背板作為保護光伏組件的最外部材料，尤其容易受到環境氣候應力的影響。
背板材料的粘接性能、抗紫外能力和機械強度都是影響其可靠性的關鍵因素，甚至影響整個組件的功率輸出和使用壽命。
近年來，杜邦公司對在北美、歐洲、亞太地區約200個電站進行了現場調研，涵蓋了來自45個組件廠、不同氣候類型、運行時間在0到30年、總功率超過450MW的組件。調研數據顯示，有22%的組件存在明顯的老化和可視失效。其中電池的失效率最高，為11.3%，背板的失效率其次，為7.4%。如圖1所示。
背板雖然只占組件和電站總成本很小一部分，但起著保護組件工作25年的重要作用，所以對于背板材料的選擇就顯得尤為重要。目前，市面上絕大部分背板為多層復合結構，并采用PET聚酯為中間層，起到絕緣和機械支撐的作用。而在背板外層(空氣面)和內層(EVA面)的材料選擇上，則顯得魚龍混雜，對背板材料的質量與長期可靠性帶來了很大隱患。上述統計中背板高居第二的失效率即體現了行業現狀。本文擬針對背板內外層材料的性能要求和不同材料體系的優缺點進行探討和分析，以期撥亂反正，解答迷思。
光伏背板外層(空氣面)材料的選擇
從性能要求上，光伏背板外層主要起到耐候(紫外、溫濕度、冷熱應力、化學品腐蝕、風沙磨損等)、提供機械支撐和方便粘接接線盒與邊框的作用。因此，背板外層材料需要具備優異的耐候性、良好的機械強度與韌性、以及可粘接性等特點。
由于耐候性和長期可靠性要求高，氟塑料在背板外層中的應用占據主導地位。其中，主要分為聚氟乙烯(PVF)薄膜、聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜和少量氟碳涂料(FEVE)。這幾類材料由于材料特性、加工工藝和成分的不同，在性能上亦有較大差別，不能一概論之，亦即“此氟非彼氟”。分析如下：
1. 薄膜成分：Tedlar? PVF純氟樹脂對比PVDF混合樹脂
Tedlar?PVF薄膜的有機成分為100% PVF樹脂，不添加任何其他非氟樹脂進行共混，原料來源統一，質量管控嚴格。
隨著光伏行業的高速發展，聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜生產廠家如雨后春筍般不斷涌現，各家配方、工藝、厚度不盡相同。但是由于純PVDF樹脂成膜性很差，這些PVDF薄膜無一例外地需要添加質量分數20%~30%的PMMA(俗稱亞克力)樹脂輔助其成型。
2. 成型工藝：Tedlar?PVF雙向拉伸對比PVDF傳統流延和吹膜
聚氟乙烯薄膜(Tedlar?，PVF)采用雙向拉伸制造工藝，所制備的薄膜在橫向和縱向兩個方向都經過取向強化，機械性能均衡沒有弱點。由于PVF薄膜加工溫度和分解溫度接近，要求極高的工藝控制，并且投資巨大，只有具備很高技術能力的大企業才可以生產，這也保證了Tedlar? 薄膜產品質量的可靠性和一致性。
聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜主要使用吹膜和傳統流延兩種成型工藝。
3. 薄膜性能：
(1)機械性能：Tedlar? PVF 性能均衡
Tedlar?PVF薄膜縱向(MD)和橫向(TD)兩個方向機械性能均很優異，這是因為PVF采用雙向拉伸成型工藝，且配方中不添加其他聚合物樹脂共混，有著優異的機械性能。如圖2所示。
(2) 耐磨性能：Tedlar?PVF 耐磨性好
光伏組件，尤其是大型地面電站，很多都建設于氣候嚴苛、風沙較大的地區。所以，背板所用的氟膜還需要有較好的耐風沙磨損性能。
