淺析太陽電池背膜國產(chǎn)化及發(fā)展前景

????背膜國產(chǎn)化：光伏大國的必然選擇

????中國光伏產(chǎn)業(yè)在過去幾年經(jīng)歷了高速增長，但也存在諸如盲目投資、惡性競爭、創(chuàng)新力不足等問題。同時，由于技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)和突破，中國光伏產(chǎn)業(yè)正擺脫其高能耗、高污染的形象，展露出較大的發(fā)展?jié)摿Α?009年3月，中國敦煌10MW并網(wǎng)型光伏發(fā)電項目招標(biāo)中，所有投標(biāo)都低于2元/KWh，最低標(biāo)0.69元/KWh，次低標(biāo)1.09元/KWh，這說明中國光伏企業(yè)已具有相當(dāng)?shù)膬r格承受能力和競爭力，在降低光伏發(fā)電成本方面很可能走在全球前列。

????剛剛結(jié)束的哥本哈根氣候變化大會，是全球應(yīng)對氣候變化的一個重要里程碑。隨著未來的碳成本越來越高，以太陽能為代表的新能源替代傳統(tǒng)化石能源成為了必然趨勢。而要加快替代進(jìn)程，對于光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)來說，在不斷提高技術(shù)的同時，更要降低成本。太陽電池組件封裝材料主要包括玻璃、EVA膠膜、邊框、背膜、接線盒、硅膠等，目前除背膜以外的其他封裝材料均已在中國光伏產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)高度國產(chǎn)化，大大降低了太陽電池組件單位發(fā)電功率的制造成本。但是，背膜作為一類重要的太陽電池組件封裝材料，其技術(shù)門檻要求相當(dāng)高，加之相關(guān)原材料長期受到國外氟化工巨頭的專利技術(shù)制約，時至今日其國產(chǎn)化程度仍極低，造成現(xiàn)在國內(nèi)太陽電池組件生產(chǎn)商所采用的背膜大多為國外進(jìn)口產(chǎn)品，價格較高且供貨期不能保證。因此，從降低太陽電池組件單位發(fā)電功率的制造成本角度來講，背膜國產(chǎn)化是中國光伏企業(yè)的必然選擇。

????雙面氟材：高品質(zhì)背膜不可或缺

????太陽電池背膜主要分為含氟背膜與不含氟背膜兩大類。其中含氟背膜又分雙面含氟（如TPT）與單面含氟（如TPE）兩種；而不含氟的背膜則多通過膠粘劑將多層PET膠粘復(fù)合而成。目前，商用晶硅太陽電池組件的使用要求為25年，而背膜作為直接與外環(huán)境大面積接觸的光伏封裝材料，其應(yīng)具備卓越的耐長期老化（濕熱、干熱、紫外）、耐電氣絕緣、水蒸氣阻隔等性能。因此，如果背膜在耐老化、耐絕緣、耐水氣等方面無法滿足太陽電池組件25年的環(huán)境考驗，最終將導(dǎo)致太陽電池的可靠性、穩(wěn)定性與耐久性無法得到保障，使太陽電池板在普通氣候環(huán)境下使用8～10年或在特殊環(huán)境狀況（高原、海島、濕地等）下使用5～8年即出現(xiàn)脫層、龜裂、起泡、黃變等不良，造成電池模塊脫落、電池片滑移、電池有效輸出功率降低等不良，更危險的是電池組件會在較低電壓和電流值的情況下出現(xiàn)電打弧現(xiàn)象，引起電池組件燃燒并促發(fā)火災(zāi)，造成人員安全損害和財產(chǎn)損失。

????研究表明，PET分子主鏈中含有大量的酯基，與水具有很好的親和性，容易產(chǎn)生水增塑，同時即使微量的水分也會導(dǎo)致分子主鏈的降解。PET在濕熱老化過程中老化性能的變化受三個因素影響：結(jié)晶度、水增塑、水解,各因素自始至終都在起作用,不同的環(huán)境和不同的階段內(nèi)各種不同因素起主導(dǎo)作用。老化初期，結(jié)晶為主導(dǎo)因素,它增加楊氏模量、最大拉伸應(yīng)力,但使材料變脆,降低沖擊強(qiáng)度，然后水增塑成為主要因素,它使材料韌性增加,但是很快水解反應(yīng)上升為主要因素,它引起PET大分子鏈斷裂,分子量下降,從而引起機(jī)械性能的破壞。而溫度的升高則會使上述過程明顯加快，因此水和熱是導(dǎo)致PET物理機(jī)械性能急劇下降的主要原因[1]。此外，紫外輻射也會使PET的分子量、強(qiáng)伸度大幅度下降,結(jié)晶度有所提高,從而使材料脆化。

