光伏背板环境老化测试分析系列之黄变篇

目前常规晶体硅光伏组件采取“钢化玻璃/EVA/电池片/EVA/背板”这种夹心结构封装，背板是组件中直接与外界环境接触的封装材料，其性能的优劣直接影响到整个组件的寿命。

市场上常见的背板类型有复合型、涂覆型和共挤型三类，如表1所示。

表1 市场上常见的背板

背板类型背板结构描述

复合型TPT/ET：美国杜邦公司生产的特能® （Tedlar®）膜，其成分为PVF（聚氟乙烯）

KPK/EK：特指法国阿克玛生产的PVDF(聚偏氟乙烯)膜，另外还有一些PVDF膜的生产商，如韩国SKC等，目前也有部分国产PVDF膜应用于光伏背板上

APAA：即PA，聚酰胺材质，俗称尼龙

涂覆型CPCC：Coating的缩写，指的是氟碳涂料，主要成分为FEVE(氟烯烃-乙烯基醚共聚物)、PVDF(聚偏氟乙烯)、ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)等氟碳树脂

共挤型AAA即PA/PA/PA，三层聚酰胺

注：由于氟碳化合物中C-F键键能高，在紫外辐照下也不易断裂，所以含氟背板较非氟背板具有更好的耐紫外等耐候性能

针对背板材料的耐候性能，IEC有专门的测试项目和测试标准，如紫外老化，湿热老化(85度，85%湿度)，湿冻试验(HF，-40度至+85度，85%湿度)，温度循环(TC，-40度至+85度)等。然而依据IEC测试标准对背板材料进行测试时，我们研发团队发现，在试验结束时，多数背板都无明显破坏现象，与组件户外25年的表现，甚至10年的表现出入较大，致使我们无法对不同的背板的性能进行区分和合理地评价。因此，我们研发团队决定以IEC测试标准为基准，进行扩展测试。据此，我们从两方面对背板材料展开了耐候性测试，【1】在原有IEC测试标准上进行加倍;【2】整合多个IEC测试项目，进行序列老化测试。

我们选取市场上主流的TPA、KPK、KPE、CPC、AAA几种类型的背板作为测试对象，测试结束后，我们以各背板的黄变指数作为材料优劣的评判标准，也作为测试项目严苛程度的判定依据。

一、 针对单个IEC测试项目的加倍测试，

进行了湿热1500h(1.5倍的IEC标准)、湿热2000h(2倍的IEC标准)、UV150kWh/m2三项试验。

湿热老化(85度，85%湿度)：在湿热1500h后，涂覆型背板的内层和外层，以及KPE背板的内层E层，即已发生不同程度的黄变(如图1)。至湿热2000h时，多数背板的内层及外层黄变程度均有加深，尤其是涂覆型背板的内层，以及KPE背板内层E层。TPA背板的内层A层及AAA背板内外层在湿热老化过程中有轻微黄变(不明显);个别PVDF膜表现较差，如试验中的背板KPE的外层PVDF，在湿热老化至2000h时，也发生了明显黄变;而特能? (Tedlar?)膜，在湿热老化过程中无明显黄变现象。总体而言，湿热老化过程中，涂覆型背板的涂层(尤其是内层涂层)较氟膜PVDF膜和特能? (Tedlar?)膜，以及AAA(聚酰胺)更容易发生黄变。

图1.湿热老化过程中各背板黄变情况

UV150kWh/m2(60℃-试验箱内空气温度，辐照度45W/m2)：UV试验时，背板外层对着紫外灯。在UV150kWh/m2后(图2)，涂覆型背板的内层和外层均发生了显著黄变;个别PVDF膜，如试验的KPK背板的内层PVDF层，也发生了显著黄变;而特能® (Tedlar®)膜和较好的PVDF膜，无明显黄变;KPE内层E层及AAA背板，也无明显黄变。之所以背板外层对着紫外灯，而背板内层仍然发生黄变，是由于试验箱中，紫外灯灯管沿箱子一侧的箱壁从上之下依次装配，背板材料只能也采取外层面向紫外灯管从上至下依次悬挂放置，而背板另一侧的箱壁(不锈钢制作)会不可避免反射紫外线至背板的内层，如此造成背板内层黄变现象的发生。总体而言，加强UV辐照下，涂覆型背板的涂层和一些PVDF膜，容易发生黄变，特能® (Tedlar®)膜表现较好。

图2.UV150kWh/m2后，各背板黄变情况

二、 序列老化测试

进行了TC200+HF40和UV30kWh/m2+TC100+HF20两项试验。

TC200+HF40：经过TC200+HF40扩展序列测试后(图3)，涂覆型背板的内层发生了比较明显的黄变，而外层涂层黄变程度相对较轻，但△b仍接近2;复合型背板，无论是氟膜PVDF或特能? (Tedlar?)，还是内层E层，均无明显黄变;而TPA的A层，以及AAA的外层，均发生了轻微的黄变(不明显)。总体而言，扩展的高低温序列测试，只有涂覆型背板的内涂层发生了一定程度的黄变。

图3. TC200+HF40后，各背板黄变情况

UV30kWh/m2+TC100+HF20：IEC标准中，针对组件的序列测试，有UV15KWh/m2 +TC50+HF10序列测试项目，我们进行的这项扩展序列测试，相当于2倍的IEC测试标准。试验时，首先对背板(外层对着紫外灯管)进行30kWh/m2的UV辐照，接着进行TC50+HF10，再进行TC50+HF10。试验结束时(图4)，涂覆型背板的内层和外层均发生了明显黄变;复合型背板中，特能? (Tedlar?)膜只有轻微黄变(不明显)，而PVDF膜则发生了显著黄变;AAA也发生了一定程度的黄变;尽管是背板外层对着紫外灯，来自箱壁反射的紫外线也造成了KPE的内层E层，TPA的内层A层发生了不同程度的黄变。与TC200+HF40的结果对比，可以发现，在TC+HF之前加上UV辐照，在缩短TC+HF序列测试强度后，背板黄变程度反而更加严重，甚至超过了UV150kWh/m2辐照完后背板的黄变程度，表明UV+TC+HF对背板耐黄变性能的检测力度要高于单纯的加强UV辐照和单纯的加强TC+HF序列测试。

图4 UV30kWh/m2+TC100+HF20后，各背板黄变情况

综合以上试验结果，可以看出，无论是单纯的湿热老化、UV辐照，还是序列测试TC+HF，包括严苛的综合序列测试UV+TC+HF，涂覆型背板的涂层较复合型背板的特能? (Tedlar?)膜，PVDF膜，以及A(聚酰胺)膜更易于发生黄变;在较严苛的UV+TC+HF综合序列测试下，PVDF膜及AAA(聚酰胺)也发生了明显黄变，而特能® (Tedlar®)膜则仍然无显著黄变(轻微，不明显)。相对而言，整合UV测试和TC+HF序列测试的UV+TC+HF综合序列测试，比单纯的加强UV辐照及单纯的加强TC+HF测试，能更有效更快速地区分不同类型背板的耐黄变性能，特别适用于组件厂家快速地对背板材料的性能进行评判。

综合性表现来看，特能® (Tedlar®)膜表现得分最高，不同厂家的PVDF膜由于F含量不一而表现各异，有光泽度保持较好，亦有黄变较严重的现象。

此外，我们也进行了UV+HF序列测试，发现进行完UV60kWh/m2+HF10序列测试后，多种背板出现不同寻常的黄变，这一测试方法有待进一步的研究。具体是何种测试方法可以在最短时间内最大化模拟出背板户外黄变情况还需再验证。