晶硅太陽能電池光伏薄膜材料現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

晶硅太陽能電池薄膜材料

現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

四川東材科技集團(tuán)股份有限公司羅春明2011.7背景介紹市場(chǎng)分析技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)產(chǎn)業(yè)升級(jí)主要內(nèi)容背景概述人類正在面對(duì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，在有限資源和環(huán)保嚴(yán)格要求的雙重制約下發(fā)展經(jīng)濟(jì)已成為全球熱點(diǎn)問題。能源問題將更為突出，不僅表現(xiàn)在常規(guī)能源的匱乏不足，更重要的是化石能源的開發(fā)利用帶來了一系列問題，如環(huán)境污染、溫室效應(yīng)等。要解決上述能源問題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模地開發(fā)利用可再生潔凈能源。太陽能以其獨(dú)具的優(yōu)勢(shì)，其開發(fā)利用必將繼續(xù)得到長(zhǎng)足的發(fā)展，并終將在世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移中擔(dān)綱重任。一、背景介紹背景概述太陽能發(fā)電是利用光伏電池組件將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?004年以來世界光伏電池產(chǎn)量迅速增加，2010年全球產(chǎn)量達(dá)到20.5GW，同比2009年增長(zhǎng)108%；根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)(IEA)預(yù)測(cè)，2020年可再生能源在全球能源消費(fèi)中的比例將達(dá)30%

；2030年之后，光伏發(fā)電很可能成為主流能源。一、背景介紹一、背景介紹晶硅太陽能電池組件主要由玻璃板、電池片、EVA膠膜、背板膜等幾部分組成。其中EVA膠膜和背板膜（主要由氟膜和PET基膜—也稱PET厚膜構(gòu)成）統(tǒng)稱為光伏薄膜材料。一、背景介紹圖1.1背板膜和晶硅太陽能電池組件結(jié)構(gòu)示意圖尚德STP260S-24/Vb1956x992x50mm，250W（130W/m2）圖1.2太陽能電池組件實(shí)物圖一、背景介紹一、背景介紹太陽能發(fā)電示意圖電池組件控制器逆變器

電能儲(chǔ)存單元圖1.3太陽能發(fā)電示意圖美國家用太陽能屋頂?shù)聡亓只疖囌咎柲芪蓓斘靼嘌捞柲馨l(fā)電站一、背景介紹1、光伏產(chǎn)業(yè)用EVA膠膜

EVA樹脂是乙烯與醋酸乙烯的共聚物，由杜邦公司率先研發(fā)問世，商品名為Elvax

，目前仍占據(jù)較大的市場(chǎng)份額。EVA樹脂添加其它助劑后，通過一定的工藝，制成EVA膠膜。圖1.4EVA分子結(jié)構(gòu)式一、背景介紹EVA膠膜的特性常溫下無粘性，熱壓后發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，產(chǎn)生永久粘合，并變成完全透明。EVA膠膜的性能要求

具有良好的耐候性和彈性，通過真空層壓技術(shù)與光伏組件中的玻璃和背板膜粘合為一體；

能提高光伏組件中玻璃的透光率，起到“增透作

用”，提升光伏組件對(duì)太陽能的利用效率。一、背景介紹2、光伏產(chǎn)業(yè)用PET基膜

PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）薄膜是以聚酯切片為主要原材料，經(jīng)過擠出、拉伸等工藝制得。用于光伏背板領(lǐng)域的PET薄膜厚度通常在180μm以上，因此又稱PET厚膜，主要起阻隔、電氣絕緣的作用。圖1.5PET分子結(jié)構(gòu)式一、背景介紹PET基膜的性能要求

低的水蒸汽透過率優(yōu)良的電氣絕緣性能優(yōu)良的耐老化性能較好的阻燃性PET基膜市場(chǎng)情況

光伏背板用PET基膜的大部分國際市場(chǎng)份額由國外企業(yè)占據(jù)，如：日本東麗、帝人-杜邦、韓國SKC等等。目前國內(nèi)主要有東材科技和江蘇裕興等企業(yè)給國內(nèi)外市場(chǎng)提供相關(guān)材料。圖1.6太陽能背板基膜產(chǎn)品一、背景介紹3、光伏產(chǎn)業(yè)用背板膜

