晶體硅柔性電池封裝材料以及應用

張輝 天津市力神電池股份有限公司 天津，郵編：300384

一 、引言

首先，現在我們面臨著能源危機：據專家估算,以現在的能源消耗速度,可開采的石油資源將在幾十年后耗盡,煤炭資源也只能供應人類約200年。進入21世紀能源問題已成為世界關注的一個重大問題。同時,隨著環境污染的日趨嚴重,也促使人們努力去開發新能源,特別是可再生能源。風能潮汐能等雖屬可再生能源,但受地理環境等條件的限制。唯有太陽能輻射到地球的每個角落,因而成為21世紀最具大規模開發潛力的新能源之一。

其次，現代社會應是節約型的社會，而社會生活也應是節約能耗的生活。溫家寶總理也于2005年6月30日提出并強調加快建設節約型社會的方針。而太陽能作為一種“取之不盡，用之不竭”的新型環保能源已成為世界各國能源研究工作中的一個重要課題。

第三柔性電池具有很大的開發前景。如今量產的太陽能電池里,95%以上是硅基的,而剩下的不到5%是由其它材料制成的,柔性太陽能電池便是其中一部分。柔性太陽能電池的優勢包括:成本低、重量輕、可彎曲。為滿足柔性太陽能電池日益擴大的市場需求,大部分廠商都在計劃提高產能,包括美國First Solar、富士電機,美國Nanosolar、三洋電機、美國United Solar Ovonic,LLC、英國G24 Innovations Limited在內的多家公司,均計劃建設發電量在100M W以上的工廠。本文主要分析了傳統電池和柔性電池的制備工藝之間的區別，柔性電池的具有的優勢以及柔性電池的應用。

二、傳統封裝技術和柔性電池的對比—整理一下結構圖最好自己重畫一下

經過太陽能電池的實際使用，各國研究人員逐漸意識到太陽能電池的封裝材料對電池的光電轉換效率、使用壽命都有很大的影響。未來尋找理想的封裝材料，人們做了大量的研究工作，目前在太陽能晶體硅封裝已經形成了相對成熟的封裝工藝，在原材料的選用上也相對成熟。

普通硬襯晶體硅組件的封裝原材料：

鋼化玻璃

采用低鐵鋼化絨面玻璃(又稱為白玻璃）,厚度3.2mm,在光伏電池光譜響應的波長范圍內(320n m-1100n m）透光率達91%以上，對于大于1200n m的紅外光有較高的反射率。玻璃同時能耐太陽紫外光線的輻射，透光率不下降。抗機械沖擊強度好，防冰雹、抗風壓良好，表面透光性≧91%，彎曲度不超過0.2%。

EVA

一種熱融膠粘劑，常溫下無粘性而具抗粘性，以便操作，經過一定條件熱壓便發生熔融粘接與交聯固化。透光性能和耐侯性能要求比較高，作用：封裝的電池片，防止外界環境對電池片的電性能造成影響，同時增強組件的透光性，將電池片，鋼化玻璃，TPT粘接在一起，具有一定的粘接強度，具有良好的抗紫外線能力。

TPT

用在組件背面，作為背面保護封裝材料，對陽光起反射作用，對組件的效率略有提高，其材料的特點電氣絕緣、阻燃性，卓越的耐候性，增強組件的抗滲水性，與EVA、接線盒有良好的粘接性能。

鋁合金邊框

鋁合金表面必須經過鈍化處理——陽極氧化，表面氧化層厚度大于12μm。用于封裝的邊框應無變型，表面無劃傷，要保證 長達25a的使用壽命。

接線盒

組件的正、負極從TPT引出后需要一個專門的接線盒來實現與負載的連接運行。具有防老化和抗紫外輻射特性，能確保組件在室外使用25a以上不出現老化破裂現象。其主要功能是保護玻璃邊緣，鋁合金結合硅膠打邊加強了組件的密封性能，大大提高了組件整體的機械強度(抗風壓,雪壓要求），便于組件的安裝，運輸(設計要便于安裝,與建筑一體化）。

