太阳能电池组件知识培训.ppt

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1、太阳能电池组件,本章主要介绍: 基本概念 光伏电池的互联 太阳电池组件的结构及类型 封装材料 设备 封装工艺 电池组件失效问题探讨,3.1 基本概念,太阳电池是光电转换系统的最小单元，称之为单体太阳电池或称电池片。电池片一般不直接作为电源使用，主要有以下的原因： 单体电池是由硅晶材料制成，薄而脆，不能经受较大的撞击； 太阳电池必须与大气隔绝使用，因为大气中的水分和腐蚀性气体会缓慢地腐蚀电极，逐渐使电极脱落； 电池片的工作电压是 0.40.6 V，远不能满足一般用电设备的电压要求。,地面应用的太阳电池组件的技术要求如下： 有一定的标称工作电压和输出功率； 组件的寿命长，要求正常工作2030年，而

2、且所用材料、零部件及其结构的使用寿命一致，不会因部分损坏而造成整个组件失效； 有良好的电绝缘性； 有足够的机械强度，能经受运输、安装和使用过程中的振动、冲击和其它应力； 组合引起的效率损失小； 成本较低。,太阳电池片本身具有良好的稳定性，它的器件结构也是一种稳定的物理结构，如果是在密封良好的理想条件下使用具有极长的寿命，而现在的产品中只能保证2025年寿命的原因就在于封装材料和封装工艺的限制。 太阳电池组件的性能中最重要的就是组件的耐老化性能，而这主要是由封装材料的耐老化性能决定的，所以在这个领域内材料是第一位的，关于组件最重要的研究工作都是围绕材料展开的，其目的就是延长组件的寿命，同时还要降

3、低生产成本。,3.2 光伏电池的互联,3.2.1 相同特性电池的互联 在理想情况下，在组件中的电池会表现出来同样的特性，并且整个组件与单个电池的I-V曲线具有相同的形状，只是坐标轴的尺度会有差异。因此对N个串联和M个并联起来的电池：,3.2.2 非相同特性电池的互联 在实际情况下，所有电池都具有不同的特性，输出最小的电池限制了整个组件的总输出。组件中电池的最大输出的总和与组件实际达到的最大输出之间的差别就是失谐损耗。,确定并联电池组短路电流的方法,确定并联电池组开路电压的方法,确定串联电池组开路电压和短路电流的方法,3.2.3 非相同特性的电池组件 假如上述图中的电池被替换成电池组件、电池串、

4、电池模块或者源电路，会出现相似的效果和曲线形状。来自于不同厂家的电池或组件，即使额定电流相同，仍可能具有不同的光谱响应，从而导致失谐损耗的出现。,3.2.4 热斑效应 存在于组件里的失谐电池可导致某些电池在产生能量而某些电池在消耗能量。当组件或者组件串被短路时，所有的“好”电池的输出都会消耗在“坏”电池上。,3.2.4 热斑效应 能量在“坏”电池上的消耗导致电池P-N结的局部击穿，在很小的区域会产生很大的能量消耗，导致局部过热，称为“热斑”，从而会导致电池或玻璃开裂、焊料熔化等破坏性的结果，电池组件也会发生同样的问题。-热斑效应,对于热斑问题和失谐电池，一个解决办法是在原电路基础上加装旁路二极

5、管。,当光线不被遮挡时，每个二极管处于反偏压，每个电池都产生电能。当一个电池被遮挡时就会停止产生电能，成为一个高阻值电阻，同时其他电池促使其反偏压，导致连接电池两端的二极管导通，原本流过被遮挡电池的电流被二极管分流。,具有故障电池的电池矩阵的输出,有一个旁路二极管的“坏”电池对总输出的影响 当总电路短路时， “坏”电池和二极管上消耗的能量约等于一个“好”电池的输出能量。,将每个电池配备一个旁路二极管成本太高，所以二极管通常会连接于一组电池的两端，被遮挡的电池的最大功率消耗大约等于该电池所在电池组的总发电能力。,对于硅太阳电池，在不引起损坏的情况下，一个旁路二极管最多连接1015个电池。因此对于

6、通常的36电池组件，最少需要3个旁路二极管以保证不被热斑效应所损坏。,如果商业组件不具有旁路二极管，要保证组件不会长时间被短路，并且那部分组件不会被周围建筑物或邻近的电池阵列所遮挡。 在每个太阳能电池内部集成一枚二极管的方案也是可行的，它是确保各个电池都不被损坏的一个低成本方法。 合格的二极管应当能够承受其保护组件的2倍开路电压或者1.3倍的短路电流的工作条件。,一些组件包含阻塞二极管，保证电流只会从组件流出。例如，它可以防止夜间蓄电池对太阳电池放电。因为阻塞二极管会消耗一部分电能，所以不是所有的电池串都具有阻塞二极管。 与旁路二极管相似，阻塞二极管应当可以承受其保护组件的2倍开路电压或者1.

