太陽能電池組件封裝工藝研究

劉海金

摘 要：太陽能發電是一種新型能源，具有環保、節能、取之不盡、用之不竭等特點，在當前世界范圍資源緊缺的環境下，太陽能發電以其固有的特點贏得了多數使用者的青睞。太陽能電池組件是太陽能發電系統中的核心部分，也是太陽能發電系統中價值最高的部分，其作用是將太陽能轉化為電能，在推廣及普及太陽能發電過程中必不可少。太陽能電池組件在生產過程中需要將太陽能電池片夾在保護背板和表面透明材料之間，并保持牢固密封的狀態，以達到隔離空氣、保護電池片、增加透光率、延長壽命的目的。隨著技術的不斷進步，太陽能電池組件的封裝工藝不斷的推陳出新，逐漸走向成熟，本文重點探討一種新的太陽能電池封裝工藝。

關鍵詞：太陽能；電池組件；封裝工藝

1 封裝損失的分析

常規晶體硅太陽電池組件的封裝結構如圖一所示，自上而下的順序分別是鋼化玻璃-密封膠-晶體硅太陽電池-密封膠-背板；封裝之前的單焊、串焊工藝將電池片通過涂錫焊帶連接；組件層壓封裝好后，再組裝上接線盒、邊緣密封膠和邊框。因此，造成組件封裝損失的可能因素無外乎是太陽電池和組件的封裝材料。

我們把封裝損失的原因按照屬性不同分為兩大類：光學損失、電學損失。下面詳細討論這兩類中的各種影響因素。

2 現有技術

太陽能電池組件封裝按照玻璃、EVA、電池串、EVA、背板的順序敷設，通過層壓機抽真空加熱使EVA熔化，將玻璃、電池串及背板封裝在一起。

在加熱使EVA熔化過程中，隨著EVA流動及層壓機施加的壓力會使太陽能電池片偏離預定位置，可能造成電池片之間彼此接觸，不僅影響外觀，還會發生短路現象，影響太陽能電池組件的正常使用。同時太陽能電池在上述生產過程后還要使用專用設備，消耗大量鋁材對其進行裝配邊框工作，鋁邊框裝配完畢后還需要專門工序粘接接線盒，組裝過程工序多、消耗時間長，工作效率相對較低。

現在太陽能電池組件已經得到大范圍的應用，生產廠家在生產出了大量優質的太陽能電池組件的前提下，也不可避免地在生產過程中產生的大量待處理的殘次廢品，同時根據太陽能電池組件的平均使用壽命為二十五年的情況，隨著太陽能電池組件的壽命日益臨近，對它們的回收處理及綜合利用等問題擺在了人們面前。若干年后，達到使用壽命年限后廢棄的太陽能電池組件將形成大量的工業垃圾，如果處理不當，會造成危害自然環境的嚴重問題，給人類社會帶來沉重的負擔。同時，廢棄太陽能電池組件問題如果不能夠很好的回收解決，太陽能源的綜合利用亦不會成為終身清潔能源，對我們新能源發展戰略存在不利影響。

3 新工藝研究

為了改善傳統太陽能電池封裝工藝的缺點，降低成本，同時便于后期回收，本研究利用熱致性耐高溫改性液晶高分子聚合物LCP優異的物理、化學和電氣性能經過注塑成型工藝，加工成太陽能電池組件專用底板，替代傳統太陽能電池組件的背板、接線盒、鋁邊框等使用材料，實現太陽能電池封裝的一種工藝。

3.1設計方案

本設計在專用底板結構設計上綜合了常規太陽能電池組件的背板、接線盒與邊框的功能，同時特別增加了電池片固定槽和保護支撐架，電池片固定槽和保護支撐架同時保證了與太陽能電池組件表面封裝鋼化玻璃的間隙剛好容納電池片和焊帶的厚度，全面保護電池片與焊帶不會被進行層壓工序時產生的真空負壓損壞。

3.2生產流程

根據要制作太陽能電池組的圖紙用LCP材料注塑成為太陽能電池組件用底板，將串接好的太陽能電池串放置到LCP底板電池片固定槽及匯流帶線槽內，在EVA容納槽內敷設EVA膠條，在正面蓋上封裝玻璃。在層壓機內抽真空加熱，高溫使EVA熔化，完成太陽能電池組件的封裝，經過檢測合格后即可入庫。

3.3新工藝優點

本研究通過改變使用材料，改善結構設計，和現有工藝相比有較明顯優勢。

1）新材料優勢。新型太陽能電池封裝工藝采用改性液晶高分子聚合物LCP注塑加工成型，綜合接線盒、邊框與底板功能，生產周期短，自動化程度高；LCP材料具有優良的電絕緣性能，可使太陽能電池組件免裝接地線。其介電強度比一般工程塑料高，耐電弧性良好。在連續使用溫度200―300℃，其電性能不受影響。間斷使用溫度可316℃左右；LCP材料具有自增強性：具有異常規整的纖維狀結構特點，因而不增強的液晶塑料即可達到甚至超過普通工程塑料用百分之幾十玻璃纖維增強后的機械強度及其模量的水平；LCP材料具有優良的熱穩定性、耐熱性及耐化學藥品性，對大多數塑料存在的蠕變特點，液晶材料可以忽略不計，而且耐磨、減磨性均優異；LCP材料的耐氣候性、耐輻射性良好，具有優異的阻燃性，能熄滅火焰而不再繼續進行燃燒。其燃燒等級達到UL94V―0級水平；LCP材料具有突出的耐腐蝕性能，LCP制品在濃度為90%酸及濃度為50%堿存在下不會受到侵蝕，對于工業溶劑、燃料油、洗滌劑及熱水，接觸后不會被溶解，也不會引起應力開裂，完全適應太陽能電池組件的戶外環境使用要求。

2）節約材料、降低成本。新工藝設計可減少95%EVA的使用，同時不再使用背板材料，節省原材料，降低成產成本；不再使用鋁型材邊框和接線盒，省掉裝配鋁邊框工序和安裝接線盒工序，節省了生產時間，提高了工作效率

3）提高成品率、利于回收。利用電池片固定槽周邊的凸起支撐全面保護電池片與焊帶不會被真空負壓損壞，同時防止太陽能電池片移動，提高了太陽能電池組件的成品率；因為EVA的用量及密封面積很小，只需加熱到150度，破壞真空即可將玻璃與底板輕易分離，同時暴露出太陽能電池片、匯流帶等，所有材料均可較為容易的分離后回收再利用。

4 結語

由于采用自動化封裝生產線初始投資成本和設備的維修費用較高，對操作工人素質也有一定的要求，還只有極少數廠家開始引進自動化生產線生產太陽電池組件。采用自動化生產線的優點是人工成本低、加工質量可靠、特別是外觀比較美觀、碎片率低。從長遠來看，發展自動化封裝技術及相應的設備是必然的，因為只有提高自動化水平，才能確保電池組件產品的質量，提高產品的成品率，降低生產成本。

參考文獻

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（作者單位：英利能源（中國）有限公司）