毕业论文太阳电池组件层压

XINYU UNIVERSITY 毕业设计 （论文）（ 2012 届）题 目 太阳电池组件封装工艺研究学 号 0903031009 姓 名 彭 清二级学院 新能源科学与工程学院专 业 光伏发电技术及应用班 级 09 光伏发电（ 1）班指导教师 孔青荣目 录摘要 1Abstract . 2第 1 章 绪论 31.1 世界能源利用概况 . 31.2 太阳电池产业现状 . 4第 2 章 太阳电池组件封装技术 52.1 组件封装的基本技术要求 . . 52.2 封装材料 . . 62.3 太阳电池组件封装工艺 . . 62.4 封装工艺的几个关键技术问题 . . 8第 3 章 组件的几种封装技术 . 103.1 EVA 胶膜封装 . 10 3.2 真空玻璃封装 11 3.3 紫外（ UV）固化封装 11 第 4 章 组件封装的损失 . 144.1 光学损失 14 4.2 电学损失 16 结论 . 17参考文献 18致谢 . 191太阳电池组件封装工艺研究摘 要在当前国际能源形势严峻的状况下， 各国都在极力寻找可以代替常规化石能源的新能源。对于人类而言，太阳是非常重要的一颗恒星，为人类提供光和热。太阳高温，高压，蕴藏着巨大的能量，不断的通过光线向宇宙放射，太阳能是人类重要的无污染新型能源。 太阳能作为取之不尽， 用之不竭的清洁能源备受人们关注。 随着全球大型地面、屋顶太阳能光伏系统的广泛推广与应用，太阳电池的大批量生产已成为趋势，而组件封装也成了太阳电池组件生产的重要环节。本文主要阐述了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， 重点讨论封装工艺的一些关键技术问题。 通过对光伏组件各种封装工艺的优缺点， 晶体硅太阳电池、 非晶硅太阳电池封装工艺的不同和新型太阳电池组件封装工艺进行分析。 在未来光伏组件生产过程中有着广泛的应用。关键词 : 太阳电池；封装工艺；层压； EVA胶膜；组件2 Solar cell module encapsulation technology researchAbstract In the current international energy situation is grim situation, countries in the world are looking for can take the place of the traditional fossil energy sources of new energy. For humans, the sun is very important for a star, for mankind to provide heat and light. Solar high temperature, high pressure, contain is worn tremendous energy, continue through the light to the cosmic radiation, the sun can human important pollution-free new energy. Solar energy is inexhaustible, be inexhaustible clean energy much attention. With the global large-scale ground, roof solar photovoltaic system widespread promotion and application of solar battery, mass production has become a trend, and the package also became an important link in production of solar battery components. This article mainly elaborated the solar battery component packaging technologies, including the encapsulation process, process control, packaging materials and equipment selection, discusses some key technical problems of packaging technology. The photovoltaic component package of the advantages and disadvantages of the process, the crystal silicon solar