光伏電池是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的重要部件，其主要由鋼化玻璃、晶硅電池片、EVA膠膜、背膜、鋁邊框、接線盒等部件組成。其中，背膜是光伏電池組件封裝的重要材料，對(duì)電池片起保護(hù)和支撐的作用，要求其具有卓越的耐候性能（耐濕熱、紫外）、電氣絕緣性、水氣阻隔性及尺寸穩(wěn)定性等性能。
目前主流的光伏背膜為TPT結(jié)構(gòu)，T是最早由杜邦公司開發(fā)的PVF（聚氟乙烯）Tedllar，P是PET，由于PVF具有優(yōu)良的耐紫外性能，而PET具有卓越的電氣絕緣和水氣阻隔性能，因此這種3膜復(fù)合的結(jié)構(gòu)能有效保證其25年的使用壽命。但由于PVF膜由杜邦壟斷，成本較高，且供應(yīng)量有限。
為了打破這一壟斷，阿科瑪、蘇威、3M等公司推出了PVF替代膜PVDF（聚偏氟乙烯），為了進(jìn)一步降低成本，有些背膜廠商將2層氟膜變成1層以及出現(xiàn)了工藝更簡(jiǎn)潔的氟涂層背膜。近年來(lái)，為了消除對(duì)氟膜的依賴，日本已經(jīng)開始研制耐候型PET，通過(guò)改性PET與普通PET膜的多層復(fù)合制備耐候性良好的光伏背膜，此技術(shù)已成為日本的主流技術(shù)了。
無(wú)論是TPT結(jié)構(gòu)、TPE結(jié)構(gòu)（E為乙烯-乙酸乙烯酯共聚物）還是采取涂覆及無(wú)氟結(jié)構(gòu)，光伏背膜中都有一項(xiàng)不可缺少的組分PET，由于背板在電池的下面，因此紫外輻射相對(duì)較弱，另外對(duì)含氟背膜而言，氟膜可以有效地阻擋紫外輻射，故PET膜主要起水氣阻隔和電氣絕緣的作用。
但PET在濕熱環(huán)境中易發(fā)生降解從而導(dǎo)致脫層、龜裂、氣泡和變黃等現(xiàn)象，最終使光伏電池的輸出功率降低、使用壽命下降。因此對(duì)PET濕熱性能的研究將有助于找出提高其耐濕熱性能的方法，目前已有不少學(xué)者及光伏相關(guān)公司在這方面開展了研究。
1、PET耐濕熱性能研究
1.1、PET濕熱老化機(jī)理
PET的濕熱老化過(guò)程主要是PET分子鏈在濕熱條件下發(fā)生水解及相應(yīng)聚集態(tài)變化的過(guò)程。PET主鏈上的酯鍵是聚酯發(fā)生濕熱老化的基因，當(dāng)有水分存在時(shí)，PET分子鏈2端活潑的羧基將誘發(fā)和加速酯鍵的水解過(guò)程，而溫度的升高則會(huì)進(jìn)一步的加速此過(guò)程。
濕熱老化初期水分在PET表面吸附，緩慢滲透，由于隨著時(shí)間延長(zhǎng)，水對(duì)PET的刻蝕和溶劑化作用，PET的結(jié)晶度逐漸升高，其表面微孔和龜裂增加，與此同時(shí)PET分子鏈中酯鍵受到水分子攻擊而發(fā)生斷裂，形成分子鏈更短的PET，在水增速的作用下結(jié)晶度進(jìn)一步增加，PET脆性增加，水分向PET內(nèi)部滲透加速，以上過(guò)程不斷重復(fù)，最終使PET失去原有的力學(xué)性能和水氣阻隔性能。而溫度的升高，一方面加速PET結(jié)晶，從而增加其龜裂程度；另外還增加了端羧基的活潑性，加速水解反應(yīng)的發(fā)生。
1.2、提高PET耐濕熱性能方法
由聚酯濕熱老化機(jī)理可知，PET分子鏈中的酯鍵和端羧基是水解中的關(guān)鍵因素，因此PET耐濕熱性能的提高方式主要有2條路線，一是降低酯鍵的含量；二是減少端羧基的含量。
第一條路線主要是通過(guò)聚酯聚合過(guò)程中加入第三組分，減少分子鏈中酯鍵的含量，引入耐水解性能更高的化學(xué)鍵或物質(zhì)。如專利CN102898632A公布了在PET聚合過(guò)程中引入一定量的聚乙二醇，使其嵌段分布于聚酯分子鏈中，由于聚乙二醇醚鍵結(jié)構(gòu)比酯鍵結(jié)構(gòu)耐水解性更強(qiáng)，因此能提高所得共聚酯的耐水解性能，另外為進(jìn)一步的提高其耐水解性能，還引入了苯環(huán)上含3個(gè)取代基的苯甲酸類化合物，在共聚酯中能形成3支鏈結(jié)構(gòu)。東麗在其專利CN101186688A中公布了一種具有優(yōu)異耐水解性能的阻燃聚酯，由于通常加入磷阻燃成分后，聚酯的耐水解性能會(huì)大大降低，該專利在聚合過(guò)程加入了萘二酸組分，引入耐水解性能更高的萘基，有效地提高了聚酯的耐水解性能。
此方法不足之處是第三組分的加入一定程度會(huì)對(duì)聚酯的物理機(jī)械性能和加工性能產(chǎn)生影響，因此目前主流的提高聚酯耐水解性能的方法還是通過(guò)引入活性基團(tuán)與聚酯中的端羧基反應(yīng)形成穩(wěn)定的基團(tuán)，從而提高聚酯的耐水解性能。通?？梢约尤氲奈镔|(zhì)有環(huán)氧化合物或碳化二亞胺類化合物。專利CN1312237A公布了一種利用含環(huán)氧基和氨基等高分子型封端劑制備的耐水解聚酯。封端劑基準(zhǔn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在（0.05～10%），由于封端劑分子質(zhì)量相對(duì)較高，在熔融混煉過(guò)程中不易分解，封端效率更高，因此制備的聚酯具有較高的耐水解性能。
