浅析晶硅光伏背板阻隔性能测试

-水蒸气透过率测试

光伏模组长期放置在室外,所以要求背板必须具有极好的绝缘性、阻水性、耐老化等性能,其中最重要的指标是水蒸气透过率(WVTR)、氧气透过率(OTR),即材料对外界水蒸气和氧气的阻隔性能,可有效监测和评估光伏背板对内部电池组件的保护性能的强弱。如果背板的透过率较大(对外界空气中水蒸气、氧气的阻隔性较差),则湿气、氧气会渗入背板至组件内部,使EVA所拥有的粘结性能发生劣变,导致背板与EVA脱离,导致更多的水蒸气、氧气接触到电池片而使电池片被氧化或锈蚀。

一、晶硅光伏所用背板的结构:

光伏电池主要有晶硅(单晶硅、多晶硅)和薄膜电池,其中晶硅光伏组件的使用年限一般按照25年以上进行设计。光伏背板作为直接与外界环境大面积接触的封装材料,不但要具有保护功能,还应具备25年之久的可靠的绝缘性能、耐长期老化(湿热、干热、紫外)、水蒸气阻隔等性能。

从截面看,晶硅电池板共分为五层:光伏玻璃(钢化玻璃)、EVA、晶硅电池片、EVA和背板。背板位于太阳能电池板的背面,对电池片起保护和支撑作用。背板主要分为含氟背板与不含氟背板两大类。其中含氟背板又分双面含氟(如TPT)与单面含氟(如TPE)两种,其中T是指美国杜邦公司的聚氟乙烯(PVF),P指双向拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(BOPET),E指乙烯-醋酸乙烯树脂(EVA)。而不含氟的背板大多是通过胶粘剂将多层的PET胶粘复合而成。氟树脂的耐候性、耐热性、耐高低温性和耐化学药品性等各项性能均十分优越,含氟材料(氟膜或氟碳涂料)具有优异的耐候性能,可保障长期户外使用的可靠安全性。

二、背板水汽透过率的国内外测试方法分析:

目前日本夏普、京瓷等要求背板材料的水蒸气透过率必须低于0.3 g/m2day,德国、奥地利同类产品的要求为1.6 g/m2day,而国内行业标准要求WVTR小于2.5 g/m2day。

从国外众多技术文献中可以看到,ASTM F1249(红外传感器法)是国外背板材料水蒸气透过率检测的通用标准,红外传感器所具有测试精度高,测试范围广,性能长期稳定不衰减、使用寿命久等特点,是其它类型的水蒸气测试传感器所无法企及的。该检测方法和仪器是美国MOCON公司在1966年首创的,它利用红外光在水蒸气中的能量衰减来判断水蒸气浓度,不需要对水蒸气进行吸收或反应,没有其它影响因素,是公认的高精度测试方法。

中国国标GB/T 31034《晶体硅太阳能电池组件用绝缘背板》中规定,背板的水蒸气透过率测试有两种方法:1、电解传感器方法,测试条件38℃,90%RH,WVTR≤1.5 g/m2day;2、红外传感器方法,测试条件38℃,100%RH,WVTR≤2.5 g/m2day。

电解法传感器的测试范围窄。电解传感器是通过传感器管壁上的吸湿剂P2O5将渗透过样品的水蒸气吸附住,然后通过电极将水气电解,根据电解电流来判断水气数量。由于吸湿剂容易饱和以及电极氧化等因素,电解传感器的稳定性较差,特别是接触到高浓度的水蒸气,传感器会迅速衰减,从而漏检很多的水蒸气,导致最终测试值会明显低于实际值。这也是为什么标准要求电解方法采用90%RH的测试条件,并且合格值偏小的缘故。另外电解传感器需要经常重新清洗和再涂吸湿剂,使用寿命短,更换的成本费用高。实际操作中都需要先进行长时间的基线测试,非常麻烦和繁琐。

除了传感器的稳定性问题,测试条件中的相对湿度也是一个关键参数,它是水气在材料中渗透的实际驱动力,直接影响着透过率高低。在仪器功能设计中,测试腔内100%RH可以用吸水的海绵简单地实现,而90%RH的控制则要难得多,其中涉及到不同的加湿方法,湿度反馈传感器的布局位置、精度和周期性校准。

三、美国MOCON红外法水蒸气透过率测试仪3/61型:

美国MOCON公司作为材料渗透性测试研究的先导,已经从事专业研究和仪器生产52年。它的测试技术和仪器帮助建立了很多ASTM、ISO、TAPPI等相关标准,在国内外拥有众多用户,同时MOCON拥有世界最大的渗透性测试的商业实验室,目前可查询到的国外光伏行业文献上的水汽透过率测试数据都是由MOCON仪器完成的。

3/61型红外法水气透过率测试仪,测试范围0.05~500 g/m2day,测试温度、湿度可控,6个测试腔,测试效率高,仪器使用寿命都在10年以上,已经在国内光伏行业中得到广泛应用,如国家太阳能光伏产品质量监督局检验中心CPVT(无锡)、莱茵TUV、3M(中国)有限公司、天山新材、陶氏化学、尚德、天合、亿晶、晶科、乐叶、苏州中来、杭州福斯特、康维明、赛伍、乐凯胶片、杜邦(中国)等。

后语:越来越多的光伏企业不仅仅正在关注背板材料的水蒸气透过率这个指标,而且已经开始将材料的氧气透过率(OTR)纳入到研发、质量控制的环节当中,有关测试方法在《浅析晶硅光伏背板阻隔性能测试(二)---氧气透过率测试》中介绍



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