胶黏剂对光伏背板表观影响研究

田 勇，张伊玮，景改峰，顾丽争

（乐凯胶片股份有限公司 河北 保定 071054）

1 引言

晶硅太阳能电池背板（以下简称背板）为晶硅太阳能电池组件的重要组成之一，用于组件的背层，主要起到耐候、绝缘、阻隔等作用。太阳能电池背板可以有多种分类，根据生产工艺分类可以分为复合型和涂布型。复合型背板一般在PET 的其中一面涂布胶黏剂，经干燥后复合氟膜，之后再在PET 的另一面涂布胶黏剂，复合聚烯烃类粘合层或氟膜做粘合层，形成整体背板，如TPE、KPO 等。涂布型背板一般在PET 的其中一面涂布耐候涂料，在PET 的另一面涂布粘合涂料，形成整体背板，如CPC。按复合型和涂布型分类只是一种笼统的分类，实际也存在一面复合，一面涂布的背板，如KPf、TPC 等。

实际生产中，双面复合型背板如果氟膜复合完成后直接进行第二面的复合，可能出现氟膜褶皱的情况，造成表观弊病，影响成品率。生产中发现氟膜面使用不同胶黏剂，对是否出现氟膜褶皱会有一定影响，如使用1#胶黏剂，复合完氟膜后室温20℃左右放置24h，甚至48h 仍会有二次过机氟膜褶皱的情况，使用2#胶黏剂，复合完氟膜后室温20℃左右放置8h 后二次过机表观正常。本文则针对背板使用不同胶黏剂造成二次过机差异进行分析。

2 实验部分

2.1 实验原料

PET 膜：江苏裕兴薄膜科技股份有限公司。

氟膜：杭州福膜新材料科技股份有限公司。

胶黏剂：1#胶黏剂、2#胶黏剂。

2.2 实验设备及仪器

电子天平：上海精密科学仪器有限公司JH2102。

搅拌机：上海标本模型厂JB50-D。

智能数显恒温鼓风干燥箱：菏泽市华强仪器仪表有限公司HQDS-9140A。

覆膜机：广东瀛和电子有限公司FM-650。

万能拉力机：深圳万测试验设备有限公司ETM-104B。

红外光谱仪：Nicolet i S10。

2.3 试验及测试方法

背板复合：使用丝棒将胶黏剂涂布到PET 基材上，采用干式复合法将PET 与氟膜复合成背板。

粘结力测试：按GB/T 2790-1995《胶黏剂180°剥离力轻度试验方法 挠性材料对刚性材料》测试。

收缩率测试：按GB/T 13542.2-2009 第23 章规定测试收缩率。

剪切强度测试：按GB/T 7124-2008 规定进行剪切测试。

3 结果与讨论

3.1 实验室样品二次过机表观

根据车间生产经验，生产双面复合型KPO 背板时，如使用1#胶黏剂，复合完氟膜后室温20℃左右放置24h，甚至48h 仍会有二次过机氟膜褶皱的情况，使用2#胶黏剂，复合完氟膜后室温20℃左右放置8h 后二次过机表观正常。根据车间弊病记录，使用1#胶黏剂时一次过机（复合氟膜）后氟膜表观无弊病，二次过机（复合PO）PET+氟膜放卷正常，经干燥后局部出现褶皱情况，且褶皱基本都为纵向。因此氟膜褶皱为二次过机时经干燥道后产生。

车间二次过机时干燥道最高温度90℃，干燥时间约1min。实验室分别使用1#、2#两种胶黏剂复合PET、氟膜，复合后进行90℃干燥1min 的模拟试验，观察20℃环境下不同时间背板表观变化，两种胶黏剂复合的背板90℃干燥1min 后均未出现氟膜褶皱，但氟膜尺寸相对PET 尺寸发生一定变化，收缩率结果见表1 所示。

从表1 中可以看出使用两种胶黏剂的背板在90℃干烘1min 后均会出现氟膜纵向收缩，横向涨出的情况，1#胶黏剂相对2#胶黏剂尺寸变化会更明显，且两种胶黏剂的背板随着放置时间的延长尺寸变化有降低趋势。

