背板環(huán)境老化測(cè)試分析之系列—黃變篇

市場(chǎng)上常見(jiàn)的背板類(lèi)型有復(fù)合型、涂覆型和共擠型三類(lèi)，如表1所示。

表1 市場(chǎng)上常見(jiàn)的背板

背板類(lèi)型背板結(jié)構(gòu)描述

復(fù)合型TPT/ET：美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)的特能® （Tedlar®）膜，其成分為PVF（聚氟乙烯）

KPK/EK：特指法國(guó)阿克瑪生產(chǎn)的PVDF（聚偏氟乙烯）膜，另外還有一些PVDF膜的生產(chǎn)商，如韓國(guó)SKC等，目前也有部分國(guó)產(chǎn)PVDF膜應(yīng)用于光伏背板上

APAA：即PA，聚酰胺材質(zhì)，俗稱(chēng)尼龍

涂覆型CPCC：Coating的縮寫(xiě)，指的是氟碳涂料，主要成分為FEVE（氟烯烴-乙烯基醚共聚物）、PVDF（聚偏氟乙烯）、ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）等氟碳樹(shù)脂

共擠型AAA即PA/PA/PA，三層聚酰胺

注：由于氟碳化合物中C-F鍵鍵能高，在紫外輻照下也不易斷裂，所以含氟背板較非氟背板具有更好的耐紫外等耐候性能

針對(duì)背板材料的耐候性能，IEC有專(zhuān)門(mén)的測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，如紫外老化，濕熱老化（85度，85%濕度），濕凍試驗(yàn)（HF，-40度至+85度，85%濕度），溫度循環(huán)（TC，-40度至+85度）等。然而依據(jù)IEC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)背板材料進(jìn)行測(cè)試時(shí)，我們研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，多數(shù)背板都無(wú)明顯破壞現(xiàn)象，與組件戶(hù)外25年的表現(xiàn)，甚至10年的表現(xiàn)出入較大，致使我們無(wú)法對(duì)不同的背板的性能進(jìn)行區(qū)分和合理地評(píng)價(jià)。因此，我們研發(fā)團(tuán)隊(duì)決定以IEC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，進(jìn)行擴(kuò)展測(cè)試。據(jù)此，我們從兩方面對(duì)背板材料展開(kāi)了耐候性測(cè)試，【1】在原有IEC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)行加倍；【2】整合多個(gè)IEC測(cè)試項(xiàng)目，進(jìn)行序列老化測(cè)試。

我們選取市場(chǎng)上主流的TPA、KPK、KPE、CPC、AAA幾種類(lèi)型的背板作為測(cè)試對(duì)象，測(cè)試結(jié)束后，我們以各背板的黃變指數(shù)作為材料優(yōu)劣的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，也作為測(cè)試項(xiàng)目嚴(yán)苛程度的判定依據(jù)。

一、 針對(duì)單個(gè)IEC測(cè)試項(xiàng)目的加倍測(cè)試，

進(jìn)行了濕熱1500h（1.5倍的IEC標(biāo)準(zhǔn)）、濕熱2000h（2倍的IEC標(biāo)準(zhǔn)）、UV150kWh/m2三項(xiàng)試驗(yàn)。

濕熱老化（85度，85%濕度）：在濕熱1500h后，涂覆型背板的內(nèi)層和外層，以及KPE背板的內(nèi)層E層，即已發(fā)生不同程度的黃變（如圖1）。至濕熱2000h時(shí)，多數(shù)背板的內(nèi)層及外層黃變程度均有加深，尤其是涂覆型背板的內(nèi)層，以及KPE背板內(nèi)層E層。TPA背板的內(nèi)層A層及AAA背板內(nèi)外層在濕熱老化過(guò)程中有輕微黃變（不明顯）；個(gè)別PVDF膜表現(xiàn)較差，如試驗(yàn)中的背板KPE的外層PVDF，在濕熱老化至2000h時(shí)，也發(fā)生了明顯黃變；而特能® （Tedlar®）膜，在濕熱老化過(guò)程中無(wú)明顯黃變現(xiàn)象。總體而言，濕熱老化過(guò)程中，涂覆型背板的涂層（尤其是內(nèi)層涂層）較氟膜PVDF膜和特能® （Tedlar®）膜，以及AAA（聚酰胺）更容易發(fā)生黃變。

圖1.濕熱老化過(guò)程中各背板黃變情況

UV150kWh/m2（60℃-試驗(yàn)箱內(nèi)空氣溫度，輻照度45W/m2）：UV試驗(yàn)時(shí)，背板外層對(duì)著紫外燈。在UV150kWh/m2后（圖2），涂覆型背板的內(nèi)層和外層均發(fā)生了顯著黃變；個(gè)別PVDF膜，如試驗(yàn)的KPK背板的內(nèi)層PVDF層，也發(fā)生了顯著黃變；而特能® （Tedlar®）膜和較好的PVDF膜，無(wú)明顯黃變；KPE內(nèi)層E層及AAA背板，也無(wú)明顯黃變。之所以背板外層對(duì)著紫外燈，而背板內(nèi)層仍然發(fā)生黃變，是由于試驗(yàn)箱中，紫外燈燈管沿箱子一側(cè)的箱壁從上之下依次裝配，背板材料只能也采取外層面向紫外燈管從上至下依次懸掛放置，而背板另一側(cè)的箱壁（不銹鋼制作）會(huì)不可避免反射紫外線(xiàn)至背板的內(nèi)層，如此造成背板內(nèi)層黃變現(xiàn)象的發(fā)生?？傮w而言，加強(qiáng)UV輻照下，涂覆型背板的涂層和一些PVDF膜，容易發(fā)生黃變，特能® （Tedlar®）膜則表現(xiàn)較好。

