駱平 高新 王高軍 史武軍 董文昌 錢(qián)蘇凱

（浙江大東南股份有限公司）

一、引言

為應(yīng)對(duì)全球氣候變化，世界各國(guó)都提出了限排減排二氧化碳的目標(biāo)，作為傳統(tǒng)石化能源已開(kāi)始限制發(fā)展。而應(yīng)運(yùn)而生的清潔能源—太陽(yáng)能光伏發(fā)電已成為世界新能源領(lǐng)域迅猛崛起的陽(yáng)光產(chǎn)業(yè)。在國(guó)家政策大力扶持下，我國(guó)光伏電池產(chǎn)量大幅提升，在國(guó)際上嶄露頭角。在全球太陽(yáng)能電池產(chǎn)量中的份額位列前茅。2020年光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量超過(guò)20GW（20000MW），十四五規(guī)劃還將繼續(xù)擴(kuò)容，保持領(lǐng)先地位。

目前使用的180W晶硅電池片所需PET厚膜組件為1.1m2，則20000MW約需19.5億m2，以每平方250umPET厚膜350克計(jì)算，全年約需68萬(wàn)噸，其需求量相當(dāng)可觀(guān)。

但太陽(yáng)能光伏電池背板的環(huán)境老化問(wèn)題一直是業(yè)界十分關(guān)注的問(wèn)題。早期使用“TPT”三層復(fù)合膜作為背板基膜。即聚偏二氟乙烯（Tedlar）-聚對(duì)苯二甲酸乙二醇（PET）-聚偏二氟乙烯（Tedlar）見(jiàn)附圖1。

附圖1. TPT背板結(jié)構(gòu)

由于F-C鍵鍵能高，其防水解抗老化的阻隔性能極優(yōu)。但TPT的關(guān)鍵材料Tedlar薄膜市場(chǎng)供應(yīng)不足，且價(jià)格十分昂貴，在民用上不利推廣。后退一步求其次，我國(guó)保定樂(lè)凱則采用氟材料溶劑涂覆工藝TPE，見(jiàn)附圖2，但制造成本仍較高。

附圖2. TPE背板結(jié)構(gòu)

當(dāng)下有研究機(jī)構(gòu)提出以抗老化母粒制備PE膜替代氟膜，雖效果不如TPT，但成本顯著下降，見(jiàn)附圖3。

附圖3. 改性PE膜背板結(jié)構(gòu)

而日本東麗和東洋兩公司已探索成功以改性耐老化PET直接使用，現(xiàn)已商業(yè)化批量生產(chǎn)，見(jiàn)附圖4。

附圖4. 改性PET膜背板結(jié)構(gòu)

一般PET薄膜在戶(hù)外使用壽命為10年左右，但太陽(yáng)能光伏電池所需PET背板材料在戶(hù)外使用壽命必須達(dá)到25年以上，因此研究高性能、長(zhǎng)壽命、低成本的太陽(yáng)能電池防水解抗老化PET背板膜是非常必要的。

本文借鑒日本先進(jìn)的工藝，研究探索了一種新型的改性耐老化PET背板膜的試制工藝。

二、技術(shù)方案

1. 試制設(shè)備：

① 高速混合攪拌機(jī)。

② 雙螺桿造粒機(jī)，南京科亞。

③ PET厚膜雙向拉伸機(jī)，德國(guó)布魯克納。

④ PET厚膜分切機(jī)，德國(guó)格貝爾。

⑤ 高溫濕熱老化箱，上海愛(ài)斯佩克。

⑥ PCT老化箱（121℃），臺(tái)灣慶聲。

2. 試制原料與助劑：

① PET切片，儀征化纖。

② 抗粘母料，珠海裕華。

③ 鈦白粉（TiO2）母料，蘇州斯坦德瑞琪。

④ 抗水解劑，臺(tái)灣F11或英國(guó)P-100。

⑤ 光穩(wěn)定劑，汽巴精化UV-360，UV-770。

⑥ 抗氧化劑，巴斯夫高橋1010,330。

⑦ 配方物質(zhì)性能簡(jiǎn)介：

A、PET切片（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）是一種透明高度結(jié)晶的聚合物，表面平滑有光澤。在較寬的溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能、電絕緣性能。且抗蠕變性、耐疲勞性、耐摩擦性、尺寸穩(wěn)定性、耐有機(jī)溶劑及耐候性均佳。但PET內(nèi)有酯鍵在強(qiáng)酸強(qiáng)堿和水蒸氣的作用下會(huì)發(fā)生水解。

