影響光伏組件層壓質(zhì)量的因素

在太陽能組件生產(chǎn)過程中，層壓是一道非常重要的工序。組件的壽命、性能及美觀都在層壓這里定型。而在此過程中也經(jīng)常出現(xiàn)一些致命的問題，這些問題往往會使組件完全報廢。這無疑會使我們的生產(chǎn)成本增加。所以有必要進(jìn)行一些總結(jié)。 　　層壓機(jī)是真空層壓工藝使用的主要儀器，它的作用就是在真空條件下對EVA進(jìn)行加熱加壓，實(shí)現(xiàn)EVA的固化，達(dá)到對太陽電池密封的目的。 　　層壓之后的組件出現(xiàn)的問題主要有一下幾種： 　　氣泡、電池片移位、背板褶皺、匯流帶彎曲等 　　本次總結(jié)將從四個方面挖掘產(chǎn)生上述質(zhì)量問題的原因，在生產(chǎn)過程中，按照此總結(jié)的內(nèi)容逐個排查，定能找到解決方案。 　　一、工藝參數(shù) 　　層壓工藝要達(dá)到的要求是EVA交聯(lián)度在75-85%；EVA 與玻璃和TPT粘合緊密（剝離強(qiáng)度，玻璃 /EVA 大于 30N/cm ， TPT/EVA大于15N/cm），電池片無位移，組件無明顯的氣泡。在具體操作上就是對主要就是對層壓機(jī)的幾個參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。這幾個參數(shù)的設(shè)置要考慮到很多的因素。 　　理想的層壓參數(shù)設(shè)置的要點(diǎn)就是在較低溫度下進(jìn)行抽氣，然后在較高的溫度下使 EVA 固化。這個過程大概可以分成三步： 　　· 開始階段，層壓機(jī)內(nèi)組件的溫度較低，EVA熔化，有良好的流動性，但是交聯(lián)速度很慢。真空泵對下室抽真空，于是組件內(nèi)部的氣體迅速并且很容易的被抽走。上室保持真空，組件不受壓力。 　　· EVA 固化階段。組件溫度升高到一個較高溫度，EVA 發(fā)生快速的交聯(lián)反應(yīng)。下室繼續(xù)保持抽真空，及時排出固化過程產(chǎn)生的氣體。同時上室充氣，上下室之間的壓力差使層壓機(jī)中的橡膠層對組件施加壓力。 　　· 結(jié)束階段。EVA固化完成。先是上室抽真空，撤去壓力，然后下室充氣，開蓋。 　　層壓過程最重要的兩個參數(shù)是時間和溫度 　　1.1、時間 　　層壓過程的時間包括抽真空時間和層壓時間，時間的長短對于層壓質(zhì)量至關(guān)重要。時間的確定是根據(jù)EVA的特性設(shè)定的。一般而言，組件在剛剛進(jìn)入層壓機(jī)工作臺面時，底面玻璃和中間的EVA之間的溫差達(dá)到50℃之多，在之后的2分鐘左右的時間里，EVA逐漸升溫之熔融狀態(tài)，之后繼續(xù)升溫到達(dá)最佳固化溫度。由此確定抽真空和層壓的時機(jī)。 　　1.1.1、抽真空時間 　　對應(yīng)著加壓前的抽氣時間。主要是指下室抽氣。抽真空階段完成后就是上室充氣加壓的過程，所以抽氣時間又對應(yīng)著加壓的時機(jī)。 抽氣的目的：一是排出封裝材料間隙的空氣和層壓過程中產(chǎn)生的氣體， 消除組件內(nèi)的氣泡；一是在層壓機(jī)內(nèi)部造成一個壓力差，產(chǎn)生層壓所需要的壓力。 　　抽真空時間太短：意味著層壓過早，此時EVA流動性好，受壓會流動，造成電池片移位，匯流帶彎曲，組件背面褶皺等。同時由于時間短，會有可能使組件內(nèi)有氣泡存在。 　　