复合型光伏背板产品的产品构造及技术分析

1/7复合型光伏背板产品的产品构造及技术分析背板产品是一种结构定型，但材料要求非常苛刻、生产过程控制要求严格的产品，下面就从几个方面对背板产品做一概论。一、背板产品的构造：除特殊要求外，背板产品的构成均为三层结构，由不同的膜材料构成，在产品中起到不同的作用。其中，中间层为PET材料，在背板中做为支撑材料，起到绝缘作用以保护晶硅电池片，其材料的特殊要求，就是比普通PET要有更好的耐侯性及低热缩率，目前仅有少数公司可以生产。在外层为含氟薄膜，主要由国外四家公司生产，其主要作用就是保护中层PET材料，以达到抗老化作用，确保其使用年限（仅PET材料只能使用5-8年，达不到光伏组件25年的使用要求），在所有高分子材料中是众所周知的耐侯性最佳产品。其缺点就是价格高昂，同时不易粘接，全球许多大型材料公司做了多年的材料研究，寻找可替代产品，但目前尚未找到理想的替代品。除了KPK,TPT这种类型背板外，为了适应用户不断降低成本的要求，还要确保一定的使用年限，因此，国外率先开发了TPE,KPE结构的背板，将背板中用与EVA粘合的一面改成EVA膜或PE膜，以降低材料成本，因其粘合在组件里面，不接触空气，仅有正面电池间隙漏过的部分光线对其有老化作用，故此虽然在一定程度上降低了使用年限，但在非特别关键的组件上客户还是愿意使用的。超白钢化玻璃EVA胶膜晶硅电池片EVA胶膜层压形成组件含氟膜或PE、EVA膜PET含氟膜2/7二、生产工艺特点及粘接要求：三层材料组成的复合膜，其生产过程就是选用合适的粘合剂体系，经过专用的涂布复合设备来制成，其重点就在于以下两项：1、生产设备及工艺参数：背板制造过程中，需要将配制好的粘合剂均匀涂布在PET上，经过干燥过程除去稀释溶剂，在复合后，对粘合剂在一定条件下熟化即可形成背板。其中控制难点主要是以下两项：○1、涂布方式：要求厚度均匀，以保证粘接效果。目前我公司采用的定量挤压式涂布方式，是目前涂布行业最先进的方式，因其涂布物料采用定量并由PLC进行自控，不受环境温度影响，涂布精度高，故而在高精度涂布的产品中得以应用，远比常规的凹版涂布方式和逗号刮刀方式精确。○2、干燥过程控制是涂布生产的关键，否则溶剂残留过多，会引起背板双85老化测试中起泡，分层，从而影响使用寿命，其重点是由涂布生产中各项工艺参数综合平衡来控制的。目前我公司产品亦已经过多家公司的双85测试，未发现有起泡现象，无残留溶剂，说明我们工艺过程控制参数是完全合格的。2、粘接体系：影响质量的另一项重点就是粘接体系。由粘合剂体系作用于两层膜的界面之前粘接在一起而形成，其效果同样由两大类因素影响。①粘接物料体系：粘接物料体系由粘合剂，稀释溶剂及部份填加的助剂形成。其主体是粘合剂的作用。目前国内外背板企业选用的粘合剂体系基本上均为双组份聚氨酯体系，因其既要有优异的抗UV，耐水解等抗老化要求，又要对难粘接的含氟膜有良好的粘接性，故目前全球也仅有几家专业的粘合剂公司可以生产，目前我公司选用的是与世界主流背板生产厂家同一款粘合剂，在背板行业有多年的成熟使用经验。粘接体系中影响剥离强度的另一因素，就是稀释溶剂，常规选用的为:乙酸乙酯，酮类等，但对其纯度要求极高，因为其中所含的水份，醇类等羟基（-OH）3/7杂质会与粘合剂中固化剂所含有的异氰酸根（-NCO）发生直接反应，导致粘合剂性能下降，严重的甚至失效，故而虽然溶剂是常规溶剂，但其中对羟基类杂质含量要求必须控制严格，这也是同粘合剂生产公司一样，是使用溶剂行业中的最高标准要求。另一需要注意的是生产过程中的配料过程，操作人员对粘合剂与固化剂配比是否严格按配方要求的比例进行称量，固化剂是否按要求缓慢倒入并搅拌均匀，也直接影响物料质量，否则比例不准也会造成粘接力的下降。②、膜材料的表面性能：粘接的原理是粘合剂作用于两层膜材料的表面，因此除了粘合剂体系要稳定外，膜材料性能也直接影响粘接效果。