低溫等離子處理太陽能背板含氟涂層表面性能研究

翁 劍，徐 誠，陳向榮，顏華紅

（浙江歌瑞新材料有限公司，浙江 衢州 324004）

低溫等離子處理太陽能背板含氟涂層表面性能研究

翁 劍，徐 誠，陳向榮，顏華紅

（浙江歌瑞新材料有限公司，浙江 衢州 324004）

利用低溫等離子技術對涂覆型GPJ太陽能背板的含氟涂料面進行處理，研究低溫等離子處理時間、處理功率對含氟涂料面表面性能改變的影響，通過測試接觸角與剝離試驗的方式表征這種變化，并利用測試接觸角的方式來監視經過處理后的面板的性能衰減。結果表明，當處理功率達到4.0 kW、時間達到3 s以上，其表面性能達到最高后穩定。當在溫度(20±5)℃，相對濕度50%±20%長時間存放180天后，其表面性能基本消失。

低溫等離子；涂覆型太陽能背板；含氟涂料面；性能衰減

光伏發電是當下的熱點話題，特別是分布式光伏概念的提出，進一步使得光伏發電成為居民能夠用的起的清潔能源[1]。太陽能電池板使用環境的苛刻，要求其確保25年以上的壽命，因此太陽能背板的性能就顯得至關重要[2]。作為太陽能電池片的保護層，太陽能背板必須要具備優越的耐候性、高絕緣性、低水透性能以及與良好的粘接性能。目前太陽能背板主要有2種類型：1種為涂覆型背板，采用在基材PET聚酯薄膜表面涂覆上含氟樹脂[3]；另1種是涂膠復合型背板，采用在基材聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜表面復合上一層氟膜。實際使用中也根據使用環境、性能要求、價格等因素的影響進行自由的組合[4]。

含氟材料具有很好的耐候性能，但其同時也具有很高的斥水斥油性能，不利于與太陽能封裝膠膜EVA的粘接[5]。本研究就是利用低溫等離子處理含氟材料表面，提高含氟材料與太陽能封裝膠膜乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）的粘接性能，為太陽能電池片提供長期穩定有效的保護[6]。

1 實驗部分

1.1 基本原理

氟烯烴-乙烯基醚共聚物（FEVE）氟碳涂料。其基本結構式為：

其中，X=F或Cl，R1、R2為烷基，R3、R4為亞烷基。

由于氟原子與碳原子之間形成的F—C鍵鍵能（486 kJ/mol）極大，再由于氟原子電負性極大（4.0），原子半徑（0.135 nm）比氫原子（0.11～0.12 nm）大致使未成鍵的原子間排斥力大，使C—C主鍵形成一種螺旋結構，碳鏈上的氟原子可緊密接觸，將C—C鍵覆蓋形成一個完整的圓柱體，對C—C鍵起著屏蔽性保護作用。基于這些特點，氟碳涂層具有優良的耐熱性、耐候性和耐化學藥品性[7]。同時也使得氟碳涂料的表面改性變得非常困難。

低溫等離子體中的電子從電場中獲得能量成為自由的高能電子，它與氣體中的原子和分子碰撞產生激發和電離現象，由此生成的激發分子、原子、離子和游離基都是極不穩定的具有較高的化學反應性，很容易發生一些反應生成新化合物，或使被處理物份失重，當處理氟碳涂料時，可使表面層發生刻蝕而形成新的性能，或引起交聯、接枝和聚合。

1.2 實驗設備及原材料

低溫等離子處理機，PG-10000F；層壓機，BSL1122 00；光學接觸角測試儀，SL200A；拉力機，CMT6203。

氟碳涂料涂覆型GPJ背板。EVA，F406S。

1.3 實驗方法

選擇同批生產的涂覆型系列背板若干，采用相同的速度在同一臺低溫等離子處理機上進行處理。改變等離子處理機的功率，通過測試其表面張力及與EVA的粘接性能，研究低溫等離子處理機對于含氟涂料表面性能的影響[8]。同時研究在恒定濕熱環境下，經過低溫等離子處理的含氟涂料表面性能的衰竭情況。