B、抗粘母粒，主要含二氧化硅（SiO2），能起到使薄膜表面粗糙而相互間不致粘連。

C、鈦白母粒，主要含二氧化鈦（TiO2）俗稱(chēng)鈦白粉。能起到使薄膜呈白色不透明，有反射光照作用。

D、防水解劑（碳二亞胺或聚碳二亞胺），其容易與聚酯結(jié)構(gòu)中由酯基水解而生成的羧酸反應(yīng)，生成酰脲衍生物，從而消除羧基，防止水解蔓延，起到斷鏈再接的作用。

E、光穩(wěn)定劑〔2，2，-亞甲基雙（4-叔辛基-6-苯并三唑苯酚）〕（UV360），〔雙（2,2,6,6-四甲基-4哌啶基）葵二酸酯〕（UV770）。主要是有選擇性的吸收紫外線(xiàn)，通過(guò)能量轉(zhuǎn)移方式將有害光能轉(zhuǎn)變成無(wú)害光能，以熱量形式釋放，防止氧化反應(yīng)起到延緩老化作用。

F、抗氧劑1010-四〔β-（3，5-二叔丁基-4羧基苯基）丙酸〕季戊四醇酯，330-1,3,5-三甲基-2，4，6-三（3，5-二叔丁基-4-羧基芐基）苯。其主要作用是可以清除自動(dòng)氧化反應(yīng)生成的活性過(guò)氧化自由基，使其轉(zhuǎn)化為氫過(guò)氧化物，從而達(dá)到阻止自動(dòng)氧化的目的。

3. 工藝流程：見(jiàn)附圖5

① 配置防水解抗老化母料（混合攪拌→擠出造粒）。

② 雙向拉伸制膜：

A、原料母粒投放前須干燥處理；

B、PET切片與防抗母粒、抗粘母粒、鈦白母粒按比例混合后分別從自動(dòng)計(jì)量?jī)x加至料斗內(nèi)；

C、料筒經(jīng)預(yù)熱后開(kāi)機(jī)，螺桿擠壓混合料加熱熔融并不斷向前推進(jìn)。同時(shí)計(jì)量泵不斷調(diào)正熔融料流量；

D、熔融料流經(jīng)過(guò)濾器后進(jìn)入模頭；

E、模頭經(jīng)模塊分流后流延至大冷鼓，并經(jīng)風(fēng)冷定型成厚片，經(jīng)測(cè)厚儀第一次測(cè)厚并自動(dòng)調(diào)正厚度；

F、厚片經(jīng)紅外線(xiàn)加熱后進(jìn)行縱向、橫向拉伸；

G、橫向拉伸的風(fēng)箱中空氣循環(huán)系統(tǒng)安裝有吸附揮發(fā)的油污及低分子顆粒的清潔膜面裝置。

H、橫向拉伸后的厚膜尚須進(jìn)行第二次厚度檢測(cè)；

I、橫向拉伸后的厚膜底面進(jìn)行電暈處理；

J、厚膜經(jīng)瑕疵檢測(cè)儀后收卷；

K、收卷后的厚膜尚須經(jīng)時(shí)效處理后再進(jìn)行分切。

附圖5. 工藝流程圖

4. 試制要點(diǎn)：

① 防水解抗老化母粒制備：以PET切片68%、防水解劑碳二亞胺或聚碳二亞胺2%、光穩(wěn)定劑（UV360：UV770為3:1混合）15%、抗氧化劑（1010:330為3:1混合）15%配方混合攪拌。每鍋攪拌料量100Kg，槳轉(zhuǎn)速300-600轉(zhuǎn)/分，時(shí)間30-45分鐘。