7、3倍的短路电流。,3.2 太阳电池组件的结构及类型,根据太阳电池片的类型太阳电池组件可分为：单晶硅组件、多晶硅组件、砷化镓组件、非晶硅薄膜电池组件等，其中晶体硅电池组件约占市场的8090。,封装材料与工艺也不尽相同，主要分为：环氧树脂胶封、层压封装、硅胶封装等。目前用得最多的是层压封装方式，因为这种封装方式适宜于大面积电池片的工业化封装。,常见太阳电池组件输出峰值功率有 8， 10， 20， 36，40， 50， 75， 160W等。 大功率的太阳电池发电系统须将多个组件连接成方阵。太阳电池单体、 组件和方阵见图 2所示。组件使用较多的是9串4列或12串3列共36片串联，额定电压为12V的组件

8、。,太阳电池组件的常见结构形式 1 玻璃壳体式结构,玻璃壳体式太阳电池组件示意图 1-玻璃壳体;2-硅太阳电池;3-连接条;4-粘接剂; 5-衬底;6-下底板;7-边框线;8-电极接线柱,2 平板式太阳电池组件,glass,EVA,cells,EVA,TPT,Junction box,目前平板式太阳电池是由高转换效率的单片太阳电池、EVA胶膜、低铁钢化玻璃和TPT复合薄膜组成，采用层压封装工艺。, 成品太阳电池组件正面外观,成品太阳电池组件正面外观 ,全胶密封太阳电池组件示意图 1-硅太阳电池;2-粘接剂;3-电极引线;4-下底板;5-互连条,3 全胶密封太阳电池组件,全胶密封太阳电池组件一般

9、采用环氧树脂封装或硅胶封装。,双面玻璃太阳电池组件-光伏建筑一体化 与普通组件结构相比，双面玻璃组件利用玻璃代替TPE（或TPT)作为组件背板材料，如图所示。由于这种组件有美观、透光的优点，在光伏建筑上应用非常广泛，如：太阳能智能窗，太阳能凉亭和光伏建筑顶棚、光伏玻璃幕墙等。与建筑结合是太阳能光电发展的一大趋势，预计双面玻璃组件商业市场会进一步扩大。,如何让太阳能电池与建筑物的屋顶和外墙相结合，既能够遮挡一部分阳光，又能够让一部分阳光射入建筑物内部？,一种解决办法：德国设计师们将不透明的太阳能电池安装于双面玻璃之间，并且在电池片与电池片之间留出一定的空隙。,每个屋顶35KW,美国Springe

10、rville 4.6MWp光伏电站,Leipziger Land. 32，727 块153Wp的组件 = 5 MWp,西班牙20MW光伏电站,3.3 封装材料,太阳电池组件使用的封装材料有环氧树脂、有机硅树脂、玻璃、EVA、Tedlar或Tedlar复合薄膜(如TPT或TPE)、连接条、铝框等。 封装材料的特性对太阳电池组件的性能、使用寿命有重要影响。优良的太阳电池组件，除了要求太阳电池本身效率要高外，优良的封装材料和合理的封装工艺也是不可缺少的。,3.3.1 环氧树脂,环氧树脂用于环氧树脂胶封太阳电池组件。 环氧树脂是指分子中还有两个或两个以上环氧基团的线性有机高分子化合物。通过改变固化剂、

11、促进剂等，环氧树脂的配方可以千变万化，从而具备各种不同的性能，以满足各种不同的要求。,特性,机械性能优良； 耐化学药品性和耐气候性好； 电绝缘、尺寸稳定性好。 优异的工艺性：可供选择的品种多、固化方便、黏附力强和固化收缩率低。,用于封装太阳电池的环氧树脂一般为双组分液体，使用时现场配制，主要是透光性、耐湿性、绝缘性和气密性好。环氧树脂一般在小型组件的封装上应用较多，主要用于太阳能草坪灯、玩具等消费品等。,环氧树脂作为太阳电池封装材料存在的问题：,1.耐老化性能相对差，容易老化而变黄。 2.使用过程中还会由于老化导致材料脆化，通过对环氧树脂改性可在一定程度上改善其耐老化性能。 3.封装材料要求具

12、有较高的耐湿性和气密性。但环氧树脂是高分子材料，其分子间距离为50200nm，大大超过水分子的体积。水的渗透降低电池的使用寿命。提高环氧树脂的疏水性是有效地提高其耐湿性的一项措施。,4.用环氧树脂封装太阳电池时，由于与其它材料的膨胀系数不同，在成型固化过程而产生内应力，造成强度下降、老化龟裂、封装开裂、空洞、剥离等各种缺陷。通过添加改性剂或增塑剂可以降低材料体系的内应力；加入“软”的聚合物粒子如橡胶、硅胶，形成一种使应力易于传递和耗散的结构，也可大大降低材料的内应力。但是，要求添加的材料既与环氧树脂融合，又不影响封装后电池的透光性显得难度大。,环氧树脂封装太阳电池组件工艺简单、材料成本低廉，在

