低温等离子处理太阳能背板含氟涂层表面性能研究

翁 剑，徐 诚，陈向荣，颜华红

（浙江歌瑞新材料有限公司，浙江 衢州 324004）

低温等离子处理太阳能背板含氟涂层表面性能研究

翁 剑，徐 诚，陈向荣，颜华红

（浙江歌瑞新材料有限公司，浙江 衢州 324004）

利用低温等离子技术对涂覆型GPJ太阳能背板的含氟涂料面进行处理，研究低温等离子处理时间、处理功率对含氟涂料面表面性能改变的影响，通过测试接触角与剥离试验的方式表征这种变化，并利用测试接触角的方式来监视经过处理后的面板的性能衰减。结果表明，当处理功率达到4.0 kW、时间达到3 s以上，其表面性能达到最高后稳定。当在温度(20±5)℃，相对湿度50%±20%长时间存放180天后，其表面性能基本消失。

低温等离子；涂覆型太阳能背板；含氟涂料面；性能衰减

光伏发电是当下的热点话题，特别是分布式光伏概念的提出，进一步使得光伏发电成为居民能够用的起的清洁能源[1]。太阳能电池板使用环境的苛刻，要求其确保25年以上的寿命，因此太阳能背板的性能就显得至关重要[2]。作为太阳能电池片的保护层，太阳能背板必须要具备优越的耐候性、高绝缘性、低水透性能以及与良好的粘接性能。目前太阳能背板主要有2种类型：1种为涂覆型背板，采用在基材PET聚酯薄膜表面涂覆上含氟树脂[3]；另1种是涂胶复合型背板，采用在基材聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜表面复合上一层氟膜。实际使用中也根据使用环境、性能要求、价格等因素的影响进行自由的组合[4]。

含氟材料具有很好的耐候性能，但其同时也具有很高的斥水斥油性能，不利于与太阳能封装胶膜EVA的粘接[5]。本研究就是利用低温等离子处理含氟材料表面，提高含氟材料与太阳能封装胶膜乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）的粘接性能，为太阳能电池片提供长期稳定有效的保护[6]。

1 实验部分

1.1 基本原理

氟烯烃-乙烯基醚共聚物（FEVE）氟碳涂料。其基本结构式为：

其中，X=F或Cl，R1、R2为烷基，R3、R4为亚烷基。

由于氟原子与碳原子之间形成的F—C键键能（486 kJ/mol）极大，再由于氟原子电负性极大（4.0），原子半径（0.135 nm）比氢原子（0.11～0.12 nm）大致使未成键的原子间排斥力大，使C—C主键形成一种螺旋结构，碳链上的氟原子可紧密接触，将C—C键覆盖形成一个完整的圆柱体，对C—C键起着屏蔽性保护作用。基于这些特点，氟碳涂层具有优良的耐热性、耐候性和耐化学药品性[7]。同时也使得氟碳涂料的表面改性变得非常困难。

低温等离子体中的电子从电场中获得能量成为自由的高能电子，它与气体中的原子和分子碰撞产生激发和电离现象，由此生成的激发分子、原子、离子和游离基都是极不稳定的具有较高的化学反应性，很容易发生一些反应生成新化合物，或使被处理物份失重，当处理氟碳涂料时，可使表面层发生刻蚀而形成新的性能，或引起交联、接枝和聚合。

1.2 实验设备及原材料

低温等离子处理机，PG-10000F；层压机，BSL1122 00；光学接触角测试仪，SL200A；拉力机，CMT6203。

氟碳涂料涂覆型GPJ背板。EVA，F406S。

1.3 实验方法

选择同批生产的涂覆型系列背板若干，采用相同的速度在同一台低温等离子处理机上进行处理。改变等离子处理机的功率，通过测试其表面张力及与EVA的粘接性能，研究低温等离子处理机对于含氟涂料表面性能的影响[8]。同时研究在恒定湿热环境下，经过低温等离子处理的含氟涂料表面性能的衰竭情况。

