光伏組件用網格玻璃釉層的可靠性分析報告

張文瑞

摘 要：網格玻璃應用于雙玻組件的后板玻璃，是按照電池片的排布，在片間距、串間距之間印刷上一層的白色釉面，其目的就是把電池片間隙未利用的10%左右的太陽光經白色釉層再次反射到電池片的正反面形成二次吸收利用，從而提升組件的功率，本文主要針對釉料進行分析，對釉料的選擇給出建議。

關鍵詞：網格玻璃釉層;釉層的厚度;反射率;制程碎片率;微觀形貌

1 研究背景

網格玻璃印刷使用的釉料一般為無機物氧化物，通常釉料由基釉、色料和油劑混合而成，根據需要加入不同色料可以制成不同顏色的釉料。其中基釉又叫熔塊，其實質就是低熔點的玻璃，與玻璃的成分相同，主要包括二氧化硅、三氧化硼、氧化鈉、氧化鈣、氧化鉛與三氧化二鋁等。色料是金屬氧化物或化合物，色料在釉料中起到著色的作用，在釉料燒結時，色料、熔塊和玻璃相互黏結在一起，形成有色層，其色料的種類很多，但在光伏網格玻璃用玻璃顏料一般采用白色二氧化鈦。其油劑為松節油、松油醇、松香、乙基纖維等，其中松節油和松油醇比例占90%，油劑借助其黏性，將釉料黏附于玻璃表面，當釉料被加熱一定溫度時，油劑會揮發氧化掉，然后釉料才開始與玻璃燒結。基釉、色料必須與油劑充分混合才能使用。

2 釉層性能分析

網格玻璃釉層相關性能的分析樣品選取行業內主流的三家。

2.1 釉層穩定性

為了評估釉層的穩定性，對上述三家網格玻璃進行HAST濕熱老化測試，溫度為130℃，濕度85%，時間48小時，試驗結果如下：

由上圖可以看出，在HAST48h后A廠家的白色釉層邊緣部位出現暈染現象，存在有機溶劑析出的現象，其它兩家未出現。

目前市場上釉料根據固化類型分為低溫釉料和高溫釉料，除過配方不同外，兩者主要的差異就是制備工藝不同，低溫釉料的工藝流程為先鋼化后印刷再烘干，烘干溫度為300°左右;高溫釉料則是先印刷后烘干再鋼化，其烘干溫度為200℃左右，但烘干后需經鋼化溫度為700℃高溫繼續固化，在高溫作用下可將金屬氧化物與玻璃更好融為一體，因此高溫釉牢固、耐腐蝕、耐摩擦，而低溫釉料相對不太牢固，容易脫落。

因此從低溫和高溫釉層工藝的特點分析，玻璃釉層的穩定性關鍵是控制溫度，溫度較低不能將油性溶劑完全氣化，在受熱條件下出現析出，是造成暈染的主要原因。相比兩種工藝下高溫釉更可靠，因此針對網格玻璃的釉層應使用高溫釉。

2.2 釉層附著力

涂層附著力是指漆膜與被涂物體表面之間通過物理或化學作用相互黏結的能力，是一種界面作用力，包括涂層與基體表面的黏附力及涂層本身的內聚力。涂料發揮作用的前提是涂層能牢固地附著在物體表面上，良好的涂層附著力能夠保證底材與涂層之間的牢靠程度，因此附著力是衡量涂料性能的一項重要指標，對上述三家玻璃進行附著力測試結果如下：

A廠家的涂層使用百格刀劃割后表面掉粉嚴重，其它兩家涂層牢固，未產生掉粉現象。掉粉原因可能為固化溫度低，金屬氧化物與玻璃未很好黏結，導致釉層固化不牢固，因此出現掉粉的現象。

2.3 釉層與封裝膠膜的粘接力

雙玻組件通常與POE搭配使用，網格玻璃釉層與POE的粘接力將影響組件的可靠性，衡量粘接力的大小通常由剝離強度來表征，剝離強度越大，則粘接越牢固，組件脫層的風險越小，下圖對比了三家網格玻璃釉層與POE初始和HAST48h老化后的剝離強度。