13、小型组件封装上使用较多，早期太阳能草坪灯大都采用这种组件。但由于环氧树脂抗热氧老化、紫外老化的性能相对较差，有被EVA层压封装取代的趋势。,3.3.2 有机硅胶,有机硅胶用于硅胶封装太阳电池组件。 有机硅化合物，是指含有Si-C键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物，习惯上也常把那些通过氧、硫、氮等使有机基与硅原子相连接的化合物也当作有机硅化合物。其中，以硅氧键（-Si-0-Si-）为骨架组成的聚硅氧烷，是有机硅化合物中为数最多，研究最深、应用最广的一类，约占总用量的90%以上。,有机硅胶是具有特殊结构的封装材料，兼具有无机材料和有机材料的许多特性： 1.耐高温、耐低温、耐老化、抗氧

14、化、电绝缘、疏水。 2.是弹性体。 3.硅胶分为中性、酸性等，酸性硅胶因为会腐蚀硅片，所以一般使用中性硅胶。 4.硅胶对玻璃陶瓷、金属等黏结力很强。 5.有机硅胶是一种透明材料，透光率可达90以上。 6.具有低温固化的特点。,特性,有机硅胶作为太阳电池封装材料存在的问题：,有机硅膜在热、空气、潮气等老化条件下，聚硅氧烷的侧基极易被氧化，从而发生大分子的侧链或有机自由基的耦合等副反应而老化，使物理性能发生明显的变化，因此，封装太阳电池组件用的硅胶需要加入适宜的添加剂来提高其老化性能。,3.3.3 EVA胶膜,EVA胶膜用于层压封装太阳电池组件。标准的太阳电池组件中一般要加入两层EVA胶膜，EVA

15、胶膜在电池与玻璃、电池与TPT之间起粘接作用。,(1) EVA胶膜简介,太阳电池硅晶片若直接暴露于大气中，其光电转换效能会衰减。为此采用透明、耐光老化、粘接性好、能承受大气变化且具有弹性的EVA胶层将硅晶片组包封，并和上层保护材料玻璃、下层保护材料TPT粘合为一体，构成太阳电池板。,EVA是乙烯与醋酸乙烯脂的共聚物，EVA具有优良的柔韧性、耐冲击性、弹性、光学透明性、低温绕曲性、粘着性、耐环境应力开裂性、耐候性、耐腐蚀性、热密封性以及电性能等。,上世纪80年代前，国内外曾试过用液态硅树脂和聚乙烯醇缩丁醛树脂片(PVB)，但因价格高、施工条件苛刻、物性不好而被淘汰。,80年代起国外开始研制EVA

16、胶膜，它是一种热熔粘接胶膜，常温下无粘性而具抗粘连性，经一定条件热压便发生熔融粘接与交联固化，在太阳电池封装与户外使用上均获得了相当满意的结果。,我国于上世纪80年代中期开始，陆续从美国引进单晶硅太阳电池生产线，并逐年从美国进口EVA胶膜。为改变每年进口封装材料的被动局面，国家科委将EVA胶膜国产化列入“八五”攻关计划。,浙江化工研究院等单位于80年代后期着手EVA胶膜国产化研究。 1995年11月由国家科委在杭州通过了浙江化工研究院的成果鉴定与攻关验收。该成果获得浙江省1996年度科技进步二等奖。 EVA胶膜的研究成功，填补了国内空白。,1998年浙江化工研究院建成了国内第一条年产30万平方

17、米、幅宽达1000mm以上太阳能电池EVA胶膜生产线，同时将第二代快速固化胶膜产品推向市场，获得大量使用。2002年获国家发改委/世界银行/GEF技术进步项目支持。,EVA的性能主要取决于分子量和醋酸乙烯酯(以VA表示)的含量： 当分子量一定时，VA的含量增高，EVA的弹性、柔软性、粘结性、相溶性和透明性提高；VA的含量降低，EVA则接近于聚乙烯的性能。 当VA含量一定时，分子量降低则软化点下降，而加工性及表面光泽改善，但强度降低；分子量增大，可提高耐冲击性和应力开裂性。,EVA胶膜是一种热固性的膜状热熔胶，常温下不发粘，便于操作；在熔融状态下，它和硅晶片、玻璃、TPT产生粘接，成为太阳电池板

18、。优质的EVA胶膜经加热封装后，变得完全透明，它和玻璃粘合后能提高玻璃的透光率，起着增透的作用.,未经改性的EVA具有透明、柔软、有热熔粘接性、熔融温度低(80)、熔融流动性好等特点，这些特征满足了太阳电池封装的需求。 但其耐热性差，易延伸而弹性低，内聚强度低而抗蠕变性差，易产生热胀冷缩致硅晶片碎裂。为此要对EVA进行改性，其办法是采取化学交联，即在EVA中添加有机过氧化物交联剂，当EVA胶膜加热到一定温度时，交联剂分解产生自由基，引发EVA分子间的结合，形成三维网状结构，使EVA胶层交联固化，当交联度达到65以上时就能承受大气的变化，不再发生热胀冷缩。,如果EVA胶膜未经改性，它必定会受紫外

