太阳电池组件封装技术的探讨

- νω -收稿日期 2008 - 04 - 08作者简介 邵燕瑛 1963 - ,女 ,江苏无锡人 ,大学专科 ,工程师 ,研究方向 太阳能封装技术 、 太阳能系统设计开发 、 拉单晶技术等。太阳电池组件封装技术的探讨邵燕瑛无锡华联科技集团有限公司 ,江苏 无锡 214135 摘 要 近年来 ,我国太阳电池组件的生产量以非常惊人的速度增长 ,使相关技术的研究与开发显得越来越重要 。 主要阐述太阳电池组件的封装技术 ,包括封装工艺流程 、 工序控制 、 封装材料和设备的选用等方面 ,并重点讨论了封装工艺中的一些关键技术问题 。关键词 太阳电池组件 ; 封装工艺 ;封装材料中图分类号 TM914 . 4 文献标识码 A 文章编号 1004 - 3950 2008 03 - 0032 - 03D iscussion on the encapsul ati on techology of photovolt a ic m oduleSHAOYan2yingW uxi Hualian Science encapsulation process; encapsulation materials0 前 言20世纪 90年代以来太阳能光伏 PV 产业的发展特别迅速 , 1996 2006年的平均年增长率为 40 ; 2001 2006年的平均年增长率为 45 ;2005年太阳电池与组件产量为 1 656 MW p ,累计装机 6 100MW p 。 2006年太阳电池与组件产量为2 204MW p ,安装量 1 744MW p 见图 1 。光伏发电已成为发展最快的可再生能源发电技术 。 根据光伏市场需求预测 ,到 2010年 ,全世界光伏市场年安装量将达到 3. 9 GW p 。近几年 ,我国的太阳电池生产量也以惊人的速度增 长 着 。 2002 年 太 阳 电 池 生 产 量 约 为 6MW p , 2004 年 达 到 50 MW p , 比 2002 年 增 长830 ,到 2006年达到 370 MW p ,比 2004年增长640 [ 1 - 2 ] ,其增速超过世界上任何一个国家 。到目前为止 ,全国太阳电池组件的生产厂家已超过100家 ,而且还在不断增加 ;太阳电池组件的生产能力已大于 1 000 MW p ,其制造技术与产品质量图 1 2006 年世界太阳电池与组件安装量已可与国外先进国家的产品相媲美 。1 太阳电池组件的封装技术为了将太阳电池片串联或并联获得所需的输出功率 ,同时也为了保护太阳电池不受机械损伤和环境损害 ,太阳电池须通过胶封 、 层压等方式封装成组件 。大面积太阳电池组件通常采用真空层压封装工艺 用两层热熔性 EVA 胶膜将太阳电池片夹在中间 ,通过真空加热层压使 EVA 胶膜将电池片 、新能源及工艺2008 年 ,第 3期 - νξ -低铁钢化玻璃正面盖板和聚氟乙烯复合膜背板黏合为一体 ,周边用铝合金边框固定 ,见图 2 a 。小功率太阳电池组件常采用环氧树脂封装 ,见图2 b 。 还有采用双面玻璃封装的太阳电池组件 ,见图 2 c ,这类组件外形美观 ,可部分透光 ,已广泛应用于光伏建筑 。图 2 太阳电池组件封装结构1. 1 组件封装的基本技术要求组件封装要求 组件的工作寿命在 20 a以上 ,即使用 20 a,效率不低于初始效率的 80 ; 良好的密封性能和电绝缘性能 绝缘电阻不能低于200 MΩ ;足够的机械强度 ;紫外辐照下的稳定性好 ;效率损失小 ;电池之间通过互连条连接可靠 ;封装成本低 。1. 2 封装材料用于真空层压封装太阳电池的材料主要有玻璃 、 EVA、 Tedlar 或 Tedlar复合薄膜 ,如 TPT 或TPE 、 互连条 、 铝框和接线盒等 。改性 EVA 胶膜 以 EVA 为原料 ,添加改性剂后加热挤出成型而制得的 EVA 胶膜 。透光率大于 90 ;交联度大于 65 ;玻璃与胶膜之间剥离强度大于 30 N /cm; TPT与胶膜之间剥离强度大于 15 N /cm;适用温度为 - 40～ 80℃ ;具有较好的耐紫外光照射性能 。玻璃 面板材料需采用透光率高的低铁钢化白玻璃 。 厚度多用 3. 0 ～ 4. 0 mm,在 320～ 1100nm 波长范围内 ,透光率达 90以上 ,对于波长大于1 200 nm的红外线有较高的反射率 ,耐太阳的紫外光辐射性能好 ,其光谱透过率如图 3所示。图 3 太阳电池组件用白玻璃光谱透过率背面材料 常用 Tedlar复合材料 。 Tedlar复合薄膜具有更好的防潮 、 抗湿和耐候性能 。1. 3 太阳电池组件封装工艺太阳电池组件的工作电压和输出功率应按不同的规格要求设计 ,其制造工序为 电池片检测 、电池片正 面焊接 及串 焊 、 玻 璃 2EVA 2电 池 2EVA 2TPT层叠 、 层压固化 、 装边框 、 安装接线盒和性能检测 。 在层压机中压制组件时应正确设置工作温度和抽气 、 层压时间 ;避免进入空气和 EVA 交联反应时产生氧气 ,在组件中形成气泡 。烘箱固化时应根据 EVA 种类设置固化条件 ,通常固化时温度为 150℃ 左右 ,时间约 20 m in。