背板膜是光伏組件中的重要部分，其對(duì)組件中的電池片起保護(hù)和支撐作用，要求具有可靠的電氣性能、水蒸氣阻隔性能和耐老化性能。目前，背板膜主要分為“復(fù)合型”和“涂布型”兩大類。

一、背景介紹復(fù)合型背板膜主要有以下類別：（1）TPT(Tedlar//PET//Tedlar):在PET基膜兩面復(fù)合Tedlar氟膜（聚氟乙烯PVF）；（2）TPE(Tedlar//PET//EVA):在PET基膜一面復(fù)合Tedlar氟膜，一面復(fù)合EVA膠膜或聚烯烴薄膜；（3）

FPF(FFC//PET//FFC)：在PET兩面復(fù)合FFC氟

膜（聚偏二氟乙烯PVDF）。如將FFC換成其它氟膜，則還可衍生出更多型號(hào)的背板膜。

一、背景介紹TPT背板膜

TPT背板膜中的Tedlar聚氟乙烯(PVF)膜賦予背板膜耐熱氧老化、耐紫外線等性能，并且對(duì)太陽光有反射作用，可提高光伏組件的使用壽命。目前國際上大多數(shù)的背板膜均使用杜邦公司Tedlar進(jìn)行復(fù)合。圖1.7TPT背板膜結(jié)構(gòu)示意圖一、背景介紹TPE背板膜

TPE主要有以下特性：

1.與EVA粘結(jié)強(qiáng)度高、空氣隔絕性和抗?jié)裥暂^好；

2.增強(qiáng)了內(nèi)反射性，可提高光伏組件對(duì)光的吸收

效率和光電轉(zhuǎn)化效率；

3.TPE的成本較TPT有所下降。

但TPE的耐紫外老化性、耐熱氧老化性相對(duì)于TPT較差，會(huì)降低光伏組件使用壽命。一、背景介紹FPF背板膜

FPF背板膜結(jié)構(gòu)與TPT背板膜類似。具有良好的電氣性能，其成本較TPT有所降低。但FPF背板膜的綜合性能要低于TPT背板膜。

TPE和FPF背板膜雖然在整體性能上不如TPT背板膜，但由于價(jià)格較低，目前還是占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額。一、背景介紹涂布型背板膜

該類背板膜是通過適當(dāng)?shù)墓に?，將含氟涂料涂布于PET基膜表面上，從而制得性能與TPT類似的背板膜。由于成本的優(yōu)勢(shì)，涂布型背板膜前景看好。除“復(fù)合型”和“涂布型”背板膜技術(shù)之外，還有PET基膜表面改性、真空金屬鍍層、耐候PET基膜多層復(fù)合等不同技術(shù)路線制造的背板膜。

