国产光伏背板氟膜的基础性能研究

无锡市计量测试院 ■ 鲍军

国家太阳能光伏产品质量监督检验中心 ■ 朱晓岗* 刘毅

0 引言

我国的光伏产业在经历了高速发展之后，逐步进入到理性发展阶段，产业进入整合升级的关键时期[1]。

背板位于光伏组件的背面，对电池起保护和支撑的作用，也对组件在户外的可靠性和耐久性起着关键作用[2-3]。氟膜作为光伏背板的重要组成部分，是保证背板在户外25年使用寿命的重要保障。在经历长时间的技术攻关和沉淀后，氟膜进入到全面国产化的阶段，目前已有多家企业具备大规模生产国产氟膜——PVDF膜的能力。进口氟膜——PVF膜已具备多年户外使用的经验，而PVDF膜能否完全替代PVF膜，是电站终端企业关注的问题。

笔者收集了目前市场上常见的11款国产PVDF膜与1款进口PVF膜，从物料成分和影响组件发电效率的基础性能入手，探讨了PVDF膜与PVF膜的质量状况，并比较了PVDF膜与PVF膜之间的差距。为掌握行业总体质量状况，以及对终端企业降本选材，进一步提高行业整体质量提供借鉴。

1 试验

1.1 试验样品

试验所用氧膜样品共12款，其中PVF膜1款，编号为1#；市场上常见的PVDF膜11款，编号为2#～12#。2种氟膜样品的标称厚度如表1所示。

表1 2种氟膜样品的标称厚度

1.2 试验设备

试验所用设备包括：铂金埃尔默股份有限公司生产的PerkinElmer 1050型紫外、可见光分光光度计；美国Mocon公司生产的氧气透过率试验仪(3/61)；铂金埃尔默股份有限公司生产的型号为TGA800-SQ8T-HS40的热重-气质联用仪；美国戴安公司生产的型号为ICS-3000的离子色谱仪；上海将来实验设备有限公司生产的LS落砂耐磨实验机；上海六菱仪器厂生产的型号为CH-1-ST的测厚仪。

1.3 试验方法

1)氟膜材料厚度：按照GB/T 13542.2-2009《电气绝缘用薄膜 第2部分：试验方法》[4]中的规定进行测试，数据结果取中值。

2)氟含量：按照GB/T 36289.2-2018《晶体硅太阳电池组件用绝缘薄膜 第2部分：氟塑料薄膜》[5]中的规定，采用燃烧瓶-离子色谱外标法进行测试。其中，试剂的要求为：氟标准溶液1.0 mg/mL；去离子水的电导率≤0.056 μs/cm；0.5%NaOH吸收液。

3)灰分含量：采用TGA法进行测试，以氮气作为测试用载气，温度为800 ℃。

4)落砂试验：按照 GB/T 23988-2009《涂料耐磨性测定 落砂法》[6]进行测试。

5)氧气透过率：按照GB/T 19789-2005《包装材料 塑料薄膜和薄片氧气透过性试验 库仑计检测法》[7]进行测试，测试温度为38 ℃，相对湿度为20%，测试周期为4个循环。

6)透光率和反射率：按照ISO 9050-2003[8]进行测试，透光率测试波段为紫外光区间280～400 nm，反射率测试波段为380～1100 nm。

2 结果与分析

2.1 氟膜材料厚度

12款氟膜材料厚度的测试结果如表2所示。可以看出，目前，市场上提供的大多数PVDF膜和PVF膜的厚度均为正公差，可以满足大多数业主的需求。

表2 12款氟膜的厚度

2.2 氟含量

氟膜是确保含氟背板25年使用寿命的重要保障，而氟树脂是氟膜的主要组成部分，是确保氟膜品质的关键。

图1为12款氟膜的氟含量情况。从图中可以发现，11款PVDF膜中大多数氟含量小于40%，仅有4款PVDF膜的氟含量高于40%；PVF膜的氟含量仅为27.08%，这是由于PVF的分子结构与PVDF的相比存在天然的劣势，所以PVF膜中的氟含量较低。按照经验公式将PVF膜中氟含量换算成PVDF膜情况下的含量，计算方式为：PVF膜中氟含量×0.59÷0.41，结果为38.97%。由此可知，PVF膜中的氟含量与大多数国产PVDF膜一样，不足40%。

