N型电池对光伏胶膜的新要求！

光伏胶膜作为封装辅材，具有五大功能-“粘结、透光、保护、支撑、绝缘”。胶膜能给电池片提供一个弹性的支撑，同时也能减少水汽等对电池片的侵蚀。所谓“一代电池，一代胶膜”，胶膜技术是跟电池技术一起与时俱进的。

图1：光伏组件结构

（注：本文图1-3，表1，参考/整理自网络数据）

电池最核心的部分是PN结，晶体硅太阳能电池采用的衬底包括硼或者镓掺杂的P型和磷掺杂的N型硅衬底。晶硅电池目前有两个主要的趋势：

1）硅衬底从P型逐渐转到N型，尽管这会增加一定的成本，但也会提高效率，例如N型硅片具有更高的体少子寿命并且没有所谓的光致衰减（LID）。

2）电池技术方面，其结构从常规的高温同质PN结扩展到低温硅基薄膜异质结（HJT）和超薄遂穿钝化接触（TOPCon）结构，以及HJT、TOPCon结构与全背接触（IBC）电池结构的组合等。

而随着高效电池技术的发展，新材料、新结构的引入使电池对封装材料的要求也越来越高，尤其是对于N型HJT和TOPCon电池，需要胶膜在粘结和保护这两个方面有更好的表现。

1） PERC电池

图2：当前主要的晶体硅太阳能电池技术及趋势

钝化发射极背面接触（PERC）是P型电池的主流技术（图2a）。它是通过液态三氯氧磷源在高温下在P型硅表面扩散形成几百纳米磷掺杂层的N发射极，发射极之上用氮化硅作为钝化层和减反射层，用银栅线来收集和传输电子。背面一般先沉积氧化铝和氮化硅双层钝化层，然后用激光线扫描烧蚀这层钝化层暴露出硅衬底，随后对准丝印Al浆料或者全面积Al浆料以及背面银主栅，通过烧结形成局域Al掺杂的P+背场并形成金属接触。

PERC电池面临2个主要问题：光致衰减，采用镓代替硼掺杂能够缓解衰减；电势诱导衰减（PID），对于其产生机制有几种猜想，但是一般认为是EVA（聚乙烯-聚醋酸乙烯酯共聚物）胶膜与水汽发生反应形成的醋酸腐蚀玻璃使其析出了金属钠离子，在高电压驱动下，钠离子穿过胶膜到达电池钝化层或者晶体硅体内，导致电池效率下降。

实验表明，PERC电池背面PID相对于前表面更为严重。从光伏封装材料方面的一种解决方案是使用高体电阻的聚烯烃弹性体（POE）胶膜，一方面，它没有醋酸的产生，另一方面，胶膜体电阻的提高可以降低玻璃上的分压，减弱钠离子的迁移。因为成本的压力，POE膜后来又被换成了POE和EVA复合膜（EPE）。综上，对于PERC电池，其背面PID比较严重，用POE或EPE胶膜替换EVA可以改善。

2） TOPCon 电池

相应发展起来的胶膜主要有四类，如表1所示。

•  EVA，当前最常用的种类，便宜，加工性能好，主要缺点是会生成醋酸，黄变较明显，水汽阻隔性相对较差。
•  POE，综合使用性能优于EVA，加工性能略差，价格高。
•  共挤POE，为了兼具POE的耐用性，EVA的加工性能和低价格，EPE被开发出来，现在也成了一个主流产品。它有两个额外的问题，一个是E/P界面的粘结力，粘结力不够的话会导致胶膜内部分层；另外就是P层厚度的控制，局部偏薄就可能导致对水汽的阻隔或抗PID的失效，但整体太厚又会显著增加成本，降低竞争力。
• 表1：当前主要的胶膜种类

