光伏背板用PET薄膜濕熱老化性能研究
作者：
salmon范
編輯：
瑞凱儀器
來源：
m.hlgsj12.cn
發(fā)布日期： 2020.04.13
0、引言
太陽電池組件的結構一般為玻璃、EVA、電池片、背板，四周用鋁框封裝。背板位于組件背面外層，在戶外環(huán)境下，具有良好的絕緣性，保護太陽電池不受水汽侵蝕，阻隔氧氣;耐高低溫和耐老化性能;耐腐蝕性能。背板的結構一般為TPT或TPE結構，總厚約為300 ~ 350μm,其中P為PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)，厚約250 μm,是背板的主體結構。大部分長時間濕氣的滲，入是組件失效的原因。水蒸氣在電池板或電路上的冷凝會導致短路或腐蝕。隨著濕熱老化時間的延長，背板會脫層從而導致背板失效。為了讓組件在戶外能有效使用25年，背板必須按標準經過一系列嚴格的濕熱老化測試。這就要求背板的主體結構PET也要經受住濕熱老化測試。所以研究濕熱老化過程中，PET薄膜的各項性能如何變化，以及終對背板層間粘結力的影響，具有一定的參考價值。
1、試驗設備和材料
試驗設備:恒溫恒濕箱(85 ℃，85%RH)、差示掃描量熱儀(DSC)、拉力機。
試驗材料:同一廠家不同批次的PET，為了保密，不公布廠家和批次，批次用a. b. c代替。復合背板所用其他材料保密，在此不公開。
2、試驗方法
取a、b、c批次的PET薄膜放人恒溫恒濕箱，分別在500h、1000h、1500h取出，測PET薄膜的表面張力、拉伸強度、結晶度。將老化后的PET薄膜在實驗室復合成TPE結構的背板，測背板的層間粘結力。
3、試驗結果與討論
3.1 PET薄膜表面張力的變化
表面張力取決于塑料本身的化學結構，表示塑料薄膜表面自由能的大小，是決定聚合物粘結性的一個重要因素。PET類屬于極性高聚物，其表面自由能大，本身能達到42 dyn/cm,但為了提高PET薄膜與其他材料的粘結力，仍需進一步提高，一般通過電暈處理方法，處理后能達到52
dyn/cm或更高。電暈處理指在非真空(空氣存在)條件下用電磁能將空氣激發(fā)、電離，使PET表面發(fā)生化學反應，形成醇、羧基極性基團國，從而PET薄膜表面的附著性。電暈處理深度一般只有零點幾納米，處理后應盡快使用，否則易失效。
從表1可看出，各個批次的PET薄膜在放人恒溫恒濕箱500h后，表面張力就已大幅下降，約從48 dyn/cm降到42 dyn/cm; 1500 h后，表面張力已降到36 dyn/cm以下。
PET薄膜表面張力的大小隨著老化時間的延長而降低，這與電暈處理和PET水解有關。濕熱老化初期，電暈效果開始失效，PET水解速率較慢，500
h時電暈效果已完全失效。隨著老化時間的延長，水解速率加快，PET加速降解，由大分子變成小分子，PET化學結構發(fā)生變化，所以表面張力下降。
3.2 PET薄膜拉伸強度變化
拉伸強度是材料能承受的拉伸應力，通常出現(xiàn)在材料的屈服點或斷裂點。從表1和圖1可看出，a、b、c批次的PET薄膜在1000h老化后，拉伸強度的下降幅度都不大，這是PET的結晶度和水解作用共同作用的結果。水解反應造成PET的降解對拉伸強度產生負面影響，但結晶度的增大(由表1和圖2可看出)可抵消大部分影響，所以整體表現(xiàn)為拉伸強度下降幅度不大。而老化1000
h后，拉伸強度大幅下降，主要原因是雖然結晶度仍在增加，但是水解反應造成的分子鏈下降占主導作用，從而引起拉伸強度大幅下降。
3.3 PET 薄膜的結晶度變化
聚合物中大分子鏈以三維有序排列的現(xiàn)象稱為結晶，大分子鏈以一維或二維有序并沿某一特定方向排列的現(xiàn)象稱為取向，大分子鏈在成型時以不平衡構象冷卻并固定下來，則會留有殘余應力。聚合物的結晶度反映了結晶區(qū)與無定形區(qū)的相對數(shù)量。聚合物的很多重要性能都受結晶度的影響，如不透明性、拉伸強度、滲透性、粘附性、抗撕裂性等。
如圖2所示，PET在濕熱老化過程中結晶度直在增加，說明PET薄膜內部發(fā)生了結晶現(xiàn)象。
PET薄膜采用雙向拉伸方法制備，分子在橫向和縱向都有取向，冷卻定型后會有殘余應力存在。在濕熱老化中，溫度的存在使PET大分子鏈運動加劇，釋放了殘余應力，使PET大分子朝三維有序方向排列，所以結晶度升高。
3.4背板層間粘結力的變化
復合型背板一般采用干式復合法制備。干式復合是在種基材 上涂覆一層粘合劑， 經烘干處理，使粘合劑中的溶劑蒸發(fā)掉，粘合劑在干的狀態(tài)下與第二種基材進行復合的一一種方法刀。影響背板層間粘結力的因素有膠黏劑的潤濕性、PET及其他材料的表面張力等。
由表2和圖3可知，隨著PET老化時間的延長，背板的層間粘結力都在降低。主要原因是濕熱老化后，PET的表面張力下降和結晶度升高。粘結本質上是一種表面現(xiàn)象， 膠黏劑必須能滲 人材料表面所有的孔隙和縫隙中，才能達到良好的粘結。而膠黏劑對PET基材的滲人過程只發(fā)生在無定形區(qū)域，濕熱老化后，結晶度增加，PET部分分子由無定形變成規(guī)則排列，滲人過程減弱。為了獲得良好的粘結強度，膠黏劑還必須很好地潤濕被粘結表面。膠黏劑與被粘結表面的潤濕特性取決于兩者表面張力的相對大小。膠黏劑的表面張力值必須小于被粘結表面的臨界表面張力，一般膠黏劑的表面張力至少要比被粘結物的表面張力小10
dyn/cm.本實驗中，膠黏劑的表面張力不變，PET的表面張力隨老化時間變小，兩者的表面張力越來越相近，導致膠黏劑在PET上的潤濕性不好，所以層間粘結力降低。
4、結論
1)PET濕熱老化，隨著老化時間的延長，PET的表面張力下降、拉伸強度下降、結晶度升高。
2)PET濕熱老化后復合成背板，層間粘結力降低，主要原因是PET的表面張力下降和結晶度升高。
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