聚酰胺背板卷土重来？杜邦很“矛盾”？

北极星太阳能光伏网讯:【前言】在SunShot激励计划下，美国能源部推出的该背板研究项目旨在促进美国背板制造业的发展。美国背板制造商Tomark Worthen近期推出一种新型聚酰胺背板。该产品采用了杜邦（DuPont）公司提供的一种新型聚酰胺离子型聚合物合金材料，通过连续共挤工艺，并加入抗紫外线/抗氧化稳定剂，具有很好的耐紫外辐射性能。

制造商声称，与高效含氟聚合物背板相比，该产品具有成本效益高，价格便宜25-30%。

Tomark Worthen公司从2017年开始研发新型聚酰胺背板 205-3，与国家可再生能源实验室、美国马萨诸塞州Natick陆军团队、马萨诸塞州洛厄尔大学（University of Massachusetts at Lowell）以及TüV、RETEC、UL、Intertek、Fraunhofer ISE等测试机构密切合作，终于交付了该项目的最终成果。

目前，Tomark Worthen公司已经在New Hampshire的Nashua工厂设立了背板生产线，每年可生产5700000平方米。该产品有白色和白色/黑色两种型号，重量为236克/平方米，厚度为从205到360微米不等。不含聚PET或含氟聚合物，无中间层粘合剂。

图1：Tomark Worthen公司255微米厚产品指标

聚酰胺的隐忧？

该背板是基于美国杜邦公司开发的一种新型聚酰胺离子型聚合物合金，专供Tomark Worthen公司太阳能背板应用。

聚酰胺？是不是很熟悉？当年的3A背板采用的就是聚酰胺尼龙材料，但面世仅三年就不幸夭折。(☞☞3A背板失效揭秘，NIST揪出元凶)

但据Tomark Worthen公司称，这种材料的性能远远优于建筑业使用的聚酰胺和其他聚酰胺基背板，如所谓的AAA背板。

据该公司研发负责人Santoleri 介绍：“Tomark Worthen公司团队与杜邦的包装和工业聚合物业务很早就开始合作，全面开发聚酰胺离子型聚合物合金，最终推出一种相对温度指数为125摄氏度、紫外线稳定性极好、湿热循环和热循环性能都很好的薄膜。”

这种合金材料，以及背板结构中的其他材料，都是通过紫外线/抗氧化剂配方来稳定的，以减缓紫外线辐射的破坏作用。Santoleri 解释说：“我们必须证明我们的产品能运行良好，不会像AAA背板那样失败。我们熟知AAA背板的故障，我们必须在业界接受的测试中评估背板采用这种材料的性能，并通过这种测试重现已知的这些故障。”

美国国家可再生能源实验室（NREL）对用该背板制造的小型光伏组件进行了组合加速应力测试（CAST），并与行业使用的其他共挤背板作对照。Santoleri称NREL加速应力测试表明，这种光反射背板的性能明显优于AAA背板和聚偏氟乙烯（PVDF）背板。

图2：Tomark Worthen发布的新型背板结构

从该公司发布的背板结构来看，该背板尽管用到了酰胺材料（PA），但背板结构和以前的3A背板还是有很大的不同，有一层被称作合金（Alloy）的材料作为最外层起到了对PA酰胺材料的保护作用。

共挤工艺提供优异性能

共挤工艺是一种优势明显的材料加工技术。将多种聚合物材料复合后，结果会产生不同于单一材料的性能。

与传统太阳能组件背板使用的层压粘结工艺不同，共挤可以在不使用粘合剂的情况下生产多层背板，同时允许制造商在生产过程中消除挥发性有机化合物，并将背板裁切零料回收利用，做到零浪费，100％可回收。

Santoleri认为，与层压背板相比，新背板产品的主要优点包括层间粘合强度高、封装粘合牢，相对热指数更高。因而该产品具有出色的韧性，不会因紫外线或湿气而降解，提供了与EVA的极佳粘合力，并且没有渗出。除了有高反射率外，它们还可以定制为三到五层，并且可以轻松更改颜色。

图3：采用205-3背板生产的组件层压件

根据最新发布的产品信息，该背板材料已经通过了TUV 南德对采用该背板制造的1000 V和1500 V组件IEC认证。

但他也承认，该技术目前水汽透过率仍较高，定价仍高于市场上成本最低的PET背板，所以成本仍是大问题。

成本考量或是最大挑战

一直以来光伏行业背板生产成本都在不断降低，但Tomark Worthen公司认为他们所开发的这款反光背板，耐用性性能与杜邦PVF背板相似，价格比PVF背板低25-30%，其成本可以为许多美国制造商所接受。

背板的价格因地区和背板类型而异。对于杜邦公司的PVF含氟聚合物背板，价格从3.00美元到3.50美元/平方米不等；对于PET背板，价格则从1.40美元/平方米到1.80美元/平方米不等，具体取决于地区和产品电压等级，而对于很多PVDF型背板，价格则在两者之间，甚至更接近PET背板。

该共挤背板开发计划开始于2012年，彼时行业的背板价格比现在高出50%到70%，因此最初的生产成本目标是实现低于2.00美元/平方米。之后公司发现必须降低这一目标，成本必须低于1.50美元/平方米，否则无法被行业接受。

此外环保成本也是很大的考量。太阳能行业一直有一种声音，不含氟的背板更环保，使用非氟背板制成的组件在使用寿命结束时更容易处理。随着越来越多的光伏组件生命周期的结束，行业会越来越重视组件的回收问题和由此带来的环保问题。对含氟背板组件的处理成本将影响到背板的价格。因此Tomark Worthen公司对这一款高性能环保背板充满希望。

图4：光伏背板的碳足迹比较

但正如Tomark Worthen公司所认识到的问题那样，在聚酰胺结构的背板被行业再次使用之前，成本将是Tomark Worthen公司必须解决的第一挑战。该公司目前正在研发新一代共挤式背板，目的是将继续降低这款聚酰胺背板的制造成本，而性能仍优于PET背板。

市场前景能否如愿所偿？

聚酰胺背板卷土重来，光伏背板材料市场或许又将多出一个选项。但熟悉背板应用历史的应该知道，一种新型背板材料的进入门槛有多高！十年来，赛伍、中来、福斯特等携杭福、阿科玛、大金等原材料商历尽艰辛，方才奠定了共挤、复合、涂覆三种背板路线和材料选型。

而曾今的3A聚酰胺尼龙背板、THF含氟背板都被各种原因残酷洗牌。帝斯曼收购的尚善背板也号称是无氟环保，迄今为止尽管经受住了各种考验，但市场份额极低；PET背板一直都在，但也只限于细分市场，不见有新的投入。

此时Tomark Worthen公司又翻出聚酰胺背板的无氟概念，不仅要冲击十年来已经成型的背板市场，更要考验曾经被3A酰胺背板伤透的心 - 真心不易呢！

而能为这款酰胺背板站台的，大概就是为其独家开发酰胺材料的杜邦公司了。面临不断下滑的PVF背板市场，杜邦和Tomark Worthen合作开发了这款新的低成本，性能不输于3A、PET、PVDF的背板产品。以杜邦公司对材料选型的严谨态度来考量，推出这款产品应该是经过杜邦深思熟虑的，而且也是在美国能源部SunShot计划中备过案的。