復(fù)合型太陽能電池背板以中間層PET聚酯薄膜為基礎(chǔ)在內(nèi)外側(cè)通過膠黏劑貼合含氟薄膜制得(部分廠家為降低成本內(nèi)層也會選用非氟E層)，所用含氟薄膜主要分為兩大類，一類是PVF薄膜(簡稱T膜)，又名聚氟乙烯薄膜，另一類是PVDF薄膜(簡稱K膜)，即聚偏氟乙烯薄膜。涂覆型太陽能電池背板也是以中間層PET聚酯薄膜為基礎(chǔ)在內(nèi)外層涂覆含氟樹脂涂料制得，其無需膠黏劑與復(fù)合型背板相比具有生產(chǎn)周期短、性價比高等特點(diǎn)。其他類型的背板主要是以聚酰胺(俗稱尼龍)為材料通過共擠工藝制得。背板內(nèi)外層材料選擇使用含氟薄膜或含氟樹脂涂層業(yè)內(nèi)已有共識，但并不是所有氟材料都有長期的戶外實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，目前經(jīng)過25年以上戶外實(shí)際驗(yàn)證的氟材料只有美國杜邦公司的Tedlar®PVF含氟薄膜以及日本大金公司的Zeffle四氟樹脂。PVDF薄膜雖然也是含氟材料，但戶外實(shí)際應(yīng)用年限較短，且目前能批量生產(chǎn)PVDF薄膜廠家的產(chǎn)品性能表現(xiàn)參差不齊，主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)、厚度、配方不同以及其原材料PVDF和亞克力來源不同，使其在戶外使用中存在較大不確定性。
 

 

　　

　　PVDF薄膜的由來

　　

　　在光伏行業(yè)起步的前些年，光伏背板材料端一直是杜邦的Tedlar®PVF薄膜(簡稱T膜)占據(jù)了市場的主流，各大終端、組件廠也是在這個時候認(rèn)識了T膜這種材料，并且也在實(shí)際的產(chǎn)品中大規(guī)模應(yīng)用。由于杜邦T膜的產(chǎn)能限制，相應(yīng)背板產(chǎn)品滿足不了市場快速擴(kuò)張的需求，另外杜邦T膜產(chǎn)品售價較高，促使行業(yè)開始探索尋求一款低成本的含氟薄膜替代杜邦T膜，這就給了PVDF薄膜一個發(fā)展的良好窗口期，2009年左右，法國阿科瑪公司開發(fā)了三層結(jié)構(gòu)的Kynar®PVDF薄膜(簡稱K膜)，并注冊商標(biāo)KPK®，其產(chǎn)品定價低于杜邦T膜產(chǎn)品，產(chǎn)能也快速擴(kuò)張，業(yè)內(nèi)客戶逐漸接受并開始采用此K膜產(chǎn)品，但由于三層結(jié)構(gòu)的PVDF制作工藝較為復(fù)雜，成本仍然高于市場預(yù)期，于是工藝更為簡單的單層PVDF薄膜應(yīng)需而生，同樣簡稱為K膜，成本隨工藝簡化大幅降低，受市場擴(kuò)張及低成本需求影響，韓國，日本地區(qū)幾家公司迅速加入到單層K膜的生產(chǎn)行列并占領(lǐng)了部分細(xì)分市場。時間來到2014年，中國部分企業(yè)察覺商機(jī)也紛紛加入到單層K膜生產(chǎn)行列，以更低的價格博取市場的青睞，但由于質(zhì)量還無法達(dá)到進(jìn)口K膜水平，遲遲未被市場普遍接受，僅受限應(yīng)用于小型項(xiàng)目或冒充進(jìn)口K膜被采用。截止2016年底K膜類復(fù)合背板整體市占率接近50%，憑借低廉的價格K膜也成為重要的背板復(fù)合材料之一。

　　

　　PVDF薄膜的配方及工藝

　　

　　PVDF是目前使用量第二大的氟塑料，PVDF顆粒自身難以成膜，如若要把PVDF顆粒制成薄膜必須添加其他材料—30%左右的聚甲基丙烯酸甲酯(簡稱PMMA，俗稱亞克力)作為增塑劑以提高其成膜性，加入PMMA后的PVDF在熔融狀態(tài)下更容易成膜。關(guān)于PVDF薄膜的成膜工藝市場上以吹膜和流延兩種成型工藝為主，這兩種工藝在食品、藥品、日用品等包裝材料上有較為成熟的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，因此操作難度與工藝控制相對簡單。