在大力發(fā)展新能源的背景下，風(fēng)能、核能都遇到了技術(shù)、安全等方面的問題，給太陽能的發(fā)展提供了良好機(jī)遇；來自Solarbuzz的數(shù)據(jù)表明，2010年全球新增光伏裝機(jī)量達(dá)18.2GW，同比2009年增長(zhǎng)139%。同時(shí)，全球太陽能電池產(chǎn)量達(dá)到20.5GW，同比2009年增長(zhǎng)108%；除歐洲外，中美兩國的市場(chǎng)極具潛力。預(yù)計(jì)2015年底中國累計(jì)裝機(jī)量將達(dá)5-10GW（中國政府規(guī)劃），而2020年美國累計(jì)裝機(jī)量至少達(dá)30GW。二、市場(chǎng)分析二、市場(chǎng)分析圖2.2全球光伏薄膜產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)圖2.1全球光伏新增裝機(jī)量預(yù)測(cè)二、市場(chǎng)分析2011-2015年，全球光伏產(chǎn)業(yè)新增裝機(jī)量預(yù)計(jì)呈上升趨勢(shì),由此會(huì)推動(dòng)全球光伏薄膜產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模的顯著增長(zhǎng)；2011-2015年，全球光伏薄膜市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)年均復(fù)合增長(zhǎng)率將超過20%，2015年全球光伏薄膜市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)接近380億元。二、市場(chǎng)分析圖2.3全球太陽能背板需求量及市場(chǎng)規(guī)模二、市場(chǎng)分析全球光伏裝機(jī)容量的急劇增長(zhǎng)極大地帶動(dòng)了全球光伏背板及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)；2010年全球光伏背板需求量近1.4億平方米，市場(chǎng)規(guī)模約85億元；預(yù)計(jì)2013年全球光伏背板需求量將超過2.3億平方米，市場(chǎng)規(guī)模超過135億元；光伏背板用PET厚膜的市場(chǎng)規(guī)模相當(dāng)可觀。二、市場(chǎng)分析2010年全球光伏領(lǐng)域PET厚膜需求量約5.2萬噸，市場(chǎng)規(guī)模接近15億元；預(yù)計(jì)2013年，全球光伏領(lǐng)域PET厚膜需求量將達(dá)8.4萬噸，市場(chǎng)規(guī)模超過20億元。圖2.4全球光伏用PET厚膜市場(chǎng)及預(yù)測(cè)二、市場(chǎng)分析圖2.52010年中國光伏組件產(chǎn)量全球比重二、市場(chǎng)分析中國已成為全球最大的光伏組件生產(chǎn)國，2010年中國大陸光伏組件產(chǎn)量占全球比重已接近50%；光伏薄膜材料領(lǐng)域，目前的國產(chǎn)化比率不高。二、市場(chǎng)分析光伏薄膜中EVA膠膜、PET厚膜和氟膜，國產(chǎn)化比率均不到50%，且價(jià)格較低；國外相關(guān)企業(yè)具有較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在技術(shù)和原材料控制等方面。圖2.6目前中國光伏薄膜國產(chǎn)化比率二、市場(chǎng)分析進(jìn)口材料國產(chǎn)化替代前景廣闊中國光伏電池組件產(chǎn)量占比不斷提升，帶動(dòng)對(duì)上游各種光伏材料的需求量不斷增加，進(jìn)而促進(jìn)國內(nèi)光伏薄膜行業(yè)的發(fā)展；光伏電池組件面臨成本下降的壓力，組件廠商需要尋求國內(nèi)供應(yīng)商，從而降低原材料成本，也有利于加快光伏薄膜材料的國產(chǎn)化進(jìn)程。二、市場(chǎng)分析圖2.72010年全球光伏EVA膠膜格局國內(nèi)光伏EVA膠膜行業(yè)的進(jìn)口替代趨勢(shì)已經(jīng)確立；國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)占據(jù)EVA膠膜市場(chǎng)40%~50%的國內(nèi)份額，并且很可能會(huì)進(jìn)一步提升。二、市場(chǎng)分析BOPET行業(yè)龍頭如日本東麗、帝人杜邦和韓國SKC等在高端光伏PET厚膜市場(chǎng)具有顯著競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；國內(nèi)如東材科技、江蘇裕興等企業(yè)在光伏PET厚膜領(lǐng)域已經(jīng)取得突破，進(jìn)口替代趨勢(shì)已經(jīng)形成。圖2.82010年全球光伏PET厚膜格局二、市場(chǎng)分析氟膜類型化學(xué)名主要生產(chǎn)商PVF聚氟乙烯美國杜邦PVDF聚偏氟乙烯歐洲阿科瑪、蘇威；日本大金、吳羽；韓國SKC；國內(nèi)浙江巨化、山東東岳化工ECTFE三氟氯乙烯-乙烯共聚物歐洲蘇威THV四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物美國Dyneon表2.1各種氟膜結(jié)構(gòu)及主要生產(chǎn)商二、市場(chǎng)分析PVF薄膜（杜邦Tedlar）占據(jù)全球背板市場(chǎng)40%左右的份額；PVDF、ECTFE、THV等氟膜作為Tedlar的替代品，具有極好的應(yīng)用前景；由于技術(shù)壁壘較高，國內(nèi)光伏氟膜材料相關(guān)企業(yè)在短時(shí)間內(nèi)可能難以取得突破。蘇州一家公司的含氟薄膜研發(fā)取得一定突破，但還沒有獲得市場(chǎng)認(rèn)可。二、市場(chǎng)分析綜上所述，受全球大環(huán)境的影響，中國光伏行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛；國內(nèi)光伏薄膜產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)潛力巨大；國內(nèi)光伏薄膜材料企業(yè)需要努力提高自身水平，以求在光伏薄膜產(chǎn)業(yè)中取得較大的發(fā)展。三、技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)光伏產(chǎn)業(yè)用EVA膠膜技術(shù)概況

