只单向拉伸则称为CPET，主要 用于包装；采用纵横双向拉伸则为BOPET，现在95% 以上的PET膜为BOPET，其中的中高端PET膜主要用于光学膜和光伏背板膜。

中高端PET膜的生产具有以下特点：

1. 设备需进口，且周期长

   基膜生产关键工序包 括PTA与MEG的缩聚反应生成聚酯切片、挤出和双向拉伸，缩聚反应与挤出设备德国的欧瑞康巴马格公司生产的性能最好，德国的布鲁克纳是最好的双向拉伸设备生产厂商，所以这两家德国公司的设备组成的生产线生产的产品品质最好。但两家公司的产量有效，交货周期长，而且安装调试时间也长。

2. 技术壁垒高

   高分子材料配方不同，材料性能差别很大，即使同一配方，工艺参数改变，性能也会变 化，这些都需要长期的积累，仅仅只有先进的设备远远 不够，还需要大量有实际经验的技术人员。为适用新的背板结构，各基膜企业正在抓紧研发高耐候透明PET基膜。

2、氟膜

PVF膜由美国杜邦公司生产，其商标为Tedlar，所 以简称T膜，其TPT背板结构是最早使用的，已经经 过了30年以上的实际应用，证明其结构、性能稳定，能满足组件25年以上的时间要求。但T膜价格昂贵，因此市场规模在减少，主要用于大型地面电站。

PVDF膜是为替代PVF膜而研发的，最早由法国的阿科玛公司生产。近年来，随着国内氟膜生产企业技术水平的提升，生产成本逐步降低，国产氟膜在市场上逐渐被背板企业接受，其市场份额也逐渐提升，据赛伍技术与明冠新材IPO文件显示，嘉兴高正、杭州福膜、中天科技等都已进入它们的前五大供应商。

为了进一步降低成本，各企业都研发了含氟涂料。

由于含氟塑料不易分解，焚烧会产生有毒气体，所以背板的回收处理困难，现在各企业正在研制环保型背板，包括用聚烯烃膜取代氟膜等。

3、胶黏剂

胶黏剂主要用于复合型背板中氟膜与PET基膜的黏结，以及涂覆于基膜表面直接形成功能性膜。太阳 能背板生产所需的胶黏剂生产技术壁垒较高，市场主要为法国阿科玛公司旗下的波士胶（Bostic）、德国汉高 （Henkel）和日本东洋纺织株式会社等国外少数企业占领。

我国胶黏剂的生产主要以中低档胶黏剂产品为主，能适用于氟膜与PET基膜黏结的高品质胶黏剂只有赛伍技术等极少公司生产，赛伍技术就是由背板胶 黏剂生产企业发展为背板生产企业的。

因为对成本的把控能力以及使用场景的不同，国内背板生产企业与国外的企业走上了不同的技术道路，国内以集中式大型地面光伏电站为主，对25年的使用寿命要求严格，所以国内背板绝大部分含氟，为了降低成本，生产工艺由复合氟膜改进为涂覆含氟涂料。

而欧洲和日本以分布式的屋顶户用光伏发电系统为 主，对价格比较敏感，因此国外企业以生产非氟背板为主，比如意大利Coveme公司彻底摒弃了氟聚合物，采用PET基膜，并在最外侧使用紫外辐照稳定的聚酯膜 （P），内层采用聚乙烯膜（E）由此形成了PPE背板，该类背板的结构为改性聚酯/聚酯/聚乙烯。

更有甚者，改变基膜，采用共挤工艺一步法生产，如荷兰帝斯曼公司开发的APO背板采用具有优异水汽阻隔性能的聚烯烃PO作为基材，搭配抗紫外性能优异的PA12，使用共挤成型，这种背板性能优异，而且消除了层间剥离的风险。

随着俄乌冲突带来的能源危机，欧洲对光伏的需求急剧上升，中国企业也在抓紧非氟背板的生产。总之，在背板生产环节，不管是技术还是产量，国内企业均领先国外企业。

04

光伏背板的研发方向

（1）环保：新能源的大量使用，主要目的就是减少排放，保护大气层，因此制造光伏组件的零部件也应该环 保，但背板使用的氟膜，难降解导致回收难，所以随着光 伏发电的快速发展，背板的回收利用是亟待解决的问题。

（2）降本：光伏产业链各环节的降本增效是推动光伏发展的主要动力，也将一直是光伏发展的主旋律，而氟膜既不环保还价格昂贵，所以，研发新的取代氟膜的材料迫在眉睫。

（3）不同使用场景的背板开发：比如中国西部沙漠地区使用的背板需具备更好的散热性、耐紫外性、耐风沙磨损和耐日夜温差等；而在东部沿海应用的背板应有更低的水汽透过率、更好的耐水解性和耐盐雾性等。

（4）适用光伏组件双面发电的需要：组件双面发电是大势所趋，其占比越来越高，而且组件生产企业一般采用玻璃背板，虽然透明背板可以替代玻璃背板，但透明背板并没有经过长时间的使用考验，所以怎样说服组件企业使用透明背板任重道远

推荐阅读

【免责声明】本图文内容来源于互联网、微信公众号等公开渠道，版权归原作者所有，仅供学习参考之用，禁止用于商业用途，如有异议，请联系我们进行删除。