19、线破坏，发生龟裂，或降解变色，或和玻璃、TPT脱胶，从而大大地降低太阳电池的效率，缩短其使用寿命，尤其用于高原地区的太阳电池更应重视此问题。因此还要采取抗紫外光老化措施:使EVA胶层内含有吸收紫外光的主、辅剂配合的复合光稳定剂，能起到吸收紫外光的协同效应。EVA胶膜具有吸收紫外光性能，除保护EVA胶层本身外，还可保护电池背材TPT，从而能保障太阳电池长年正常工作。,(2) EVA太阳电池胶膜主要性能指标,一般说来，用于太阳电池封装的EVA胶膜必须满足以下主要性能指标。 固化条件 快速型，加热至135，恒温1520min；慢速型，加热至145，恒温3040min。 厚度 0.30.8mm；宽度：

20、1100mm，800mm，600mm等多种规格。 太阳电池封装用的EVA胶膜固化后的性能要求 透光率大于90；交联度大于65，剥离强度(Ncm)：玻璃胶膜大于30；TPT胶膜大于15；耐温性：高温80，低温-40，尺寸稳定性较好；具有较好的耐紫外光老化性能。,3.3.4 玻璃,标准太阳电池组件的盖板材料通常采用低铁钢化玻璃，其特点是：透过率高、抗冲击能力强和使用寿命长。,钢化玻璃是一种预应力玻璃,为提高玻璃的强度,通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，寒暑性，冲击性等。,钢化玻璃的主要优点： 1. 是强度较之普

21、通玻璃提高数倍，抗弯强度是普通玻璃的35倍，抗冲击强度是普通玻璃510倍，提高强度的同时亦提高了安全性。2. 是使用安全，其承载能力增大改善了易碎性质，即使钢化玻璃破坏也呈无锐角的小碎片，对人体的伤害极大地降低了. 钢化玻璃的耐急冷急热性质较之普通玻璃有23倍的提高，一般可承受150以上的温差变化，对防止热炸裂有明显的效果。,钢化玻璃的缺点： 1. 钢化后的玻璃不能再进行切割，和加工，只能在钢化前就对玻璃进行加工至需要的形状，再进行钢化处理。 2. 钢化玻璃强度虽然比普通玻璃强，但是钢化玻璃在温差变化大时有自爆（自己破裂）的可能性，而普通玻璃不存在自爆的可能性。,低铁玻璃，又称超白玻璃、无色玻

22、璃、高透明玻璃，是玻璃产品中最高档的品种，具有高透光率、高透明性，产品晶莹剔透、高贵典雅，有玻璃家族“水晶王子”之称。透光率决定玻璃的品质，浮法玻璃的透光率为86%，而超白玻璃透光率可达92%以上，主要应用于高档建筑、电子产品、高档轿车玻璃、太阳能电池、高档园艺建筑、高档玻璃家具、各种仿水晶制品等行业。太阳能的开发与应用也将为超白玻璃的发展提供巨大商机太阳能光伏发电系统的玻璃基片就需要使用超白玻璃。超白玻璃科技含量高，生产难度大，具有较强的获利能力。,超白玻璃中铁是被作为有害杂质来对待的，其原因是因为铁(通常以Fe2O3和FeO的形式同时存在于玻璃中),使白玻着色而变绿,增大玻璃的吸热率，同时

23、会降低玻璃的透光率。玻璃中铁的来源主要由原料本身、耐火材料或金属材质的生产设备等引入，一般很难完全避免，只能通过原材料和生产控制尽可能减少玻璃中铁的含量。目前，太阳电池玻璃的铁含量在0.008%0.02%，而普通浮法玻璃的铁含量一般在0.7%以上。,太阳电池组件用的低铁玻璃，一般厚度为3.2mm，在晶体硅太阳电池响应的波长范围内（3201100nm）透光率达90以上，对于波长大于1200nm的红外线有较高的反射率，同时能耐太阳紫外线的辐射。利用紫外-可见光光谱仪测得普通玻璃的光谱透过率(图3-5)与太阳电池组件用的超白玻璃光谱透过率(图3-6)比较，普通玻璃在波段7001100段透过率下降较快

24、，明显低于超白玻璃的透过率。,由于玻璃体内含铁量过高及玻璃表面的光反射过大是降低太阳能利用率的主要原因之一。为此，人们主要在以下三方面努力： 降低玻璃中的铁含量 如河南思可达新型能源材料有限公司选用低铁石英砂做熔制超白玻璃的原料。该公司生产上长期使用的石英砂，铁含量都低于40ppm，虽然每吨成本高三百多元，但生产的超白玻璃的铁含量明显降低，通常在110ppm以下，有一半产品降到90ppm以下，以致保证了超白玻璃较高的透射性能。, 如何增加玻璃强度和延长使用寿命。目前，玻璃厂商已能熟练地对23mm薄玻璃进行物理或化学钢化处理，不仅光透过率仍保持较高值，而且使玻璃的强度提高为普通平板玻璃的34倍。