EVA膠膜的性能主要受EVA樹脂、添加劑（交聯(lián)劑、增塑劑和抗氧劑等）以及制作工藝等因素的影響。

EVA樹脂中的醋酸乙烯酯含量（VA值）和分子量（用熔融指數(shù)MI表征）是影響EVA樹脂性能的重要指標(biāo)，需合理控制配方以制得優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。交聯(lián)劑用于改進(jìn)EVA膠膜的固化性能。抗氧化劑和抗紫外老化劑的使用有利于提高EVA膠膜的耐候性。三、技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)光伏產(chǎn)業(yè)用EVA膠膜技術(shù)概況

目前國內(nèi)生產(chǎn)的EVA樹脂和添加劑在技術(shù)水平上較之國外產(chǎn)品還具有一定的差異，加之工藝經(jīng)驗(yàn)的相對(duì)欠缺，國產(chǎn)EVA膠膜在整體性能上落后于國外產(chǎn)品。隨著國內(nèi)光伏行業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)EVA膠膜產(chǎn)品的技術(shù)水平正在逐步提高。表3.1國外與國內(nèi)EVA膠膜主要性能指標(biāo)比較性能指標(biāo)行業(yè)指標(biāo)值國外產(chǎn)品值國內(nèi)產(chǎn)品值透光率（固化后）＞90%＞92%＞91%吸水率（20℃，24h）≤0.1%≤0.1%＜0.1%完全交聯(lián)度（145℃，20min與15min）＞81%＞85%80%-90%耐紫外線老化（1000h）黃變指數(shù)＜1.0黃變指數(shù)＜0.5黃變指數(shù)＜2.0耐高低溫及濕熱老化（+85℃，－45℃，85%濕度，1000h）黃變指數(shù)＜2.0黃變指數(shù)＜1.0黃變指數(shù)＜3.0三、技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)三、技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)光伏產(chǎn)業(yè)用EVA膠膜發(fā)展趨勢(shì)

更高的透光率：以增加太陽光透過率，提高太陽能組件的發(fā)電效率；

更好的耐黃變性能：表現(xiàn)為“耐紫外線老化”和“耐高低溫及濕熱老化”性能的提高，延長(zhǎng)組件的使用壽命；

另外，在表面光潔度、化學(xué)穩(wěn)定性、耐臭氧強(qiáng)度、與填料的摻混性以及著色和成型加工難度等方面都有改進(jìn)的要求。

三、技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)光伏產(chǎn)業(yè)用PET基膜技術(shù)概況

光伏產(chǎn)業(yè)用PET基膜屬于電工絕緣PET薄膜中的高端產(chǎn)品，其在電氣性能、水蒸汽透過率、耐候性和阻燃性方面的要求較高，具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)含量。

PET基膜的性能主要受聚酯切片質(zhì)量、薄膜配方和制膜工藝的影響。

三、技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)光伏產(chǎn)業(yè)用PET基膜技術(shù)概況目前，國外企業(yè)已開發(fā)出多類型的PET基膜。在外觀上，有黑色、白色、乳白、透明等多種顏色的基膜；在厚度上，除傳統(tǒng)的250μm厚的基膜外，還新增了38μm，50μm，125μm，

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μm等厚度規(guī)格的基膜。這些不同類型的PET基膜可應(yīng)用于不同類型的光伏背板以及新的背板膜工藝。

三、技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)光伏產(chǎn)業(yè)用PET基膜技術(shù)概況為擺脫杜邦公司對(duì)TPT背板膜用Tedlar氟膜的壟斷控制和避開含氟薄膜的供應(yīng)緊張局面，已有不少光伏組件廠商通過在PET基膜上涂布含氟材料的工藝制造光伏背板膜。但是，這種新的工藝對(duì)PET基膜的耐老化性和水蒸氣阻隔性提出了更高的要求。三、技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)光伏產(chǎn)業(yè)用PET基膜技術(shù)概況

PET基膜的耐老化性方面，除傳統(tǒng)的雙85實(shí)驗(yàn)（溫度85℃，相對(duì)濕度85%條件下的耐老化性能測(cè)試）外，目前還進(jìn)一步要求對(duì)基膜進(jìn)行加速濕熱老化測(cè)試（條件為：溫度121℃，相對(duì)濕度100%，2個(gè)大氣壓力