cell, amorphous silicon solar cell encapsulation technology of different and new solar cell module encapsulation process analysis. In the future of PV module production process has a wide range of applications. Key word ： Solar cell ； Packaging technology ； Laminate ； EVA film ；Component 太阳电池组件封装工艺研究3第 1 章 绪论跨入 21世纪， 人类将面临实现经济和社会可持续发展的重大挑战。 在当今石化能源日益减少，生态环境遭受破坏的情况下，以风能、太阳能为代表的清洁、可再生能源为人类服务，推动技术进步， 改善现有能源结构， 实现人与自然的可持续发展有着重要的影响，成为 21世纪后期的主导。1.1 世界能源利用概况能源是人类社会和经济发展的重要物质基础， 能源工业的发展规模和速度影响着社会经济的发展。 目前， 自然界中的能源主要有非可再生能源和可再生能源两种。非可再生能源是指煤、石油、天然气和原子核能等枯竭的能源；可再生能源包括太阳能、风能、地热能、辐射能、潮汐能等可持续发展的能源 [1] 。日益突出的环境污染问题， 很大程度上是由于能源结构不合理造成的。 大量使用化石燃料等不可再生能源，使得空气中的 CO2 和 SO2 急剧增加，造成温室效应及酸雨蔓延。目前，不少发展中国家的环境污染还在进一步恶化。随着世界经济的不断发展， 能源危机和环保的要求， 迫使人们更加关注能源的洁净和持续利用问题。 因此， 可再生能源的探求与利用已经成为世界各国竞相追逐的对象。 自 1981 年 8 月在内罗华召开联合国新能源和可再生能源会议以来，世界上许多国家已逐渐认识到， 过于依赖石化能源将造成严重的环境污染， 资源与生态破坏，因而正逐步转向开发可再生能源及其综合利用 [1] 。我国拥有丰富的新能源与可再生能源供开发利用，为了保证人类社会稳定、持久的能源供应， 必须优化现有的以资源有限、 不可再生的石化能源为基础的世界能源结构，建立资源无限、可以再生、多样化的新的能源结构，走经济社会可持续发展之路。光伏发电独具许多优点 ,如安全可靠 ,无噪声 ,无污染 ,能量随处可得 ,不受地域限制 ,无需消耗燃料 ,无机械转动部件 ,故障率低 ,维护简便 ,可以无人值守 ,建设周期短 ,规模大小随意 ,无需架设输电线路 ,可以方便地与建筑物相结合等 .这些优点都是常规发电和其它发电方式所不及的 .我国近几年光伏技术发展很快 ,太阳电池的生产和光伏发电系统的应用水平不断提高 .但是 ,我国发展光伏产业的主要障碍与太阳电池组件封装工艺研究4 国际上一样 ,仍然是太阳电池的成本高 ,限制大量推广应用 .因此 ,太阳利用技术研究应针对降低太阳电池成本这一主要目标 ,而决定成本的关键因素是太阳电池的转换率和产业规模 . 从 20 世纪 80 年代以来 ,光伏发电技术研发的主要目标是降低电池的成本 ,目的是使得光伏发电的成本能够与常规发电相当 .要想降低太阳电池的成本 ,一是降低太阳电池的制造成本 ,二是提高太阳电池的转换效率 ,其中提高太阳电池的转换效率是至关重要的因素 . 1.2 太阳电池产业现状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 MWp,累计装机 6 100 MWp。 2006 年太阳电池与组件产量为2 204MWp, 安装量 1 744MWp( 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 GWp 。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 6MWp, 2004 年 达 到 50 MWp,比 2002 年 增 长 830% ,到 2006年达到 370 MWp,比 2004 年增长 640%[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 MWp, 其制造技术与产品质量已可与国外先进国家的产品相媲美。图 1 2006 年世界太阳电池与组件安装量太阳电池组件封装工艺研究5 第 2 章 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、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 2.1 ( a)。小功率太阳电池组件常采用环氧树脂封装 ,见图 2.1 ( b) 。