首先是膜表面处理的因素，目前主流均为电晕处理，甚至需要特定的等离子处理方式，通过高频电火花对膜表面冲击，一方面形成微小凹坑增加粘接的表面积，另一方面将薄膜表面分子的化学键打断，形成与粘合剂中活性链的交联反应，但电晕处理不能过度，否则造成膜表面损坏，同样也会造成粘接性能的下降。故此膜复合前的表面处理极为关键，要求其处理设备（电晕或等离子）运行稳定，放电均匀一致，并达到相应的瓦特密度性，甚至合适的处理深度。我公司对此做了许多试验工作，从电晕电极的材质，电晕辊的材质，放电均匀程度，运行的可靠性等进行对比，并做出相应的设备选型。其次是膜本身的因素，因此行业要求高耐侯性，故此在膜材料中都添加了相应的助剂，以提高其性能，下面就三种膜进行逐一分类比较。PET膜分为半透与白色两类，相对来讲，半透膜要易粘接，而白色膜中添加了各种助剂会影响一定粘接性能，在去年上半年时常州裕兴的白色PET就因为添加助剂不当，引起PET分层，并且助剂由PET表面析出引起大批涂布不润湿斑点，不仅我公司对其PET产品全部退货，同时其它复合类背板公司也发现此问题退货，目前其公司的白色PET仅在涂布类型背板厂家中使用。PVDF薄膜，是难以粘接的物质，尤其是PVDF膜含有双CF键，比杜邦的PVF膜单CF键更难以粘接，同进粘接效果还受膜中助剂成分，成型工艺等因素影响。4/7经过多方测试，其难粘程度顺序为：SKC的PVDF膜＞阿科玛PVDF膜＞杜邦PVF膜，EVA膜或PE膜是TPE,KPE类背板中的薄弱环节，因其本身耐侯性并不理想，但出于对背板产品的成本考虑，将与层压EVA面的膜材料换成PE或EVA膜，以牺牲部分抗老化性能换取成本的降低，这是目前绝大部分中型组件公司的首选，其中PE和EVA产品各有特点。EVA膜因与组件层压用的EVA是同类材料，故粘合性优异，但其耐老化性较差，目前韩国SFC与台湾台虹用的较多，PE膜耐侯性比EVA耐候性稍好，其耐侯性提高同样需改性处理，目前主要是东洋铝业，美国麦迪可，国内的冠日，乐凯和我公司都在使用。对于PE和EVA膜，因其所需要的指标有些是互相矛盾的，制造较难，目前尚无任何公司的产品能满足所有的测试项目，各家均在不断的改进过程中。PE膜产品结构同样为三层结构。目前尚可使用的产品结构如下：上面一层选用LLDPE+抗老化助剂，用于与组件EVA膜粘接，添加助剂的目的是提高其抗UV与抗氧化性能以达到几项老化测试标准。中间层选用HDPE或MDPE，并添加抗老化助剂，做为PE膜提高阻隔及耐热性的支撑体。下面一层应选用纯LLDPE，不填加任何助剂用于与背板生产中与PET粘接，以减慢助剂小分子向表面迁移，延缓对粘合性能造成衰减。在PE膜的生产过程中，选用的哪种牌号的PE树脂，选用哪种助剂均直接影响其材料性能，既要考虑抗老化剂又要考虑助剂迁移，又要平衡生产中助剂形成品核大小，少加或不加分散剂，脱膜剂，流平剂等，对PE膜生产厂家是一项非常高的要求。综上所述，根据各种膜材特点，各型号背板从指标控制上生产的难易程度顺序如下：LLDPE+抗老化助剂HDPE或MDPE+抗老化助剂纯LLDPE5/7KPE（SKC）＞KPE(阿科玛)＞KPK（SKC）＞KPK（阿科玛）三、现阶段我公司存在的问题及原因。1、在年初时，生产的背板产品出现批量层间剥离强度性能下降问题，因信息反馈慢造成了一部分不合格品，后经多方分析原因，将问题集中到溶剂上，并对此送到广州去做了几次样品分析，确认是乙酸乙酯中混入了少量的异丙醇（含OH基团，会与粘合剂体系中的异氰酸根发生反应，造成粘合剂部分失效）。原因是乙酸乙酯公司运输车在换产品品种运输时未按要求清洗干净，为了加强原料控制，我公司紧急采购专用于醇类测试的毛细柱式气相色谱仪，以杜绝以后发生此类问题的可能性，（附件为本次溶剂中异丙醇含量测试报告）。