② 將混合料加入到Ф65雙螺桿擠出造粒機(jī)中制備防水解抗老化母料，熔融溫度控制在250-300℃，螺桿轉(zhuǎn)速為150-300轉(zhuǎn)/分，擠出量為每小時(shí)150 Kg。母粒粒徑與PET切片尺寸均為≤5 mm。

雙螺桿擠出機(jī)料筒各區(qū)溫度為：Ⅰ區(qū)70-120℃，Ⅱ區(qū)130-200℃，Ⅲ區(qū)200-250℃，Ⅳ區(qū)200-250℃，Ⅴ區(qū)200-250℃。螺桿Ⅰ區(qū)容易堵料，可降低控制溫度，用時(shí)通冷卻水得以緩解。

③ 制成的防水解抗老化母粒應(yīng)防潮、防蟲(chóng)貯存。

④ 將制成并經(jīng)干燥后（水份含量＜20 ppm）的防水解抗老化母粒以5%比例與抗粘母粒8%、鈦白母粒10%及PET切片77%以多組分計(jì)量分別自動(dòng)加至雙向拉伸PET厚膜生產(chǎn)設(shè)備的A層。

⑤ B層為全PET切片，厚膜為ABA結(jié)構(gòu)，三層比為8:84:8，產(chǎn)量每小時(shí)1000 kg以上。

⑥ 雙拉生產(chǎn)線(xiàn)主要生產(chǎn)工藝參數(shù)：

A、生產(chǎn)線(xiàn)速度20-25 m/min；

B、縱向倍率2-3，橫向倍率2.5-3.0；

C、擠出機(jī)料筒、模頭、MDO、TDO加熱溫度分別為250-280℃、275-285℃、80-90℃、100-120℃；

D、電暈強(qiáng)度控制在56達(dá)因。

⑦ 改性PET厚膜大膜卷時(shí)效處理時(shí)間應(yīng)為48小時(shí)以上。

⑧ 改性PET厚膜分切速度應(yīng)比一般厚膜減慢20%左右。

⑨ 線(xiàn)上切邊回收再生利用料可進(jìn)入芯層使用，但后道工序分切邊料不能再造粒循環(huán)回用。

⑩ 以上生產(chǎn)操作及產(chǎn)品貯存盡可能均在無(wú)塵恒溫恒濕的內(nèi)部環(huán)境中進(jìn)行。

三、樣片測(cè)試

1. 防水解、抗老化PET背板膜物理性能和電性能測(cè)試結(jié)果如表1：

表1 理性能和電性能測(cè)試結(jié)果

2. 防水解抗老化PET背板膜耐候性能測(cè)試（按GB/T2423.3-1993）結(jié)果如表2：

表2 耐候性（恒溫恒濕箱條件：85℃、85%RH）

表3 耐候性（恒溫恒濕箱條件：121℃、100%RH）

3. 防水解抗老化PET背板膜按GB/T16422.2-1999進(jìn)行紫外光吸收率測(cè)試≥98%。

以上測(cè)試?yán)匣瘯r(shí)間大于1000h，膜的表面張力與拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率均大幅下降。表面張力的下降影響與EVA膜的粘結(jié)力下降，抗拉強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率的下降說(shuō)明PET分子鏈的鍵能下降，會(huì)導(dǎo)致膜的結(jié)構(gòu)疏松發(fā)生脆化。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)添加功能集成化制備具有多重功能的母料白色防水解抗老化母料制成的PET背板膜，其物性、電性能與耐候特性均優(yōu)于常規(guī)PET背板膜有顯著提高，已接近于氟涂層的PET背板膜性能。

本文研究的白色防水解抗老化PET背板膜若與氟膜復(fù)合或氟涂層來(lái)制得太陽(yáng)能背板材料，有效了提高光伏電池在戶(hù)外使用的壽命期。