??? 因此，通過膠粘劑將多層PET膠粘復(fù)合而成的不含氟背膜從材料本身特性上就無法滿足商用晶硅太陽電池組件25年的濕熱、干熱、紫外等環(huán)境考驗與使用要求，也就很難適合用于晶硅太陽電池組件的封裝。

????含氟背膜表面的氟材料由于氟元素電負(fù)性大，范德華半徑小，碳氟鍵鍵能極強(qiáng)（高達(dá)485KJ/mol），且其獨特的氟化鏈整體結(jié)構(gòu)中的螺旋形棒狀分子緊密、剛硬、表面平滑，使得氟樹脂的耐候性、耐熱性、耐高低溫性和耐化學(xué)藥品性等各項性能均十分優(yōu)越。氟樹脂的優(yōu)異特性使得含氟材料（氟膜或氟碳涂料）具有優(yōu)異的耐侯性能，可保障長期戶外使用的可靠性。作為對外部環(huán)境與太陽電池內(nèi)部起阻隔作用的背膜，其與外部接觸的空氣面以及與EVA結(jié)合的粘結(jié)面（光照面）遭受著主要的老化作用。然而，由于目前背膜開發(fā)生產(chǎn)企業(yè)考慮到雙面含氟材料給整個背膜生產(chǎn)造成的成本壓力，廠商采用了EVA材料（或其他烯烴聚合物）替代雙面含氟的TPT結(jié)構(gòu)背膜中EVA粘結(jié)面（光照面）的氟材料，從而出現(xiàn)了單面含氟的TPE結(jié)構(gòu)的背膜。此類TPE結(jié)構(gòu)的背膜在與組件封裝用EVA膠膜粘結(jié)后，由于其光照面無含氟材料對背膜的PET主體基材進(jìn)行有效保護(hù)，組件安裝后背膜無法經(jīng)受長期的紫外老化考驗，在幾年之內(nèi)組件就會出現(xiàn)背膜黃變、脆化老化等不良現(xiàn)象，嚴(yán)重影響組件的長期發(fā)電效能，因此單面含氟的TPE結(jié)構(gòu)的背膜是不適用于晶硅太陽電池組件的封裝使用的。

????涂覆型背膜：背膜材料發(fā)展趨勢

????目前，主流的太陽電池背膜多為雙面含氟的復(fù)膠型背膜和涂覆型背膜。復(fù)膠型太陽電池背膜（TPT、KPK等）多是以歐美一些氟化工企業(yè)開發(fā)的PVF或PVDF等氟膜通過膠粘劑與PET基材粘結(jié)復(fù)合而成。復(fù)膠型背膜由于其內(nèi)部PET基材兩面存在膠粘劑，而膠粘劑的質(zhì)量水準(zhǔn)不一，加之復(fù)合工藝良莠不齊，在電池組件戶外長期使用過程中復(fù)合型背膜受濕度與溫度雙重因素的綜合影響，易發(fā)生粘結(jié)膠層水解等損害，最終導(dǎo)致氟膜（PVF或PVDF等）與PET基材的層間剝離，難以滿足電池組件長期的可靠性要求。

????同時，由于制造專利技術(shù)制約和氟膜表面的親水性改性處理技術(shù)等原因，目前PVF和PVDF等氟膜產(chǎn)品還沒有在中國實現(xiàn)國產(chǎn)化。因此，采用PVF或PVDF等氟膜開發(fā)生產(chǎn)雙面含氟太陽電池背膜的中國企業(yè)長期受制于外國氟膜制造商，其背膜制造成本居高不下，且適用于氟膜與PET粘結(jié)的高品質(zhì)膠粘劑多為國外極少數(shù)廠商技術(shù)壟斷，很難進(jìn)口。而國內(nèi)一些背膜生產(chǎn)企業(yè)只能采用一些普通的聚氨酯、環(huán)氧或丙烯酸類膠粘劑，這些膠粘劑容易老化，在性能上無法滿足25年的耐久性要求。

????鑒于復(fù)膠型太陽電池背膜用氟膜未實現(xiàn)國產(chǎn)化的現(xiàn)實情況和背膜內(nèi)部復(fù)合用膠粘劑難以經(jīng)受組件戶外長期使用過程中濕熱老化的考驗，開發(fā)一類不使用膠粘劑的、具有較高一體化程度和具有優(yōu)異長期耐候性能的低成本的高品質(zhì)背膜產(chǎn)品，是目前背膜開發(fā)與技術(shù)發(fā)展的方向和趨勢。

????氟碳涂料經(jīng)過幾十年的快速發(fā)展，在建筑、化學(xué)工業(yè)、電器電子工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、航空航天產(chǎn)業(yè)、家庭用品的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為繼丙烯酸涂料、聚氨酯涂料、有機(jī)硅涂料等高性能涂料之后，綜合性能最高的涂料品種。目前，應(yīng)用比較廣泛的氟樹脂涂料主要有PVDF、CTFE、PTFE三大類型，我國也是繼美國、日本之后第三個擁有氟碳涂料合成技術(shù)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的國家。