图1 12款氟膜的氟含量情况

2.3 灰分含量

一般认为氟膜经过高温燃烧后的灰分残留物为无机的钛白粉(TiO2)。TiO2由于粒径小、活性大，既能吸收紫外线，又能反射、散射紫外线，从而对紫外线有更强的阻隔能力，可保证氟膜长期有效的工作，保护PET和胶水不因受紫外线破坏而失效。因此，灰分的含量是衡量氟膜品质的一个重要指标。12款氟膜中灰分含量的测试结果如图2所示。

图2 12款氟膜中的灰分含量情况

由图2可以看出，1# PVF膜样品中的灰分含量远高于其他产品，达到了24.01%；大部分PVDF膜的灰分含量在12%～14%之间，而氟含量较高的4#、11#和12# PVDF膜样品的灰分含量较低。

2.4 落砂试验

落砂试验是测试氟膜耐磨性能的一种简单而有效的方法。耐磨性能的高低直接影响到氟膜在西部地区抵御风沙的能力，所以，大多数终端企业要求氟膜拥有优秀的耐磨性能。图3为12款氟膜在落砂试验中最终的落砂量情况，落砂量越高，氟膜的耐磨性能越好。

图3 12款氟膜的落砂量情况

由图3可知，大部分 PVDF膜的落砂量比PVF膜的高，说明PVDF膜的耐磨性能较好，这与氟膜的属性有一定关系。从图中还可以看出，氟膜的厚度直接影响了氟膜的耐磨性能，氟膜越厚，耐磨性能越好。

图4为12款氟膜的单位厚度落砂量情况。

图4 12款氟膜的单位厚度落砂量情况

由图4可知，氟膜越厚，其单位厚度的落砂量越高；相同厚度的PVDF膜，不同样品间单位厚度落砂量也存在较大差异，这说明企业可以通过改进工艺和配方来提高PVDF膜的耐磨能力。

2.5 氧气透过率

图5为12款氟膜的单位厚度氧气透过率测试数据。由图可知，氟膜越厚，其阻隔氧气透过的能力越强；在相同氟膜厚度的情况下(样品1#和12#)，PVF膜的单位厚度氧气透过率明显低于PVDF膜，说明PVF膜具有较高的阻隔氧气透过的能力；PVDF膜在增加厚度的情况下可以做到与PVF膜相同的阻隔能力。

图5 12款氟膜的单位厚度氧气透过率情况

2.6 紫外波段透光率

图6为12款氟膜的紫外波段透光率情况。由图可知，PVDF膜与PVF膜均有较好的紫外波段阻隔能力，紫外线透光率均很低；PVF膜紫外线阻隔能力优于PVDF膜。图中还可以看出，紫外线阻隔能力与氟膜厚度有明显关系，PVDF膜在增加厚度的情况下，其紫外线阻隔能力可以超过PVF膜。

图6 12款氟膜的紫外波段透光率情况

2.7 反射率

图7为12款氟膜在可见光波段(380～1100 nm)的反射率情况。由图可知，在反射率方面，PVDF膜优于PVF膜，部分PVDF膜的反射率在70%左右；反射率最高的是氟膜标称厚度为48 μm的PVDF膜。

图7 12款氟膜在可见光波段(380～1100 nm)的反射率情况

3 结论

本文通过对PVDF膜和PVF膜进行测试，得出以下结论：

1)国产PVDF膜的质量水平已接近进口PVF膜，部分PVDF膜的性能优异。

2)随着PVDF膜厚度的增加，其性能有较为明显的提高。氟膜厚度依旧是企业在采购过程中关注的重点。