光伏组件常见结构共为五层：玻璃、封装材料、太阳能电池片、封装材料、光伏背板；光伏背板在户外环境下保护太阳能电池组件不受水汽侵蚀，阻碍氧气防止组件内部氧化，需具备可靠的绝缘性、阻水性、耐老化性、耐高低温、耐腐蚀性等。
图一：光伏组件和背板结构
外层保护层需具备良好的耐候性，常要求外层材料含氟；中间层起到支撑作用，需具备极高的机械性能，且要求耐高低温高电绝缘性、高抗蠕动性、高尺寸稳定性、低气体和蒸汽渗透率。
极端环境中，特别在高温和紫外光照射共同作用下，材料的降解速率明显增加。背板的老化会有多种形式，包括开裂、起泡、粉化等，最终会导致背板的保护等作用失效;
背板失效后，电池片易腐蚀、移位或脱落，影响组件整体的光电转化效率，严重的会导致光伏组件失效，且造成一定的安全风险。而背板失效的替换也会带来相当的成本，对度电成本产生明显的负面影响。
户外组件研究表明，PET背板材料在户外老化机理与PET材料长期紫外老化的机理类似。下图二(a)是经过195kWh/m2紫外老化后PET聚酯材料和耐水解HPET聚酯材料的傅立叶红外图谱，紫外老化后两种PET材料均在1690cm-1吸收峰处出现了PET聚酯分解产物对苯二甲酸(TPA)单体的吸收峰，这表明PET聚酯材料在长期紫外老化后分子链段断裂。这一现象同样出现在户外服役六年的PET背板中如下图(b)。因此PET聚酯背板材料在户外发生的是光热老化，应采用紫外老化来评估其在户外老化。
(a)不同PET背板材料外层在紫外老化前后变化(测试条件:ASTM G155 cycle9，修正方法:灯，120W/m2@300-400nm，65℃ BPT，辐照102分钟，18分钟辐照+水喷淋) ;
因为PET聚酯材料容易发生光老化，所以背板需要在PET中间层的两面都增加紫外阻隔保护层，如果紫外阻隔层自身耐候性不佳或太薄不能充分阻隔紫外线，都会最终导致PET聚酯被紫外破坏而失效。阻隔层厚度与紫外线穿透率的关系一般符合朗伯-比尔定律，由图二(b)可以看出，紫外阻隔层厚度低于10微米，紫外线开始穿透阻隔层并随厚度减薄而指数升高，如果阻隔层厚度为1微米时，365nm的紫外线透过率会高达11%。
图三: 紫外阻隔层厚度与紫外线穿透率的关系
一些背板厂商为了降低成本，将背板表面紫外阻隔层的厚度减至极低，这会导致背板PET中间层的紫外老化。
背板作为晶硅太阳能组件的重要组成部分，对组件在户外的性能和可靠性和耐久性起着关键的作用。光伏组件及材料主要依据IEC相关光伏行业标准进行测试，满足25年的设计使用寿命，对粘合层和PET中的紫外线吸收剂具有极高的要求。
紫外线吸收剂按结构分主要有二苯甲酮类、苯并三唑类和三嗪类，其吸收紫外机理如图四所示，另外还有氰基丙烯酸酯类、草酰胺类、甲脒类、肉桂酸酯类、苯甲酸酯类等结构。
图四：紫外线吸收剂作用机理
目前市场用量最大的当属苯并三唑类UVA，该类产品具有初始色佳、吸收波段覆盖UVA和UVB、良好的相容性、价格适中等优点，然而随着欧洲化学品管理局(ECHA)在2014、2015年陆续将UV320、UV327、UV328、UV350列入高度关注物质(SVHC)清单，近期UV326和UV329也被列入SVHC意向物质，这将使用逐步受限。
综合比较各类UVA结构，三嗪类紫外线吸收剂具有高效率（添加量少且效果佳）、低色泽、热稳定性佳、较好的相容性和光寿命长等优点，使其成为光伏背板等长期耐候应用的必备之选
图五： Sarasorb 3164和Sarasorb 3577结构和吸收谱图