25、薄玻璃经过钢化处理后，在太阳能利用中以薄代厚并达到相对降低玻璃铁含量，提高光透过率及减轻太阳电池组件的自重及成本，不仅切实可行，而且效果明显。, 研制新的防反射涂层或减反射表面材料。为了减少玻璃表面光反射率，玻璃制造商们通过物化处理方法，对玻璃表面进行一些减反射工艺处理，可制成“减反射玻璃”，其措施主要是在玻璃表面涂布一层薄膜层，可行之有效地减少玻璃的反射率。此薄膜层又称之为减反射涂层。这种在玻璃表面制备的减反射层，可采用真空沉积法、浸蚀法和高温烧结法等工艺得以实现。,玻璃制造商们选用浸蚀法工艺为多。该工艺是指浸涂硅酸钠与化学处理相结合制备减反射玻璃，其工艺流程大致如下：玻璃原片洗涤干燥浸入硅

26、酸钠溶液提取玻璃低温烘干(或自然风干) 二次化学处理提取并烘干检测(透光率、反射率及膜厚) 包装出厂，该工艺方法可使玻璃透光率比原先提高45；如3mm光透过率由原来80提高到85，折射率较高的超白玻璃光透过率可从原来86提高到91。这种涂层与玻璃能够牢固地结合，经测试表明其耐磨性非常好。,3.3.5 背面材料,太阳电池组件背面材料，主要取决于应用场所和用户需求。 用于太阳能庭院灯和玩具的小型太阳电池组件多用电路板、耐温塑料或玻璃钢板材； 而大型太阳电池组件多用玻璃或Tedlar复合材料。,Tedlar 就是聚氟乙烯，Tedlar 薄膜是一种具有高透过率的透明材料，也可根据需要制成蓝、黑等多种颜

27、色。它是美国杜邦公司独家生产的产品，同样具有许多熟知的碳氟聚合物的性质：耐老化、耐腐蚀、不透气等，这些特点很符合封装太阳电池。此外，它还具有优良的强度和防潮性能，可直接用作太阳电池组件或太阳能集热器的封装材料。,为了保持太阳电池组件有更长的使用寿命，一些专业厂家将Tedlar与聚酯、铝膜或铁膜等合成夹层结构，即有以下形式 TedlarpolyesterTedlar； TedlaraIuminumTedlar； TedlarironTedlar Tedlar复合薄膜具有更好的防潮、抗湿和耐候性能。通常用得最多的就是TedlarPolyesterTedlar，通常简称TPT，还具有高强、阻燃、耐久

28、、自洁等特性。白色的TPT对阳光可起反射作用，能提高组件的效率，并且具有较高的红外反射率，可以降低组件的工作温度，也有利于提高组件的效率。,TPE 由Tedlar/ polyesterEVA三层材料构成。目前，很多厂家开始使用TPE代替TPT作为太阳电池组件的背面材料。与电池接触面（EVA面）为接近电池颜色深蓝色，封装出来的组件较美观。由于少了一层Tedlar，TPE的耐候性能不及TPT，但其价格便宜（约为TPT的一半)，与EVA黏合性能好，在组件封装，尤其是小型组件封装上应用越来越多。,3.3.6 其他材料 玻璃、EVA和TPT，外加太阳电池片是组成组件的主要材料。除此之外，还需要连接条（浸

29、锡铜条）、铝合金或不锈钢边框、电极接线盒、焊锡等。,3.4 太阳电池组件制造设备,太阳电池组件制造、封装和测试设备主要有激光划片机、层压机、固化炉、电池片测试台、组件测试台、电阻率测试仪等。国外较大型的太阳电池组件专业厂家设备非常齐全，如清洗玻璃、平铺切割EVA、太阳电池焊接等都有专门的设备。 下面主要介绍太阳电池组件封装最基本的设备激光划片机和太阳能电池层压机。,3.4.1 激光划片机,太阳电池硅片主要采用金刚石切割设备和激光划片机切割。由于激光划片机的切割效率更高，现在许多工厂都采用激光划片机来切割太阳电池硅片，以满足制作小型太阳电池组件的需要。,激光划片机由激光晶体、电源系统、冷却系统、

30、光学扫描系统、聚焦系统、真空泵、控制系统、工作台、计算机等组成，如图所示。控制台上有电源、真空泵、冷却水开关按钮及电流调节按钮等，工作台面上布有气孔，气孔与真空泵相连，打开真空泵后太阳电池硅片就被吸附在控制台上，切割过程中不易移动。,切割时将电池放在工作台上，打开计算机，设计切割路线，按下确定键后，激光光斑开始移动，在控制台上调节适当的工作电流进行切割。,激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。激光束通过聚焦后，在焦点处产生数千度甚至上万度的高温，使其能加工几乎所有的材料。激光划片是把激光束聚焦在硅、锗、砷材料的表面，形成很高的功率密度，使硅片形成沟槽，在沟槽处应力集中，很容易沿沟槽整齐