1.4 试制样件

1)取涂覆型系列背板若干，在同一台低温等离子处理机上用固定车速（25 m/min）处理GPJ背板，研究不同处理功率对于含氟涂料表面性能的影响。

2)在同一台低温等离子处理机上选用相同的处理功率（4.0 kW），通过改变处理速度，研究处理时间对于含氟涂料表面性能的影响。

3)各不同处理功率样件各取3张A4大小的样件进行测试。

1.5 性能测试

表面能测试：测背板接触角；粘接性能测试：拉力机剥离试验[9]。

2 结果与讨论

2.1 不同处理功率的影响

低温等离子处理机的处理效果，通过测试不同功率处理的含氟涂料接触角及表面张力来确定[10]。测试结果见表1。

表1 不同处理功率的表面张力变化Tab 1 Variation of surface tension of different processing power

从表1可以看出，在相同处理速度条件下，等离子处理机的处理功率增加，接触角变小，表面张力增大，当达到一定功率后，表面张力及接触角都趋于稳定。背板与EVA的剥离力也与表面张力变化所表现出来的变化一致，最后趋于稳定[11]。

2.2 不同处理时间的影响

其表征方式同样用表面张力及接触角进行确定，测试结果见表2。

表2 不同处理时间的表面张力变化Tab 2 Variation of surface tension of different processing time

从表2可以看出，在相同处理功率条件下，等离子处理机的处理时间增加，接触角变小，表面能增大，当处理时间达到一定长度后，表面张力及接触角都趋于稳定。背板与EVA的剥离力也随着其表面张力的变化而变化，最后当表面张力趋于稳定后，其层压后的剥离力也稳定在90 N/cm以上。

2.3 不同处理功率的性能衰减

通过跟踪不同处理功率的背板在恒定环境下（温度(20±5)℃，相对湿度50%±20%）长周期存放后，对其表面性能的衰减的研究，结果见表3。

表3 不同功率长周期存放接触角Tab 3 The contact angle of long period storage of different power

从表3可以看出，经过不同功率处理后的含氟涂料在一个长周期的存放条件下，其表面性能都会有不同程度的衰减，其中初始处理效果越差，其衰减的越快，初始处理效果越好，其性能维持的时间越长。当时间长达180 d以上时，其表面处理性能基本消失。

2.4 不同处理时间的性能衰减

通过跟踪不同处理时间的背板在恒定环境下（温度(20±5)℃，相对湿度50%±20%）长周期存放后，对其表面性能的衰减的研究，结果见表4。

从表4可以看出，经过不同处理时间的含氟涂料在一个长周期的存放条件下，其表面性能也会有不同程度的衰减，其中初始处理时间越长，其初始表面性能越好，长周期存放条件下，其性能保持的时间也越长。但当时间超过180 d时，其表面处理性能基本消失。

表4 不同处理时间长周期存放接触角测试Tab 4 The contact angle test of long period storage of different processing time

3 结论

1)经过低温等离子处理之后的含氟涂料，其表面能增加，接触角减小，与EVA的剥离力增加，从而提高了其与EVA的粘接性能。

2)随着低温等离子处理功率和时间的增加，有利于其表面性能的改善，直至功率达到4.0 kW以上，处理时间在3 s以上，则含氟涂料的表面性能趋于稳定。

3)经过低温等离子处理后的含氟涂料背板，放置在一个恒定环境中（温度(20±5)℃，相对湿度50%±20%）的表面性能失效研究中发现，起表面性能随着时间的延长都会有不同程度的性能衰减，当时间达到180 d以上时，其处理过的表面性能基本消失。也就是说含氟涂料的经过等离子处理后的性能最多能够保持半年左右时间。

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TQ637

ADOI10.3969/j.issn.1006-6829.2016.05.003

2016-07-24