背板环境老化测试分析之系列—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，在原有IEC测试标准上进行加倍；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。

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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®）膜则表现较好。

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