抽真空時間過長：意味著組件在層壓機(jī)內(nèi)時間延長，使EVA交聯(lián)度偏高，容易老化黃變甚至脫膠。 　　1.1.2、層壓時間 　　層壓時間分為充氣時間和層壓保持時間 　　充氣時間：對應(yīng)著層壓時施加在組件上的壓力，充氣時間越長，壓力越大。因為像 EVA 交聯(lián)后形成的這種高分子一般結(jié)構(gòu)比較疏松，壓力的存在可以使EVA膠膜固化后更加致密，具有更好的力學(xué)性能。同時也可以增強(qiáng) EVA與其他材料的粘合力。充氣時間一般分階段進(jìn)行，每段時間不宜太長。 　　充氣時間過長：如果總的層壓時間不變，那么層壓保持時間勢必要縮短，會使的組件內(nèi)EVA密度偏小，厚度偏大，影響裝框。 　　如果層壓保持時間不變，則總的層壓時間會延長，會導(dǎo)致一系列的后果：組件可能會出現(xiàn)氣泡，EVA交聯(lián)度偏高，使組件使用過程中易老化黃變，影響壽命。 　　充氣時間偏短：會達(dá)不到設(shè)定的壓強(qiáng)，影響程序進(jìn)行。對 EVA 固化后的致密度影響很小，起不到什么作用，對去處殘存氣泡的作用也不大，EVA與TPT、EVA與玻璃之間的粘合力比較小。這種情況一般較少發(fā)生。 　　層壓保持時間：對應(yīng)著施加在組件上的壓力的保持時間，是整個過程中時間最長的一個階段。抽氣時間，層壓時間和抽氣時間之和就對應(yīng)著總的固化時間。 　　保持時間過長：可能會導(dǎo)致組件出現(xiàn)氣泡，EVA交聯(lián)度偏高，使組件使用過程中易老化黃變，影響壽命。 　　保持時間過短：EVA交聯(lián)度會偏低，可能會出現(xiàn)電池片移位、背板褶皺等現(xiàn)象。 　　1.2、溫度 　　溫度是層壓階段另一個關(guān)鍵的參數(shù)。溫度的設(shè)定是根據(jù)EVA廠家推薦的固化溫度設(shè)定的。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，會有一些情況要考慮到： 由于層壓階段是在密閉的環(huán)境中進(jìn)行的，此時的溫度會比開蓋時測量的溫度要高，因此，在做溫度測量時，一般要求比設(shè)定溫度低1~2度左右。 　　溫度偏高：溫度偏高會導(dǎo)致多種后果： 　　1.溫度偏高會是EVA中部分交聯(lián)劑分解產(chǎn)生氧氣，由于此時EVA已經(jīng)固化，氣體不容易排除，導(dǎo)致組件出現(xiàn)氣泡。 　　2.溫度偏高，使得抽真空時EVA提前固化，抽真空不徹底，個別部位如匯流帶引出線部位會有殘存氣體，導(dǎo)致組件產(chǎn)生氣泡。 　　3.溫度偏高，使得抽真空時EVA提前固化，導(dǎo)致匯流帶引出線部位凹凸不平，出現(xiàn)該部位背板褶皺。 　　4.溫度偏高，會使EVA交聯(lián)度偏高，使得組件在使用過程中容易黃變、老化。 　　溫度偏低： 　　1.溫度偏低，使得抽真空結(jié)束后，層壓階段開始后EVA流動性仍然較好，此時層壓會出現(xiàn)電池片移位，串間距變小，甚至造成電池片并片、碎裂等情況。 　　2.溫度偏低，EVA交聯(lián)度會偏低，各原輔料之間的粘結(jié)強(qiáng)度偏低，對組件使用壽命有影響。 　　1.3、壓力 　　壓力的大小對應(yīng)著充氣時間的長短，充氣時間越長，壓力就越大，反之越小。壓力大小的控制應(yīng)該注意幾個方面： 　　1.3.1、壓力值 　　壓力太大。