導電膠對太陽電池之間粘接強度的影響研究

國家電投集團西安太陽能電力有限公司 ■ 嚴華 朱疆 胡杰 左燕 魏亞楠

0 引言

當前，光伏產業已經發展成為技術成熟、競爭充分的產業，已成為我國新能源經濟和國民經濟的重要組成部分[1-2]。光伏組件是光伏發電系統中的核心部分之一，由太陽電池和其他封裝材料組裝而成，其所使用的太陽電池可以是整片電池，也可以是由整片電池切割而成的小片電池[3]。通常，光伏組件中的太陽電池之間需通過焊帶進行連接，然而隨著光伏技術的不斷創新，新產品和新材料不斷涌入市場，目前越來越多的組件廠開始使用導電膠連接電池[4]。

導電膠由多種不同的成分組成，最主要的部分為基體和導電填料，基體可以為太陽電池提供黏結性能，而導電填料可以使電池之間具有良好的導電和導熱性能[5]。通過導電膠連接后，電池之間的粘接強度取決于導電膠的規格和性能；而此粘接強度不僅影響組件生產過程中的良率，還會影響組件的可靠性，是組件生產制作過程中至關重要的參數[6-7]。因此， 研究導電膠對太陽電池之間粘接強度的影響是非常有必要的。本文研究了導電膠體系和膠條形狀對太陽電池之間粘接強度的影響，并通過掃描電鏡和萬能拉伸機等測試設備進行了表征，以期為導電膠的選型提供一定的參考。

1 實驗原材料及流程

1.1 實驗原材料

實驗使用尺寸為156 mm×156 mm 的單晶硅太陽電池，導電膠使用有機硅體系和丙烯酸體系導電膠。

1.2 實驗流程

實驗分別采用不同體系和不同膠條形狀的導電膠進行涂覆。

具體實驗流程如圖1所示：先將尺寸為156 mm×156 mm 的單晶硅太陽電池切割成40 mm×31 mm 的小片電池，然后在小片電池的主柵上涂覆導電膠；再將2 片電池沿著長邊方向重疊在一起(見圖2)；在導電膠固化完全之后，通過萬能拉伸機測試電池之間的粘接強度。

對電池間的粘接強度進行測試時，沿著電池寬度方向進行拉伸并記錄拉力測試的數值；每種實驗測試5～10 組樣品。

圖1 實驗流程圖

圖2 導電膠涂覆和電池疊片示意圖

2 結果與分析

2.1 不同體系的導電膠對電池之間粘接強度的影響

實驗使用了2 種不同體系的導電膠：丙烯酸體系導電膠和有機硅體系導電膠，二者的性能對比如表1所示。分別使用2 種體系的導電膠連接的電池間的拉力測試結果如圖3所示。

表1 2 種不同體系的導電膠的性能對比

圖3 不同體系的導電膠連接的電池間的拉力測試結果

從圖3中可以看出，使用丙烯酸體系導電膠進行連接后，電池間的拉力普遍大于使用有機硅體系導電膠。這說明采用丙烯酸體系導電膠的太陽電池間的粘接效果更優，制作出的光伏組件機械性能更好。

2.2 不同膠條形狀的導電膠對電池之間粘接強度的影響

在進行導電膠涂覆時，丙烯酸體系和有機硅體系導電膠在電池柵線上點出的膠條形狀均會隨著點膠設備參數的調整而發生變化。因此，本實驗僅從二者中選取1 種作為實驗對象。

本實驗選用丙烯酸體系導電膠，通過調整點膠設備參數得到不同的膠條形狀，如圖4所示。圖4a 中，導電膠膠點之間有一定的間距，因此膠條形狀為點狀；圖4b 中，導電膠膠點之間連接成線狀。

圖4 不同膠條形狀的導電膠掃描電鏡圖

分別采用2 種膠條形狀的導電膠連接太陽電池，然后分別測試太陽電池之間的拉力大小，得到的結果如圖5所示。

由圖5可以看出，分別采用點狀與線狀2 種導電膠膠條時，電池之間的拉力大小相差約40 N。對于同一種導電膠來說，線狀導電膠膠條所產生的粘接效果優于點狀導電膠膠條。因此，在生產中可調節設備參數，使導電膠膠條呈線狀，以提高太陽電池之間的粘接效果。

圖5 采用不同膠條形狀的導電膠連接的太陽電池之間的拉力測試結果

3 結論與展望

本文研究了導電膠體系和膠條形狀對太陽電池之間粘接強度的影響。結果表明，不同導電膠體系對電池之間的粘接強度影響較大，采用丙烯酸體系導電膠連接的電池間的粘接強度優于采用有機硅體系導電膠。此外，導電膠膠條形狀可通過調節設備參數來調整，對同一種導電膠而言，不同膠條形狀所產生的粘接強度也各不相同，線狀導電膠膠條的粘接強度優于點狀導電膠膠條。以上結論對于光伏組件生產過程中導電膠的選型和設備參數調節具有一定的指導意義，可推動導電膠在光伏組件領域的發展。