1 电池片检测电池测试即通过测试电池的输出电流和电压参数和外观 、 颜色进行分类 。选用的电池片测试设备按一般标准要求 ,光照不均匀度 2 ,重复精度 1。2 电池片正面焊接 、 串焊清洗超白钢化玻璃 ,准备 EVA、 TPT和汇流条等材料 , EVA 和 TPT的裁切尺寸应略大于玻璃。互连条需预先在助焊剂中浸泡 ,去除表面氧化物 。 焊接时温度控制在 360～ 380℃ 。焊接应牢固 ,无毛刺 、 虚焊及锡渣 ,互连条表面光滑美观 。采用无铅焊接 ,先在电池片正面的主栅线上焊上互连条 ,然后放在串焊模板上 ,将后一片的互连条与前一片电池的背电极焊接起来 ,组成一个带有正负极引出线的电池串 。焊接应牢固 ,无毛刺 、 虚焊及锡渣 ,互连条表面光滑美观 。新能源及工艺- νψ -3层叠与层压在层叠工作台上先放上钢化玻璃 ;然后盖上EVA, 再放上电池串 ;用汇流条把各电池串电极焊接连通 ,依次复盖 EVA和 TPT,并用胶带固定住 。在层压机内 ,通过真空泵将组件内的空气抽出 ,然后加热到 145～ 155℃ ,将电池 、 EVA 、 玻璃和 TPT背板粘接在一起 。层压机设备的性能选择很重要 ,其温控精度 ≤ 1℃ ,温度不均匀性≤ 2℃ 。 层压后 ,太阳电池组件内应无气泡 ,电池串间距均匀 ,汇流条平直 。4装边框与接线盒给玻璃组件安装铝合金边框 ,以增加组件强度 。 铝合金边框内应均匀地填充满硅胶 ,进行密封 ,延长电池的使用寿命 。安装接线盒时 ,用硅胶将其粘合在组件背面指定位置上 ,并将组件内的汇流条连接到接线盒的电缆线上 。5组件测试采用德国 Berger公司或西安交大等制造的太阳电池组件测试仪对组件的输出电特性和输出功率进行测试 。 同时还需测试组件的耐压性和绝缘强度等参数 ,以保证组件符合标准规定的要求 。6包装入库对符合太阳能组件标准要求的组件贴上铭牌 、 条形码 ,并按不同功率等级分类包装 、 入库 。2 几个关键技术问题在封装过程中 ,材料的选取 ,特别是 EVA 的选取十分重要 。由于 EVA 胶膜是一种高分子材料 ,其防紫外光老化的性能直接关系到太阳电池的使用寿命和光电转换效率 。 国内已有多家生产厂家能批量制备 EVA 胶膜 。对于性能优良的胶膜产品 ,其透光率要大 ;交联度 凝胶含量 要大 ;胶膜 /玻璃剥离强度和胶膜 /TPT剥离强度要大 ;抗紫外老化性能 、 耐热老化性能和湿热老化性能要好 。 近年有人提出了一种评价 EVA 耐老化的指标 ,称黄变指数 ,它通过 EVA 胶膜老化试验前后黄色变化值的测量 ,反映老化过程中高分子链断裂情况以及颜色变化对透光性能的影响 。必须 强 调 的 是 在 玻 璃 2EVA 2电 池 2EVA2TPT层叠与层压固化工序之间需进行严格的检查 ,因为如有各层叠加次序错误 、 电池片电极焊接错误 、焊条虚焊焊接不牢固 、 电池片位移 、 内有杂物等情况可立即整改 ;一旦层压固化后 ,如有错误或缺陷 ,整个组件就要报废 。 同时 ,层压时的工艺参数的确定也至关重要 ,对于不同的层压机 、 不同的EVA 胶膜 ,层压参数必须通过细致的试验 ,确定最佳的抽真空时间 、 层压时间 、 层压温度等参数 ,否则设定不当 ,会使组件出现气泡 、 电池片偏移 、焊条弯曲等现象 ,以及胶连度达不到最佳效果 ,直接影响太阳能组件的品质 ,太阳能组件组成系统后会直接影响使用寿命 ,这是太阳能组件封装工艺中的一个关键的质量控制点 。太阳能电池组件的封装过程中 ,电池片在焊接后极易产生白斑 ,这种白斑是一种助焊剂结晶物 ,不仅高温下会熔化产生气体使组件中留下气泡 ,而且还会与 EVA 发生反应 ,降低组件的性能 。常规的无水乙醇擦除和高温挥发等方法不易消除白斑 。 必须在焊带的助焊剂浸涂处理过程中严格控制各项工艺参数 ,确保焊接过程中助焊剂能充分挥发 ,不产生白斑 ,才能有效地确保太阳能组件的品质 ,降低太阳电池的封装功率损失 ,延长太阳能组件的使用寿命 。3 结 语以上介绍是目前国内普遍使用的太阳电池封装材料 、 人工焊接组件的封装工艺以及封装过程中的一些关键问题 。 目前国外已普遍使用自动化封装生产线 。 由于采用自动化封装生产线初始投资成本和设备的维修费用较高 ,对操作工人素质也有一定的要求 ,国内还只有极少数厂家开始引进自动化生产线生产太阳电池组件 。 采用自动化生产线的优点是人工成本低 、 加工质量可靠 、 特别是外观比较美观 、 碎片率低 。 从长远来看 ,发展自动化封装技术及相应的设备是必然的 ,因为只有提高自动化水平 ,才能确保电池组件产品的质量 ,提高产品的成品率 ,降低生产成本 。参考文献 [ 1 ] SH I D ing2huan, X IE Sheng2wu. The p resent statusand development of solar photovoltaic generation inChina[ C ]. 15 th International Photovoltaic Science Engineering Conference, 2005 1 - 6.[ 2 ] 王文静 . 中国光伏产业发展研究报告 [ R ]. 北京 中国可再生能源发展项目办公室 , 2006.新能源及工艺