壓力太大可能導(dǎo)致電池片被壓碎，另外也容易導(dǎo)致 EVA 的流動，造成太陽電池移位。當(dāng)然壓力大對于去除組件殘存氣泡，減小背板褶皺有一定的效果。 　　壓力太小。對 EVA 固化后的致密度影響很小，起不到什么作用，對去處殘存氣泡的作用也不大，EVA 與 TPT、EVA 與玻璃之間的粘合力比較小。 　　在操作過程中，應(yīng)該是在不造成太陽電池破裂和移位的情況下，盡量的增大壓力。 　　1.3.2、下壓速度 　　下壓速度對應(yīng)著充氣速度和壓力差。充氣速度越快，下壓速度也越快；壓力差越大，下壓速度也越快。 　　對于博碩層壓機(jī)而言，充氣閥只有一個，因此其充氣速度是恒定，如果要降低下壓速度，則要對重啟過程細(xì)分段，使壓力差盡量均勻，每段充氣時間盡量寬裕。 　　申科層壓機(jī)充氣時有快速充氣閥和慢速充氣閥之分，每一段充氣開始時快慢同時進(jìn)行，當(dāng)真空度快達(dá)到設(shè)定值時，關(guān)閉快速充氣閥，只啟用慢速充氣閥。 　　下壓速度過快：可能導(dǎo)致電池片被壓碎，也容易因為EVA的流動二導(dǎo)致電池片移位。 　　二、接觸 　　所謂接觸是指組件進(jìn)入層壓機(jī)工作臺面，直接或間接接觸到的其他物體，如高溫布、硅膠板、工作臺面及其上的氣孔。由于層壓過程是在密閉的空間內(nèi)進(jìn)行的，因此，組件接觸到的物品對于層壓質(zhì)量有一定的影響，在排查引起質(zhì)量原因的時候，要考慮到這一部分原因。 　　2.1、高溫布 　　高溫布是在層壓階段鋪蓋在組件上下的一層耐高溫材料，起到方便進(jìn)出料，保護(hù)組件，改進(jìn)層壓質(zhì)量的作用。由于高溫布中的耐高溫材料為進(jìn)口產(chǎn)品，價格較高，因此使用時必須仔細(xì)。 　　2.1.1、簡介 高溫布又稱四氟布、水洗布，是一種耐高溫漆布，采用優(yōu)質(zhì)進(jìn)口玻璃纖維為編織材料，進(jìn)行平紋編織或特殊編織成高級玻纖布基材。再采用獨(dú)特的工藝技術(shù)充分浸泡、浸漬、涂覆進(jìn)口特氟龍（聚四氟乙烯）樹脂，制成各種厚度的高溫漆布。它具有： 　　1.尺寸穩(wěn)定，強(qiáng)度高，延伸系數(shù)小于5‰ 。 2.用于低溫-196℃，高溫350℃之間，具有耐氣候性，抗老化。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，如在250℃高溫情下連續(xù)放置200天，不但強(qiáng)度不會變低，而且重量也不減少；在350℃高溫下放置120個小時，重量只減少0.6%左右；在-180℃超低溫情況下不會產(chǎn)生龜裂，并保持原有的柔軟性。 3.表機(jī)摩擦系數(shù)小，絕緣性好。 4.抗粘性好，易于清洗附著其表面的各種油漬，污點(diǎn)或其它附著物如EVA。 5.耐腐蝕性好，耐各種強(qiáng)酸強(qiáng)堿腐蝕，不燃燒，耐老化。 6.透光率達(dá)6～13 ％。 7.具有高絕緣性能（介電常數(shù)?。?.6，正切在0.0025以下）、防紫外線、防靜電。 　　2.1.2、功能及影響 　　高溫布的功能是在層壓階段鋪在組件上下兩面，鋪在下面是方便進(jìn)料出料，蓋在上面是為了隔絕硅膠板接觸組件背板。 　　高溫布對于層壓組件的影響主要在于高溫布的數(shù)量及其上面是否有附著物。 　　高溫布過多：直接后果是施加在組件上的壓力增大。對組件的影響參見1.3.1。 　　