双面电池封装材料及封装方案选择-周光大

双面电池封装材料及封装方案选择 周光大 博士 2018.11. 08 西安 主要内容 一、背景介绍 二、双面双玻的封装方案 三、双面单玻的封装 四、福斯特的产品解决方案 www.firstpvm.com  电池和组件技术发展精彩纷呈： N型电池的发展及 P型电池的双面化。 背景：双面电池及组件封装 双面电池  组件封装：双面双玻、双面透明单玻、双面电池单面单玻 镀膜玻璃 TF4 POE 电池片 TF4 POE 浮法玻璃 镀膜玻璃 TF4 POE 电池片 TF4 POE 透明背板 镀膜玻璃 EVA 电池片 EVA 白色背板 叠瓦技术半片技术 多主栅技术 www.firstpvm.com 双面电池组件封装新需求 1：抗 PID ➢ P型双面电池的结构设计，背面存在 PID新衰减的风险。 PID 1000h ↓3.45% Initial Glass Normal PO film P 型单面电池 Normal PO film BS PID test condition: 85C, 85RH, -1000Vdc Glass Normal PO film P 型双面电池 Normal PO film Glass 正面 背面 Initial PID 96h www.firstpvm.com 双面电池的 PID衰减机理研究 10 14 10 15 10 16 10 17 - 3 0 - 2 5 - 2 0 - 1 5 - 1 0 -5 0 5 F i l m 1 0 F i l m 3 F i l m 4 F i l m 6 F i l m 5 F i l m 7 F i l m 8 F i l m 9 F i l m 2 P ow er Lo ss ( %) V R ( oh m . cm ) -1000V PI D 96h F i l m 1 ✓ 抗 PID与封装胶膜 VR非线性相关 背面玻璃析出的 Na+ 进攻电池片的 AlOx层 16片双面电池组件 Pmax在 PID96h 后的衰减 率 （ %）电池 组件类型 测试面 P型 PERC 双面 A 双玻 正面 0.57%背面 15.81% 单玻 正面 5.79% P型 PERC 双面 B 双玻 正面 3.29%背面 13.84% 单玻 正面 1.58%  对玻璃的敏感性增加，背板封装的 PID特性由于玻璃封装。 www.firstpvm.com P型双面电池封装用 POE改进前后对比： TF系列产品 常规 POE TF4P 初始 PID192h PID284h PID488h 单 玻 组 件 双 玻 正 面 双 玻 背 面 ↓ 0.28% ↓ 0.14% ↓ 1.56% ↓ 1.55% ↓ 2.33% ↓ 2.91% ↓ 0.87% ↓ 1.93% ↓ 3.03% 初始 PID96h 单 玻 组 件 双 玻 正 面 双 玻 背 面 ↓ 0.57% ↓ 15.81% ↓ 1.11% ◼目前为止， TF4P可以经受任何双面电池、 N型电池的长时间 PID测试。 www.firstpvm.com P型双面电池封装用 POE改进前后对比： TF4(P) Initial Pmax = 266.1 W PID 192h Pmax = 267.0 W 背 面 正 面 Pmax = 196.2 W Pmax = 195.5 W 改进后 0.34% 0.36% P型双面双玻 组件 72片版型 Pmp（ W） 衰减率 （ %）初始 PID96h 组件 1 正面 347.5 345.0 0.72 背面 239.2 237.4 0.75 组件 2 正面 347.8 345.7 0.60 背面 239.7 237.4 0.96 组件 3 正面 349.1 347.7 0.40 背面 238.7 237.9 0.34 组件 4 正面 350.2 349.3 0.26 背面 239.6 238.4 0.50 双面电池组件 PID实测结果： ◆常规的 EVA和 POE无法实现抗 PID功能，需对阻隔性进行特殊改善。 www.firstpvm.com TF4(P)与共挤型产品的差别：提供持久的保护 ◆ 共挤型 PO： 确定性的抗 PID标准很重要！ 96h， 192h？还是更长时间的抗 PID？ EVA 阻隔 POE层 EVA 阻隔 POE层 EVA POE 阻隔层 单层 两层共挤 三层共挤 0 5 10 15 20 25 30 0h 96h 192h 288h 384h 480h 576h Po we r lo ss (% ) P型双面双玻背面 PID TF4 PO 共挤型 PO-1 共挤型 PO-2 www.firstpvm.com 双面双玻的应力与粘接 ➢ 双玻组件层压过程中的应力与边缘脱层 E 比较大 τ– Fa = E t/2(1+ υ )T– Fa ＞ 0 (脱层） or ＜ 0 （不脱层 ） 双玻组件的粘接非常重要！ www.firstpvm.com 水分的入侵因素及影响 封装胶膜的粘结强度及持久性 前板玻璃 封装胶膜 后板玻璃 H2O  不封边双玻组件 组件材料 WVTR[g/m2/day] EVA * ~30 聚烯烃 * 3~5 背板 * 1.5~2.5 硅胶 ~45 双面双玻组件的封装：剥离强度保持 www.firstpvm.com 户外阶段应力控制 • 通过短边框的设计与结构胶 应用实现内部应力与机械载 荷的平衡。 边框对双面双玻组件的应力 www.firstpvm.com 欧标认证 UL认证 0 40 80 120 160 Rete nti on ra te, % FS52 8 Comp etin g p ro du cts 8 0 ° C 拉伸 8 0 ° C 剪切 - 2 0 ° C 拉伸 - 2 0 ° C 剪切 水 - 紫外 1008h 酸雾 盐雾 清洁剂 D H 15 00 H F2 0 T C 30 0 U V 12 0 50 C w at er 0 20 40 60 80 100 R e te n ti o n r a te ,% F S 5 2 8 C o m p e t i n g Pro d u ct s 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 DH 2 0 0 0DH 1 5 0 0DH 1 0 0 0DH 5 0 0 T e n s il e S tr e n g th ,M P a F S 5 2 8 C o m p e t i n g Prod u ct s In itial ✓ FS528结构胶在晶硅组件和薄膜组件 均实现大规模商业化应用。 双面双玻组件的边框结构胶：可靠性 FS528绝缘性能 项目 体积电阻率 表面电阻率 击穿电压 初始 ≥1*1016Ω.cm ≥1*1015Ω.cm ≥25kV DH1000 ≥1*1014Ω.cm ≥1*1014Ω.cm ≥20kV TC300 ≥1*1014Ω.cm ≥1*1014Ω.cm ≥20kV HF20 ≥1*1014Ω.cm ≥1*1014Ω.cm ≥20kV www.firstpvm.com 封装胶膜风险因素： PID、剥离强度保持、背面的水汽阻隔 封装组合：降本 结构胶安装：降本 层压方式：防过压 双面双玻封装小结： POE仍是最佳封装选择 1）工装保护 2） C型包边 3）平板式层压机 1）长边框 2）分段边框 Glass P型双面电池 F406P EVA TF4(P) POE Glass 1） POE+POE 2） EVA+POE 降本 www.firstpvm.com • 2012年，量产生产 TF系列 POE产品，国内外较多客户开始进行认证； • 2016年，收购美国 DOW ENLIGHTTM 系列的 POE胶膜工厂； • 2018年，福斯特全年 POE胶膜销售预计超 7GW；市场占有率 ~70%； • 2019年， 新增 2亿平方米的 POE扩产计划，促进 POE成为常规品。 福斯特与陶氏： POE市场的“领跑者” www.firstpvm.com 双面单玻组件的封装 : 白色 EVA+常规背板 白色 EVA单玻组件 增益： 双面电池：可更多的透射光。 