PVDF材料为什么成为太阳能电池背板材料新的选择

　　早期，背板关键材料聚氟乙烯(PVF)由杜邦公司于1940年发明，并冠以代号Tedlar。近年来，结构上具有相似特征的聚偏氟乙烯(PVDF)正逐步取代PVF，成为太阳能电池背板材料新的选择。

　　PVDF的氟含量高于PVF，具有更出色的耐候性和阻湿性，比如，同样厚度的PVDF薄膜的透湿性大概只有PVF的1/10。另外，PVDF的热分解温度更高(>316℃)，更利于加工，不易降解。

　　为了提升PVDF的综合性能，往往还需要对PVDF聚合物膜进行改性处理，以增强阻湿性、耐候性、抗紫外粘结性、稳定性及加工性能。

　　对光伏背板用PVDF的性能要求是由背板的基本结构及工作环境等要求衍生来的，下面介绍PVDF的材料特点和改性方法，最后着眼于背板应用，从功能需求角度综述PVDF的相关改性研究进展。

　　太阳能电池背板的基本结构及材料

　　背板膜作为太阳能电池组件的重要封装材料，典型的结构如图所示，最外层为耐候性很好的氟树脂，具备良好的抗腐蚀能力，能阻隔水汽，抗紫外线老化，中间为PET聚酯薄膜，绝缘性能良好并保障力学强度，外层氟膜和PET之间通过粘合胶粘结，内层薄膜与EVA粘结后衔接到电池晶片上。

　　氟树脂主要为聚氟乙烯(PVF)和聚偏氟乙烯(PVDF)。此外，还有无氟背板膜，即通过胶黏剂将多层的PET粘结起来。鉴于氟树脂具有优异的化学稳定性和耐候性，其在背板膜的生产中具有更广泛的应用。

　　聚偏氟乙烯(PVDF)材料特点

　　聚偏氟乙烯是一种半结晶性的热塑性氟树脂，其中的C-F键具有键长短、键能高的特性，且F原子电负性大，在分子间易形成氢键，可以承受强酸强碱的腐蚀，同时耐紫外线辐照，抗长期老化，而且具有良好的加工能力和热稳定性。PVDF上不含有亲水基团，具有强疏水性，故可以充分地隔绝水汽。

　　聚偏氟乙烯(PVDF)改性

　　常用于PVDF改性的方法包括共混改性和表面改性。

　　共混改性即通过向PVDF树脂中加入另一种树脂或无机纳米材料，进而达到改善PVDF性能的目的。其中比较典型的共混实现方式为熔融共混，通过密炼机等设备在高温剪切作用下将高分子树脂体系共混或与无机纳米粒子共混。

　　表面改性包括表面涂覆改性、化学改性和接枝改性等。

　　表面涂覆改性指将被改性膜浸泡到亲水分子溶液中沉积成膜或用亲水性高分子物质对膜表面进行“涂层”处理，基于物理吸附作用分子间作用力较弱，所以亲水性涂层在运行过程中容易脱落。

　　化学改性指通过强碱、强氧化剂处理使膜表面发生消除反应脱去HF形成双键，再在酸性条件下发生亲核反应于膜表面引入大量羟基改善膜表面亲水性，羟基可进一步与其它改性基团反应。

　　接枝改性指通过低温等离子体、紫外光和高能辐照等技术处理膜表面使生成活性自由基位点，进一步与亲水性等功能性单体发生聚合反应，达到改善膜表面性质的目的。

　　改善亲水性

　　PVDF膜表面具有很强的疏水性，难与PET等塑材有效粘结，故而需要对其进行亲水性改性。

　　通过固相界面反应对PVDF膜进行表面磺化，从而得到表面亲水性较好的PVDF膜。

　　利用自由基聚合在PVDF膜表面接枝丙烯酸，改善表面亲水性。

　　采用LiOH作为浸蚀剂对PVDF膜表面进行分步处理改善亲水性。

　　鉴于PVDF与EVA胶粘结性差的问题，利用紫外光接枝技术对含氟聚合物膜进行表面改性，将丙烯酸丁酯-三羟甲基丙烷三丙烯酸酯共聚物(PBA-TMPTA)接枝在含氟聚合物表面，大幅增强PVDF与EVA间的剥离强度。

　　Molly等用NaOH在相转移催化剂条件下脱去PVDF中的HF，再用强氧化剂KClO3/H2SO4氧化不饱和基团，在膜表面引入羧基，使与水的接触角降低10°。

　　此外，已报道的适合对PDVF进行共混改性进而改善亲水性能的聚合物有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚丙烯腈(PAN)等。除有机聚合物可作为改性剂外，无机纳米粒子如TiO2和Al2O3等也可通过共混改性增强PVDF的亲水性。

　　提高机械性能和加工性能。

　　增强紫外线屏蔽能力

　　鉴于氟树脂优异的耐候性、耐腐蚀性和机械强度，其作为光伏背板材料应用具有不可替代的地位。PVDF作为重要的氟材料，存在粘结力差、结晶形貌稳定性欠佳等问题，所以需要通过本体或表面改性对其进行性能优化，更好地满足背板的设计和应用需求。