太陽(yáng)能電池片科普系列——組件封裝篇

:組件工序又可以叫做封裝工序，其最大的特點(diǎn)是看似技術(shù)含量低，其實(shí)不然，封裝工序是整條太陽(yáng)能電池組件生產(chǎn)工序最為嚴(yán)格的工序，封裝工藝的好壞直接決定了組件質(zhì)量的好壞，包括他的壽命，抗暴擊的能力，尤其對(duì)于衰減率影響比較大，而這些關(guān)鍵的質(zhì)量指標(biāo)也恰恰是客戶最為關(guān)心的，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到客戶的收益率，所以封裝工序?qū)τ谄髽I(yè)的意義就不言而喻了。

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通常我們見到的組件都需要達(dá)到一定的三防能力，即防塵防水防摔能力，一般市場(chǎng)上的組件防塵防水能力能夠達(dá)到IP65級(jí)別，IP是Ingress Protection的縮寫，IP等級(jí)是針對(duì)電氣設(shè)備外殼對(duì)異物侵入的防護(hù)等級(jí)，IP68當(dāng)中的6代表防塵級(jí)別的最高級(jí)別，代表其能夠完全阻止粉塵的進(jìn)入，IP65中的5是防水級(jí)別的5，值得注意的是，等級(jí)為5并不是防水能力的最高級(jí)別，它僅能抵擋低壓任意角度的噴射，防水最高級(jí)別為8，多數(shù)企業(yè)綜合考慮工藝成本和用處等因素沒(méi)有選擇最高級(jí)別的防水。

一、封裝工藝流程

電池分選：太陽(yáng)能電池片生產(chǎn)線有很強(qiáng)的隨機(jī)性，生產(chǎn)出來(lái)的電池性能不盡相同，所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起，所以應(yīng)根據(jù)其性能參數(shù)進(jìn)行分類；電池測(cè)試即通過(guò)測(cè)試電池的輸出參數(shù)（電流和電壓）的大小對(duì)其進(jìn)行分類。以提高電池的利用率，做出質(zhì)量合格的電池組件。

單焊：是將匯流帶焊接到電池正面（負(fù)極）的主柵線上，匯流帶為鍍錫的銅帶，焊帶的長(zhǎng)度約為電池邊長(zhǎng)的2倍。多出的焊帶在背面焊接時(shí)與后面的電池片的背面電極相連。

串焊：背面焊接是將N張片電池串接在一起形成一個(gè)組件串，電池的定位主要靠一個(gè)膜具板，操作者使用電烙鐵和焊錫絲將單片焊接好的電池的正面電極（負(fù)極）焊接到“后面電池”的背面電極（正極）上，這樣依次將N張片串接在一起并在組件串的正負(fù)極焊接出引線。

疊層：背面串接好且經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格后，將組件串、玻璃和切割好的EVA 、背板按照一定的層次敷設(shè)好，準(zhǔn)備層壓。敷設(shè)時(shí)保證電池串與玻璃等材料的相對(duì)位置，調(diào)整好電池間的距離，為層壓打好基礎(chǔ)。（敷設(shè)層次：由下向上：玻璃、EVA、電池、EVA、玻璃纖維、背板）。

組件層壓：將敷設(shè)好的電池放入層壓機(jī)內(nèi)，通過(guò)抽真空將組件內(nèi)的空氣抽出，然后加熱使EVA熔化將電池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷卻取出組件。層壓工藝是組件生產(chǎn)的關(guān)鍵一步，層壓溫度層壓時(shí)間根據(jù)EVA的性質(zhì)決定。我們使用福斯特EVA時(shí)，層壓循環(huán)時(shí)間約為17分鐘。層壓溫度為142℃。

修邊：層壓時(shí)EVA熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊，所以層壓完畢應(yīng)將其切除。裝框：類似與給玻璃裝一個(gè)鏡框；給玻璃組件裝鋁框，增加組件的強(qiáng)度，進(jìn)一步的密封電池組件，延長(zhǎng)電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用硅酮樹脂填充。各邊框間用角鍵連接。粘接接線盒：在組件背面引線處粘接一個(gè)盒子，以利于電池與其他設(shè)備或電池間的連接。

組件測(cè)試：測(cè)試的目的是對(duì)電池的輸出功率進(jìn)行標(biāo)定，測(cè)試其輸出特性，確定組件的質(zhì)量等級(jí)。高壓測(cè)試：高壓測(cè)試是指在組件邊框和電極引線間施加一定的電壓，測(cè)試組件的耐壓性和絕緣強(qiáng)度，以保證組件在惡劣的自然條件（雷擊等）下不被損壞。