封裝示意圖：

由于非晶硅太陽能電池做成柔性的組件是很常見的，美國UNI-SOLAR公司，目前的國內的津能-unisolar都在做非晶硅柔性電池的封裝，但是目前存在的成本問題，其成本及售價還是相對比較高，因為電池片是通過國外進口才能購得，而最近幾年隨著晶體硅的快速發展，以及產業鏈的成熟度越來越高，所以相對于硅片的價格持續走低，用晶體硅做柔性電池的趨勢越來越受到關注，晶體硅的轉換效率比非晶硅要高的多，如果能實現柔性封裝的技術，將來在柔性太陽能的領域將是會有很大的發展空間。

但是基于晶體硅電池的特點，電池片薄而脆的，只有0.18m m厚，容易斷裂，對于做成柔性電池的是很大的挑戰，但是通過技術上是能實現的，那么在工藝與原材料的選擇與普通的晶體硅封裝和非晶硅的柔性電池的封裝是有很大區別的。

晶體硅柔性太陽能組件的封裝材料：

ETFE

ETFE的化學名稱是乙烯-四氟乙烯共聚物，是一種獨特的熱塑性氟聚合物。ETFE綜合了優良的機械性質、良好的加工性、以及杰出的絕緣性和耐化學性。它不含有任何增塑劑或粘合劑，因此，能夠完全體現出氟樹脂的優異性能。ETFE具有杰出的耐候和抗老化能力，抗拉強度強，拉伸率在420，透光率高96%，與EVA的粘接強度好，優良的耐熱性、耐化學性、不粘性和杰出的絕緣。作為太陽能電池封裝材料的窗口，非常適合。

EVA

其性能同晶體硅的封裝使用的EVA，各項性能指標如下，良好的抗拉強度，可見光透射率≥87%，斷裂伸長率良好≥650；粘接強度良好，耐輻照性好，吸水率低；耐熱性、耐濕性、抗沖擊性、霰彈袋沖擊性能、紫外線截止率98.5%。背板：環氧樹脂版

此種材料具有良好的粘附力，環氧樹脂分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對各種物質具有很高的粘附力。收縮性低，環氧樹脂和所用的固化劑的反應是通過直接加成反應或樹脂分子中環氧基的開環聚合反應來進行的，沒有水或其它揮發性副產物放出。力學性能好。電性能，固化后的環氧樹脂體系是一種具有高介電性能、耐表面漏電、耐電弧的優良絕緣材料。化學穩定性，通常，固化后的環氧樹脂體系具有優良的耐堿性、耐酸性和耐溶劑性。適當地選用環氧樹脂和固化劑，可以使其具有特殊的化學穩定性能。具有突出的尺寸穩定性和耐久性。耐霉菌性能好，可以在苛刻的熱帶條件下使用。

迷彩布

迷彩布材料成分：65%棉和35%聚乙烯，結構組成：毛線/斜紋織物，其特點：防水，防油，防縮水，防火設計，防皺，抗菌，防輻射以及抗靜電。用于太陽能電池組件的輔材封裝，可以起到便攜，按照設計裁剪，使組件組合形式多樣化，并適合軍事裝備使用。

三、柔性電池在軍事裝備中的應用

太陽能作為一種新型能源受到各國不變的重視而發展迅猛，但在軍事裝備中應用則起步較晚，這主要是因為太陽能電池的轉換率較低，造價居高不下，電池板笨重易碎。隨著技術上的飛躍，太陽能電池性能不斷提高，價格也不斷下降，使其可能成為數字化部隊裝備的立項電源。而晶體硅做成柔性電池，可不但提高了轉換效率，同時也提高了便攜性，成本偏低，避免了電池片從國外采購的瓶頸。

目前國內的軍隊也大力推進信息化建設，數字化裝備開始裝備部隊，美軍所面臨的單軍作戰負載過重的問題也正是我們軍隊所面臨的，甚至難度更大，如果完全依賴充電電池作為數字化裝備，這種的負重不適合中國士兵的體質。柔性電池組件在軍隊中的使用前景光明，并能解決負載過重的瓶頸。

四、總結

本文總結了柔性電池的和普通電池加工工藝上的區別以及采用的主要原材料的性能；并分析了柔性電池的主要優勢。并結合現在的實際情況分析了柔性電池在建筑中應用的應用方法等。

《并網型太陽能光伏發系統》崔榮強 趙春江吳達成

《太陽能電池在軍事裝備中的應用展望》楊波，王金全解放軍理工大學工程兵工程學院