由上圖可知，隨著老化時間的延長其粘接力降低，在PCT48h后網格玻璃釉層與POE具有較好的粘接力，按照剝離強度≥40N/cm要求，其結果均可滿足。但各家的網格玻璃釉層與POE粘接力對比A廠家表現最低。玻璃釉層與POE的粘接是異質物體表面用膠粘劑連接在一起的技術，其間主要靠機械力粘接，即釉層表面存在大量的細小孔隙，膠粘劑分子靠擴散、滲透作用進入被粘物體內部，使兩者黏結，當釉層的分子結構越密實與膠膜黏結強度就越高，反之釉層的附著力低，釉層疏松，即表現內聚力低，在剝離時會很容易破壞內聚力，造成剝離力偏低。

2.4 釉層反射率

網格玻璃的釉層是依靠TiO2的反射作用從而增加組件光的利用率來提升組件功率，因此釉層的反射率越高越好，以下對比測試了兩家網格玻璃釉層的反射率，如下所示：

由上述數據看出，網格玻璃釉層的反射率在紫外和可見光波段均表現有較大差異。在釉層中起反射作用的主要為TiO2，其反射率在常見的白色物質中是最高的，反射率隨物質的化學組成、晶體結構以及光的波長不同而改變，因此釉層中選擇的TiO2類型是主要影響反射率大小的因素。除此之外，釉層的厚度對反射率也是有影響，根據研究數據其厚度與反射率呈現線性關系，如下所示：

由上圖可以看出，隨著釉層厚度的增加，其反射率逐漸增大，但當釉層厚度在25μm以上時，隨著厚度的增加，反射率趨于平穩，不會繼續上升，所以釉層的厚度控制在25μm時即可保證網格玻璃反射率。

2.5 釉層厚度

釉層的厚度除影響反射率之外，當釉層厚度較厚時，由于釉層與玻璃底板存在高度差，在層壓時易導致電池出現隱裂，因此釉層的厚度不宜太厚，其釉層厚度主要與工藝的管控有關，以下為不同廠家使用SEM測試的厚度數據：

從上述數據，各家釉層的厚度差異較大，A廠家釉層厚度表現較厚，分別使用A、B廠家玻璃制作組件，統計使用過程中的電池破片率數據，如下所示：

網格玻璃釉層的厚度對反射率和生產過程的破片率均有影響，從上述釉層厚度與反射率數據看，達到一定厚度后反射率趨于平穩，因此為了避免釉層較厚出現電池隱裂，需要對釉層的厚度進行管控，調研行業內釉層管控如下所示：

通過上表數據及厚度與反射率的關系，網格玻璃釉層厚度宜控制25μm±5μm，可保證反射率在80%。

2.6 釉層微觀形貌

下圖是各廠家玻璃微觀形貌圖：

從上圖看A廠家釉層微裂紋多、B廠家釉層的孔洞多、C廠家釉層較為致密。釉層表面有很多缺陷，如氣孔，斑點和微裂紋。氣孔是在燒結過程中釉料中的有機材料揮發殘留的排氣氣孔，氣孔大小不一，分布也不規則。一般認為微觀層面的微裂紋和斑點、孔洞越少，則基釉、色料和玻璃本身的融合程度越高，主要取決于釉料本身質量，所以可通過釉層的SEM掃描圖來管控釉層的質量。

3 總結

3.1 通過對不同廠家網格玻璃釉層的穩定性進行評估，經老化測試后各家存在差異，存在釉層暈染現象，其原因主要為固化時釉層溫度低未將有機油劑完全氣化，在受熱時油劑析出產生暈染，可通過使用高溫釉進行改善。

3.2 釉層的附著力與POE的粘接力表明，當釉層不牢固時會產生掉粉現象，從而影響與封裝膠膜的粘接力。

3.3 釉層的厚度與反射率及制程碎片率有關，釉層的厚度控制在25μm±5μm，可保證反射率在80%以上，且制程碎片率少。

3.4 根據各家網格玻璃的微觀形貌看出，不同廠家網格玻璃釉層表現出不同的孔洞、微裂紋特點，主要與釉料原料有關，所以可通過釉層的SEM掃描圖來管控釉層的質量。

參考文獻：

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