2.2、硅膠板 　　硅膠板是太陽能組件層壓機(jī)重要配件之一，它的質(zhì)量好壞關(guān)系到組件產(chǎn)品的質(zhì)量好壞，目前市場上層壓機(jī)用膠皮主要有三種，一種是橡膠板，主要成份是三元乙丙橡膠，優(yōu)點(diǎn)是耐酸性能好，缺點(diǎn)是氣味偏重，耐溫低，另一種是硅橡膠板，耐高溫，撕裂性能強(qiáng)，耐老化極佳。第三種是復(fù)合膠板，它綜合了橡膠板和硅膠板的優(yōu)點(diǎn)，既耐酸又耐高溫，層壓次數(shù)遠(yuǎn)超橡膠板和硅膠板，是太陽能組件層壓機(jī)理想的配套產(chǎn)品。 　　2.2.1、收縮性 　　硅膠板和其他橡膠材料一樣具有收縮性。硅膠板固定在層壓機(jī)上蓋下，下壓之后起到密封工作臺面，層壓時下壓，隔著高溫布接觸組件背面，對組件進(jìn)行層壓。由于硅膠板具有收縮性，因此對于組件層壓質(zhì)量有一定的影響。 　　硅膠板收縮會造成背板褶皺，引起EVA移動，帶動電池片移動。因此與硅膠板收縮相關(guān)的質(zhì)量問題為：電池片移位，背板褶皺。 　　有時會出現(xiàn)這樣一種奇怪的現(xiàn)象：層壓時，組件的放置方向會有不同的效果。這是和硅膠板的收縮方向有關(guān)的，如果EVA，背板的收縮方向和硅膠板的收縮方向一直，那么對于組件質(zhì)量的影響較小，反之較大。 　　2.2.2、松緊程度 　　硅膠板的收縮率是可以控制的，具體辦法就是改變硅膠板的松緊程度。當(dāng)然有些層壓機(jī)的硅膠板是不可以調(diào)節(jié)的，這就要求在換硅膠板時一定要注意松緊適中。 　　硅膠板太緊：硅膠板太緊，對組件的壓力會不均勻，造成電池片移位。 　　硅膠板較松：由于硅膠板的收縮性，會造成組件背板褶皺，電池片移位。 　　2.3、氣孔 　　層壓過程抽真空或充氣過程，都要經(jīng)過層壓機(jī)工作臺面上的氣孔，因此氣孔的分布及抽真空時組件內(nèi)氣體移動方向?qū)τ诮M件的層壓質(zhì)量是有一定影響的，另外，組件的放置方向不同，層壓質(zhì)量也不同，和上述兩個原因有很大的關(guān)系。 　　三、材料 　　影響組件層壓質(zhì)量的材料無非EVA、背板、焊帶，其他像電池片色差，玻璃瑕疵等問題和層壓階段無關(guān)。因此重點(diǎn)總結(jié)與層壓相關(guān)的三種材料。 　　3.1、EVA 　　組件在層壓機(jī)段出現(xiàn)問題，十有八九和EVA有關(guān)。EVA引起的組件問題主要有：電池片移位，氣泡，背板褶皺，匯流帶彎曲等。引起這些質(zhì)量問題的原因有很多種，和EVA本身有關(guān)的無非交聯(lián)度與收縮率。 　　3.1.1、交聯(lián)度 　　交聯(lián)度是反映EVA性能的最重要的參數(shù)。所謂的交聯(lián)度，通俗的講是指EVA交聯(lián)的程度，外觀上的反映是EVA的粘性或與其他材料的粘結(jié)強(qiáng)度。從成分上講，交聯(lián)度是交聯(lián)劑發(fā)生反應(yīng)的程度。 　　線形或輕度支鏈形的聚合物，通過交聯(lián)劑的作用，轉(zhuǎn)化為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。它可顯著提高聚合物的內(nèi)聚強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性等。 　　