2、在春节后生产中，发现了PE膜层间剥离衰减快的异常现象，通过对整个过程中的各项参数分析对比，并咨询多位有关薄膜方面的专家教授进行确认，判定为常州神力公司的PE膜今年春节后的产品异常，起因为抗老助剂添加不当，其部分助剂小分子迁移到膜表面，引起粘接强度衰减过快，对此已将该公司全部PE膜产品全部退回，并对另一家PE供应商产品进行复检确认，近期经过1个半月的时间对现在生产的产品进行连续监测，从目前反馈数据来看，五一之后生产的产品PE面尚无层间剥离强度衰减问题。3、部分PVDF脱涂分层：在生产中有四个地方会有部分粘合剂涂不到的情况，需要严加控制，如果控制不严格易在后期整理分切时漏检，产生局部PVDF面分层现象A、每卷膜材接头区域，因需要退嘴过接头，会有1-2米的无粘合剂区域，此区域产品在生产过程中规定收卷岗位要全部打掉。B、在接片岗位换卷操作时（一放卷），如操作人员技能不熟悉，接片的直线性不好，在接头过主拖动辊时会引起两侧张力不均匀，形成跳动，或者接片后PET卷材未按要求收紧，切换时产生张力冲击，会引起涂布嘴瞬间脱涂，发生此种问题时需涂布岗位及时做好标记，否则进入下道分切工序时，操作人员不易看出，会发生漏检现象，产品发到客户使用时就会引起投诉，例如：上个月常州中宏公司使用我公司产品时就发现有两块层压好的组件产品出现此现象（注，两块层压板各有10-20cm尾部无粘合剂，分析应为一处脱涂，正好裁切成两块，否则会体现在层压6/7产品的中间位置）。C、在涂布过程中，涂布嘴边缘的粘合剂会顺着嘴下沿有微量流动，时间长了随溶剂挥发，会产生凝结，故在生产过程中，每涂两轴（约2小时）需擦一下涂布嘴，此时要求操作迅速，文件规定整个过程在半分钟内必须完成，如果停车时间长了，在干燥箱中的产品会因烘干过度，而引起粘合剂过分干燥，同样会影响部分粘接力下降。D、由于PET膜表面助剂影响，引起张力改变造成润湿性不良，会有时形成部分区域粘合剂涂布不上，表象就是水点状或长条状的无粘合剂区域（通常称为不润湿点或不润湿条），在PVDF复合后不易看出，分切漏检后也会让用户认为是分层。4、表观不良问题：表观不良，主要反应在PE的表观问题较多（同时也有部分阿科玛膜的质量问题），膜表面有晶点，脏污，灰尘，折皱，厚度不均，纤维等，原因有两个方面，一是膜材本身在问题，另一方面就是生产现场的卫生保持问题，在更换PE膜生产厂家后已有明显改善。5、SKC公司的PVDF薄膜粘接后强度衰减快今年对去年留存的SKC膜生产的产品进行性能复检时，发现PVDF面的剥离强度有明显的衰减现象，为此开始对库存产品做全面的复检工作，从目前检测的情况比较，阿科玛公司的PVDF膜仅有极少部分有些衰减，而SKC公司的膜却有近80%的数量有衰减状况。目前通过与有关膜材料、粘合剂等相关专家探讨，基本认为是其在PVDF成型过程中，为了达到成膜效果，添加了部分PMMA类树脂，同时为了使PMMA产品具有抗老化性能，必须添加适量的助剂，其助剂分子在薄膜中相容性不良，引起小分子迁移到薄膜表面，造成粘结力下降，这种现象是需要一定时间来表现出来，故此去年年底生产的此类产品在今年进行性能复检检测时，才发现有较多的衰减现象，且每批材料的性能表现的有不一致的现象。对此问题我方已经向SKC公司提出，但涉及到其产品配方及工艺调整，并后续测试等，需要较长时间才能解决，在目前其产品状况下，我们使用者只能从其它方面想办法去做部分弥补，但并不能解决根本问题。综上所述，目前我公司产品质量问题最主要是各环节的管理问题，一方面原料进7/7厂检验的过程控制尚需不断完善，检测手段和设备仪器不完备，还不能保证所有进入生产环节的原料均是合格品。另一方面，生产过程中的控制亦需完善，一方面加强员工技能培训，减少生产中人为因素引起的事故损耗，另一方面，需对易出现漏检的问题区域进行改良，杜绝不合格品出厂。产品质量控制是系统性的，需要公司有完善的管理体系，需要有凝聚力、有朝气的企业文化，员工有强烈的主人翁精神，大家齐心协力，各个环节、各位员工共同把关才可以实现的，仅靠几个人是绝对做不出好产品的。以上是我主要从技术角度对背板生产过程及材料特性方面做的分析说明，仅仅是个人的认识，未必很全面，希望能给各位提供部分参考意见。