早期，背板關(guān)鍵材料聚氟乙烯(PVF)由杜邦公司于1940年發(fā)明，并冠以代號(hào)Tedlar。近年來(lái)，結(jié)構(gòu)上具有相似特征的聚偏氟乙烯(PVDF)正逐步取代PVF，成為太陽(yáng)能電池背板材料新的選擇。

　　PVDF的氟含量高于PVF，具有更出色的耐候性和阻濕性，比如，同樣厚度的PVDF薄膜的透濕性大概只有PVF的1/10。另外，PVDF的熱分解溫度更高(>316℃)，更利于加工，不易降解。

　　為了提升PVDF的綜合性能，往往還需要對(duì)PVDF聚合物膜進(jìn)行改性處理，以增強(qiáng)阻濕性、耐候性、抗紫外粘結(jié)性、穩(wěn)定性及加工性能。

　　對(duì)光伏背板用PVDF的性能要求是由背板的基本結(jié)構(gòu)及工作環(huán)境等要求衍生來(lái)的，下面介紹PVDF的材料特點(diǎn)和改性方法，最后著眼于背板應(yīng)用，從功能需求角度綜述PVDF的相關(guān)改性研究進(jìn)展。

　　太陽(yáng)能電池背板的基本結(jié)構(gòu)及材料

　　背板膜作為太陽(yáng)能電池組件的重要封裝材料，典型的結(jié)構(gòu)如圖所示，最外層為耐候性很好的氟樹(shù)脂，具備良好的抗腐蝕能力，能阻隔水汽，抗紫外線老化，中間為PET聚酯薄膜，絕緣性能良好并保障力學(xué)強(qiáng)度，外層氟膜和PET之間通過(guò)粘合膠粘結(jié)，內(nèi)層薄膜與EVA粘結(jié)后銜接到電池晶片上。

　　氟樹(shù)脂主要為聚氟乙烯(PVF)和聚偏氟乙烯(PVDF)。此外，還有無(wú)氟背板膜，即通過(guò)膠黏劑將多層的PET粘結(jié)起來(lái)。鑒于氟樹(shù)脂具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和耐候性，其在背板膜的生產(chǎn)中具有更廣泛的應(yīng)用。

　　聚偏氟乙烯(PVDF)材料特點(diǎn)

　　聚偏氟乙烯是一種半結(jié)晶性的熱塑性氟樹(shù)脂，其中的C-F鍵具有鍵長(zhǎng)短、鍵能高的特性，且F原子電負(fù)性大，在分子間易形成氫鍵，可以承受強(qiáng)酸強(qiáng)堿的腐蝕，同時(shí)耐紫外線輻照，抗長(zhǎng)期老化，而且具有良好的加工能力和熱穩(wěn)定性。PVDF上不含有親水基團(tuán)，具有強(qiáng)疏水性，故可以充分地隔絕水汽。

　　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。

　　共混改性即通過(guò)向PVDF樹(shù)脂中加入另一種樹(shù)脂或無(wú)機(jī)納米材料，進(jìn)而達(dá)到改善PVDF性能的目的。其中比較典型的共混實(shí)現(xiàn)方式為熔融共混，通過(guò)密煉機(jī)等設(shè)備在高溫剪切作用下將高分子樹(shù)脂體系共混或與無(wú)機(jī)納米粒子共混。

　　表面改性包括表面涂覆改性、化學(xué)改性和接枝改性等。

　　表面涂覆改性指將被改性膜浸泡到親水分子溶液中沉積成膜或用親水性高分子物質(zhì)對(duì)膜表面進(jìn)行“涂層”處理，基于物理吸附作用分子間作用力較弱，所以親水性涂層在運(yùn)行過(guò)程中容易脫落。

　　化學(xué)改性指通過(guò)強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑處理使膜表面發(fā)生消除反應(yīng)脫去HF形成雙鍵，再在酸性條件下發(fā)生親核反應(yīng)于膜表面引入大量羥基改善膜表面親水性，羥基可進(jìn)一步與其它改性基團(tuán)反應(yīng)。

　　接枝改性指通過(guò)低溫等離子體、紫外光和高能輻照等技術(shù)處理膜表面使生成活性自由基位點(diǎn)，進(jìn)一步與親水性等功能性單體發(fā)生聚合反應(yīng)，達(dá)到改善膜表面性質(zhì)的目的。

　　改善親水性

　　PVDF膜表面具有很強(qiáng)的疏水性，難與PET等塑材有效粘結(jié)，故而需要對(duì)其進(jìn)行親水性改性。

　　通過(guò)固相界面反應(yīng)對(duì)PVDF膜進(jìn)行表面磺化，從而得到表面親水性較好的PVDF膜。

　　利用自由基聚合在PVDF膜表面接枝丙烯酸，改善表面親水性。

　　采用LiOH作為浸蝕劑對(duì)PVDF膜表面進(jìn)行分步處理改善親水性。

　　鑒于PVDF與EVA膠粘結(jié)性差的問(wèn)題，利用紫外光接枝技術(shù)對(duì)含氟聚合物膜進(jìn)行表面改性，將丙烯酸丁酯-三羥甲基丙烷三丙烯酸酯共聚物(PBA-TMPTA)接枝在含氟聚合物表面，大幅增強(qiáng)PVDF與EVA間的剝離強(qiáng)度。

　　Molly等用NaOH在相轉(zhuǎn)移催化劑條件下脫去PVDF中的HF，再用強(qiáng)氧化劑KClO3/H2SO4氧化不飽和基團(tuán)，在膜表面引入羧基，使與水的接觸角降低10°。

　　此外，已報(bào)道的適合對(duì)PDVF進(jìn)行共混改性進(jìn)而改善親水性能的聚合物有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚丙烯腈(PAN)等。除有機(jī)聚合物可作為改性劑外，無(wú)機(jī)納米粒子如TiO2和Al2O3等也可通過(guò)共混改性增強(qiáng)PVDF的親水性。

　　提高機(jī)械性能和加工性能。

　　增強(qiáng)紫外線屏蔽能力

　　鑒于氟樹(shù)脂優(yōu)異的耐候性、耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度，其作為光伏背板材料應(yīng)用具有不可替代的地位。PVDF作為重要的氟材料，存在粘結(jié)力差、結(jié)晶形貌穩(wěn)定性欠佳等問(wèn)題，所以需要通過(guò)本體或表面改性對(duì)其進(jìn)行性能優(yōu)化，更好地滿足背板的設(shè)計(jì)和應(yīng)用需求。