PET薄膜在太阳能电池背板上的应用

PET薄膜在太阳能电池背板上的应用

　　0 前言
　　目前人类可利用的新能源主要有太阳能、地热能、风能、海洋能和核能等。海洋能和地热能只有特定地方可以利用。太阳能与其他能源相比，具有以下的优点:
　　( 1) 资源最丰富。地球每秒钟所接受的太阳能高达8 × 1013 kW，中国地表每年接受的太阳能，相当于2． 4 万亿t 标准煤的能量，是2008 年全国能源消耗总量的800 多倍。而且太阳能取之不尽、用之不竭，不用运输，这是其他几种新能源不可比拟的。
　　( 2) 能量转化最直接。太阳能发电是将太阳辐射能直接转换为电能，是所有清洁能源中一次性转换效率最高、转换环节最少、利用最直接的方式，目前晶硅太阳能电池的转换率应用水平在15% ～20%。风能、生物质能都是太阳光能的各种间接转换形式，其转换率只有太阳光能的几十到几百分之一。目前核能转化率高于太阳能，但原材料选择面窄、标准高，对建设环境和安全问题的要求也高。
　　( 3) 最清洁环保，无需燃料，零排放。对一个地区来说，太阳光的辐射总是相对稳定的，太阳能电站在长达25 a 的发电时间里，没有二氧化碳和任何污染物排放，其设备也不会对环境造成任何破坏。可以说，太阳能是目前可使用的能源中一次性转换效率最高，使用最简单、最可靠、最经济的新能源。
　　1 太阳能光电系统的组成
　　太阳能光电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池( 组) 组成。如输出电源为交流220 V 或110 V，还需要配置逆变器。
　　太阳能电池的背板则是太阳能电池不可或缺的组成部分，背板是电池板背面的保护材料，用于支撑、固定太阳能电池，并具有持续抵御光照射的能力。要求背板具有良好的抗环境侵蚀能力，绝缘能力并且可以和EVA 良好黏接。太阳能背板又称TPT 材料，由3 层结构组成。外层是T 薄膜，中间层P 薄膜，T 与P 之间用胶水黏结。其中T 表示聚氟乙烯薄膜( PVF) ，厚度在37 μm 左右，该层是用作太阳能电池封装材料的主要层，其作用就是耐气候、抗紫外、耐老化、不感光等; P 表示PET 薄膜，厚度一般为250 μm，主要的作用是水气阻隔和电气绝缘，且具有尺寸稳定，易加工及耐撕裂等优点。其背板结构如图1 所示。

　图1 太阳能电池的背板结构

　　2 背板主要的生产工艺
　　第一类是PVF /PVDF 等含氟薄膜+ PET 薄膜+ PVF /PVDF 等含氟薄膜的3 层复合工艺，即太阳能背板由3 层结构组成，外层是T 薄膜，中间层P 薄膜，T 与P 之间用胶水黏结。其中T 表示聚氟乙烯( PVF) /聚偏氟乙烯( PVDF) 等含氟的薄膜，该层是用作太阳能电池封装材料的主要层，其作用就是耐气候、抗紫外、耐老化等; P 表示聚酯薄膜( BOPET) ，主要的作用是电气绝缘和水气阻隔，且具有耐湿热老化、尺寸稳定、耐撕裂及易加工等优点。
　　第二类是以普通PET 薄膜作为中间层基材，两面复合上改性的聚酯薄膜，即: 改性聚酯薄膜+ 普通聚酯薄膜+ 改性聚酯薄膜的3 层复合工艺。其中改性聚酯薄膜材料的作用相当于含氟薄膜。
　　第三类是以PET 薄膜作为基材，以表面涂层工艺把含氟的树脂涂覆固化在PET 薄膜表面。
　　3 太阳能电池背板对PET 薄膜的要求
　　随着光伏电池组件厂家对延长电池寿命和光电转换效率的要求进一步提高，对光伏电池配套材料———PET 薄膜的要求越来越苛刻。诸如电绝缘、耐老化、透气性、撕裂强度都有很高的要求。
　　3． 1 电气绝缘性能
　　太阳能电池背板的电气绝缘性能主要包括击穿电压和局部放电电压，这2 个指标能否达到标准主要依赖PET 薄膜。普通双向拉伸PET 薄膜的击穿电压可达到GB /T13542-2009 国家标准或ASTMD-149 美国电工标准，但是要达到IEC60664-1 /IEC61730 国际电工标准规定的电池背板的局部放电电压指标需要对双向拉伸PET 薄膜的原材料和生产工艺进行研究及改进。
　　3． 2 耐水解老化性能
　　普通PET 薄膜主要测试耐热老化性能，一般均能通过UL94 认证RTI 105 ℃耐温标准。目前，验证PET 薄膜能否达到太阳能光伏电池耐水解老化性能，一般采用120 ℃，100% RH 耐水解的测试方法，PET 薄膜龟裂、脆化的时间不得少于96 h。
　　3． 3 水蒸气透过率
　　太阳能光伏电池对背板的水蒸气透过率标准为小于2 g /( m2·d) ( ISO-15106-3 测试方法) 。目前光伏组件厂家一般都要求电池背板的“水透”指标小于1． 5 g /( m2·d) ，甚至要求低于1 g /( m2·d) 。电池背板的“水透”高低主要取决于PET 薄膜，而普通250 μm PET 薄膜的“水透”为2． 5 ～ 3． 5 g /( m2·d) ，PET 薄膜要想达到太阳能电池的“水透”要求，需从PET 材料的改性上多下功夫。
　　3． 4 尺寸稳定性能
　　PET 薄膜纵向收缩率一般可以控制在1． 5%( 150 ℃， 30 min) 以下，由于太阳能光伏电池都需要经过3次高温处理( 太阳能背板复合2 次、太阳能组件封装高温层压1 次) ，这要求电池背板的基材要有极好的尺寸稳定性。目前，国际上双向拉伸PET薄膜的纵向收缩率已能控制到0． 5% 以下( 150 ℃，30 min) 。
　　3． 5 耐撕裂性能
　　由于太阳能电池组件封装时需要从电池背板上穿孔( 长方形状) 引出电极，这要求PET 薄膜要具有很好的耐撕裂性能和韧性，避免在组件加工过程中和室外的湿、热、干、冷环境下易撕裂、易脆化。
　　总之，太阳能光伏系统作为一种新能源，其应用十分广泛，应用形式基本分2 种，即独立发电系统和并网发电系统。
　　其应用领域主要在太空航天器、通讯系统、微波中继站、电视差转台、光伏水泵、工农业发电、地区供电以及交通指示牌、民用照明等。
　　PET 薄膜作为太阳能电池背板的主要配套材料，2010 年在太阳能光伏电池中的使用量近1． 2 ×109 m2，成为PET 薄膜应用领域中新的增长点。
作者冯树铭：江苏中达新材料集团股份有限公司
来源：《聚酯工业》