太陽能背板（膜）對外界水蒸氣阻隔性能的監測方案

　　摘要：水蒸氣透過率是表征太陽能背板（膜）對外界水蒸氣（濕氣）阻隔性能的重要性能指標，可有效監測太陽能背板對內部電池組件的保護性能的強弱，避免太陽能電池在外界環境下被氧化。本文利用濟南蘭光機電技術有限公司自主研發制造的W3/330水蒸氣透過率測試系統對太陽能背板（膜）進行水蒸氣透過率測試，并簡述了設備的參數、適用范圍及試驗過程，從而為太陽能設備生產行業如何驗證太陽能背板材料對外界濕氣的阻隔性提供參考。

　　關鍵詞：水蒸氣透過率、阻濕性、水蒸氣阻隔性、太陽能背板（膜）、太陽能電池、電池氧化、水蒸氣透過率測試系統

1、意義

　　太陽能設備中核心部件即太陽能電池板，它可以將太陽能轉化為電能，使得可再生能源與清潔能源被開發利用。而目前太陽能產品使用年限大多被要求需滿足25年以上，因此其關鍵組件太陽能電池背板（本文簡稱太陽能背板）必須對內部光伏組件的電池片具有*的保護作用。太陽能電池模組一般由“光伏玻璃-EVA膠膜-太陽能電池板-EVA膠膜-背板”疊合于鋁合金框內，現在常用的太陽能背板材料主要有TPT背板、BBF背板、TPE背板、EVA背板等，其中TPT背板的阻隔性較高，其為PVF（或PVDF）/PET/PVF（PVDF）的三層復合膜。

　　因太陽能電池模組長期放置在室外，所以背板必須具有*的絕緣性、阻水性、耐老化等性能，同時應具有較高的剝離強度、拉伸強度及良好的熱收縮率等性能，其中zui重要的指標是水蒸氣透過率，即對外界濕氣的阻隔性指標。如果背板（膜）的水蒸氣透過率較大，即對外界空氣中水蒸氣（濕氣）的阻隔性較差，則濕氣會滲入背板至太陽能背板內部，使得EVA所擁有的粘結性能發生劣變，導致背板與EVA脫離，導致更多的濕氣接觸到電池片而使電池片被氧化。本文采用濟南蘭光機電技術有限公司自主研制的W3/330水蒸氣透過率測試系統對太陽能背板（膜）進行水蒸氣透過率測試，以求驗證太陽能背板材料對外界濕氣的阻隔性如何。

圖1  太陽能背板材料

2、現狀

　　目前，國內有關軟塑材料水蒸氣透過率的測試方法有稱重法(杯式法)、電解法、濕度法與紅外法，可參考的方法標準有GB 1037-1988《塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗方法 杯式法》、GB/T 16928-1997《包裝材料試驗方法 透濕率》、GB/T 21529-2008《塑料薄膜和薄片水蒸氣透過率的測定——電解傳感器法》、GB/T 30412-2013《塑料薄膜和薄片水蒸氣透過率的測定 濕度傳感器法》(已發布，2014年12月1號實施)。

　　本文采用電解法測試肉松包裝的水蒸氣透過率，所依據的標準為GB/T 21529-2008《塑料薄膜和薄片水蒸氣透過率的測定——電解傳感器法》。

3、試驗樣品

　　某品牌太陽能電池背板（膜）。

4、試驗設備

　　本文采用的試驗設備為Labthink蘭光W3/330水蒸氣透過率測試系統。

圖3  W3/330水蒸氣透過率測試系統

4.1 試驗原理

W3/330采用電解傳感器法測試原理，具有穩定相對濕度的氮氣在薄膜的一側流動，干燥氮氣在薄膜的另一側流動；由于濕度梯度的存在，水蒸氣會從高濕側穿過薄膜擴散到低濕側；在低濕側，透過的水蒸氣被流動的干燥氮氣攜帶至傳感器，進入傳感器時會產生同比例的電信號，通過對傳感器電信號的分析計算，從而得出試樣的水蒸氣透過率等參數。對于包裝容器而言，干燥氮氣則在容器內流動，容器外側處于高濕狀態。