还有采用双面玻璃封装的太阳电池组件 ,见图 2.1 ( 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 2.1 太阳电池组件封装结构2. 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太阳电池组件封装工艺研究6 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。2. 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 2.2 所示。2.2 太阳电池组件用的玻璃光谱透光率背面材料 :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。2. 3 太阳电池组件封装工艺太阳电池组件封装工艺研究7 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 2EVA2 电池 2EVA2TPT 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。2.3.1 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%。2.3.2 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2.3.3 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。太阳电池组件封装工艺研究8 2.3.4 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。2.3.5 组件测试采用德国 B erger 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。2.3.6 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. 4 封装工艺的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 2EVA2 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 ,如有错误太阳电池组件封装工艺研究9 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。太阳电池组件封装工艺研究10 第 3 章 组件的几种封装技术所谓太阳能电池封装就是把框架， 玻璃盖片，太阳电池精确封装在一起。封装胶的选取，电极的引出， 框架及玻璃盖片材料的选取， 胶层厚度等工艺将决定太阳电池的电性能，热性能，光性能，美观性和机械性能，影响光伏组件的可靠性和寿命。 所以对于与建筑相结合的光伏组件， 封装工艺是光伏组件的关键技术之一。目前国内外的光伏组件所采用的封装技术主要有 EVA 胶膜封装，真空玻璃封装和紫外（ UV ）固化封装。3. 1 EVA胶膜封装20 世纪 70 年代末 80 年代初美国 JPL 实验室以杜邦公司的 Elvax150 树脂 （醋酸乙烯含量 33%）为原料，研制了以 EVA 为基础的太阳胶膜配方，产品于 1981年上市销售。胶膜配方由 EVA 树脂，关联剂，防老化剂和硅烷偶联剂组成，经过层压封装， EVA 树脂部分关联，形成具有一定透光率，粘接强度和热稳定性的胶膜。 目前大部分公司出售的 EVA 太阳胶膜产品及封装工艺均基于此项技术。20 世纪 90 年代初， 国内有关单位在国家 “八五” 计划的支持下， 研制了 EVA胶膜， 目前国内大部分太阳电池封装厂都使用他们的产品。 当封装 1~2W 的小组件时，则多使用环氧树脂进行液体浇铸封装。为达到隔离大气的目的，目前普遍采用两片 EVA 胶膜将太阳电池包封，并和上层玻璃，底层 TPT 热压粘合为一体，构成太阳电池板。此方法简单易行，非常适合工业化生产。 目前无锡尚德， 南京中电等大型太阳电池公司的电池封装工艺都采用此法。太阳光中能量较高， 破坏性较强的紫外线较强的紫外光是造成太阳电池组件封装材料 EVA 胶膜老化，龟裂，变色的原因；另外 EVA 胶膜配方自身的降解，氧化和残余的交联剂与防老化剂之间的反应也会导致 EVA 胶膜变黄，透光率下降，影响太阳电池效率性能。 目前太阳电池加工行业急需解决此技术瓶颈， 或采用新的替代品 [3] 。太阳电池组件封装工艺研究11 3. 2 真空玻璃封装真空玻璃封装是将太阳电池封装在抽成真空的特别玻璃夹层中。 透明平板玻璃作为基板材料，在太阳能转换装置中起到重要作用。