影響光伏組件層壓質量的因素

在太陽能組件生產過程中，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成本增加。所以有必要進行一些總結。 　　層壓機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進行加熱加壓，實現(xiàn)EVA的固化，達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 　　本次總結將從四個方面挖掘產生上述質量問題的原因，在生產過程中，按照此總結的內容逐個排查，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的幾個參數(shù)進行設置。這幾個參數(shù)的設置要考慮到很多的因素。 　　理想的層壓參數(shù)設置的要點就是在較低溫度下進行抽氣，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，層壓機內組件的溫度較低，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。下室繼續(xù)保持抽真空，及時排出固化過程產生的氣體。同時上室充氣，上下室之間的壓力差使層壓機中的橡膠層對組件施加壓力。 　　· 結束階段。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量至關重要。時間的確定是根據(jù)EVA的特性設定的。一般而言，組件在剛剛進入層壓機工作臺面時，底面玻璃和中間的EVA之間的溫差達到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)升溫到達最佳固化溫度。由此確定抽真空和層壓的時機。 　　1.1.1、抽真空時間 　　對應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著加壓的時機。 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生的氣體， 消除組件內的氣泡；一是在層壓機內部造成一個壓力差，產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，會有可能使組件內有氣泡存在。 　　抽真空時間過長：意味著組件在層壓機內時間延長，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構比較疏松，壓力的存在可以使EVA膠膜固化后更加致密，具有更好的力學性能。同時也可以增強 EVA與其他材料的粘合力。充氣時間一般分階段進行，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：會達不到設定的壓強，影響程序進行。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著總的固化時間。 　　保持時間過長：可能會導致組件出現(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鍵的參數(shù)。溫度的設定是根據(jù)EVA廠家推薦的固化溫度設定的。但是在實際生產中，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，一般要求比設定溫度低1~2度左右。 　　溫度偏高：溫度偏高會導致多種后果： 　　1.溫度偏高會是EVA中部分交聯(lián)劑分解產生氧氣，由于此時EVA已經(jīng)固化，氣體不容易排除，導致組件出現(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，導致組件產生氣泡。 　　3.溫度偏高，使得抽真空時EVA提前固化，導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強度偏低，對組件使用壽命有影響。 　　1.3、壓力 　　壓力的大小對應著充氣時間的長短，充氣時間越長，壓力就越大，反之越小。壓力大小的控制應該注意幾個方面： 　　1.3.1、壓力值 　　壓力太大。壓力太大可能導致電池片被壓碎，另外也容易導致 EVA 的流動，造成太陽電池移位。當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行，當真空度快達到設定值時，關閉快速充氣閥，只啟用慢速充氣閥。 　　下壓速度過快：可能導致電池片被壓碎，也容易因為EVA的流動二導致電池片移位。 　　二、接觸 　　所謂接觸是指組件進入層壓機工作臺面，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進行的，因此，組件接觸到的物品對于層壓質量有一定的影響，在排查引起質量原因的時候，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，起到方便進出料，保護組件，改進層壓質量的作用。由于高溫布中的耐高溫材料為進口產品，價格較高，因此使用時必須仔細。 　　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)質進口玻璃纖維為編織材料，進行平紋編織或特殊編織成高級玻纖布基材。再采用獨特的工藝技術充分浸泡、浸漬、涂覆進口特氟龍（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)實際應用，如在250℃高溫情下連續(xù)放置200天，不但強度不會變低，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生龜裂，并保持原有的柔軟性。 3.表機摩擦系數(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，污點或其它附著物如EVA。 5.耐腐蝕性好，耐各種強酸強堿腐蝕，不燃燒，耐老化。 6.透光率達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重要配件之一，它的質量好壞關系到組件產品的質量好壞，目前市場上層壓機用膠皮主要有三種，一種是橡膠板，主要成份是三元乙丙橡膠，優(yōu)點是耐酸性能好，缺點是氣味偏重，耐溫低，另一種是硅橡膠板，耐高溫，撕裂性能強，耐老化極佳。第三種是復合膠板，它綜合了橡膠板和硅膠板的優(yōu)點，既耐酸又耐高溫，層壓次數(shù)遠超橡膠板和硅膠板，是太陽能組件層壓機理想的配套產品。 　　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，對組件進行層壓。由于硅膠板具有收縮性，因此對于組件層壓質量有一定的影響。 　　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的質量問題為：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。當然有些層壓機的硅膠板是不可以調節(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)過層壓機工作臺面上的氣孔，因此氣孔的分布及抽真空時組件內氣體移動方向對于組件的層壓質量是有一定影響的，另外，組件的放置方向不同，層壓質量也不同，和上述兩個原因有很大的關系。 　　三、材料 　　影響組件層壓質量的材料無非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。因此重點總結與層壓相關的三種材料。 　　3.1、EVA 　　組件在層壓機段出現(xiàn)問題，十有八九和EVA有關。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。引起這些質量問題的原因有很多種，和EVA本身有關的無非交聯(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強度。從成分上講，交聯(lián)度是交聯(lián)劑發(fā)生反應的程度。 　　線形或輕度支鏈形的聚合物，通過交聯(lián)劑的作用，轉化為三維網(wǎng)狀結構。它可顯著提高聚合物的內聚強度、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強度不足，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 　　與背板有關的層壓質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；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環(huán)節(jié)當中的層壓環(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結構的背板，尤其是BBF材料的背板，由于其材質較軟，且其內層EVA與生產使用的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)境要求較嚴格的材料只有EVA。EVA膠膜的吸附能力強，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度，并且其中的水份會隨著溫度升高氣化，會產生氣泡。 　　·若吸塵，必定影響組件的透光率，并且會導致EVA與玻璃、背板的粘結度下降，甚至會伴隨氣泡產生。 　　·若和帶色、不潔的物體接觸，易被污染。 　　五、結束語 　　層壓階段是出問題最多的一個環(huán)節(jié)。一旦出現(xiàn)質量問題，需要及時排查原因，矯正不合理的地方，使生產高質量高效率的進行，因此需要系統(tǒng)的總結層壓過程中的種種問題及其原因。