PVDF膜、PVF膜和FEVE涂料的竞争比较在光伏行业追求更高效能和更长寿命的今天，PVDF膜有其独特的优势。本文将对比分析PVDF膜与其他材料的性能差异，揭示PVDF膜是如何在光伏领域中展现出其独特的优势，为光伏组件提供更为优秀的保护和效能提升。 1)PVDF膜和PVF膜的比较 从材料的角度讲，PVDF和PVF谁的性能好，或者说谁更具有氟塑料家族的特性，是不存在争论的。 PVDF，其分子结构上有两个氟原子。在氟塑料的典型性能，如耐气候老化性能、耐污性能、耐化学腐蚀性能等方面，PVDF远远优于PVF。然而，作为膜产品，牵涉到材料的配方、制成工艺和质量控制等多方面因素，辩论或者争论也并非多此一举。以透明膜为例（乳白膜类似），笔者把用PVDF和PVF制作的产品的性能比较总结在表1中。 表1 PVDF透明膜和PVF透明膜产品的性能比较
可以看到，代表氟塑料典型特征的一些性能，如超级耐候性能、耐腐蚀性能和阻燃性能等，PVDF膜都要优于PVF膜。 从制成方法上讲，PVDF可以通过使用常用的热塑方法加工，如吹膜和流延；而PVF只能通过糊式加工（paste processing）的方法成膜，需要使用非质子强极性溶剂（如DMAC、DMF和二氧六环等），成本高且不环保。原因在于，PVF的熔点通常在190-200℃之间，非常接近于其分解温度约200-210℃，所以只能添加溶剂以降低其加工温度。 实际上，PVF膜在150-160℃条件下层压几个小时，就会严重发黄。但PVF膜的优点在于，该膜的综合力学性能较好、高低温性能均衡。组件不太可能在高温150-160℃下长期使用，因此一直以来38um的PVF乳白膜在光伏行业使用，负有盛名。但随着超大功率组件、大硅片的兴起，组件的工作温度不断升高，特别是热斑温度，对PVF膜将是个考验。 但也有人认为PVDF膜不如PVF膜，其主要依据是认为PVDF膜的配方中含有PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯），这会导致材料的紫外光降解并引起背板的微裂纹，也有文章给出了红外（IR）谱图的分析证据。 实际的情况是，PVDF和PMMA在熔体状态下，是能达到分子级水平互溶的，即“你中有我、我中有你”。氟原子的浓度很高，完全可以照顾到周边的PMMA分子链。反观PVF膜，氟原子的浓度很低，周边的碳氢键、碳碳键是很容易受到UV光攻击的。 笔者采访国内某知名PVDF膜厂商的技术总监得知，在高功率超级UV光辐照条件下（高压汞灯，含UV-C波段），PVF膜在7天后即可以观察到表面粉化现象，而此时PVDF膜依然能够保持其完整性，颜色也没有太大的变化。 顺便提一句，丙烯酸类聚合物，如PMMA，在材料行业中也是以耐候性著称的。当然，相比于氟塑料家族成员，其他高分子材料的耐候性都要略逊一筹。此外，在商品化的PVDF膜配方中，一般还要添加耐候型丙烯酸酯弹性体，这赋予材料刚韧平衡的特性，PVF材料工程师可能并不知道这个技术诀窍。最近有PVDF膜厂商发现，透明PVF膜中也是添加了PMMA类物质的，含量并不低。 我们还注意到，PVF技术路线的厂商最早提出了背板的组合序列老化测试（所谓MAST测试，其测试方法介绍见图1）。这类序列测试的区分度很高，的确可以区分出不同材料的耐候等级。尽管是PVF技术路线厂商最先提出，一些PVDF膜厂家的资深科技人员也赞同这个测试方法，并且PVDF膜的II代产品同样可以轻松通过这些测试，但对使用FEVE涂料的涂布型背板却很有挑战。
图1 MAST序列老化测试方法 2)PVDF膜和FEVE涂料的比较 这两种材料同属于氟塑料家族，都具有出色的耐气候老化特性。FEVE材料一般是以涂料的形式出售的，其分子链上上带有羟基，使用异氰酸酯或噁唑啉类化合物交联。所得产物是热固交联的，且交联密度较高；适当添加无机填料后还具有较高的表面硬度。 FEVE作为建筑外墙涂料用，其耐候性是合格的。然而和PVDF膜相比，FEVE涂料用在光伏组件场合，有以下几个弱点。 其一，FEVE涂料刚性很强，用其制成的CPC类背板很难通过MAST序列老化测试。事实上，背板在户外使用时，会受到风压的影响，组件处于扰动状态，背板中有动态应力存在，并且还叠加了周边环境温度、湿度和化学介质的影响。 因此，组成背板的材料是需要有一定韧性的，以阻止微裂纹的引发和扩张。