??? 以氟樹脂跨國企業(yè)（如日本旭硝子、大金和法國阿科瑪?shù)萚2]）開發(fā)生產(chǎn)的PVDF、CTFE、PTFE樹脂為主體樹脂制備的氟碳涂料，廣泛應(yīng)用于橋梁、大廈、鐵路、通信設(shè)施的表面防護(hù)上，并經(jīng)受了40年以上的戶外嚴(yán)酷考驗，表現(xiàn)出極佳的耐候性能。同時，目前包括低溫等離子體改性技術(shù)、輻照改性技術(shù)、真空等離子體化學(xué)接枝技術(shù)在內(nèi)的材料表面改性技術(shù)已較為成熟。因此，將氟碳涂料、PET表面改性技術(shù)、氟涂層表面改性技術(shù)等應(yīng)用于太陽電池背膜的開發(fā)，從而實現(xiàn)不使用膠粘劑并具有優(yōu)異長期耐候性能的低成本高品質(zhì)涂覆型背膜產(chǎn)品是完全可行的，也是今后背膜材料發(fā)展和國產(chǎn)化的必由之路。

????背膜國產(chǎn)化進(jìn)程：加速推進(jìn)

????當(dāng)前，國內(nèi)背膜產(chǎn)業(yè)還處于起步發(fā)展階段，其開發(fā)生產(chǎn)企業(yè)多分布于中國大陸長三角地區(qū)，開發(fā)的背膜類型主要有復(fù)膠型背膜和涂覆型背膜兩大類。以臺虹、賽伍、樂凱、匯通為代表的背膜企業(yè)主要采取以PVF、PVDF或ETFE等氟膜與PET基材通過膠粘劑粘結(jié)復(fù)合而制備復(fù)膠型背膜，其氟膜基本依賴進(jìn)口，背膜制造成本較高。以蘇州中來、哈氟龍、福斯特等為代表的背膜企業(yè)通過以四氟樹脂（PTFE）或三氟氯乙烯樹脂（CTFE）為主體樹脂的涂料采取涂覆方式與PET基材復(fù)合而開發(fā)制備涂覆型背膜，在背膜成本與技術(shù)方面具有較大優(yōu)勢。

????由于國內(nèi)復(fù)膠型背膜制造企業(yè)在主要原材料和核心技術(shù)方面不具備成本和質(zhì)量的優(yōu)勢，造成產(chǎn)品整體的核心競爭力與利潤空間較低。而蘇州中來公司（Jolywood）通過自主研發(fā)，在PET表面和四氟涂層（FFC）表面分別采取全球首創(chuàng)的等離子體硅鈦化處理技術(shù)和等離子體氟硅氧烷化處理技術(shù)，顯著增加了PET和FFC的表面能和活性化學(xué)基團(tuán)數(shù)量，使PET與FFC之間、FFC與EVA之間不但具有物理吸附，還產(chǎn)生化學(xué)分子的接枝，使得FFC氟涂層與PET結(jié)合力超強(qiáng)，與EVA的粘結(jié)力大幅度提高，經(jīng)過85℃*85%RH2000小時老化測試它們之間不分層不脫層。目前，蘇州中來四氟型太陽電池背膜已通過了TUV、SGS、UL等國際認(rèn)證，并在國內(nèi)外光伏企業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

????2010年1月16日，蘇州中來（Jolywood）公司年產(chǎn)3000萬平方米太陽電池背膜擴(kuò)產(chǎn)項目基地在江蘇省常熟市沙家浜鎮(zhèn)常昆工業(yè)園區(qū)正式破土動工，該生產(chǎn)基地的太陽電池背膜生產(chǎn)能力在亞洲地區(qū)乃至全球可謂絕無僅有，其落成將大大加快高性能太陽電池背膜在中國的國產(chǎn)化進(jìn)程，并徹底打破國外廠商對高性能太陽電池背膜產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)壟斷地位。

????隨著世界經(jīng)濟(jì)形勢的整體向好，中國和世界光伏產(chǎn)業(yè)將迎來新的高速發(fā)展期。同時，2010年歐洲光伏政策的調(diào)整和中國國內(nèi)光伏應(yīng)用市場的啟動使太陽電池組件降低成本勢在必行，我們有理由相信在未來1～2年內(nèi)，中國光伏產(chǎn)業(yè)將實現(xiàn)封裝背膜的國產(chǎn)化，這也將同時從真正意義上實現(xiàn)太陽電池組件應(yīng)用材料的完全國產(chǎn)化。