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  • 光伏背板粘结涂层与封装胶膜粘结力的研究

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      光伏背板粘结涂层与封装胶膜粘结力的研究

      光伏背板位于光伏组件的最外层,对电池片起保护和支撑作用。随着光伏行业的蓬勃发展,光伏背板作为组件重要的封装材料,越来越受到人们的重视。背板主要由3层结构组成,由外到内依次为耐候层、绝缘层、粘结层。近几年,背板的粘结层多为氟碳涂层(氟碳粘结层/粘结涂层)。而从电站反馈的组件中粘结涂层与封装胶膜EVA分层是近几年组件失效的主要问题,氟碳涂层与EVA的粘结性能是决定背板与EVA封装效果的关键因素,有些组件厂家甚至将氟碳涂层与EVA的粘结力标准由原来的40N/cm提高至60N/cm。确定影响背板粘结涂层与EVA粘结力的因素,并有效利用以提高涂层与EVA的粘结力成为众多背板厂家研究的重要课题。

      因氟碳涂层与EVA胶膜均会影响粘结力,所以本文从EVA胶膜和氟碳涂层的配方这2个方面,研究了影响涂层与EVA粘结力的因素,为制备与EVA胶膜粘结力优良的氟碳涂层提供有益的参考。

      1实验

      1.1实验原料

      氟碳树脂:三氟氯乙烯-乙烯基醚共聚物,长兴化学有限公司;丙烯酸树脂:德谦化学;钛白粉:杜邦;消光粉:5μm,德固赛;阴离子型分散剂:毕克化学;丙烯酸类流平剂:赢创;固化剂HDI三聚体:科思创。

      EVA胶膜A:透明,通用型,国内某公司提供;EVA胶膜B:透明,抗蜗牛纹,国内某公司提供;EVA胶膜C:透明,具有抗PID功能,国内某公司提供;胶膜A、胶膜B、胶膜C放置一段时间备用。

      1.2涂料及涂层样品的制备

      将氟碳树脂、丙烯酸树脂、溶剂、分散剂、钛白粉按一定比例依次加入烧杯中,分散均匀后,导入研磨机进行研磨,控制涂料的细度在5μm以下后出料,得到氟碳涂料的预混物,然后在预混物中加入一定量的消光粉、流平剂进行二次分散,分散均匀后得到氟碳涂料。

      将氟碳涂料、固化剂、溶剂按一定比例倒入烧杯,混合均匀后得到背板粘结层用氟碳涂料,将该涂料用丝棒涂布于电晕后的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材上,干燥、熟化后得到太阳能背板用的粘结层。

      1.3性能测试

      背板与EVA的粘结力按照GB/T2790—1995的规定测试。

      EVA胶膜的交联度按照萃取法[6]测试。

      2结果与讨论

      2.1 EVA胶膜对涂层与EVA粘结力的影响

      EVA胶膜是电池组件重要的封装材料,随着近几年对EVA胶膜的功能要求越来越多,除常规的胶膜A外,还出现了抗蜗牛纹胶膜B、抗PID功能的胶膜C,因此本文对这3种封装胶膜进行研究。

      2.1.1EVA胶膜的种类对涂层与EVA粘结力的影响

      在不同的层压时间下,3种胶膜与涂层的粘结力如图1所示。

      图1不同层压时间3种胶膜粘结力的变化

      由图1可见,在不同的层压时间下,3种胶膜与涂层粘结力均呈现先增大后降低的趋势,3种胶膜的最佳层压时间均为11min,且在该条件下,A、B胶膜与涂层的粘结力优于C。

      不同层压时间下,3种胶膜的交联度如图2所示。

      图2不同层压时间3种胶膜交联度的变化

      由图2可见,在层压7min时,胶膜C的交联度高于A、B的交联度,时间延长至11min,胶膜A、B反应速率快速增加,交联度超过C的交联度,该变化趋势同胶膜与涂层的粘结力相对应,即交联度越大,胶膜与涂层的粘结力越大,所以在最佳层压时间11min时,胶膜A、B与涂层的粘结力优于C。

      2.1.2EVA胶膜放置不同时间对涂层与EVA粘结力的影响

      在密封不良的情况下,放置一段时间后,涂层与EVA胶膜的粘结力如图3所示。

      图3胶膜放置时间对涂层与胶膜粘结力的影响

      由图3可见,随着EVA胶膜放置时间的延长,3种EVA胶膜与涂层的粘结力均呈现震荡下降的趋势。因胶膜A、B的粘结性能相当且均优于C,本文选用胶膜A的硫化曲线研究EVA胶膜放置不同时间对涂层与EVA粘结力的影响,分析胶膜粘结力衰减的原因。胶膜的硫化曲线如图4所示。