4.2 設備參數

• 薄膜類試樣的常規測試范圍0.001 ~ 40 g/(m²·24h)，可擴展至0.01 ~ 1000 g/(m²·24h)，分辨率為0.001 g/(m²·24h)；容器類試樣的測試范圍為0.0001 ~ 0.2 g/(pkg·24h)，分辨率為0.00001 g/(pkg·24h)。
• 試驗的溫度范圍為15℃ ~ 55℃，控溫精度為±0.1℃；濕度范圍為0%RH、35%RH ~ 90%RH、RH，控濕精度為±1%RH。
• 設備配置了三個測試腔，三個測試腔均可獨立設計，試驗過程互不干擾，試驗結果獨立顯示。
• 系統zui多可支持10臺儀器并行連接，建立30個試樣同時試驗的系統。
• 提供標準膜用于系統校準，保證檢測數據的準確性和通用性。
• 可與氧氣透過率測試系統搭配，組成混合測試系統，由一臺計算機統一控制，實現水蒸氣、氧氣透過率同時測試的、便捷的試驗方法。

4.3 適用范圍

(1) 本設備適用于薄膜類、片材類、紙張、紙板及其復合材料類、容器類等包裝件的水蒸氣透過率的測試。其中薄膜類包括各種塑料薄膜、塑料復合膜、紙塑復合膜、共擠膜、鍍鋁膜、鋁箔、鋁箔復合膜、玻纖鋁箔紙復合膜等；片材類包括各種工程塑料、橡膠、建材等片狀材料，如PP片材、PVC片材、PVDC片材等；紙張、紙板及其復合材料類包括紙張、紙板等，如煙包鍍鋁紙、紙鋁塑復合片材等；該設備還可擴展用于太陽能背板、液晶顯示屏膜、醫藥泡罩、藥品塑料瓶、無菌護創膜、汽車油箱、電池塑料外殼等特殊包裝件水蒸氣透過率的測試。

容器類包括塑料、橡膠、紙、紙塑復合、玻璃、金屬等材料做成的瓶、袋、罐、盒、桶的水蒸氣透過率測試，如可樂瓶、花生油桶、利樂包裝、真空包裝袋、金屬包裝袋、金屬三片罐、塑料化妝品軟管包裝、牙膏軟管包裝、果凍杯等。

(2) 本設備符合GB/T 21529、ISO 15106-3、DIN 53122-2、YBB 00092003等多項國家和標準。

5、試驗過程

(1) 用裁樣器從試樣表面裁取108 mm × 108 mm的樣品3片。

(2) 將3片樣品分別裝夾在儀器的3個測試腔上，擰緊測試腔。

(3) 設置樣品厚度、試驗溫度、試驗濕度等參數信息。

(4) 調節氮氣的壓力，使測試腔內的濕度達到設定值，并通過氮氣流量調節旋鈕，使上、下腔內的氮氣流量達到標準規定值。

(5) 點擊開始試驗選項，試驗開始。儀器自動記錄試驗過程中低濕側的水分子含量變化，并計算出zui終的試驗結果。

圖4 試樣裝夾過程

6、試驗結果

　　3個樣品的水蒸氣透過率測試值分別為：1.2405 g/(m²·24h)、1.3114 g/(m²·24h)、1.3075 g/(m²·24h)。

7、結論

　　W3/330水蒸氣透過率測試系統是專業用于薄膜、片材、容器對外界水蒸氣阻隔性能的檢測設備，具有檢測精度高、測試結果重復性好等優點，通過對太陽能背板（膜）水蒸氣透過率的測試可有效監控太陽能電池的使用期限。除水蒸氣透過率檢測設備外，Labthink蘭光還可為您提供可測試太陽能背板（膜）拉伸性能及剝離強度的拉力試驗機等物理機械強度性能的檢測設備，有關設備的具體信息您可登陸濟南蘭光公司查看或致電咨詢。愈了解，愈信任！濟南蘭光機電技術有限公司愿借此與行業中的企事業單位增進技術交流與合作。