对应之前说的电池类型，当前主流的胶膜组合方案见表2。

• PERC，因为背面PID的问题，目前双玻采用的是EVA+EPE的方案；单玻是EVA+白色EVA。
•  TOPCon，双玻，有些客户在使用POE+POE的方案，这是目前最为稳妥的组合，比较激进的做法是使用EPE+EVA；单玻，因为背板的水汽阻隔比不上玻璃，目前比较常见的组合是POE+白色EVA。
•  HJT，转光或高截止的EPE+EPE；目前也有厂商在尝试丁基胶配合EVA+EVA的方案。

从EVA的分子结构可以知道，它在层压的时候会互相交联形成网状结构，也会跟助交联剂或偶联剂反应，主要的反应点位在支链末端（图3，蓝箭头处）。但它分子内的酯基比较容易发生水解断链（图3，红箭头处）。这就导致它与背板和玻璃的初始剥离力挺高，但水热老化以后显著降低。从这一点来讲，EVA不是界面链接的优选方案。

图3：EVA分子结构

图4：水汽透过率

（胶膜克重：420克/平方米，层压后）

针对耐湿热性能这个痛点，中聚开发了系列特色规格。

例如，针对单玻TOPCon正面的POE。常规POE在DH1000后的功率衰减基本上是5%左右，中聚TJ400（GN）在耐湿热老化上性能显著提升，DH1000后的衰减平均在3%左右（图5）。它的抗PID性能也维持在一个比较优秀的水准，按照老标准，不做光恢复，PID192的衰减也只有1.3%左右。

图5：单玻TOPCon老化测试

（胶膜组合：正面POE；背面白色EVA）

另外值得一提的是，它的硫化曲线和层压工艺与常规POE基本保持一致，不会带来额外的制成不良；同时，它不必区分AB面，层压铺设的时候，无需特意控制某一面对着电池片。

总结来说，它可以无缝切入目前的加工流程，提升组件的耐湿热性能。

再有，中聚改善了胶膜与各界面的粘结问题。

还是以POE胶膜为例，常规胶膜与玻璃的初始剥离力大致在一百二三十的样子，PCT48小时加速老化后一般下降到80左右；中聚TJ400(GN)初始剥离力可以达到250以上，老化后的剥离力接近常规胶膜初始剥离力水平(图6)。

图6：POE胶膜对玻璃的剥离强度

对背板和电池片的剥离力提高也是类似。前文提到，异质结电池片的导电氧化物层与常规胶膜的剥离力比较低，从图7可以看到，常规胶膜的初始剥离力只有30左右，PCT48小时后下降到20左右，而TJ400(GN)对剥离力大概有50%的提升，老化后仍然有30左右。

图7：POE胶膜对HJT电池片的剥离强度

对于常规电池片，像PERC和TOPCon，它的表现就更彪悍了，从图8的剥离测试结果可以看到，电池表面与胶膜并没有脱层，倒是电池本身被破坏掉了，这证明胶膜与电池片已经合为一体了。

图8：中聚TJ400(GN)对PERC电池片的剥离测试

EPE类型的胶膜结合了EVA的易加工性和POE的耐用性，但因为EVA和POE之间的粘结力不太好，时常会有E/P间脱层的现象发生，尤其是在湿热老化后。中聚解决了E/P间的粘结问题。图9展示的是中聚共挤POE胶膜对玻璃的剥离力测试。因为与玻璃的剥离力很高，胶膜自身发生了撕裂，最终与背板脱层。这里可以看到，胶膜内部没有明显分层，发生的均是丝状撕裂，这表明E层和P层在界面处产生了足够的分子互穿和链缠结，也可以认为界面处两相已经合为一体了。

图9：中聚共挤POE胶膜J400X的剥离测试

综上，中聚有效地提高了组件的耐湿热性能，并且显著改善了胶膜在各界面上的粘结问题，无论是胶膜内部的，还是外部的。

图10：中聚胶膜特点

中聚致力于成为一个系统方案提供商。目前拥有全品类的基础规格和针对N型产品开发的系列特色规格。

“聚焦光伏小材料，解决行业大问题” ，我们希望可以一直做到。