發布日期：2022-04-17 點擊率：38
光伏電池是將太陽能轉化為電能的重要部件，其主要由鋼化玻璃、晶硅電池片、EVA膠膜、背膜、鋁邊框、接線盒等部件組成。其中，背膜是光伏電池組件封裝的重要材料，對電池片起保護和支撐的作用，要求其具有卓越的耐候性能（耐濕熱、紫外）、電氣絕緣性、水氣阻隔性及尺寸穩定性等性能。
目前主流的光伏背膜為TPT結構，T是最早由杜邦公司開發的PVF（聚氟乙烯）Tedllar，P是PET，由于PVF具有優良的耐紫外性能，而PET具有卓越的電氣絕緣和水氣阻隔性能，因此這種3膜復合的結構能有效保證其25年的使用壽命。但由于PVF膜由杜邦壟斷，成本較高，且供應量有限。
為了打破這一壟斷，阿科瑪、蘇威、3M等公司推出了PVF替代膜PVDF（聚偏氟乙烯），為了進一步降低成本，有些背膜廠商將2層氟膜變成1層以及出現了工藝更簡潔的氟涂層背膜。近年來，為了消除對氟膜的依賴，日本已經開始研制耐候型PET，通過改性PET與普通PET膜的多層復合制備耐候性良好的光伏背膜，此技術已成為日本的主流技術了。
無論是TPT結構、TPE結構（E為乙烯-乙酸乙烯酯共聚物）還是采取涂覆及無氟結構，光伏背膜中都有一項不可缺少的組分PET，由于背板在電池的下面，因此紫外輻射相對較弱，另外對含氟背膜而言，氟膜可以有效地阻擋紫外輻射，故PET膜主要起水氣阻隔和電氣絕緣的作用。
但PET在濕熱環境中易發生降解從而導致脫層、龜裂、氣泡和變黃等現象，最終使光伏電池的輸出功率降低、使用壽命下降。因此對PET濕熱性能的研究將有助于找出提高其耐濕熱性能的方法，目前已有不少學者及光伏相關公司在這方面開展了研究。
1、PET耐濕熱性能研究
1.1、PET濕熱老化機理
PET的濕熱老化過程主要是PET分子鏈在濕熱條件下發生水解及相應聚集態變化的過程。PET主鏈上的酯鍵是聚酯發生濕熱老化的基因，當有水分存在時，PET分子鏈2端活潑的羧基將誘發和加速酯鍵的水解過程，而溫度的升高則會進一步的加速此過程。
濕熱老化初期水分在PET表面吸附，緩慢滲透，由于隨著時間延長，水對PET的刻蝕和溶劑化作用，PET的結晶度逐漸升高，其表面微孔和龜裂增加，與此同時PET分子鏈中酯鍵受到水分子攻擊而發生斷裂，形成分子鏈更短的PET，在水增速的作用下結晶度進一步增加，PET脆性增加，水分向PET內部滲透加速，以上過程不斷重復，最終使PET失去原有的力學性能和水氣阻隔性能。而溫度的升高，一方面加速PET結晶，從而增加其龜裂程度；另外還增加了端羧基的活潑性，加速水解反應的發生。
1.2、提高PET耐濕熱性能方法
由聚酯濕熱老化機理可知，PET分子鏈中的酯鍵和端羧基是水解中的關鍵因素，因此PET耐濕熱性能的提高方式主要有2條路線，一是降低酯鍵的含量；二是減少端羧基的含量。
第一條路線主要是通過聚酯聚合過程中加入第三組分，減少分子鏈中酯鍵的含量，引入耐水解性能更高的化學鍵或物質。如專利CN102898632A公布了在PET聚合過程中引入一定量的聚乙二醇，使其嵌段分布于聚酯分子鏈中，由于聚乙二醇醚鍵結構比酯鍵結構耐水解性更強，因此能提高所得共聚酯的耐水解性能，另外為進一步的提高其耐水解性能，還引入了苯環上含3個取代基的苯甲酸類化合物，在共聚酯中能形成3支鏈結構。東麗在其專利CN101186688A中公布了一種具有優異耐水解性能的阻燃聚酯，由于通常加入磷阻燃成分后，聚酯的耐水解性能會大大降低，該專利在聚合過程加入了萘二酸組分，引入耐水解性能更高的萘基，有效地提高了聚酯的耐水解性能。