圖2.UV150kWh/m2后，各背板黃變情況

二、 序列老化測(cè)試

進(jìn)行了TC200+HF40和UV30kWh/m2+TC100+HF20兩項(xiàng)試驗(yàn)。

TC200+HF40：經(jīng)過(guò)TC200+HF40擴(kuò)展序列測(cè)試后（圖3），涂覆型背板的內(nèi)層發(fā)生了比較明顯的黃變，而外層涂層黃變程度相對(duì)較輕，但△b仍接近2；復(fù)合型背板，無(wú)論是氟膜PVDF或特能® （Tedlar®），還是內(nèi)層E層，均無(wú)明顯黃變；而TPA的A層，以及AAA的外層，均發(fā)生了輕微的黃變（不明顯）?？傮w而言，擴(kuò)展的高低溫序列測(cè)試，只有涂覆型背板的內(nèi)涂層發(fā)生了一定程度的黃變。

圖3. TC200+HF40后，各背板黃變情況

UV30kWh/m2+TC100+HF20：IEC標(biāo)準(zhǔn)中，針對(duì)組件的序列測(cè)試，有UV15KWh/m2 +TC50+HF10序列測(cè)試項(xiàng)目，我們進(jìn)行的這項(xiàng)擴(kuò)展序列測(cè)試，相當(dāng)于2倍的IEC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)時(shí)，首先對(duì)背板（外層對(duì)著紫外燈管）進(jìn)行30kWh/m2的UV輻照，接著進(jìn)行TC50+HF10，再進(jìn)行TC50+HF10。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)（圖4），涂覆型背板的內(nèi)層和外層均發(fā)生了明顯黃變；復(fù)合型背板中，特能® （Tedlar®）膜只有輕微黃變（不明顯），而PVDF膜則發(fā)生了顯著黃變；AAA也發(fā)生了一定程度的黃變；盡管是背板外層對(duì)著紫外燈，來(lái)自箱壁反射的紫外線(xiàn)也造成了KPE的內(nèi)層E層，TPA的內(nèi)層A層發(fā)生了不同程度的黃變。與TC200+HF40的結(jié)果對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，在TC+HF之前加上UV輻照，在縮短TC+HF序列測(cè)試強(qiáng)度后，背板黃變程度反而更加嚴(yán)重，甚至超過(guò)了UV150kWh/m2輻照完后背板的黃變程度，表明UV+TC+HF對(duì)背板耐黃變性能的檢測(cè)力度要高于單純的加強(qiáng)UV輻照和單純的加強(qiáng)TC+HF序列測(cè)試。

圖4 UV30kWh/m2+TC100+HF20后，各背板黃變情況

綜合以上試驗(yàn)結(jié)果，可以看出，無(wú)論是單純的濕熱老化、UV輻照，還是序列測(cè)試TC+HF，包括嚴(yán)苛的綜合序列測(cè)試UV+TC+HF，涂覆型背板的涂層較復(fù)合型背板的特能® （Tedlar®）膜，PVDF膜，以及A（聚酰胺）膜更易于發(fā)生黃變；在較嚴(yán)苛的UV+TC+HF綜合序列測(cè)試下，PVDF膜及AAA（聚酰胺）也發(fā)生了明顯黃變，而特能® （Tedlar®）膜則仍然無(wú)顯著黃變（輕微，不明顯）。相對(duì)而言，整合UV測(cè)試和TC+HF序列測(cè)試的UV+TC+HF綜合序列測(cè)試，比單純的加強(qiáng)UV輻照及單純的加強(qiáng)TC+HF測(cè)試，能更有效更快速地區(qū)分不同類(lèi)型背板的耐黃變性能，特別適用于組件廠(chǎng)家快速地對(duì)背板材料的性能進(jìn)行評(píng)判。

綜合性表現(xiàn)來(lái)看，特能® （Tedlar®）膜表現(xiàn)得分最高，不同廠(chǎng)家的PVDF膜由于F含量不一而表現(xiàn)各異，有光澤度保持較好，亦有黃變較嚴(yán)重的現(xiàn)象。

此外，我們也進(jìn)行了UV+HF序列測(cè)試，發(fā)現(xiàn)進(jìn)行完UV60kWh/m2+HF10序列測(cè)試后，多種背板出現(xiàn)不同尋常的黃變，這一測(cè)試方法有待進(jìn)一步的研究。具體是何種測(cè)試方法可以在最短時(shí)間內(nèi)最大化模擬出背板戶(hù)外黃變情況還需再驗(yàn)證。