1.4 試制樣件

1)取涂覆型系列背板若干，在同一臺低溫等離子處理機上用固定車速（25 m/min）處理GPJ背板，研究不同處理功率對于含氟涂料表面性能的影響。

2)在同一臺低溫等離子處理機上選用相同的處理功率（4.0 kW），通過改變處理速度，研究處理時間對于含氟涂料表面性能的影響。

3)各不同處理功率樣件各取3張A4大小的樣件進行測試。

1.5 性能測試

表面能測試：測背板接觸角；粘接性能測試：拉力機剝離試驗[9]。

2 結果與討論

2.1 不同處理功率的影響

低溫等離子處理機的處理效果，通過測試不同功率處理的含氟涂料接觸角及表面張力來確定[10]。測試結果見表1。

表1 不同處理功率的表面張力變化Tab 1 Variation of surface tension of different processing power

從表1可以看出，在相同處理速度條件下，等離子處理機的處理功率增加，接觸角變小，表面張力增大，當達到一定功率后，表面張力及接觸角都趨于穩定。背板與EVA的剝離力也與表面張力變化所表現出來的變化一致，最后趨于穩定[11]。

2.2 不同處理時間的影響

其表征方式同樣用表面張力及接觸角進行確定，測試結果見表2。

表2 不同處理時間的表面張力變化Tab 2 Variation of surface tension of different processing time

從表2可以看出，在相同處理功率條件下，等離子處理機的處理時間增加，接觸角變小，表面能增大，當處理時間達到一定長度后，表面張力及接觸角都趨于穩定。背板與EVA的剝離力也隨著其表面張力的變化而變化，最后當表面張力趨于穩定后，其層壓后的剝離力也穩定在90 N/cm以上。

2.3 不同處理功率的性能衰減

通過跟蹤不同處理功率的背板在恒定環境下（溫度(20±5)℃，相對濕度50%±20%）長周期存放后，對其表面性能的衰減的研究，結果見表3。

表3 不同功率長周期存放接觸角Tab 3 The contact angle of long period storage of different power

從表3可以看出，經過不同功率處理后的含氟涂料在一個長周期的存放條件下，其表面性能都會有不同程度的衰減，其中初始處理效果越差，其衰減的越快，初始處理效果越好，其性能維持的時間越長。當時間長達180 d以上時，其表面處理性能基本消失。

2.4 不同處理時間的性能衰減

通過跟蹤不同處理時間的背板在恒定環境下（溫度(20±5)℃，相對濕度50%±20%）長周期存放后，對其表面性能的衰減的研究，結果見表4。

從表4可以看出，經過不同處理時間的含氟涂料在一個長周期的存放條件下，其表面性能也會有不同程度的衰減，其中初始處理時間越長，其初始表面性能越好，長周期存放條件下，其性能保持的時間也越長。但當時間超過180 d時，其表面處理性能基本消失。

表4 不同處理時間長周期存放接觸角測試Tab 4 The contact angle test of long period storage of different processing time

3 結論

1)經過低溫等離子處理之后的含氟涂料，其表面能增加，接觸角減小，與EVA的剝離力增加，從而提高了其與EVA的粘接性能。

2)隨著低溫等離子處理功率和時間的增加，有利于其表面性能的改善，直至功率達到4.0 kW以上，處理時間在3 s以上，則含氟涂料的表面性能趨于穩定。

3)經過低溫等離子處理后的含氟涂料背板，放置在一個恒定環境中（溫度(20±5)℃，相對濕度50%±20%）的表面性能失效研究中發現，起表面性能隨著時間的延長都會有不同程度的性能衰減，當時間達到180 d以上時，其處理過的表面性能基本消失。也就是說含氟涂料的經過等離子處理后的性能最多能夠保持半年左右時間。

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TQ637

ADOI10.3969/j.issn.1006-6829.2016.05.003

2016-07-24