太陽能背板水蒸氣透過率測試方法分析及儀器選擇要點

作者：濟南蘭光機電技術有限公司

摘要：太陽能背板是太陽能電池組件的重要組成部分，除了要具備良好的耐候性、防震性和可靠的絕緣性外，還要具備較高的阻水性能，而水蒸氣透過率是衡量其性能的重要指標，也是相關企業必須關注和控制的指標。

關鍵詞：阻水性、電解法、太陽能背板、水蒸氣透過率、W3/330

正文：

　　隨著可再生能源的發展和使用，以及國家政策的提倡和鼓勵，太陽能電池組件作為一種技術相對成熟的清潔能源，正在被越來越多的應用到工業生產和日常生活中。太陽能電池組件依次由光伏玻璃、EVA、太陽能電池片、EVA和太陽能背板層疊組合而成。作為太陽能電池組件最外面的保護層，太陽能背板對電池片起到了重要的保護和支橕作用，是太陽能電池組件的重要組成部分。由於太陽能電池產品的使用要求年限較長，為滿足此條件，背板材料除了要具備良好的耐候性、防震性和可靠的絕緣性外，還要具備較高的阻水性能。若太陽能背板阻水性能不良，則空氣中的濕氣會透過太陽能背板進入到內側，影響到EVA的粘結性能，導致背板與EVA脫離，進而使更多濕氣直接接觸太陽能電池片而使電池片被氧化，影響電池壽命。因此，阻水性能是衡量太陽能電池背板性能的重要指標，其主要反映在材料的水蒸氣透過率數據中。

1、太陽能背板的水蒸氣透過率檢測方法

　　目前，行業內檢測水蒸氣透過率均采用電解法：具有穩定相對濕度的氮氣在薄膜的一側流動，乾燥氮氣在薄膜的另一側流動；由於濕度梯度的存在，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乾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。下圖為電解法測試示意圖：

圖1：電解法測試原理

 2、水蒸氣透過率測試儀器選擇要點

2.1測試精度

　　測試精度是選擇一款測量儀器最為重要的指標，直接關系到試驗的成功與否，更關系到企業生產工藝的科學性和產品質量控制。測試精度主要取決於兩個方面：①機械結構和元器件。內部結構是儀器整體的骨乾，最大程度決定著儀器的測試精度，而元器件作為儀器內部的核心要素，其精密性、耐久性則會影響測試精度的長期穩定性。②控溫控濕能力。在實際應用中，太陽能背板可能會面臨高溫或寒冷，潮濕或乾燥的環境。在這種非常態的環境中，材料的阻隔性會表現出極大的差異，因而這一特性要求檢測儀器具備較強且精確的控溫控濕能力。

2.2試驗過程判斷

　　在滲透過程中，水蒸氣需要經歷一個非平衡態（滲透不穩定）再到達平衡態（滲透穩定），而測定材料的水蒸氣透過參數一定要在平衡態下進行，否則數據就是錯誤的。而對於電解傳感器法而言，進入滲透過程後只要單位時間內進入傳感器的水蒸氣含量不超過傳感器的測量上限檢測就可以無限期延長直到傳感器消耗殆盡，所以按照試驗時間的長短判定試驗能否結束是非常不可取的。如果只通過操作人員的觀察來判斷滲透過程是否達到穩定，則會致使測試數據准確性降低以及測試數據重復性變差。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》規定：“按一定的時間間隔定時測量電解電流的變化量，當相鄰3次電流采樣值波動幅度不大於5%時，可視為電流已保持恆定，水蒸氣滲透達到穩定狀態。”因此，在選擇試驗儀器時，要重點關注該儀器的試驗過程的判斷模式是否符合國家標准規定，以及是否設置多種判斷模式來滿足日常檢測時遇到的各種材料和情況。

2.3測試效率

　　根據標准規定，每種測試材料至少獲得三組測試數據纔可得出可靠的檢測結果。目前，水蒸氣透過率測試儀有單測試腔和多測試腔之分。采用多腔測試儀器，可同時完成同類三個試樣檢測，大幅提高了工作效率。

3、試驗過程演示

3.1 試驗條件

　　試驗溫濕度應滿足GB/T 2918中的規定，控制實驗室溫度為38℃，濕度為90%RH。注意周圍空間盡量不能有強電磁輻射乾擾。試驗方法選擇電解法。

3.2 試驗儀器

　　本項試驗選用Labthink蘭光W3/330水蒸氣透過率測試系統。該款儀器采用電解法測試原理，可同時進行三個試樣的檢測。

3.3 試樣制備

　　選擇沒有皺折、褶痕、針孔、污漬，厚度均勻的試樣。如圖2所示，把待取試樣平放在黑色橡膠墊上，然後將菱形取樣器（菱形）放在試樣上，用鋒利的取樣刀或壁紙刀沿取樣器的四邊取樣，完成試樣的制取，然後用隨機附帶的專用制孔器加工出2個φ6.3mm孔。

圖2：試樣制取

 3.4 試驗過程

將取好的試樣裝夾在測試上腔（圖3），然後把測試上腔裝夾在機器上。進入主控計算機系統內設置試驗參數，包含試驗模式、試驗循環測試、試驗時間、測試間隔等。接下來根據測試需要選擇“加熱”或“制冷”來設置溫濕度。全部試驗參數設置完成後，點“開始試驗”按鈕開始測試（圖4）。試驗自動結束，軟件中顯示結果為水蒸氣透過率1.1787g/(m2·24h)

圖3：試樣夾裝

圖4：試樣測試

　　太陽能背板作為電池片的保護和支橕材料，對太陽能電池的壽命起著至關重要的影響。其水蒸氣透過率測試可有效評判背板材料的阻水性，從新的角度提出太陽能電池產品的質量控制要求，為預估太陽能電池的使用期限提供了可靠的判斷標准。