太陽能光伏電池的設計與制作

1、河南工程學院光伏材料設計實習實訓報告書太陽能光伏電池的設計與制作2016 -2017學年 第二學期學 院：趙博學生姓名：理學院學 號：4215學生班級： 應用物理 1442指導教師：牛金鐘趙瑞鋒日期：2017年6月14日摘要：太陽能光伏電池的設計與制造是我們本專業(yè)的最主要內(nèi)容之一，本次實訓的目的是讓我們更加深刻了解太陽能光伏電池的發(fā)電原理，了解太陽能電池組件的生產(chǎn)流程和生產(chǎn)工藝，了解太陽能光伏電池的應用，并且制作一件太陽能 光伏電池板。本文主要講的是本次的太陽能光伏太陽能電池制作過程，包括選擇制作材料，電池板的設計，焊接太陽能電池片，組裝太陽能電池，以及對電池組 件進行測試。關鍵詞：電池組件

2、設計 組裝 測試目錄一、簡介 1二、材料及其性質(zhì) 11. 黏結(jié)劑 12. 玻璃 -上蓋板材料 13. 背面材料 14. 邊框 15. 接線盒 26. 硅膠 27. 電池片 2三、設計原理及組裝 21. 設計原理 22. 太陽能電池組件設計 33. 電池組件的制作 3、簡介太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。 太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光電池” ，是一種利用太陽光直接發(fā)電的 光電半導體薄片。通常采用硅半導體二、材料及其性質(zhì) 真空層壓封裝太陽能電池，主要使用的材料有黏結(jié)劑、玻璃、復合模、連接 條、鋁框等。合理地選用封裝材料和采取正確的封裝工藝能保證太陽能電池的

3、高 效利用并延長使用壽命。 優(yōu)良的太陽能電池組件， 除了要求太陽能電池本身效率 高外，優(yōu)良的封裝材料和合理的封裝工藝也是不可缺少的。1.黏結(jié)劑黏結(jié)劑是固定和保證電池與上、 下蓋板密合的關鍵材料， 要求可見光范圍內(nèi) 具有高透光性，抗紫外線老化；具有一定彈性，可緩沖不同材料見的熱脹冷縮； 具有良好的電絕緣性能和化學穩(wěn)定性， 不產(chǎn)生有害電池的氣體和液體； 具有優(yōu)良 的氣密性，適用于自動化的組件封裝。本次實訓中采用的是EVA膜。2.玻璃-上蓋板材料 玻璃是覆蓋在電池板正面的上蓋板材料，構(gòu)成組件最外層，既要求透光高， 又要堅固，耐風霜雨雪，經(jīng)受沙礫冰雹沖擊，起到長期保護電池作用。普通玻璃體內(nèi)含鐵量過高及

4、玻璃表面的光反射過大是降低太陽能利用率的 主要原因。目前在商業(yè)化生產(chǎn)中標準太陽能電池組件的上蓋板材料通常采用低鐵 鋼化玻璃，其特點是：透光率高、抗沖擊能力強、使用壽命長。 厚度一般為， 透光率達 90%以上，對于波長大于 1200nm 的紅外線有較高的反射率，同時能耐 太陽紫外線的輻射。3.背面材料組件底板對電池既有保護作用又有支撐作用。 對底板的一般要求為： 具有良 好的耐氣候性能， 能隔絕從背面進來的潮氣和其他有害氣體： 在層壓溫度下不起 任何變化：與黏結(jié)材料結(jié)合牢固。一般所用的底板材料為玻璃、鋁合金、有機玻 璃以及PVF復合膜等。目前生產(chǎn)上較多應用的是 PVF復合膜。4.邊框平板式組件應

5、有邊框， 以保護組件和便于組件與方陣支架的連接固定。 邊框 與結(jié)劑構(gòu)成組件邊緣的密封。邊框材料主要有不銹鋼、鋁合金、橡膠及塑料等。 由于鋁合金密度低，強度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，具有很好的抗腐蝕性，因 此常用鋁合金做太陽能電池邊框材料。5.接線盒保護整個發(fā)電系統(tǒng)，起到電流中轉(zhuǎn)站的作用6.硅膠 密封作用，用來密封組件與鋁合金邊框、組件與接線盒交界處。7.電池片 太陽能電池片分為晶硅類和非晶硅類， 晶硅類又分為單晶硅和多晶硅， 本次 課程設計采用的是 125*125 的單晶硅太陽能電池片。單晶硅的優(yōu)點有：高效率， 低衰減，可靠性強；先進的擴散技術，保證了片間片內(nèi)的良好均勻性，降低了電 池片之間的

