鍍膜光伏玻璃與太陽電池匹配性淺析

:隨著“領跑者”計劃推進對光伏組件轉(zhuǎn)化效率提出越來越高的要求，組件技術升級不斷從太陽電池、封裝工藝、封裝材料等方面來降低封裝光學損耗與電學損耗。其中，光伏玻璃透光效果是影響光伏組件發(fā)電能力的重要因素之一。光伏玻璃表面增加減反射膜可有效提升組件功率，但由于減反射膜選擇的多樣性，組件生產(chǎn)過程中普遍存在使用相同技術指標的光伏玻璃卻產(chǎn)出功率差異較大的組件。究其原因，除需考慮電池間匹配、封裝工藝及其它封裝材料的影響之外，光伏玻璃的特性及其與電池光學特性的匹配也尤為重要。

（來源：微信公眾號：“光伏領跑者創(chuàng)新論壇” ID：PV_top-runner_forum）

本文對光伏鍍膜玻璃光學特性以及光伏玻璃與太陽電池的匹配性進行研究分析，通過對比不同鍍膜光伏玻璃對組件功率的影響，以及對玻璃光學性能與多檔位太陽電池QE數(shù)據(jù)的分析，以確定與太陽電池較優(yōu)匹配的光伏玻璃特性指標。并通過建模計算確定光伏玻璃最優(yōu)鍍膜參數(shù)，并以系列試驗驗證鍍膜優(yōu)化后的光伏玻璃可進一步提升組件功率。

1.鍍膜光伏玻璃應用

1.1鍍膜光伏玻璃

光伏組件功率損失的主要原因之一在于光伏玻璃對太陽光接近10%的反射損失,如果在玻璃表面鍍制一層增透膜層，使玻璃表面散射率降低即能有效提升光伏組件轉(zhuǎn)換效率。鍍膜光伏玻璃即光伏納米減反射膜光伏玻璃，是在普通光伏玻璃表面增加納米SiO2減反射膜涂層,再經(jīng)過熱處理工藝使膜層與玻璃基體結(jié)合牢固。增透膜是利用光在膜表面上的反射光干涉相消的原理使反射光減為最小，可分為單層增透膜、雙層增透膜和多層增透膜。但畝于制造成本及可靠性等因素，目前仍只有單層鍍膜光伏玻璃得以普遍應用。鍍膜玻璃對光線具有更高的透過率，普通超白壓花鋼化玻璃透光率可達91.7%以上,而鍍膜玻璃透光率可達94%，因此能夠提高組件輸出功率約1.5~2%。

1.2功率增益原理

根據(jù)薄膜干涉原理，當玻璃表面鍍上一層折射率小于玻璃且大于空氣的薄膜可達到較好的減反射效果，如圖1所示。

當空氣折射率nair=1，玻璃折射nglass=1.48~1.56，對于光伏用鈉鈣硅酸鹽玻璃一般為nglass=1.52， 因此理想減反射膜層折射率nar≈1.23。減反射膜膜層厚度dAr基本在可見光平均波長1/4左右，即dAR=λ/(4*nair)，可獲得較佳膜層厚度，此時組件亦可獲得更高的光學輸入。如果光伏玻璃的透光曲線峰值λ=550~650nm,則此時對應膜層厚度dAr≈110~ 130nm。但在實際生產(chǎn)中，因光伏玻璃膜層折射率各不相同，且太陽電池光譜特性也有差異，因此仍需試驗驗證組件可獲得最佳功率增益的玻璃膜層厚度。

2.匹配性分析

晶體硅太陽電池光譜響應范圍為300~1200nm，在此波長范圍內(nèi)的光線都會產(chǎn)生光伏效應，實現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)化。但光線在經(jīng)過各層封裝材料時，由于界面變化會使光線反射發(fā)生變化，加之封裝材料本身都會對入射光有不同程度的吸收，因此會造成一定的光學損耗，所以封裝材料的透光率對組件光學損失有明顯影響。

2.1 太陽電池QE數(shù)據(jù)與鍍膜光伏玻璃透光率分析

太陽電池對長波段可見光部分的量了效率QE較高,萬而對短波段紫外光部分的量了效率較差，為改善光伏玻璃透光效果并使之與太陽電池性能更加匹配，可進一步提升太陽電池對全波段太陽光的吸收效果，從而提升光伏組件的轉(zhuǎn)換效率。通過對轉(zhuǎn)化效率為19.9%~20.3%的單晶電池QE曲線進行分析，可見變化趨勢相同，QE峰值均出現(xiàn)在550~ 650nm波段之間。對不同鍍膜厚度光伏玻璃的透光率檢測表明，鍍膜厚度為110~ 120nm時，550~ 650nm波段范圍的光線透光率可達峰值。

通過對鍍膜光伏玻璃透光率的模擬計算,光伏玻璃最佳鍍膜厚度應控制范圍也在110-130nm之間，但考慮不同類型鍍膜液與電池匹配存在一定差異，因此需進一步試驗驗證光伏玻璃鍍膜厚度與組件功率的增益關系。

3.試驗驗證

3.1不同鍍膜光伏玻璃的組件功率驗證

對比采用不同鍍膜液的光伏玻璃，當對光伏玻璃鍍膜厚度范圍限定較大時，其組件功率沒有明顯差異。本文中對比試樣均采用相同批次材料,并在相同設備與操作條件下進行對比。

3.2不同鍍膜厚度光伏玻璃的驗證

通過表1中數(shù)據(jù)可初步判斷，當光伏玻璃鍍膜厚度為110nm左右時組件功率有明顯增益。因此，將優(yōu)化膜厚范圍限定為110nm，并以10nm問隔增減，再對不同光伏玻璃廠家進行不同膜厚光伏玻璃的組件功率對比。通過表3b、c中的批量試樣數(shù)據(jù)證實:當光伏玻璃膜厚以120nm為基準值，光伏組件功率增益最大，與目前對光伏玻璃技術指標僅要求透光率而對膜厚無限制的光伏組件相比，組件功率有所增益。

4.結(jié)論

目前，光伏玻璃鍍膜液種類及廠家存在多樣化選擇，因鍍膜鋼化玻璃技術指標控制的差異性，引起實際生產(chǎn)中組件功率檔位分散及組件轉(zhuǎn)化效率達不到預期目標等問題。通過以上理論分析及系列試驗驗證，當光伏玻璃的膜層厚度以110~120nm為基數(shù)范圍并控制在盡可能小的精度內(nèi)，組件功率將有所增益。

原標題:鍍膜光伏玻璃與太陽電池匹配性淺析