作为太阳能转换装置组件的太阳能玻璃，必须具备以下特性：（ 1）对太阳光的透光率要高，吸收率和反射率要低；（ 2）抗风压，积雪，冰雹，热应力，投掷石子等外力，有较高的机械强度；（ 3）对雨水和环境中的有害气体有一定的耐腐蚀性能；（ 4）长期暴露在大气和阳光下，性能不严重退化；（ 5）膨胀系数必须与其它结构材料相匹配。目前。 能够满足上述条件的只有低铁超白浮法玻璃和低铁超白压延玻璃。 由于低铁超白浮法玻璃原片反射率较高， 表面必须经过一定的处理才能达到作为太阳能玻璃的要求，而低铁超白压延玻璃经钢化处理就可作为太阳能玻璃，所以，低铁超白压延玻璃是太阳能装置首选的盖板材料。 因此， 低铁压延法是太阳能玻璃较为理想的工艺。我国山东皇明太阳能集团 2005 年推出的“龙光一号”建筑一体化组件采用的就是真空玻璃的封装技术。 作为实用价值极高的现代化建筑构件， 可广泛应用于玻璃幕墙，建筑物屋顶（相当于瓦） ，门窗玻璃，制成融采光，发电于一体的光伏瓦天窗，屋顶，门窗等。真空玻璃封装的太阳电池在长时间使用过程中， 玻璃与金属的结合处不可避免地会出现漏气， 玻璃夹层中的真空度很难保持， 致使太阳电池的转化效率降低。3. 3 紫外（ UV）固化封装UV 固化封装是将 UV 固化胶注入到装有太阳电池的两玻璃盖片中，并放入紫外固化设备中固化。 UV 胶在接受紫外线辐射的过程中，经过吸收 UV 固化设备中的高强度紫外光，产生化学反应， 胶中的光引发剂被引发， 从而产生游离子基或离子，这些游离子基或离子会和预聚体或不饱和单位中的双键发生交联反应，形成单体集团，从而引发聚合，交联和接枝反应，使 UV 胶在数秒内有液体转化为固体，这一过程就是通常所说的 UV 固化过程。太阳电池组件封装工艺研究12 UV 固化较前两种封装方法具有很多独特的优势，主要表现在以下两方面：（ 1）速率快。液态材料做快可在 0.05~0.1s内固化，而传统的热固化工艺最快也需几秒，甚至多达数小时或几天才能固化。新工艺无疑大大提高了生产率，节省了半成品堆放的空间，更满足了大规模自动化生产的要求；同时， UV 固化产品的质量也较易得到保证；此外，由于是低温固化，因此 UV 固化可避免因热固化时的高温对硅太阳电池片的性能造成损伤。（ 2）费用低。 UV 固化仅需用于光敏剂的辐射能，不像传统的热固化那样需要加热基质， 材料和周围空间， 也无需用蒸发除去稀释用的水和有机溶剂的热量，从而节省了大量能源；同时，由于 UV 固化材料固含量高，使用材料实际消耗量大幅度减少；此外 UV 固化设备投资相对较低，可节省一大笔固化设备投资，也减少了厂房占地。紫外固化封装胶的性能是影响 UV 固化封装技术的重要因素之一。因此我们对快速紫外固化封装胶进行了研究， 主要关注封装胶的黏度， 可见光范围内的透光率等性能 [4] 。1 UV 封装胶的黏度封装胶的黏度对组件的封装性能，效果起到重要的作用。封装胶黏度较大不利于消除注胶过程中产生的气泡， 容易在封装的组件中留下气泡， 从而影响组件的质量和性能； 封装胶黏度较小虽然利于气泡的排除， 但容易在胶固化过程中产生较大的收缩，同样也会在胶中产生气泡或空洞，甚至出现胶断裂。 经过一系列实验研究，结果表明：黏度值在 70~1500cps之间时，效果较好。实验中采用秦皇岛奥瑞特公司的紫外固化封装机，利用其自制的封装胶对单晶硅太阳电池组件进行封装。电池器件结构为：保护层材料玻璃 /紫外固化胶电池 /保护层材料玻璃，胶膜的厚度为 0.01~0.04mm，完全固化时间为 5~7 分钟，固化后胶体非常柔软，应力减致最低。2 封装胶的透光率透明组件封装胶的透光率是其重要性能之一，它直接影响透明组件的功率输出及偷光性能。 采用不同配方来调节封装胶的透光率， 在 200~1200mm的波长范围内进行了封装胶透光率测试研究。 经过大量研究实验和配比优化后发现， 自制封装胶在 400~1100nm的波长范围内均具有较高的透光率，达 90%左右 [5]。太阳电池组件封装工艺研究13 研究人员对德国生产的透明紫外固化封装胶和三种自制透明紫外固化封装胶进行了透光率对比测试， 结果表明四种样品都可以在紫外辐照下快速固化， 具有较好的固化性能。从图 3 中可以看出：四种样品在所测试的波长范围内， 具有几乎相同的透光率；而在 350~500nm 的波长范围内自制样品的透光率（即短波的透光率）略低于德国样品。图 3：国外样品与自制样品封装胶透光率3 结论实验研究表明，研究人员已获得基本符合透明光伏组件紫外固化封装要求的紫外固化封装胶。其性能和有点如下：（ 1） 可调节黏度以达到适合于透明组件的封装要求；（ 2） 在 400~1100nm的波长范围内均具有较高的透光率，达 90%；（ 3） 自行研制的紫外固化透明胶具有较低的成本，价格远远低于国外产品。太阳电池组件封装工艺研究14 第 4 章 组件封装的损失为了获得所需的电流电压和输出功率， 同时也为了保护电池不受机械损伤和环境损害，必须将若干单片电池串并联连接并封装成组件。