東麗專利CN101955579A公布了一種通過(guò)加入含有反應(yīng)活性官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑化合物、碳化二亞胺化合物、噁唑啉化合物中任意一種封端劑制備的耐水解聚酯，其中封端劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（0.01～10）%。國(guó)外也有不少專利報(bào)道采用環(huán)氧化合物或碳化二亞胺類化合物作為封端劑制備耐水解聚酯。如美國(guó)專利第5763568號(hào)、第6974846號(hào)專利等。
論文方面魏文良在用于光伏電池背板的抗老化PET薄膜研制一文中選用了臺(tái)灣產(chǎn)的F-11和英國(guó)產(chǎn)的P-1002種封端劑，試驗(yàn)結(jié)果顯示P-100雖然能制備耐水解老化良好的聚酯，但加工過(guò)程中易分解并釋放刺激性氣味的氣體，而F-11不僅能制備耐水解老化性能優(yōu)良的聚酯，而且加工性能也良好。
從查閱的專利以及相關(guān)的論文研究可知環(huán)氧化合物或碳化二亞胺類化合物等封端劑屬低分子型，耐熱性能差，在混煉過(guò)程中易分解揮發(fā)，所以要達(dá)相應(yīng)應(yīng)用要求就需要添加過(guò)量的封端劑，而封端劑的價(jià)格較高，這樣就在一定程度上會(huì)限制該類封端劑的應(yīng)用。
1.3、光伏PET背膜濕熱性能表征
目前光伏背膜生產(chǎn)商的耐濕熱性能測(cè)試通常是將PET膜在濕熱老化箱中老化一定時(shí)間后觀察其外觀變化來(lái)考察的，如是否分層、氣泡以及色值b值的變化等。濕熱條件為85℃，85%HＲ，老化時(shí)間1000h。為了更進(jìn)一步地掌握濕熱老化后老化程度和相關(guān)性能的變化，學(xué)術(shù)研究中會(huì)在老化不同時(shí)間（500h，1000h，1500h，2000h等一系列老化時(shí)間）后做其他測(cè)試。
如濕熱老化后的力學(xué)性能測(cè)試、結(jié)晶度測(cè)試、紅外測(cè)試以及表面張力測(cè)試等。如唐景、王莉分別在其研究中將光伏背膜在85℃，85%HＲ下濕熱老化500h，1000h，1500h，2000h后，對(duì)PET膜進(jìn)行了力學(xué)測(cè)試、DSC測(cè)試和紅外性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明PET膜老化后其力學(xué)性能、分子質(zhì)量及結(jié)晶度是相互影響的，結(jié)晶度在38%以下時(shí)，背膜仍具有良好的保護(hù)和支撐性能。
由于多層復(fù)合膜中PET膜是與其他膜通過(guò)EVA膠膜連接在一起的，膜表面張力的大小則決定了膜間的結(jié)合能力大小，因此李茜茜在其研究中還測(cè)試了老化后PET膜的表面張力的變化，研究表明濕熱老化500h后，表面張力由48dyn/cm下降至42dyn/cm，1500h則下降至36dyn/cm以下了，表面張力的變化與電暈處理和PET水解有密切關(guān)系，初期主要是電暈效果失效導(dǎo)致，后期水解程度增加，PET分子鏈變短，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，表面張力也就隨之下降了。
2、結(jié)語(yǔ)
目前市場(chǎng)上光伏背膜的結(jié)構(gòu)主要分為TPT、TPE、氟涂層以及PET多層復(fù)合結(jié)構(gòu)。由于氟膜制備技術(shù)主要由國(guó)外壟斷，除應(yīng)用于高端領(lǐng)域會(huì)采用氟膜復(fù)合外，從成本和應(yīng)用效果來(lái)看，使用氟涂層和PET多層復(fù)合結(jié)構(gòu)也是能滿足使用需求。隨著光伏電能在整個(gè)能源體系占比的不斷提高，以及應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展和不斷細(xì)化，對(duì)無(wú)氟光伏背膜的需求也將進(jìn)一步提高。
而相較于含氟背膜而言，則對(duì)另外2種結(jié)構(gòu)中的PET膜的耐濕熱性能將提出更高的要求。我國(guó)已經(jīng)成為了全球最大的光伏電池組件需求和生產(chǎn)基地，在氟膜技術(shù)短期無(wú)法攻克的情況下，發(fā)展無(wú)氟多層PET背膜將是一種趨勢(shì)。