31、断开。激光划片为非接触加工，划片效应是通过表层的物质蒸发出深层物质，或是通过光能作用导致物质的化学键断裂而划出痕迹。因此，用激光对太阳电池硅片进行划片，能较好地防止损伤和污染硅片，可以提高硅片的利用率，提高产品的成品率。,与传统的机械切割技术相比，激光划片主要有以下优点：,激光划片由计算机控制，速度快，精确度高，大大提高了加工效率； 激光划片为非接触式加工，减少了硅片的表面损伤与刀具的磨损，提高了产品成品率； 激光划片光强弱控制方便，激光聚焦后功率密度高，能很好地控制切割深度，适合对硅片这种薄、脆、硬的材料切割； 激光束细，加工材料消耗很小，加工热区影响小； 激光划片沟槽整齐，无裂纹，深度一致

32、； 激光加工操作方便简捷，使用安全，人工、材料消耗成本低。,使用切割机切割太阳电池，需要注意的问题是： 一定要在水循环正常工作下，再启动激光电源和调节电源，否则温度过高，容易烧坏电源； 激光电源属于大功率高频开关电源，它对外部环境有或多或少的电磁污染，因而对电磁兼容性能的仪器设备，如变型仪、计算机等产生一定影响，建议采用屏蔽、电源隔离等方法抗干扰； 激光器一般采用氪灯泵浦，需要瞬时高压来触发氪灯，因此严禁在氪灯点燃前启动其他组件，以防高压串入，氪灯属于易损耗件，当发现老化时，需要更换新灯； 激光划片机工作环境要求 室内清洁无尘，相对湿度小于80，温度520；另外，要保持机内循环水干净，定期清洗

33、水箱并更换去离子水或纯水。,3.4.2 太阳电池层压机,太阳电池层压机集真空技术、气压传动技术、PID温度控制技术于一体，适应于单晶硅电池组件、多晶硅电池组件的层压封装生产。,层压机分上室、下室，打开层压机的上盖，上盖内侧有个胶皮气囊，上室指的就是这个气囊；上盖板与下腔之间形成一个密封室为下室。打开上盖，可以看到下面有两层耐高温的玻璃布，玻璃布下面是加热板。层压过程中，电池片与EVA、TPT、玻璃层叠后放入玻璃布之间，玻璃布有减缓EVA升温速率作用，减少气泡产生，同时可以防止熔融后的EVA流出来弄脏加热板。,普通型结构,层压的基本过程：打开层压机，按下加热按钮，设定好工作温度（100120 ）

34、；待加热板温度达到指定温度后，将层叠好的电池片放人层压机两层玻璃布间并合上盖，合盖后第一步是下室抽气。EVA在层压机内开始受热，受热后的EVA处于熔融状态，EVA与电池片、玻璃、TPT之间有空气存在，下室抽气可以将这些间隙中的空气排除。抽气的下一步是加压，在加压过程中，下室继续抽真空，上室充气，胶皮气囊构成的上室，充气后体积膨胀（由于下室抽真空）充斥整个上下室之间，挤压放置在下室的电池片、EVA等，熔融后的EVA在挤压和下室抽空的作用下，流动充满玻璃、电池片、TPT、之间的间隙，同时排出中间的气泡。这样，玻璃、电池片、TPT就通过EVA紧紧黏合在一起。 层压好后需要开盖将电池取出，开盖时，先是

35、下室充气，上室抽空，使放电池组件的下腔气压与大气压平衡，再利用设置在上盖的两开盖支臂将上盖打开，将太阳电池取出后。,上述层压过程，可以设定好层压温度及抽气、层压、充气的时间，控制键拨到自动挡，开盖放入太阳电池，合盖后让其自动工作，层压好后会自动开盖，取出层压好的电池组件后可以进行下一工作循环。工作温度、抽气层压时间的设置要视层压机情况、电池大小而定；一般层压机厂商会给用户提供一个经验参数，用户在使用过程中，逐步做一些修正，再确定自己的最优值。中山大学实验室使用的国产层压机在封装功率20W以下的太阳电池时，设置工作温度120，下室抽气5min，层压5min，下室充气20s，太阳电池面积（功率50