      图4新旧胶膜的硫化曲线

      由图4可见,随着放置时间的延长,胶膜的最大扭矩越来越小,放置6个月的胶膜最大扭矩变化不大,但放置9个月后,胶膜的扭矩明显降低,即旧胶膜的交联程度明显下降,因此胶膜放置一段时间后,涂层与EVA的粘结力下降。新购胶膜,若存放不严密的情况下应该在6个月内用完。

      2.2涂料配方对涂层与EVA粘结力的影响

      涂层配方中主要含有树脂和颜填料,各成分及含量的差异会影响涂层与EVA的粘结力。

      2.2.1氟碳与丙烯酸树脂的质量比对涂层与EVA粘结力的影响

      粘结涂层中含有氟碳树脂,但是氟碳树脂的表面能低,为提高涂层与EVA的粘结性能,常添加丙烯酸树脂来改性。氟碳树脂与丙烯酸树脂质量比对涂层与EVA粘结力的影响如图5所示。

      图5树脂质量比对涂层与EVA粘结力的影响

      由图5可见,随着丙烯酸树脂添加比例的提高,涂层与EVA胶膜的粘结力逐渐增大,这主要是因为丙烯酸树脂中含有与EVA粘结力良好的极性基团,当丙烯酸树脂含量增大时,涂层中极性基团的数量增多,从而增大了涂层与EVA的粘结力。但随着丙烯酸树脂的比例增大至1∶2时,粘结力的增幅变缓,此外,随着丙烯酸树脂的增多,涂层的耐候性会下降。因此选择氟碳与丙烯酸的质量比为1∶1为宜。

      2.2.2消光粉类型和含量对涂层与EVA粘结力的影响

      氟碳涂料中往往添加消光粉来调整涂层的光泽,但现有的消光粉有经表面处理及未经表面处理的,为提高涂层与EVA的粘结力,考察了这2种消光粉用量对涂层与EVA粘结力的影响,结果如图6所示。

      图6消光粉对涂层与EVA粘结力的影响

      由图6可见,随着消光粉含量的增加,涂层与EVA的粘结力均下降,2种消光粉相比,经过表面处理的消光粉比未经表面处理的消光粉制备的涂层与EVA的粘结力降低较快,原因是经过表面处理的消光粉表面有聚乙烯蜡,该物质会在层压时与EVA形成弱界面层,降低涂层与EVA的粘结力。为保证涂层与EVA的粘结力,应选择表面未处理的消光粉,且消光粉的含量应在3%以下。

      2.3涂层厚度对涂层与EVA粘结力的影响

      氟碳涂层的厚度对涂层与EVA粘结力的影响如图7所示。

      图7涂层厚度对涂层与EVA粘结力的影响

      由图7可见,涂层的厚度越厚,涂层与EVA的粘结力越大,当涂层的厚度大于6.5μm时,涂层与EVA的粘结力增幅变缓。不同厚度的涂层表面形貌如图8所示。

      图8不同厚度的涂层表面形貌

      由图8可以看出,涂层越厚,裸露的无机颗粒越少。因此涂层中起粘结作用的树脂与EVA的接触越充分,涂层与EVA的粘结力越大,当涂层的厚度增加为6.5μm,大于消光粉的粒径5μm时,涂层中树脂与EVA的接触面积趋于饱和状态,再继续增加涂层的厚度,涂层与EVA的粘结力增幅变缓。考虑到颜填料粒径的影响,涂层的厚度优选6.5~7.5μm。

      3结语

      (1)3种胶膜(通用型A、抗PID功能B、抗蜗牛纹功能C)与同一涂层层压后的交联程度不同,致使粘结力不同,胶膜A与B粘结性能相当,均优于胶膜C。

      (2)胶膜在放置过程中会降低涂层与胶膜的粘结力,本实验中胶膜密封不良存放的情况下,应在6个月内用完。

      (3)涂料中选用氟碳与丙烯酸2种树脂混拼,丙烯酸树脂含量的增加,会增大涂层与EVA的粘结力,本实验中氟碳与丙烯酸的质量比为1∶1,粘结力值趋于稳定。

      (4)涂料中添加消光粉时,最好选用未经有机蜡表面处理的二氧化硅,且其含量应在3%以下。

      (5)涂层的厚度选取应大于涂料中颜填料的粒径,如果颜填料的粒径为5μm,优选涂层的厚度为6.5~7.5μm。