復(fù)合型太陽(yáng)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(guò)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(huì)選用非氟E層)，所用含氟薄膜主要分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是PVF薄膜(簡(jiǎn)稱(chēng)T膜)，又名聚氟乙烯薄膜，另一類(lèi)是PVDF薄膜(簡(jiǎn)稱(chēng)K膜)，即聚偏氟乙烯薄膜。涂覆型太陽(yáng)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(shù)脂涂料制得，其無(wú)需膠黏劑與復(fù)合型背板相比具有生產(chǎn)周期短、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)。其他類(lèi)型的背板主要是以聚酰胺(俗稱(chēng)尼龍)為材料通過(guò)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(shù)脂涂層業(yè)內(nèi)已有共識(shí)，但并不是所有氟材料都有長(zhǎng)期的戶(hù)外實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，目前經(jīng)過(guò)25年以上戶(hù)外實(shí)際驗(yàn)證的氟材料只有美國(guó)杜邦公司的Tedlar®PVF含氟薄膜以及日本大金公司的Zeffle四氟樹(shù)脂。PVDF薄膜雖然也是含氟材料，但戶(hù)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(lái)源不同，使其在戶(hù)外使用中存在較大不確定性。
PVDF薄膜的由來(lái)
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(jiǎn)稱(chēng)T膜)占據(jù)了市場(chǎng)的主流，各大終端、組件廠也是在這個(gè)時(shí)候認(rèn)識(shí)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(mǎn)足不了市場(chǎng)快速擴(kuò)張的需求，另外杜邦T膜產(chǎn)品售價(jià)較高，促使行業(yè)開(kāi)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(gè)發(fā)展的良好窗口期，2009年左右，法國(guó)阿科瑪公司開(kāi)發(fā)了三層結(jié)構(gòu)的Kynar®PVDF薄膜(簡(jiǎn)稱(chēng)K膜)，并注冊(cè)商標(biāo)KPK®，其產(chǎn)品定價(jià)低于杜邦T膜產(chǎn)品，產(chǎn)能也快速擴(kuò)張，業(yè)內(nèi)客戶(hù)逐漸接受并開(kāi)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(chǎng)預(yù)期，于是工藝更為簡(jiǎn)單的單層PVDF薄膜應(yīng)需而生，同樣簡(jiǎn)稱(chēng)為K膜，成本隨工藝簡(jiǎn)化大幅降低，受市場(chǎng)擴(kuò)張及低成本需求影響，韓國(guó)，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(chǎng)。時(shí)間來(lái)到2014年，中國(guó)部分企業(yè)察覺(jué)商機(jī)也紛紛加入到單層K膜生產(chǎn)行列，以更低的價(jià)格博取市場(chǎng)的青睞，但由于質(zhì)量還無(wú)法達(dá)到進(jìn)口K膜水平，遲遲未被市場(chǎng)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(lèi)復(fù)合背板整體市占率接近50%，憑借低廉的價(jià)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(jiǎn)稱(chēng)PMMA，俗稱(chēng)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(chǎng)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(duì)簡(jiǎn)單。
PVDF薄膜的性能隱患
1.斷裂伸長(zhǎng)率
PVDF中加入大量PMMA后會(huì)影響薄膜的抗老化性能，主要表現(xiàn)為斷裂伸長(zhǎng)率低，一般低于30%。為了彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，個(gè)別廠家在配方中添加彈性體以達(dá)到更高的測(cè)試結(jié)果。通過(guò)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(méi)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(wèn)題，面臨著巨大的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。如下圖1、圖2摘自杜邦(中國(guó))研發(fā)中心論文《光伏背板加速老化測(cè)試方法研究及相關(guān)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展》。
2.結(jié)構(gòu)與厚度
法國(guó)阿科瑪公司研發(fā)生產(chǎn)的三層K膜產(chǎn)品標(biāo)稱(chēng)厚度為30um,韓國(guó)和日本為主進(jìn)口的單層K膜產(chǎn)品標(biāo)稱(chēng)厚度為25um,隨著市場(chǎng)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(gè)別廠家甚至降至15-18um。結(jié)構(gòu)和厚度的變化差異勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致PVDF薄膜本身性能不穩(wěn)定和在太陽(yáng)能電池組件端應(yīng)用的一系列問(wèn)題，同樣到背板生產(chǎn)復(fù)合端也會(huì)出現(xiàn)K膜開(kāi)裂和針孔等一系列生產(chǎn)問(wèn)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(jià)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(huì)每批次檢測(cè)成分，從而不易察覺(jué)。據(jù)某權(quán)威結(jié)構(gòu)檢測(cè)，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(guò)30%后，K膜的耐候性能會(huì)大幅降低，K膜的耐候性能要求PCT等級(jí)達(dá)到96小時(shí)以上，而很多K膜的實(shí)際耐候等級(jí)已經(jīng)降至PCT72小時(shí)以下，更有甚者達(dá)不到PCT48小時(shí)。迫于價(jià)格下行壓力，K膜廠商勢(shì)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(lái)源。
結(jié)語(yǔ)：
2016年以來(lái)隨著光伏行業(yè)成本下行壓力，PVDF薄膜國(guó)產(chǎn)化呼聲越來(lái)越強(qiáng)烈，國(guó)內(nèi)部分一線(xiàn)組件大廠已經(jīng)開(kāi)始把國(guó)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(xiàn)組件大廠堅(jiān)持使用進(jìn)口PVDF薄膜，并愿意付出稍高的成本(進(jìn)口與國(guó)內(nèi)PVDF薄膜價(jià)差在1元/平米左右)堅(jiān)守質(zhì)量底限。光伏市場(chǎng)瞬息萬(wàn)變，唯一不變的是業(yè)內(nèi)同仁對(duì)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(chēng)而已，質(zhì)量一降再降的PVDF薄膜如何應(yīng)對(duì)25年要求不變的質(zhì)保期?度電成本的測(cè)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(duì)于光伏電站投資者而言，測(cè)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(zhǎng)期戶(hù)外實(shí)證并堅(jiān)持品質(zhì)不變的材料才是電站投資回報(bào)的最大保證。