36、100W）较大时，延长抽气时间至8min，层压时间至10min。,层压机使用过程中注意事项： 层压机合盖时压力巨大，切记下腔边框不得放异物，以防意外伤害或设备损坏； 开盖前必须检查下室充气是否完成，否则不能开盖，以免损坏设备； 控制台上有紧急按钮，紧急情况下，整机断电；故障排除后，将紧急按钮复位； 层压机若长时间未使用，开机后应空机运转几个循环，以便将吸附在腔体内的残余气体及水蒸气抽尽，以保证层压质量。,3.5 太阳电池组件封装工艺,太阳电池组件解决了单体电池的一些问题，组件具有以下特点: 工作电压和输出功率按不同的要求设计，可以提供多种接线方式，满足不同的电压输出要求； 有足够的机械强度，能

37、经受运输、安装和使用过程中发生的冲击、震动等产生的应力，具有防腐、防潮、防水、防风、防雹能力； 经与玻璃、EVA、TPT结合后，有明显的电性能增益。,太阳电池组件的制造过程中主要有以下一些步骤： 激光划片光焊（将电池片焊接成串）手工焊（焊接汇流条）层叠（玻璃EVA 电池EVATPT）中测层压固化装边框、接线盒终测。,3.5.1 激光划片,根据组件所需电压、功率，可以计算出所需电池片的面积及电池片片数。由于单体电池（未切割前）尺寸一定（有几种标准），面积通常不能满足组件需要，因此，在焊接前，一般有激光切片这套工序。切割前，应设计好切割路线，画好草图，要尽量利用切割剩余的电池片，提高电池片利用率。

38、,切割过程中注意事项： 切片时，切痕深度一般要控制在电池片厚度的1223，这主要通过调节激光划片机的工作电流来控制。如果工作电流太大，功率输出大，激光束强，可以将电池片直接划断，容易造成电池正负极短路。反之，当工作电流太小，划痕深度不够，在沿着划痕用手将电池片掰断时，容易将电池片弄碎。 太阳电池片价格较贵，为减少电池片在切割中的损耗，在正式切割前，应先用与待切电池片型号相同的碎电池片做试验，测试出该类电池片切割时激光划片机合适的工作电流I0，这样正常样品的切割中划片机按照电流I0工作，可以减少由于工作电流太大或太小而造,为避免计算机设置出差错，在电池片切割前，先用小工作电流（使激光能被看清光斑

39、即可）让激光束沿设定的路线走一遍，确认路线正确后，再调大电流进行切片。 一般来说，激光划片机只能沿XY轴方向进行切割，切方形电池片比较方便。当电池片在要求切成三角形等形状时，切割前一定要计算好角度，摆好电池片方位，使需要切割的线路沿X或Y方向。 在切割不同电池片时，如果两次厚度差别较大，调整工作电流的同时，注意调整焦距。 切割电池片时，应打开真空泵，使电池片紧贴工作面板，否则，将切割不均匀。,3.5.2 焊接,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 360380。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

40、,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。,太阳电池的焊接 正面电极焊接互连条,将单个电池片组成电池串,太阳电池的排列,将电池串用汇流条连接起来以便于将来进行层叠（敷设），互连条焊接的质量直接影响到组件电性能的输出，其外观要求也较高。,3.5.3 层压,真空层压工艺中各种材料的摆放顺序,电池片按要求焊接好后，层压前一般先用万用表通过测电池电压方式检查焊接好的太阳电池有没有短路、断路；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,依次复盖 EVA和 TPT,并用

41、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 100120,将电池、 EVA、 玻璃和 TPT背板粘接在一起。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。,层压过程中有关问题及注意事项：太阳电池层压工艺中，消除EVA中的气泡是封装成败的关键。如果抽气时间和层压温度设置不当，在组件玻璃下面常会出现气泡，致使组件使用过程中，气泡受热膨胀而使EVA脱层，影响组件的外观、效率与使用寿命。层叠时进入的空气与EVA交联反应产生的氧气是形成气泡的主要原因。当层压的组件中出现气泡，说明工作温度过高或抽气时间太短，应该重新设置工作温度和抽气、层压时间。,3.5.4

42、固化,从层压机取出的太阳电池，未固化时EVA容易与TPT、玻璃脱层，需进入烘箱固化。根据EVA种类不同分两种固化方式：,快速固化型EVA 设置烘箱温度135，待升到设置温度后，将层压好的电池放入固化15min。 常规固化型EVA 设置烘箱温度145，待升到设置温度后，将层压好的电池放人固化30min。,固化也可以在层压机内直接进行，有两种方法： 方法一 快速固化型EVA 层压机设置100120，放入电池板，抽气35min，加压410min，同时升温到135，恒温固化15min，层压机下室充气上室抽空30s，开盖取出电池冷却即可。 常规固化型EVA 层压机设置100120，放入电池板，抽气35m

43、in，加压410min，同时升温到145150，恒温固化30min，层压机下室充气上室抽空30s，开盖取出电池冷却。,方法二 层压机设置135140，放入电池板，抽气35min，加压410min，恒温135140，固化15min，再取出冷却即可。,目前，工厂大部分采用在烘箱中快速固化EVA。这种固化方法效果好，速度快，可以节约层压机的使用时间。在太阳电池组件制造过程中，厂家经常需要测定EVA的凝胶含量来分析EVA的固化程度，以达到控制封装质量的目的。EVA凝胶含量（交联度）达到65以上，可以认为固化基本完成，达到了组件的要求。,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