交聯(lián)度偏低：會使得層壓階段開始后EVA流動性仍然較好，此時層壓會出現(xiàn)電池片移位，串間距變小，甚至造成電池片并片、碎裂等情況。另外，從長期來看，交聯(lián)度偏低，使EVA與玻璃及背板的粘結(jié)強(qiáng)度不足，會影響組件的使用壽命。 　　造成交聯(lián)度偏低的因素有:層壓溫度偏低，層壓保持時間偏短。 　　交聯(lián)度偏高：會使組件在以后的使用過程中，老化黃變，影響使用壽命。 　　引起交聯(lián)度偏高的因素有：層壓溫度偏高，層壓時間偏長。 　　3.1.2、收縮率 　　EVA的收縮率是指在一定溫度下，EVA融化前后的尺寸變化比例。收縮率對于組件的影響比較大。收縮率分縱向和橫向，一般要求縱向(MD)＜4%；橫向(TD)＜2%，但是實(shí)際使用中越小越好。 　　收縮率偏大：EVA層壓之后容易造成電池片移位、并片甚至引起電池片碎裂。 　　3.1.3、其他 　　由EVA引起的質(zhì)量問題，除了上述原因外，還有其他一些原因，比如：EVA存放環(huán)境不合理，使之吸潮，引起組件氣泡；吸塵造成脫膠等。 　　3.2、背板 　　與背板有關(guān)的層壓質(zhì)量問題主要是背板褶皺，背板凹陷。而引起褶皺的原意分為自身原因和其他原因。 　　自身原因與其收縮率以及其自身屬性有關(guān)；其他原因包括EVA，高溫布等。 　　3.2.1、收縮率 　　背板的伸縮性主要影響組件生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中的層壓環(huán)節(jié)，伸縮性大的背板在層壓過程中會帶動EVA 收縮，引起電池片移位甚至并片造成電池片碎裂。 　　一般而言，由于背板收縮引發(fā)組件層壓質(zhì)量的幾率比較低，造成背板問題的一般為其他原因。 　　3.2.2、其他 　　主要有： 　　1.高溫布或硅膠板上粘有EVA，層壓后造成背板凹陷。 　　2.TPE結(jié)構(gòu)的背板，尤其是BBF材料的背板，由于其材質(zhì)較軟，且其內(nèi)層EVA與生產(chǎn)使用的EVA熔融性不好，造成EVA交聯(lián)度偏低，造成一些列后果。 　　3.3、焊帶 　　焊帶引起問題主要為匯流帶彎曲。匯流帶之所以會彎曲一方面是使用過程中，匯流帶本身不平整，造成層壓后彎曲，影響組件外觀；另一方面為EVA的不正常流動，造成了匯流帶的彎曲。EVA的流動有很多原因，請參考EVA章節(jié)。 　　四、環(huán)境 　　環(huán)境對于層壓質(zhì)量的影響主要體現(xiàn)在對原材料的影響上，而對于環(huán)境要求較嚴(yán)格的材料只有EVA。EVA膠膜的吸附能力強(qiáng)，在使用及儲存過程中，要注意防潮防塵，避免與帶色物體接觸。 　　·若吸潮，會影響 EVA和玻璃及背板的粘接強(qiáng)度，并且其中的水份會隨著溫度升高氣化，會產(chǎn)生氣泡。 　　·若吸塵，必定影響組件的透光率，并且會導(dǎo)致EVA與玻璃、背板的粘結(jié)度下降，甚至?xí)殡S氣泡產(chǎn)生。 　　·若和帶色、不潔的物體接觸，易被污染。 　　五、結(jié)束語 　　層壓階段是出問題最多的一個環(huán)節(jié)。一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，需要及時排查原因，矯正不合理的地方，使生產(chǎn)高質(zhì)量高效率的進(jìn)行，因此需要系統(tǒng)的總結(jié)層壓過程中的種種問題及其原因。