一般情况下， 封装后的组件的输出功率（实际功率）小于所有电池片的功率值之和（理论功率） ，我们称之为封装损失 （ power loss） ， 计算方法为： 封装损失 =(理论功率－实际功率 )／理论功率如果封装损失值较高的话， 制作出的组件的输出功率达不到设计要求， 有可能出现客户投诉，对组件公司产生不良影响，造成经济损害。反之，如果能够降低封装损失， 组件输出功率的增加也会带来收益的提高， 组件配置的电池片所需效率可以减少，间接降低了生产成本。造成组件封装损失的可能因素无外乎是太阳电池和组件的封装材料。 我们把封装损失的原因按照属性不同分为两大类：光学损失、电学损失。 下面详细讨论这两类中的各种影响因素。4. 1 光学损失从理论上讲， 单结硅系太阳电池不能将所有光线都吸收转换成电能， 地面用硅太阳电池的光谱响应范围一般为 300nm-1100nm，因此，任何使这一波段的光进入电池减少的因素都会造成光学上的损失， 可以从光的透射和反射两方面进行分析。光从组件表面到硅体内要依次经过玻璃、密封胶（一般为 EVA） ，所以玻璃和 EVA 会对光吸收产生影响，玻璃和 EVA 的透射率越高，组件的封装损失也就越小。 常规超白钢化玻璃的透射率为 92%左右， 目前市场上已推出具有增透膜的镀膜玻璃，透射率可高达 96%，镀膜玻璃一般可提高组件 1%的输出功率增益，但其长期稳定性和可靠性需要进一步的研究。 不同厂家的玻璃的透射率有很大区别， 透射率越高则进入到电池中的光也就越多， 而电池的输出功率与光强成正比的。在电池和其他辅材不变的情况下， 使用透射率高的钢化玻璃， 组件的输出功率增大，封装损失减小。太阳电池组件封装工艺研究15 EVA（乙烯 -醋酸乙烯聚合酯）用于粘结钢化玻璃、电池和背板，由于它是紫外不稳定的，约占太阳光 6%的紫外线长时间的照射可造成 EVA 胶膜的老化、龟裂、变黄，继而降低其透光率，因此有些厂家的 EVA 中会添加抗紫外剂，这样就会引起 EVA 在短波段的透射率的下降。但现在电池厂家为提高太阳电池的转换效率， 开始采用高方阻、 密栅的工艺， 高方阻电池和常规的 P 型电池的光谱响应是不相同的，高方阻电池在短波段 （ <450nm）的 IQE 是要高于常规电池的，而如果采用对短波长光截止的 EVA，则会造成这部分光不能被高方阻电池吸收，那么封装损失肯定比同效率常规电池制作的组件的封装损失要大。 因此， 使用不同工艺制作的太阳电池需要选择与之相匹配的 EVA，在透光率和抗紫外两者之间找到折衷点，在不影响可靠性的基础上降低组件的封装损失。另外， 有公司提出使用化学性质稳定、耐紫外、 透射率高的透明硅胶做为组件的密封胶， 可以有效避免密封胶黄化和电池不能接受到短波长光线的问题。太阳电池的表面沉积了一层氮化硅结构的减反射膜，折射率约为 2.1，其上有 EVA 和钢化玻璃（两者的折射率约为 1.48 左右） ，为使组件的透射率达到最大的减反效果，还需要使 SiNx 膜的厚度、 EVA 和玻璃厚度得到最好的匹配结果和最佳的光学上的减反射效果，可以有效增加组件的输出功率。太 阳 电 池 组 件 的 背 板 用 来 防 止 水 汽 进 入 组 件 ， 常 采 用 TPT（ Tedler-PET-Tedler）膜。在中长波段具有高达 80%左右的反射率。白色的 TPT膜对入射到太阳电池间未被电池吸收的太阳光具有反射作用， 这部分光在空气与玻璃的界面处被反射向太阳电池， 增加入射到太阳电池组件上的光的利用率。 一般的，使用白色的 TPT 比黑色的 TPT 能增加组件 1%的输出功率增益，有利于降低组件的封装损失。太阳电池被焊带覆盖部分无法吸收太阳光，某些焊带公司推出了反光焊带，焊带的正面镀银并压延出纵向沟槽状结构， 这种结构能将入射到焊带上的光线以一定角度反射到组件的玻璃层内表面，在玻璃 -空气界面上全反射后投射回电池表面。捕捉到的光能让组件产生额外增加的功率，理论上可以提高组件效率 2%左右 [6] 。4. 2 电学损失太阳电池组件封装工艺研究16 实际应用中， 太阳电池通常以串联、 并联或串并联相间的混联方式形成组件，满足所需的电流、电压， 但是由于太阳电池的参数不一致， 串并联后的组件的输出功率可能小于各单个太阳电池的最大输出功率之和。 电池串联时， 两端电压为各单体电池中电压之和，电流等于各电池中最小的电流；并联时， 总电流为各单体电池电流之和，电压取平均值 [7] 。常见的组件一般为串联结构，若在串联的正常电池中混入一片低电流的电池， 根据电流取小原则， 组件的输出电流由这片最小电池的电池决定，组件的输出功率会降低， 造成较高的封装损失。 要减少电池匹配损失获得最大的输出功率， 需要选择相同或相近电性能参数的电池串联成组件，这就要求在电池分选时应选择合适的分档方式，防止电池失配情况的发生。