表1 收缩率（90℃-1min）Tab.1 shrinkage（90℃-1min）

说明：0.67%代表氟膜相对PET 收缩0.67%，-0.50%代表氟膜相对PET 涨出0.50%。

生产线出现的褶皱基本为纵向褶皱，实验室模拟试验未出现褶皱分析为实验室样品较小，车间产品幅宽为1m，而实验室样品只有20cm 宽，尺寸变化绝对值要明显小于生产线，不易产生褶皱，不过实验室出现横向氟膜涨出的现象能够与生产线纵向褶皱相对应。为分析氟膜尺寸变化的原因，测试了基材收缩率、氟膜与PET 粘结力、剪切强度等。

3.2 基材收缩率

测试90℃干烘1min 后氟膜与PET 的尺寸变化如表2。从表2 可以看出，90℃干烘1min 后，PET 尺寸无变化，而氟膜出现纵向收缩、横向涨出的现象，其趋势与表1一致。表1 中1#胶黏剂TD 方向收缩大于表2 中氟膜收缩率，分析为背板复合过程中为纵向复合，氟膜纵向受到一定张力，存在一定的拉伸，从而加热时如果胶黏剂粘结力不够，则纵向收缩、横向涨出幅度会高于单独氟膜测试结果，而表1 中2#胶黏剂能够对氟膜起到较好的固定作用，2#样品的氟膜尺寸变化会小于基材自身尺寸变化。

表2 基材收缩率Tab.2 Shrinkage of base material

3.3 粘结力和剪切强度

为分析表1 中两种胶黏剂产生差别的原因，对氟膜与PET 粘结力进行测试，见图1。从图1 可以看出，随着放置时间的延长，胶黏剂逐步固化，粘结力均有增大趋势。1#胶黏剂粘结力相对2#胶黏剂粘结力更高，但表1 中1#胶黏剂氟膜尺寸变化更明显，粘结力与氟膜尺寸变化不呈对应性。

图1 不同放置时间粘结力Fig.1 Adhesion at different time of placement

为进一步分析，对氟膜与PET 的剪切强度进行测试，氟膜与PET 剪切强度测试见图2。从图2 可以看出，2#胶黏剂的剪切强度大于1#胶黏剂的剪切强度，这与表1中两种胶黏剂尺寸变化是对应的。分析在干烘时氟膜与PET 发生位移为剪切方向的力，因此剪切强度（图3 示意图）测试结果相对于180℃剥离粘结力（图4 示意图）测试更能表征一款胶黏剂在二次过机时是否容易出现氟膜褶皱。

图2 不同放置时间剪切强度Fig.2 Shear strength at different time of placemen

图3 剪切强度试验示意图Fig.3 Schematic diagram of shear strength test

图4 180℃剥离试验示意图Fig.4 Schematic diagram of peel test at 180℃

为分析两款胶黏剂粘结力和剪切强度差异，对胶黏剂进行红外光谱测试，随着反应的进行，2273cm-1处的-NCO 的吸收峰会逐渐减弱，直至完全消失。以此吸收峰的变化，结合参照峰2990-2850cm-1（甲基、亚甲基伸缩振动峰），可以跟踪聚氨酯胶黏剂的反应过程[1，2]。

跟踪两款胶黏剂在20℃左右放置不同时间段胶黏剂反应程度，见图5。从图5可以看出，随着放置时间的延长，胶黏剂会逐步交联，从而粘结力和剪切强度均有升高。1#胶黏剂反应速率要略高于2#胶黏剂，不过两种胶黏剂在20℃左右环境放置交联均较慢，48h 时NCO 剩余量仍高于80%。因此分析两种胶黏剂二次过机性能差异及剪切强度差异主要在于胶黏剂的主剂自身。

图5 NCO 基团剩余量测试Fig.5 The test of NCO group residue

对两种胶黏剂主剂进行分子量及粘度测试，结果见表3。由表3 中可以看出，2#胶黏剂的分子量和粘度明显高于1#胶黏剂。在胶黏剂中，低相对分子质量的聚合物提供初粘力，高相对分子质量的聚合物提供内聚强度[3]，因此1#胶黏剂有更高的粘结力，但剪切强度较低，而2#胶黏剂有更高的剪切强度，从而有更好的二次过机性能。

表3 分子量和粘度测试Tab.3 Molecular weight and viscosity

4 结语

经研究发现氟膜和PET 的剪切强度对背板二次过机性能影响较大，而当胶黏剂没有较明显固化时，胶黏剂主剂的分子量对剪切强度影响较大。本文中的2#胶黏剂在背板耐候层应用具有较高的氟膜与PET 的剪切强度，从而能够保证耐候层复合完成后室温放置8h，无需高温熟化即可进行二次过机，能够明显缩短生产周期并降低生产能耗。