非晶硅太陽電池邊絕緣設備研究

趙紅英 楊繼強 谷士彬 胡汛 谷偉

（天津津能電池科技有限公司，天津 300384）

一、引言

自從1976年非晶硅太陽電池誕生以來<1>,到現在已經有30多年的歷史，非晶硅太陽電池是薄膜類太陽電池中最成熟，并已大規模生產的電池品種，單條生產能力從1MW提高到25MW～30MW<2>，低成本的非晶硅在市場上占據著一定的優勢。

隨著太陽電池的質量不斷提高，人們對電池的要求越來越規范，非晶硅電池的工藝技術和封裝技術不斷在進步。

二、非晶硅電池的邊絕緣工藝技術

一般傳統方式是采用噴砂或者砂輪磨的方式來實現，將電池周邊活性薄膜清除的目的，使電池薄膜與玻璃邊緣之間有約10mm～15mm左右寬度的EVA絕緣層<3>，以確保電池組件的有源薄膜和外界形成良好的隔離，有效抵抗外界環境的侵蝕，提高產品的穩定性。

三、邊清洗設備研發

非晶硅薄膜太陽能電池在經過傳統工藝絕緣后，絕緣邊殘留了大量的粉塵，如果不經過處理，會直接影響后面EVA封裝的效果，邊緣EVA粘結不牢，這樣的組件封裝層壓后會降低電池組件的絕緣性能，在實際應用中，由于長期的室外暴露，雨雪侵蝕，會從邊緣部分開裂，直接影響絕緣性能。同時電池組件為滿足國際電工組織關于太陽電池絕緣的標準，研究設計電池邊緣清洗設備十分必要。電池絕緣邊清洗設備來清洗電池單片絕緣邊的，能有效提高太陽能電池組件的絕緣性能。

下面是為非晶硅電池（635*1245*7mm）設計的邊清洗設備，設計要求如下：

1、.支架設計；

1）支架的傾角、高度、顏色、材料設計與現有噴砂設備一致，以保持整體協調；

2）傳動電機90-200w，速度連續可調，線速度0-0.8m/s，電機轉速 0-100轉/分；

3）電池樣品運行平穩；

2、清洗部件設計；

1）清洗機專用刷子若干個，清洗玻璃邊緣10～15mm；

2）刷子轉數 （10-100轉/分）， 清洗高度 9-25mm；

3）刷子電機40w-100w；

4）配兩個水箱，分別用于粗洗和清洗；

5）水泵水壓可調。

3、吹干設計；

1）電池下邊緣離開風口處干燥且干凈；

2）水順著水槽流回粗洗水箱中；

設備可以分為傳動部分、刷邊部分及吸塵部分三部分。其中，傳動部分主要是由一定角度傾斜的傳動平臺及傳動電機、傳動輪組成；刷邊部分由壓縮空氣管路、電機帶動的圓刷組成；吸塵部分由吸塵管路及吸塵設備組成。傳動裝置運行平穩，開關靈敏，清洗過程中，濺水不超過電池邊緣。另外，設備還可配有傳感器，刷子紅外感應電池板，能自動停啟，同時手動開關和自動開關互相不沖突。

設備選用專用刷子(專用定做）,專用驅動電機；毛刷上、下方設有吹、吸塵裝置,采用不銹鋼制作，且設有灰塵盒,而且易拆卸、清洗；毛刷和電機整體前后可調；刷子數量和轉向也根據試驗調整，同時整體設備有防塵罩,保護邊緣鋁膜不受損傷。電氣部分采用PLC控制；.機械設計、電氣設計符合國家安全標準。

四、產品絕緣效果驗證

經過邊清洗設備清洗過的組件，邊緣明顯干凈了很多，粉塵明顯減少，用黑布擦拭邊緣，沒有可見粉塵，為了驗證效果，我們在室外草地上做實驗，分別選取兩種組件，因為層壓參數對EVA與玻璃的粘結強度有著直接影響<5>，我們選用相同EVA層壓條件的組件，一種經過邊清洗，一種沒有經過邊清洗，經過一段時間，我們發現經過邊清洗的組件邊緣完好，而另一種沒有經過邊緣清洗的樣品，已經明顯發現邊緣EVA開裂，并且邊緣薄膜被腐蝕，并且向中間鋁膜過渡，出現了像樹枝形狀的鋁膜脫層。

為更一步驗證試驗結果，我們將沒有經過邊清洗設備清洗過的電池板和經過邊清洗設備清洗的電池板按照國際標準的試驗過程來做實驗，下面是試驗數據：

上面是10片電池樣品，5片是經過邊清洗過的，5片是沒有經過邊清洗過的，按照試驗要求，對該樣品做雙85試驗，即將樣品放入濕度85%、溫度85%的模擬實驗箱中n小時，后將樣品取出，待置常溫后，用耐壓測試儀測其絕緣電阻和漏電流，

從上面的結果可以得到結論：經過邊清洗設備清洗過的電池板的絕緣電阻大、漏電流小，該清洗設備確實增加了電池絕緣性能。

五、.結論

通過上面的試驗，我們看到了邊清洗設備的開發確實有意義，他提高了非晶硅太陽電池的可靠性。非晶硅電池所用的材料的回收期為25年，即二氧化錫玻璃、普通玻璃、EVA，接線盒、導線，鋁邊框等材料的壽命最短為25年，這就要求非晶硅組件綜合性能壽命不小于25年，邊清洗設備保證了組件的邊絕緣性能，使組件邊緣粘結的更好，保證能夠在室外使用25年，使非晶硅電池的質量得到很大的提高。

邊清洗設備也解決了組件認證難題，通過了濕熱循環試驗。濕熱循環試驗是在實驗室模擬25年室外惡劣環境的試驗，對邊絕緣性能要求很高，我們之前沒有經過邊緣清洗的樣品，很難達到試驗要求，開發了使用清洗設備后，我們公司的非晶硅組件順利通過了所有的認證試驗，通過了IEC61646，和IEC61730安全等級標準規定的所有試驗，公司的非晶硅電池組件因此通過了很多國內國際認證，拿到的證書有：TUV,UL,韓國KEMCO認證，國家CQC認證等，公司產品因此得到了眾多客戶的認可，同時也增加了公司在國際市場上的競爭力?？梢婇_發研制邊清洗設備對大幅度提高非晶硅太陽電池的性能有著非常重要的實際意義。

1.D.E.Carlson,C.R.Wronski,Appl.Phys.LETT.28,p.67,1976.

2.Guha and Jeffrey Yang,Science and Technology of Amorphous Silison Allou Photovoltaics,IEEE,Vol.46,No.10,10月，p2080-2085.

3.王宗畔、董貴元等“600mm*1200mm大面積非晶硅薄膜太陽電池研究”，第八屆光伏會議論文集，p375-378.

4.地面用薄膜光伏組件設計鑒定和定型-GB/T18911-2002/IEC 61646:1996國家標準.

5.李國雄,許妍,鄭智晶,劉耀華;太陽電池EVA膠膜的研究[J];中國膠粘劑;1997年03期