　　

　　PVDF薄膜的性能隱患

　　

　　1.斷裂伸長率

　　

　　PVDF中加入大量PMMA后會影響薄膜的抗老化性能，主要表現(xiàn)為斷裂伸長率低，一般低于30%。為了彌補(bǔ)這個缺陷，個別廠家在配方中添加彈性體以達(dá)到更高的測試結(jié)果。通過這兩種成型工藝制備的薄膜在縱向有不同程度的拉伸，但在橫向的拉伸都很弱或甚至沒有拉伸，造成薄膜橫向機(jī)械性能均較差，這也是目前為止PVDF薄膜從根本上較難解決的問題，面臨著巨大的開裂風(fēng)險。如下圖1、圖2摘自杜邦(中國)研發(fā)中心論文《光伏背板加速老化測試方法研究及相關(guān)國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展》。

　　

　　2.結(jié)構(gòu)與厚度

　　

　　法國阿科瑪公司研發(fā)生產(chǎn)的三層K膜產(chǎn)品標(biāo)稱厚度為30um,韓國和日本為主進(jìn)口的單層K膜產(chǎn)品標(biāo)稱厚度為25um,隨著市場降本需求日趨激烈，K膜廠家紛紛降低產(chǎn)品厚度，三層K膜降至25um，單層K膜降至20um,有個別廠家甚至降至15-18um。結(jié)構(gòu)和厚度的變化差異勢必會導(dǎo)致PVDF薄膜本身性能不穩(wěn)定和在太陽能電池組件端應(yīng)用的一系列問題，同樣到背板生產(chǎn)復(fù)合端也會出現(xiàn)K膜開裂和針孔等一系列生產(chǎn)問題。

　　

　　3.配方

　　

　　從圖3可以看出不同廠家在PVDF薄膜結(jié)構(gòu)上有不同的厚度，層數(shù)，材料用量，但是統(tǒng)一的是都加了大量的亞克力。常規(guī)K膜配方采用70%PVDF加30%亞克力，PVDF遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于亞克力的價格，除采取減薄降本之外，減少PVDF含量并相應(yīng)增加亞克力含量也是隱形降本方法之一，使用方不會每批次檢測成分，從而不易察覺。據(jù)某權(quán)威結(jié)構(gòu)檢測，某些K膜廠家配方比例已經(jīng)實(shí)際變?yōu)楦?0%含量，亞克力含量超過30%后，K膜的耐候性能會大幅降低，K膜的耐候性能要求PCT等級達(dá)到96小時以上，而很多K膜的實(shí)際耐候等級已經(jīng)降至PCT72小時以下，更有甚者達(dá)不到PCT48小時。迫于價格下行壓力，K膜廠商勢必進(jìn)一步調(diào)整配方比例并更換PVDF與亞克力供應(yīng)商，尋求更低成本的原材料來源。

　　

　　結(jié)語：

　　

　　2016年以來隨著光伏行業(yè)成本下行壓力，PVDF薄膜國產(chǎn)化呼聲越來越強(qiáng)烈，國內(nèi)部分一線組件大廠已經(jīng)開始把國產(chǎn)PVDF薄膜錄入合格供應(yīng)商BOM,但仍有質(zhì)量要求較為嚴(yán)格的部分一線組件大廠堅持使用進(jìn)口PVDF薄膜，并愿意付出稍高的成本(進(jìn)口與國內(nèi)PVDF薄膜價差在1元/平米左右)堅守質(zhì)量底限。光伏市場瞬息萬變，唯一不變的是業(yè)內(nèi)同仁對降低度電成本的不懈努力。如今PVDF薄膜隨著結(jié)構(gòu)、厚度和配方的不斷變化已然不是之前的PVDF薄膜，唯一保留的也就是PVDF薄膜的名稱而已，質(zhì)量一降再降的PVDF薄膜如何應(yīng)對25年要求不變的質(zhì)保期?度電成本的測算以及電站投資收益也逐漸停留在草稿上難以實(shí)際兌現(xiàn)。對于光伏電站投資者而言，測算項(xiàng)目收益的前提是選擇最能保障其項(xiàng)目投資收益率的材料，安全可靠基礎(chǔ)上的降本才是真降本，優(yōu)選具有長期戶外實(shí)證并堅持品質(zhì)不變的材料才是電站投資回報的最大保證。