二、組件封裝的主要原材料

低鐵鋼化絨面玻璃(又稱為白玻璃)：厚度3.2mm±0.2mm，鋼化性能或者封裝后的組件抗沖擊性能達(dá)到國(guó)標(biāo)地面用硅太陽(yáng)電池組件環(huán)境實(shí)驗(yàn)方法中規(guī)定的性能指標(biāo)，在太陽(yáng)電池光譜響應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)(320-1100nm)透光率達(dá)91%以上，對(duì)于大于1200 nm的紅外光有較高的反射率。此玻璃同時(shí)能耐太陽(yáng)紫外光線的輻射，透光率不下降。玻璃要清潔無(wú)水汽、不得裸手接觸玻璃兩表面。用作光伏組件封裝材料的鋼化玻璃，對(duì)抗機(jī)械沖擊強(qiáng)度、表面透光性、彎曲度和外觀等。

EVA：晶體硅太陽(yáng)電池封粘材料是EVA，它是乙烯與醋酸乙烯脂的共聚物。EVA是一種熱融膠粘劑，常溫下無(wú)粘性而具抗粘性，以便操作，經(jīng)過(guò)一定條件熱壓便發(fā)生熔融粘接與交聯(lián)固化，并變的完全透明，長(zhǎng)期的實(shí)踐證明：它在太陽(yáng)電池封裝與戶外使用均獲得相當(dāng)滿意的效果。固化后的EVA能承受大氣變化且具有彈性，它將晶體硅片組“上蓋下墊”，將硅晶片組包封，并和上層保護(hù)材料玻璃，下層保護(hù)材料TPT（聚氟乙烯復(fù)合膜），利用真空層壓技術(shù)粘合為一體。另一方面，它和玻璃粘合后能提高玻璃的透光率，起著增透的作用，并對(duì)太陽(yáng)電池組件的輸出有增益作用。EVA厚度在0.4mm～0.6mm之間，EVA具有優(yōu)良的柔韌性，耐沖擊性，彈性，光學(xué)透明性，低溫繞曲性，黏著性，耐環(huán)境應(yīng)力開裂性，耐侯性，耐化學(xué)藥品性，熱密封性。不同的溫度對(duì)EVA的膠聯(lián)度有比較大的影響，EVA的膠聯(lián)度直接影響到組件的性能以及使用壽命。在熔融狀態(tài)下,EVA與晶體硅太陽(yáng)電池片，玻璃，TPT產(chǎn)生粘合，在這過(guò)程中既有物理也有化學(xué)的鍵合。

EVA主要性能指標(biāo)：熔融指數(shù)——影響EVA的融化速度；軟化點(diǎn)——影響EVA開始軟化的溫度點(diǎn)；透光率——對(duì)于不同的光譜分布有不同的透過(guò)率，這里主要指的是在AM1.5的光譜分布條件下的透過(guò)率：密度——膠聯(lián)后的密度；比熱——膠聯(lián)后的比熱，反映膠聯(lián)后的EVA吸收相同熱量的情況下溫度升高數(shù)值的大??；熱導(dǎo)率——膠聯(lián)后的熱導(dǎo)率，反映膠聯(lián)后的EVA的熱導(dǎo)性能；玻璃化溫度：反映EVA的抗低溫性能；斷裂張力強(qiáng)度——膠聯(lián)后的EVA斷裂張力強(qiáng)度，反映了EVA膠聯(lián)后的抗斷裂機(jī)械強(qiáng)度；斷裂延長(zhǎng)率——膠聯(lián)后的EVA斷裂延長(zhǎng)率，反映了EVA膠聯(lián)后的延伸性能；張力系數(shù)——膠聯(lián)后的EVA張力系數(shù)，反映了EVA膠聯(lián)后的張力大小；吸水性——直接影響其對(duì)電池片的密封性能；膠連率——EVA的膠聯(lián)度直接影響到它的抗?jié)B水性；剝離強(qiáng)度——反映了EVA與玻璃的粘接強(qiáng)度；耐紫外光老化——影響到組件的戶外使用壽命；耐熱老化——影響到組件的戶外使用壽命；耐低溫環(huán)境老化——影響到組件的戶外使用壽命等。

