光伏組件封裝材料綜述

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2、光伏組件封裝材料綜述摘要光伏市場在過去五到七年間的快速增長帶動了封裝材料市場的強勁爆發(fā)，并導致供應鏈的暫時性短缺。與此同時，組件價格也出現(xiàn)顯著下降，給生產成本和光伏組件原料成本帶來巨大壓力，促使封裝材料市場朝著新型材料和創(chuàng)新供應商轉變。由于封裝材料對組件效率、穩(wěn)定性和可靠性方面有著顯著的影響，加之上述市場壓力的推動，對封裝技術和材料的選擇便成為了組件設計過程中的一個關鍵步驟。本文對目前市場上的不同材料、光伏組件封裝材料的整體需求以及這些材料與其它組件部件間的相互作用進行了綜合介紹。前言光伏組件結構晶體硅(c-Si)光伏組件通常由太陽能玻璃前蓋、聚合物封裝層、前后表面印刷

3、有金屬電極的單晶或多晶硅電池、連接單個電池的焊帶以及聚合物(少數(shù)采用玻璃)背板組成。而薄膜光伏組件既可以通過在組件背面沉積半導體層的底襯工藝(substrateprocess)制造，也可以使用在組件前表面沉積半導體層的頂襯工藝(superstrateprocess)制造而成(如圖一中(b)和(c)所示)。為了確保組件的力學穩(wěn)定性和對整個太陽能電池吸收光譜范圍內的高透光率，并保護電池和金屬電極不受外界環(huán)境侵蝕，必須在電池前表面使用太陽能玻璃。對于柔性太陽能電池技術，則選擇聚合物作為前板，這層結構對材料阻擋特性要求非常高。背面材料同樣要確保力學穩(wěn)定性、電氣安全性，使電池和組件

4、其它部件不受外界影響。生產工藝一套標準的組件生產工藝由以下幾個步驟組成：玻璃清洗和干燥；電池片串焊；組件層壓，包括十字接頭的焊接；固化；邊緣密封和裝框；安裝接線盒；最后是功率測試。

5、有三種工藝可以將電池矩陣固定在這些材料中。其中最常用的是真空層壓工藝，該工藝最初用于加工乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)封裝材料，之后還用于加工熱塑性薄膜。對于薄膜電池工藝還有另一個選擇，即裝配了熱壓器的卷對卷層壓機，該設備常見于玻璃行業(yè)。使用鑄塑樹脂可以避免使用層壓工藝，例如硅膠。在c-Si組件工藝中，液態(tài)封裝材料需要分兩次添加：第一次添加于玻璃表面，隨后再添加于電池矩陣。在一系列組件生產步驟中，

6、固化工藝的耗時最長。而組件生產商追求的主要目標是通過研制能在相同時間內加工更多組件的層壓機來降低工藝耗時。除此之外還有另一種可行的方法，即對封裝材料本身進行調整，例如添加經過優(yōu)化的過氧化物交聯(lián)劑以加快交聯(lián)速度，或者使用熱塑性封裝材料?！皩τ谒泄袒に噥碚f，最主要的挑戰(zhàn)是如何獲得均勻和足夠的固化或交聯(lián)水平以確保粘合強度和穩(wěn)定的層壓效果”對于所有固化工藝來說，最主要的挑戰(zhàn)是如何獲得均勻和足夠的固化或交聯(lián)水平以確保粘合強度和穩(wěn)定的層壓效果。要達到這一目的，組件封裝操作必須提供良好的導熱和均勻的壓力、高度精確的溫度控制以及保證工藝參數(shù)的長期穩(wěn)定。與組件效率相關的損失機制以及與其

7、它部件的互相影響電池-組件(CTM)效率比可以定義為互連電池片封裝成組件后的效率與封裝前電池平均效率之間的關系。CTM值大小受電池種類的影響非常大。例如，對于同一種封裝材料，擁有均勻減反射膜和高藍光光譜響應的高效太陽電池的CTM損失通常比低效電池高。從電池到組件，中間有幾種因素影響著發(fā)電效率，但多數(shù)影響都是負面的。其中，由組件內部非活性區(qū)域引起的損失只影響組件效率而不會降低實際功率輸出。能影響功率輸出的因素可以分為光學和電學因素；其中電學損失主要是由電池間的串聯(lián)電阻引起的。電池封裝后會出現(xiàn)某些交互光學效應(如圖二所示)。首先，任何兩種折射率不同的材料界面都會引起光反射。其

8、次，位于電池前表面的所有材料層都會吸收部分入射光線。其中，來自電池表面的反射光，包括細柵、主柵和焊帶反射光，可以被部分反射或全部反射回電池表面。通過使用高反射率背板，可以將入射到電池間隙的光線散射回來。如果散射光線到達組件的第一層界面，通常是玻璃—空氣，會被部分或全部反射組件內部，反射效果決定于入射角。部分被反射回來的光線將射入到電池活性層，并提高電池電流和輸出功率。對于封裝材料，最關鍵的是避免吸收有用光譜區(qū)間的光線(其中c-Si電池的光譜區(qū)間為350-1200nm)能削弱到達電池表面光線強度的損失機制有幾種，它們分別為(如圖二所示)：

9、??①、③反射損失，發(fā)生于空氣-組

10、件前表面和前表面-封裝材料界面；??②、④吸收損失，發(fā)生在玻璃內部和封裝材料內部；??⑤電池吸收；??⑥電池表面反射以及在玻璃-空氣界面處的部分或全部再反射；??⑦背板材料的吸收；??⑧背板材料的反射，以及在玻璃-空氣表面處的部分或全部再反射。封裝材料的折射率影響著玻璃-封裝層界面以及硅-減反射膜(ARC)-封裝層界面的反射損失。對于有陷光結構和ARC層的電池，光耦合引起的光增益會更少。封裝材料特性對封裝材料的要求為了優(yōu)化組件效率，對光伏組件封裝的要求可以分為五個方面：發(fā)電量、電氣安全、可靠性、組件工藝和成本。??封裝材料的光