44、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。,3.5.5 检测,太阳电池组件投入使用前需先进行各项性能测试，具体方法主要参考GBT95351998地面用晶体硅光伏组件设计鉴定与定型、GBT140081992海上用太阳电池组件总规范。以下是组件的一些基本性能指标与检测方法。,性能测试 在规定光源的光谱、标准光强以及一定的电池温度(25)条件下对太阳能电池的开路电压、短路电流、最大输出功率、伏安特性曲线等进行测量。,太阳电池组件测试仪,电绝缘性能测试 以1kV的直流电通过组件底板与引出线，

45、测量绝缘电阻，绝缘电阻要求大于2000M，以确保在应用过程中组件边框无漏电现象发生。,热循环实验 将组件置于有自动温度控制、内部空气循环的气候室内，使组件在4085之间循环规定次数，并在极端温度下保持规定时间，监测实验过程中可能产生的短路和断路、外观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻等，以确定组件由于温度重复变化引起的热应变能力。,湿热湿冷实验 将组件置于带有自动温度控制、内部空气循环的气候室内，使组件在一定温度和湿度条件下往复循环，保持一定恢复时间，监测实验过程中可能产生的短路和断路、外观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻等，以确定组件承受高温高湿和低温低湿的能力。,机械载荷实验 在组件表面逐渐加载，监

46、测实验过程中可能产生的短路和断路、外观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻等，以确定组件承受风雪、冰雪等静态载荷的能力。,冰雹实验 以钢球代替冰雹从不同角度以一定动量撞击组件，检测组件产生的外观缺陷、电性能衰减率。以确定组件冰雹撞击的能力。,老化实验 老化实验用于检测太阳电池组件暴露在高湿和高紫外辐照场地时具有有效抗衰减能力。将组件样品放在65，约6.5紫外太阳下辐照，最后测电光特性，看其下降损失。,3.5.6 技术要求,合格的太阳电池组件应该达到一定的技术要求，相关部门制定了组件方面的国家标准与行业标准。以下是层压封装体硅太阳电池组件的一些基本要求。,光伏组件在规定工作环境下，使用寿命应大于20年（

47、使用20年，效率大于原来效率的80）。 组件的电池上表面颜色应均匀一致，无机械损伤，焊点无氧化斑。 组件的每片电池与互连条应排列整齐，组件的框架应整洁无腐蚀斑点。,组件的封装层中不允许气泡或脱层在某一片电池与组件边缘形成一个通路，气泡或脱层的几何尺寸和个数应符合相应的产品详细规范规定。 组件的面积比功率大于65Wm2，质量比功率大于4.5wkg，填充因子FF大于0.65。 组件在正常条件下绝缘电阻不能低于2000M。 采用EVA、玻璃等层压封装的组件，EVA的交联度应大于65，EVA与玻璃的剥离强度大于30Ncm，EVA与组件背板材料的剥离强度大于15Ncm。,每个组件应有以下标志。 a产品名

48、称与型号； b主要参数，包括短路电流ISC，开路电压VOC，最佳工作电流Im，最佳工作电压Vm。最大输出功率Pm以及I-V曲线图； c制造厂名、日期及商标。,3.6 电池组件的降格与失效,1、前表面污损 随着组件前表面灰尘的积累会降低组件的性能。组件的玻璃表面通过风雨的洗刷实现自我清洁，而这些损失保持在10%以下。对于其它材料的组件表面，这个损失的百分比可能会更高。,2、组件内部腐蚀 原因之一：由助焊剂的腐蚀引起，助焊剂选择不当是造成太阳能电池组件失效的重要原因之一。目前很多组件生产用的是电子工业中使用的助焊剂，以有机酸成分为主，有关资料表明，这种助焊剂助焊效果越好，它的腐蚀性越强。厂家选用助

49、焊剂往往以助焊效果为标准，而忽略了它的腐蚀性。 组件生产厂家在选择助焊剂时，应在保证助焊效果的前提下，采用中性的免清洗助焊剂。具体要求是：焊后残留物少、对电池片和EVA胶膜无腐蚀，有足够的热稳定性，且对环境无污染，对操作者无伤害。,2、组件内部腐蚀 原因之二：光伏组件生产环境的洁净度不达标是组件出现腐蚀的原因之二。 组件生产的人工操作过程中，每道工序应避免裸手直接接触电池片，应戴汗布手套或指套，时刻保持工作台面的清洁和生产环境的通风换气。电池片易吸潮，在生产过程中应尽量缩短从开包到封装的时间，如果暂时不用一定要密封保存。,3、组件电学性能衰减或无输出 在组件使用过程中，总有一些组件在使用23年后出现功率明显下降，电学性能明显衰减的现象，有些超过了组件10年功率衰减10%