目前，耐風沙磨損一般采用落砂試驗，測試標準參照ASTM D968，以0.25-0.65mm標準砂為例，38微米的PVF薄膜通常需要250L以上才可以落穿，而PVDF薄膜依厚度和工藝不同落砂量大約為100～250L，而FEVE涂覆型背板一般只有50L左右落砂量。
(3) 耐化學性：Tedlar? PVF耐化學性優
此實驗依據ASTM D543 塑料耐化學試劑的標準評價方法進行測試，將PVF和PVDF薄膜分別浸入丙酮，硫酸(1 mol/L)和飽和氨水中進行測試，時長為168小時(一周)。結果表明，不論是硫酸、堿性的氨水還是溶劑丙酮實驗，PVF均顯示了優異的耐溶劑性。
所以從上述薄膜原料組成，成型工藝和薄膜性能等方面來看，Tedlar? PVF薄膜綜合性能均衡，最適合光伏背板應用。
光伏背板內層(EVA面)材料的選擇
從性能要求上，背板內層材料需要具備良好的粘接性(與EVA)、耐候性和一定的機械性能，以期達到背板與EVA粘接可靠、阻擋從組件正面照射進來的紫外線并保護中間層PET的作用。
目前市面上常見的光伏背板內層材料包括氟膜類、非氟薄膜類和氟碳涂層類三種。其中氟膜類內層主要有Tedlar? 聚氟乙烯(PVF)薄膜和聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜。非氟薄膜類內層主要包括聚乙烯(PE)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、聚酰胺(PA)和聚烯烴(PO)等，這類材料最大的優勢是與EVA粘接性好，戶外不易脫層。氟碳樹脂(FEVE)涂層作為背板內層材料，其優點是耐候性和耐高溫性能相對E層較好。
對于背板內層來講，耐紫外性能也很重要。所以選擇產品已在戶外長期使用的品牌，是十分必要的。
如果選擇含氟涂層作為背板內層，那么為了有效阻擋紫外線并保護中間層PET免受紫外破壞，涂層厚度將非常關鍵。
涂層厚度與紫外線穿透率的關系符合Beer定律，如圖5數據所示，氟碳涂層厚度如果低于10微米，紫外線開始穿透阻隔層到達PET中間層，穿透比率隨厚度減薄而指數級升高。所以即使選用涂覆型背板，涂層的厚度也必須大于10微米，才能起到對PET的有效保護。力學性能測試數據進一步證明，當接受1000-1380小時的紫外照射后，如果內層厚度<10微米，背板斷裂伸長率將顯著下降。一些背板廠商為了降低成本，將背板內層涂層的厚度減至2微米以下(圖6)，這會大大增加背板中間層PET的紫外老化變脆和背板脫層風險。
通過序列老化測試(MAST)對背板材料進行驗證
現有的IEC測試標準還不能很好地模擬戶外實際環境。針對上述現狀，杜邦提出了一種新的組件測試方法，名為“組件加速序列老化測試”(圖7)，包括一系列應用在同一個組件上的應力測試，可以重現不同的背板材料的戶外失效模式。每項應力的測試時間是通過戶外曝曬程度和對戶外組件的分析結果共同決定的。
較傳統測試方法而言，使用組件加速序列老化測試預測組件材料的長期性能準確度更高，其結果與現場觀察的情況大部分一致。
綜上所述，結合各類材料的理論分析和戶外實證經驗來看，不僅需要關注背板外層材料，內層材料的選擇也同樣非常關鍵。外層材料需要具備優異的耐候性(紫外、溫濕度、冷熱應力、化學品腐蝕、風沙磨損等)、機械性能(拉伸強度和斷裂伸長率)和良好的粘接能力，而背板內層材料需要提供可靠的粘接性能、一定的耐候性能和機械性能。
目前的第三方測試僅注重單一老化應力的加嚴測試，并不能很好的反應戶外多老化應力的實際情況，而加速序列老化測試方法可以很好的模擬戶外失效模式，所以在背板材料選擇時，需進行序列老化測試，使組件可靠性得到保障，達到長跑的目的。
來源：索比光伏網
