- 背膜國(guó)產(chǎn)化
- 雙面氟材不可或缺
- 涂覆型背膜成發(fā)展趨勢(shì)
- 2009年3月敦煌投標(biāo)最低標(biāo)0.69元/KWh
背膜國(guó)產(chǎn)化：光伏大國(guó)的必然選擇
中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)在過(guò)去幾年經(jīng)歷了高速增長(zhǎng)，但也存在諸如盲目投資、惡性競(jìng)爭(zhēng)、創(chuàng)新力不足等問(wèn)題。同時(shí)，由于技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)和突破，中國(guó)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(guó)敦煌10MW并網(wǎng)型光伏發(fā)電項(xiàng)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(shuō)明中國(guó)光伏企業(yè)已具有相當(dāng)?shù)膬r(jià)格承受能力和競(jìng)爭(zhēng)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(huì)，是全球應(yīng)對(duì)氣候變化的一個(gè)重要里程碑。隨著未來(lái)的碳成本越來(lái)越高，以太陽(yáng)能為代表的新能源替代傳統(tǒng)化石能源成為了必然趨勢(shì)。而要加快替代進(jìn)程，對(duì)于光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，在不斷提高技術(shù)的同時(shí)，更要降低成本。太陽(yáng)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(guó)光伏產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)高度國(guó)產(chǎn)化，大大降低了太陽(yáng)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(yáng)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(zhǎng)期受到國(guó)外氟化工巨頭的專利技術(shù)制約，時(shí)至今日其國(guó)產(chǎn)化程度仍極低，造成現(xiàn)在國(guó)內(nèi)太陽(yáng)電池組件生產(chǎn)商所采用的背膜大多為國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格較高且供貨期不能保證。因此，從降低太陽(yáng)電池組件單位發(fā)電功率的制造成本角度來(lái)講，背膜國(guó)產(chǎn)化是中國(guó)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(yáng)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(guò)膠粘劑將多層PET膠粘復(fù)合而成。目前，商用晶硅太陽(yáng)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(zhǎng)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(wú)法滿足太陽(yáng)電池組件25年的環(huán)境考驗(yàn)，最終將導(dǎo)致太陽(yáng)電池的可靠性、穩(wěn)定性與耐久性無(wú)法得到保障，使太陽(yáng)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(xiǎn)的是電池組件會(huì)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(cái)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(shí)即使微量的水分也會(huì)導(dǎo)致分子主鏈的降解。PET在濕熱老化過(guò)程中老化性能的變化受三個(gè)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(huì)使上述過(guò)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(huì)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(guò)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(wú)法滿足商用晶硅太陽(yáng)電池組件25年的濕熱、干熱、紫外等環(huán)境考驗(yàn)與使用要求，也就很難適合用于晶硅太陽(yáng)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(dú)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(xiàng)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(zhǎng)期戶外使用的可靠性。作為對(duì)外部環(huán)境與太陽(yáng)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(gè)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(wú)含氟材料對(duì)背膜的PET主體基材進(jìn)行有效保護(hù)，組件安裝后背膜無(wú)法經(jīng)受長(zhǎng)期的紫外老化考驗(yàn)，在幾年之內(nèi)組件就會(huì)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(zhǎng)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(yáng)電池組件的封裝使用的。
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涂覆型背膜：背膜材料發(fā)展趨勢(shì)
目前，主流的太陽(yáng)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(yáng)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(guò)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(zhǎng)期使用過(guò)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(zhǎng)期的可靠性要求。
同時(shí)，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(méi)有在中國(guó)實(shí)現(xiàn)國(guó)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(yáng)電池背膜的中國(guó)企業(yè)長(zhǎng)期受制于外國(guó)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(guó)外極少數(shù)廠商技術(shù)壟斷，很難進(jìn)口。而國(guó)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(wú)法滿足25年的耐久性要求。
鑒于復(fù)膠型太陽(yáng)電池背膜用氟膜未實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的現(xiàn)實(shí)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(zhǎng)期使用過(guò)程中濕熱老化的考驗(yàn)，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(zhǎng)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(shì)。
氟碳涂料經(jīng)過(guò)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(gè)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(guó)也是繼美國(guó)、日本之后第三個(gè)擁有氟碳涂料合成技術(shù)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的國(guó)家。
以氟樹脂跨國(guó)企業(yè)（如日本旭硝子、大金和法國(guó)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(yàn)，表現(xiàn)出極佳的耐候性能。同時(shí)，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(yáng)電池背膜的開發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)不使用膠粘劑并具有優(yōu)異長(zhǎng)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(guó)產(chǎn)化的必由之路。
背膜國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程：加速推進(jìn)
當(dāng)前，國(guó)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(guó)大陸長(zhǎng)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(tái)虹、賽伍、樂(lè)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(guò)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(lái)、哈氟龍、福斯特等為代表的背膜企業(yè)通過(guò)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(shì)。
由于國(guó)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(shì)，造成產(chǎn)品整體的核心競(jìng)爭(zhēng)力與利潤(rùn)空間較低。而蘇州中來(lái)公司（Jolywood）通過(guò)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(guò)85℃*85%RH2000小時(shí)老化測(cè)試它們之間不分層不脫層。目前，蘇州中來(lái)四氟型太陽(yáng)電池背膜已通過(guò)了TUV、SGS、UL等國(guó)際認(rèn)證，并在國(guó)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(lái)（Jolywood）公司年產(chǎn)3000萬(wàn)平方米太陽(yáng)電池背膜擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)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(dòng)工，該生產(chǎn)基地的太陽(yáng)電池背膜生產(chǎn)能力在亞洲地區(qū)乃至全球可謂絕無(wú)僅有，其落成將大大加快高性能太陽(yáng)電池背膜在中國(guó)的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，并徹底打破國(guó)外廠商對(duì)高性能太陽(yáng)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(shì)的整體向好，中國(guó)和世界光伏產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)新的高速發(fā)展期。同時(shí)，2010年歐洲光伏政策的調(diào)整和中國(guó)國(guó)內(nèi)光伏應(yīng)用市場(chǎng)的啟動(dòng)使太陽(yáng)電池組件降低成本勢(shì)在必行，我們有理由相信在未來(lái)1～2年內(nèi)，中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)將實(shí)現(xiàn)封裝背膜的國(guó)產(chǎn)化，這也將同時(shí)從真正意義上實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)電池組件應(yīng)用材料的完全國(guó)產(chǎn)化。