历史上的3A背板，由于中间层的PA树脂中添加了短切玻璃纤维，材料刚性过强；在长时间气候老化条件下，玻璃纤维和PA树脂之间的界面剥离，导致了裂纹的引发和扩张。 其二，FEVE涂料和PVDF膜相比，致密性较差，这导致CPC背板的抗风沙能力大幅减弱。实验室落砂实验表明，其落砂量往往只有PVDF膜或PVF膜的一半左右。并且，在溶剂（酒精或丙酮）擦拭条件下，涂层有脱落风险。 其三，在大剂量UV（干紫外）或UV+DH（湿紫外）老化条件下，二者的区别更为明显，PVDF膜对PET基材的保护要好得多。在累计干紫外300 KWh或湿紫外120 KWh的辐照剂量条件下，即使是氟含量很高的FEVE涂料也能观察到表面的粉化和微裂纹倾向，虽然此时整张背板还具有完整性和一定的力学性能，但此时真实考验的其实是PET基材的性能。也就是说，使用FEVE涂料的背板，需要性能非常优良的PET基材。 值得注意的是，FEVE本身的分子结构，由于受聚合时竞聚率的限制（四氟乙烯或三氟氯乙烯 vs. 烷基乙烯基醚单体），其氟含量一般只能在26-28wt.-%之间。配置FEVE涂料时，乳白品还需要添加填料和丙烯酸酯树脂，很多市售的FEVE涂料的氟含量可能只有5%左右，甚至更低。 涂料行业的一般认识是，要保持超长效耐候性能，氟含量越高越好。笔者引用武汉材料保护研究所的研究结果（该所从1980年代初就开始有户外老化测试数据，专注于户外防腐，特别是桥梁的防腐，是国内最早一批研究和引进氟碳涂料的单位），他们发表了实验室加速老化的实验结果，见图2。
图2 氟含量对涂料耐候性能的影响 1#样品氟含量20.6%，2#、3#样品的氟含量26.2%，选用的测试指标是保光率（涂料的光泽度对老化非常敏感），他们的结论是保持良好的光泽度，涂料的氟含量需要高达26%以上。当然，随着配方技术的进步，每家FEVE涂料厂家可能各有各的特色和专长，不排除在氟含量很低的情况下也能配伍出良好的耐候性能产品出来。 3)和非氟材料的比较 非氟材料制作成的背板，具有绿色概念。但要使该类背板具有超耐候特性，是有挑战的，虽然并非不可能。市面上已经出现的非氟背板类型有，聚烯烃（PO）背板和增强聚酯背板（PPC/PYE）。 聚烯烃背板的综合性能非常优良，特别是其具有出色的耐水解能力和较低的水汽透过率。然而美中不足的是其耐热性略显不足，并且在UV+DH老化情况下，其长效可靠性很难和PVDF膜做的相当。然而，笔者观察到，最近几年欧美的高校和研究所还在不断发表PO背板的可靠性研究。这表明，欧美市场对具有绿色环保的聚烯烃材料还是很有期待的。 PPC或PYE背板中的第一个“P”，是指耐水解等级较高的增强聚酯面层，之前大多采用厚度为50um的增强聚酯膜。有时候PPC背板也称PC背板，但实际上是PPC，表层和中间层共挤的多层复合品，表层有更好的耐水解能力和耐UV辐照能力。 PYE背板的“P”层也是指增强聚酯膜，是通过胶水复合的方式和YE层成型的。聚酯背板，耐热性能是足够的。但聚酯的弱点是其分子链中的酯基容易受水分子的攻击，即所谓水解，在高温下这个水解反应还会加速。 聚酯增强主要是通过添加抗水解剂（如碳化二亚胺和环氧化合物）并控制聚酯分子链的端羧基含量来实现的。这些助剂是消耗型的，一旦消耗完毕，聚酯还是会发生水解。现在，国内厂商已经能够供应PCT 48~72小时的聚酯，但达到PCT96小时级别的，国内厂商还不能规模供应。 聚酯在UV-b区存在敏感波段，需要通过添加UV吸收剂来增强其抗UV性能。如果把助剂析出的问题解决好，其耐候性能也可以做的比较出色。 此外，还有利用其它高分子材料（如脂肪族长链尼龙、生物基尼龙等）和非氟涂料（如丙烯酸酯、硅氧烷改性丙烯酸酯等）等制成的背板，文章篇幅原因就不一一列举了。 结论： 1、PVDF膜和PVF膜，对光伏组件的保护都是足够的。覆膜背板（如SPC、TPC等）能适应多种多样的干冷、湿热、风沙和海洋环境，给组件提供最可靠的防护作用。但在一些氟塑料的典型特征方面，如耐腐蚀性、耐污和阻燃等性能比较上，PVDF要优于PVF。 2、使用FEVE涂料的CPC背板，在耐气候老化性能、耐风沙性能和耐溶剂擦拭等方面，都逊于覆膜背板。此外，该类背板很难通过组合序列老化或长序列老化测试。 3、非氟类背板，具有绿色概念，其可靠性还有待市场检验。
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