透光率 % 波长 nm 不同厚度硅片透光率 * *根据硅片吸收系数计算，且不考虑表面反射 Green M A, Keevers M J. Optical properties of intrinsic silicon at 300 K [J]. Prog.Photovolt: Res. Appl., 1995, 3(3):189-192 300 450 600 750 900 1050 1200 0 20 40 60 80 100 Ref le ct iv ity (%) Wavelength (nm) F 806 W 白色 EVA 白色背板 ◆实测三种电池对比 www.firstpvm.com 双面单玻组件的封装 : 白色 EVA+常规背板 增益 1.2-3.5W Bifacial Cell Bifacial Cell Glass Backsheet 406PS EVA F806W EVA Bifacial Cell Bifacial Cell Glass Backsheet 406PS EVA EVA 增益 7-10W Bifacial Cell Bifacial Cell Glass Glass 406PS EVA F806W EVA Bifacial Cell Bifacial Cell Glass Glass 406PS EVA EVA 水汽阻隔 抗 PID 线路保护 双面电池：多了透过电池片的光反射增益，用于直接发电，采用白色 EVA能实现更多收益。 www.firstpvm.com 高透 透明背板 浮法玻璃 普通 透明背板 透明背板 双面单玻组件的封装选择：透明胶膜 +透明背板 400 600 800 1000 1200 1400 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 High c le ar b ac ks hee t Glas s Comm on c le ar b ac ks hee t Transm it t ance(%) Wavele ngth(nm) 透光率曲线 红外区透光率 4.8% ◆对双面电池而言，透明背板可以减少双面电池的 PID因素。 www.firstpvm.com 透明背板优点： 含氟涂层紫外吸收 QUV160kwh/m2 0 500 1000 1500 2000 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Pe e li n g St re n g th (N /1 0 mm) D a m p -H e a t a g i n g t i m e (h ) CPC型透明背板的耐候性 www.firstpvm.com 双面单玻组件的封装选择：透明胶膜 +透明背板 ➢ 针对双面电池同样的抗 PID、背面水汽入侵需求，同样推荐玻璃 /EVA/电池 /POE/透明背板的封装结构； ➢后层要具备：抗 PID、 UV 阻隔、水汽阻隔功能； 注：用双面玻璃进行组件实测水汽入侵结果 www.firstpvm.com Glass+TF4 POE+ N型双面 +TF8 POE + 透明背板 初始 PID96h 透明背板的组件 PID测试 Glass+TF4 POE+ P型双面 +TF8 POE + 透明背板 初始 PID96h ➢ 透明背板 +双面电池 PID test condition: 85C, 85RH, -1500Vdc ↓ 1.18% ↓ 1.91% ↓ 1.60% ↓ 0.99% ➢ 透明背板与 POE 搭配使用，表现出优异的抗 PID性能。 双面 单玻 正面 双面 单玻 背面 www.firstpvm.com  双面电池的双玻封装中， POE是目前集合抗 PID、水汽阻隔、长期耐候性于一体的 最佳方案； PID、层压应力控制、粘结强度保持是双玻组件制作的重要关注点。 镀膜玻璃 TF4 POE P型 PERC双面电池 TF4 POE 玻璃 镀膜玻璃 F406P EVA Bifacial cell F806W EVA 背板  双面电池的常规单玻组件，组件背面采用改进的白色 EVA可有效增强组件的正面输 出功率，透明背板是双面发电的经济选择。 CPC透明背板可以在透光、耐候及可靠 性上实现均衡。 小结： F·RST® 封装方案 镀膜玻璃 F406P EVA P型 PERC双面电池 TF4 POE 玻璃 镀膜玻璃 F406P Bifacial cell TF4P POE 透明背板 杭州福斯特应用材料股份有限公司 HANGZHOU FIRST APPLIED MATERIAL CO., LTD. 浙江省临安市锦北街道福斯特街 8号 PC.:311300 ADD: NO.8 FIRST STREET, LIN’AN, HANGZHOU,CHINA 311300 TEL: 86 571-63710167 FAX: 86 571-63710907 www.firstpvm.com