在涂料及胶粘剂上，主要使用含溶剂的液体三嗪类UVA，主要有UV400和UV405，如图六所示，该类产品含有15-20%溶剂，属于危化品，目前有供应商提供非危溶剂进行替代。
图六：UV400和UV405化学结构式
以上产品均为含有单羟基官能团的三嗪类UVA，除了上述常用牌号，该类结构还有ADK STAB LA-46、UV1578、UV1579、UV1166、UV1164L等产品，其吸收特征峰基本类似，在UVB波段具有较高吸收，UVA相对较弱，如图七所示。
图七：常见三嗪紫外透过率谱图
由朗伯-比尔定律（Beer-Lambert Law）可知，吸光度与摩尔吸光系数、吸收物质浓度和吸收层厚度成正比，在吸收层厚度（即背板粘合层或PET层厚度）一定的情况下，提高紫外线吸收剂的浓度（添加量）和摩尔吸光系数成为制备具有优异耐候性能背板的不二之选。
A=lg(1/T)=Kbc
A为吸光度,T为透射比(透光度),是出射光强度（I）比入射光强度(I0).
K为摩尔吸光系数.它与吸收物质的性质及入射光的波长λ有关.
c为吸光物质的浓度,单位为mol/L，b为吸收层厚度，单位为cm
通过筛选修改常规三嗪类紫外线吸收剂的接枝基团，发现在三嗪基团上接枝联苯结构可以有效提高摩尔吸光系数及其相容性，具体产品结构如图八所示：
图八：Sarasorb 3479和3600化学结构式
该类结构紫外线吸收剂的摩尔吸光率极高（见图九），在同等添加量的条件下，可以吸收更多的紫外线，从而有效保护聚合物，同时含有联苯结构的UVA相对分子质量更高，使其具有极佳的高温稳定性，5%TGA热分解温度大于400℃（常规三嗪UVA如UV-1577是335℃）。
对于光伏背板，不论是粘合层还是PET层的厚度均较小，因此紫外线吸收剂与树脂的相容性也十分关键。Sarasorb 3600和Sarasorb 3479均具有极佳的相容性，在添加量大于1%时，仍不会析出，其中Sarasorb 3600推荐用于PET层，Sarasorb 3479推荐用于粘合层。
图九：UV1600（Sarasorb 3600）紫外线吸收谱图
三嗪类UVA作为现有最长效的紫外线吸收剂，如果其具有更宽的紫外吸收波段，有效覆盖UV-A和UV-B，将扩大其应用范围。研究发现，通过增加三嗪邻苯上羟基数量，可以使其吸收波段红移。含有2个羟基的产品有Sarasorb 3460和Sarasorb 3477（液体，含溶剂），含有3羟基的产品有Sarasorb 3462和Sarasorb 3480，其吸收谱图如图十所示：
图十：Sarasorb 3460/3462/3477/3480紫外线吸收谱图
由上图可知，含有多吸光官能团的吸收曲线明显红移，且在UV-A（太阳光照射到地面的紫外线中80%是UV-A波段吸收显著高于常规的三嗪类UVA，因此对于具有更高耐候要求的产品可以选择添加Sarasorb 3460/3477/3462/ 3480等。
作为最常使用的三嗪类紫外线吸收剂，UV-1577和UV-1164的高温稳定性仍有待提高，我们的Sarasorb 3000和Sarasorb 3100分别是UV-1577和UV-1164的二聚体，如图十一所示。除此之外，我们还在开发含有萘基等基团的特殊结构，含有多功能化官能团和反应型基团也是该类产品的研究热点。
图十一：Sarasorb 3000/3100化学结构式
如有聚合物长期耐候问题，欢迎致电13636614471交流！