），甚至還有135℃，3.5個(gè)大氣壓力下的超加速老化濕熱測(cè)試。

為了大幅提升光伏背板基膜的耐老化性，國外企業(yè)采用PEN薄膜替代PET基膜。

三、技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)光伏產(chǎn)業(yè)用PET基膜技術(shù)概況目前國內(nèi)能夠生產(chǎn)電工絕緣PET厚型薄膜的企業(yè)不多，而能夠生產(chǎn)光伏用PET基膜的企業(yè)就更少。因此，國外產(chǎn)品占據(jù)了較大的市場(chǎng)份額。但是，國內(nèi)企業(yè)在這方面已有一定的技術(shù)基礎(chǔ)，一些產(chǎn)品的質(zhì)量已接近國外水平，東材科技和江蘇裕興2010年向國內(nèi)外市場(chǎng)提供了約1.5萬噸的光伏用PET基膜，約占市場(chǎng)需求的25%。

表3.2國外與國內(nèi)光伏背板PET基膜主要性能指標(biāo)比較性能指標(biāo)國外產(chǎn)品國內(nèi)主流產(chǎn)品水蒸汽透過率（g/m2·d）≤1.51.5~2.5耐濕熱老化（85℃，85%相對(duì)濕度）≥3000h≤2500h阻燃性能UL94-VTM2部分達(dá)到UL94-VTM2三、技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)國外企業(yè)在光伏背板用PET基膜方面具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)；隨著國內(nèi)光伏行業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)產(chǎn)品已能部分替代進(jìn)口產(chǎn)品。三、技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)光伏背板用PET基膜的發(fā)展趨勢(shì)更高的阻隔性：目前2g/m2.d左右的水蒸氣透過率已經(jīng)無法滿足行業(yè)的新技術(shù)要求，近期目標(biāo)是1.5g/m2.d以下，中長(zhǎng)期的要求是小于1g/m2.d。為此國內(nèi)外采取了多種技術(shù)以提高PET基膜的阻隔性，下面介紹幾種方法。1、利用真空蒸鍍?cè)赑ET基材表面上涂布厚10nm左右的硅氧化物膜(SiOX

，X<2)，其水蒸氣阻隔率可提高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)；三、技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)光伏背板用PET基膜的發(fā)展趨勢(shì)2、采用無機(jī)和有機(jī)材料混合物構(gòu)成阻隔層，使水分子發(fā)生反應(yīng)并將其封閉在薄膜中，從而阻止水蒸汽進(jìn)入，該技術(shù)可以得到10-6g/m2.d的高阻隔性薄膜（日本三菱）；

3、采用二醇類、二羧酸等作為共聚載體，對(duì)聚酯進(jìn)行共聚改性提供阻隔性；

4、采取共混改性、多層復(fù)合改性、表面涂層改性、納米復(fù)合改性等技術(shù)。三、技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)光伏背板用PET基膜的發(fā)展趨勢(shì)更高的耐老化性：目前雙85條件下老化壽命2500小時(shí)已經(jīng)無法滿足新的技術(shù)要求，杜邦帝人公司已經(jīng)推出121℃2個(gè)大氣壓下壽命96小時(shí)的產(chǎn)品，相同條件下國內(nèi)最好薄膜只有60小時(shí)左右。更好的阻燃性：目前阻燃性達(dá)到UL94VTM-2的背板基膜并不多，但組件要求有阻燃性并且是無鹵阻燃。三、技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)光伏產(chǎn)業(yè)用背板膜技術(shù)概況受氟材料（氟膜、含氟涂料）、PET基膜材料的制約，國產(chǎn)背板膜在技術(shù)上與國外產(chǎn)品存在較大差距。三、技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)表3.3國外與國內(nèi)TPT背板膜主要性能指標(biāo)比較性能指標(biāo)國外產(chǎn)品國內(nèi)產(chǎn)品撕裂強(qiáng)度（N/mm）≥140135～145層間剝離強(qiáng)度（N/5cm）（Tedlar//PET）≥40≥25剝離強(qiáng)度（N/cm）（EVA/TPT）≥30≥20水蒸汽透過率（g/m2·d）≤1.0≤2.0擊穿電壓（KV）≥20≥1760oC/1KW紫外燈輻照100h黃變指數(shù)≤0.5黃變指數(shù)≤2使用年限20年以上20年左右三、技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)光伏產(chǎn)業(yè)用背板膜發(fā)展趨勢(shì)1、不可