TPT（聚氟乙烯復(fù)合膜），用在組件背面，作為背面保護(hù)封裝材料。厚度0.17mm—0.35mm，縱向收縮率不大于1.5%，用于封裝的TPT至少應(yīng)該有三層結(jié)構(gòu)：外層保護(hù)層PVF具有良好的抗環(huán)境侵蝕能力，中間層為聚脂薄膜具有良好的絕緣性能，內(nèi)層PVF需經(jīng)表面處理和EVA具有良好的粘接性能。封裝用Tedlar必須保持清潔，不得沾污或受潮，特別是內(nèi)層不得用手指直接接觸，以免影響EVA的粘接強(qiáng)度。太陽(yáng)電池的背面覆蓋物—氟塑料膜為白色，對(duì)陽(yáng)光起反射作用，因此對(duì)組件的效率略有提高，并因其具有較高的紅外發(fā)射率，還可降低組件的工作溫度，也有利于提高組件的效率。當(dāng)然，此氟塑料膜首先具有太陽(yáng)電池封裝材料所要求的耐老化、耐腐蝕、不透氣等基本要求。增強(qiáng)組件的抗?jié)B水性。對(duì)于白色背板TPT，還有一種效果就是對(duì)入射到組件內(nèi)部的光進(jìn)行散射，提高組件吸收光的效率。

互連條與匯流條：互連條與匯流條即涂錫銅合金帶，簡(jiǎn)稱涂錫銅帶或涂錫帶。分含鉛和無(wú)鉛兩種，其中無(wú)鉛涂錫帶因其良好的焊接性能和無(wú)毒性，是涂錫帶發(fā)展的方向。無(wú)鉛涂錫帶是由導(dǎo)電優(yōu)良、加工延展性優(yōu)良的專用銅及錫合金涂層復(fù)合而成。具有可焊性好、抗腐蝕性能好及長(zhǎng)期工作不會(huì)脫落等特點(diǎn)。

助焊劑：作用是幫助焊接，除去互連條上的氧化層，減小焊錫表面張力。良好的助焊劑PH值接近中性，不會(huì)對(duì)電池片產(chǎn)生較嚴(yán)重腐蝕。助焊劑的選用原則是，不影響電池性能，不影響EVA性能。晶體硅太陽(yáng)電池電極性能退化是造成組件性能退化或失效的根本原因之一。助焊劑的助焊效果及可靠性又是影響電極焊接效果的重要因素。因此，太陽(yáng)電池電極的焊接不能選用一般電子工業(yè)用助焊劑，普通有機(jī)酸助焊劑會(huì)腐蝕未封裝的太陽(yáng)電池片。

鋁合金邊框：保護(hù)玻璃邊緣、鋁合金結(jié)合硅膠打邊加強(qiáng)了組件的密封性能、大大提高了組件整體的機(jī)械強(qiáng)度。鋁型材的表面處理（先噴沙后氧化）太陽(yáng)組件要保證長(zhǎng)達(dá)25年的使用壽命，鋁合金表面必須經(jīng)過(guò)鈍化處理——陽(yáng)極氧化，表面氧化層厚度大于12μm。用于封裝的邊框應(yīng)無(wú)變型，表面無(wú)劃傷。目前組件廠家鋁邊框的平均氧化層處理厚度在15μm±2μm陽(yáng)極氧化：
    接線盒：組件電池的正，負(fù)極從TPT引出后需要一個(gè)專門的電氣盒來(lái)實(shí)現(xiàn)與負(fù)載的連接運(yùn)行。接線盒的作用是電極引出后一般為四條鍍錫條，不方便與負(fù)載之間的電氣連接，需要將電極焊接在成型的便于使用的電接口上。引出電極時(shí)密封性能被破壞，這時(shí)需涂硅膠彌補(bǔ)，接線盒同時(shí)起到了增加連接強(qiáng)度，美觀的作用。通過(guò)接線盒內(nèi)的電導(dǎo)線引出了電源正負(fù)極，避免了電極與外界直接接觸老化。接線盒的IP等級(jí)組件用接線盒IP等級(jí)最低要求為IP65。電纜固定頭、接線盒外接導(dǎo)線

二極管：防止“熱斑效應(yīng)”，旁路二極管3個(gè)，每24個(gè)電池片并聯(lián)一個(gè)旁路二極管。

硅膠：主要用來(lái)粘接、密封。粘接鋁合金和層壓好的玻璃組件并起到密封作用，粘接接線盒與TPT，起固定接線盒的作用。

組件封裝工序更多的是要求對(duì)于材料學(xué)上的熟知，對(duì)于各類組成部件材料的性能指標(biāo)的判斷和材料的選擇上有更多的要求，在工藝管控上，組件封裝工序要更加嚴(yán)格，因?yàn)槿我庖稽c(diǎn)的組件封裝質(zhì)量問(wèn)題都會(huì)引起整塊光伏組件的使用和壽命，因此組件封裝工序是各大廠商重點(diǎn)關(guān)注的工序，因?yàn)榻M件質(zhì)量將直接關(guān)系到企業(yè)的前途和未來(lái)。

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