此方法不足之處是第三組分的加入一定程度會對聚酯的物理機械性能和加工性能產生影響，因此目前主流的提高聚酯耐水解性能的方法還是通過引入活性基團與聚酯中的端羧基反應形成穩定的基團，從而提高聚酯的耐水解性能。通常可以加入的物質有環氧化合物或碳化二亞胺類化合物。專利CN1312237A公布了一種利用含環氧基和氨基等高分子型封端劑制備的耐水解聚酯。封端劑基準質量分數在（0.05～10%），由于封端劑分子質量相對較高，在熔融混煉過程中不易分解，封端效率更高，因此制備的聚酯具有較高的耐水解性能。
東麗專利CN101955579A公布了一種通過加入含有反應活性官能團的硅烷偶聯劑化合物、碳化二亞胺化合物、噁唑啉化合物中任意一種封端劑制備的耐水解聚酯，其中封端劑質量分數為（0.01～10）%。國外也有不少專利報道采用環氧化合物或碳化二亞胺類化合物作為封端劑制備耐水解聚酯。如美國專利第5763568號、第6974846號專利等。
論文方面魏文良在用于光伏電池背板的抗老化PET薄膜研制一文中選用了臺灣產的F-11和英國產的P-1002種封端劑，試驗結果顯示P-100雖然能制備耐水解老化良好的聚酯，但加工過程中易分解并釋放刺激性氣味的氣體，而F-11不僅能制備耐水解老化性能優良的聚酯，而且加工性能也良好。
從查閱的專利以及相關的論文研究可知環氧化合物或碳化二亞胺類化合物等封端劑屬低分子型，耐熱性能差，在混煉過程中易分解揮發，所以要達相應應用要求就需要添加過量的封端劑，而封端劑的價格較高，這樣就在一定程度上會限制該類封端劑的應用。
1.3、光伏PET背膜濕熱性能表征
目前光伏背膜生產商的耐濕熱性能測試通常是將PET膜在濕熱老化箱中老化一定時間后觀察其外觀變化來考察的，如是否分層、氣泡以及色值b值的變化等。濕熱條件為85℃，85%HＲ，老化時間1000h。為了更進一步地掌握濕熱老化后老化程度和相關性能的變化，學術研究中會在老化不同時間（500h，1000h，1500h，2000h等一系列老化時間）后做其他測試。
如濕熱老化后的力學性能測試、結晶度測試、紅外測試以及表面張力測試等。如唐景、王莉分別在其研究中將光伏背膜在85℃，85%HＲ下濕熱老化500h，1000h，1500h，2000h后，對PET膜進行了力學測試、DSC測試和紅外性能測試，測試結果表明PET膜老化后其力學性能、分子質量及結晶度是相互影響的，結晶度在38%以下時，背膜仍具有良好的保護和支撐性能。
由于多層復合膜中PET膜是與其他膜通過EVA膠膜連接在一起的，膜表面張力的大小則決定了膜間的結合能力大小，因此李茜茜在其研究中還測試了老化后PET膜的表面張力的變化，研究表明濕熱老化500h后，表面張力由48dyn/cm下降至42dyn/cm，1500h則下降至36dyn/cm以下了，表面張力的變化與電暈處理和PET水解有密切關系，初期主要是電暈效果失效導致，后期水解程度增加，PET分子鏈變短，分子結構發生變化，表面張力也就隨之下降了。
2、結語
目前市場上光伏背膜的結構主要分為TPT、TPE、氟涂層以及PET多層復合結構。由于氟膜制備技術主要由國外壟斷，除應用于高端領域會采用氟膜復合外，從成本和應用效果來看，使用氟涂層和PET多層復合結構也是能滿足使用需求。隨著光伏電能在整個能源體系占比的不斷提高，以及應用領域的擴展和不斷細化，對無氟光伏背膜的需求也將進一步提高。
而相較于含氟背膜而言，則對另外2種結構中的PET膜的耐濕熱性能將提出更高的要求。我國已經成為了全球最大的光伏電池組件需求和生產基地，在氟膜技術短期無法攻克的情況下，發展無氟多層PET背膜將是一種趨勢。
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