组件中的太阳电池由焊带相连接导通， 焊带一般为表面镀锡的铜带， 锡层含Sn/Pb、 Sn/Pb/Ag 或 Sn/Pb/Bi 等。焊带的电阻主要受铜带影响，如果电阻值太高的话，组件输出电压会有一部分消耗在焊带上，造成电学上的封装损失。 金属的电阻值等于电阻率乘以金属长度再除以金属横截面积。由于电阻率和长度值固定、不易改变， 要降低焊带的电阻应考虑增加焊带的宽度和厚度。 若焊带宽度宽于电池的主栅线，会造成遮光面积的增多， 降低电池效率， 所以焊带宽度也不应变化。 因此考虑增加铜带的厚度， 而焊带变厚会带来焊接时电池碎片问题。 因此，需要选用适合宽度和厚度的焊带制作组件， 才能防止过多的组件功率损失在焊带上。焊接工艺也严重影响组件的功率， 如果组件焊接过程中存在虚焊、 漏焊等焊接不良的问题，会造成较高的接触电阻， 降低组件的输出电流； 不合适的焊接工艺还有可能造成电池的电极与硅片脱落， 无法收集电流， 从而造成封装损失的增加。太阳电池组件封装工艺研究17 结 论[1] 组件的封装损失可分为光学损失和电学损失两种。前者主要包括玻璃、密封胶的透射率限制导致的光的损耗， 焊带、 背板的反射产生的光的二次利用得到的额外附加功率；后者来源于电池失配、 焊带电阻、 焊接不良等形成的电流损失。[2] 与按效率分档相比， 电池按工作电流分档时， 组件的功率没有太大区别，电流细分分档对封装损失也没有很大影响， 但组件功率的一致性更好。 由于电池生产线之间存在差异， 单个生产线电池封装的组件比混线电池生产的组件的功率损失要小。[3] 对电池的氮化硅膜与 EVA、玻璃之间的匹配进行优化后，组件具有较好的减反射效果，有利于提高组件的输出功率。[4] 在不影响组件的长期稳定性和可靠性的前提下， 组件的封装材料应选择有助于增加功率输出的辅材，如高透射率的玻璃和密封胶、高电导的焊带等， 能够进一步降低组件的封装损失。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 。太阳电池组件封装工艺研究18 参 考 文 献[1] 于国强， 孙为民， 崔积华 . 新能源发电技术 [M]. 北京： 中国电力出版社， 2009.1— 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. [3] 李 国 雄 ， 许 妍 ， 郑 智 晶 ， 等 . 太 阳 电 池 EVA 胶 膜 的 研 究 .CHINA ADHESIVES,1996,6(3):8~9 [4] 王德海，江棂，紫外光固材料——理论与应用 . 科学出版社， 2001 [5] 廖华，刘祖明，李杰惠，等透明光伏组件紫外固化封装胶性能研究 . 中国太阳能光伏进展， 2006： 614-616 [6] Sachs,E.M. et al. 2009, “ Light-capturing interconnect wire for 2% module power gain ” . 24thEuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference, pp. 3222-3225. [7] Garcla, A., Ruiz J.M. & Chenlo F. 2006, “ Experimentalstudy of mismatch and shading effects in the IV characteristic of a photovoltaic module” , SolarEnergy Materials and Solar Cells, pp.329-340. 太阳电池组件封装工艺研究19 致 谢本文是在孔青荣老师的悉心指导下完成的， 他的严谨的治学态度、 渊博的专业知识和对工作的热爱和专注使我受益匪浅。 但是在具体实施的过程中， 我还是遇到了相当多当初没有预料的困难，也曾经令我迷茫和彷徨，论文最终的定稿，也没有我当初设想的那么完美，但是总归是自己尽力完成的著作。然后我要感谢和我在一起学习和生活了四年的同学们。 在论文撰写以及平时的学习生活中，都得到了大家的热情关怀和全力帮助，在此表示最真诚的谢意！感谢彭琛琛老师、陈勇老师、刘波老师、李玲老师、刘仪柯老师等对我的教育培养。 他们细心指导我的学习与研究， 在此， 我要向诸位老师深深地鞠上一躬。真诚地感谢学校三年来为我们提供的优越的学习和生活环境以及在毕业设计期间提供的支持。时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。离校日期已日趋临近， 毕业论文的的完成也随之进入了尾声。 从开始进入课题到论文的顺利完成，一直都离不开老师、同学、朋友给我热情的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意。