6、匹配損失；運用先進的管式 PECVD成膜技術，使得覆蓋在電池表面 的深藍色氮化硅減反射膜致密、 均勻、美觀； 應用高品質(zhì)的金屬漿料制作電極和 背場。確保了電極良好的導電性、 可焊性以及背場的平整性； 高精度的絲網(wǎng)印刷 圖形，使得電池片易于自動焊接。三、設計原理及組裝1. 設計原理 太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置， 它利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光通過半導體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件， 這 種光電轉(zhuǎn)換過程通常叫做 “光生伏打效應 ”，因此，太陽能電池又稱為 “光伏電池”。 只要被光照到， 瞬間就可輸出電壓及電流， 在物理學上稱為太陽能光伏， 簡稱光 伏。最簡單的太

7、陽能電池是由p-n結(jié)構(gòu)成的，當太陽光照射PN結(jié)時，在半導體 內(nèi)的電子由于獲得了光能而釋放電子，相應地便產(chǎn)生了電子-空穴對，并在勢壘電場的作用下，電子被驅(qū)向 N型區(qū)，空穴被驅(qū)向P型區(qū)，從而使N區(qū)有過剩的 電子，P區(qū)有過剩的空穴；于是就在PN結(jié)的附近形成了與勢壘電場方向相反的光 生電場。光生電場的一部分抵消勢壘電場，其余部分使P型區(qū)帶正電、N型區(qū)帶負電;于是就使得N區(qū)與P區(qū)之間的薄層產(chǎn)生的電動勢，即 光生伏打”電動勢。 當接通外電路時，便有電能輸出。p-Side圖一2. 太陽能電池組件設計單體電池的連接方式太陽能電池實際使用時要按負載要求，將若干單體電池按電性能分類進行串 并聯(lián)，經(jīng)封裝后組成可以獨

8、立作為電源使用的最小單元，這個獨立的最小單元稱為太陽能電池組件。若干太陽能電池組件串并聯(lián)構(gòu)成太陽能電池方陣，以滿足不同的用電需求。如果每個單體電池的性能是一致的， 多個單體電池串聯(lián)，可以在不改變輸出 電流的情況下，使輸出電壓成比例增加；并聯(lián)方式，則可以在不改變輸出電壓的 情況下，使輸出電流成比例增加；而串、并聯(lián)混合連接，則即可增加組件的輸出 電壓，又可增加組建的輸出電流。(2)太陽能電池組件的版型設計在生產(chǎn)電池組件之前，要對電池組件的外形尺寸、輸出功率以及電池片的排 列布局進行設計，設計過程中既要了解電池片的性能參數(shù)， 還要了解電池組件的 生產(chǎn)工藝過程和用戶的使用需求，做到電池組件尺寸合理，電

9、池片排布緊湊美觀， 而本次實踐中，學校提供的鋼化玻璃板為54mm*44mm，因此我所設計的電池組 件大小為3片*9片。3. 電池組件的制作(1)電池片的焊接要組成電池組件，首先就要焊接電池片，用電焊機把焊條在助焊液的幫助下 焊接在電池片的背面上，這是非常不容易的，電池片非常脆，焊接過程中一不小 心就會把電池片弄碎，然后把9個電池片串聯(lián)，電池片的正面為負極，背面為正 極，串聯(lián)時，正極接負極，不能接反了。焊接 3 排,最后把三排并聯(lián)焊接，接出兩個頭。(2) 中間測試焊接完成后要對電池片進行燈光照射， 測量電壓和電流，觀察電流和電壓是 否按比例增加，是否符合設計要求，符合要求后進行下一步。(3) 鋪

10、膜和層壓鋪膜是將焊接完成后經(jīng)過檢測合格后的組件串與玻璃切割好的EVA膜、復合膜按照一定層次鋪設。玻璃在下，先鋪一層EVA膜，然后放電池片，再鋪一層EVA膜，最后鋪復合膜。鋪膜時，保證貼膜和玻璃的干凈，保證電池串與玻璃等 材料的相對位置，調(diào)整好電池串間的距離和電池串與玻璃邊緣的距離，為層壓打好基礎。圖覆膜完成后，通過鏡子檢查一下，觀察太陽能板里是否有雜物，是否鋪設好, 一切都好后準備層壓。當層壓機調(diào)節(jié)后，達到層壓條件后，把太陽能板放入層壓 機內(nèi)進行層壓，等待層壓結(jié)束。層壓過程中有關問題及注意事項： 太陽電池層壓 工藝中，消除EVA中的氣泡是封裝成敗的關鍵，層疊時進入的空氣與 EVA交聯(lián)反應產(chǎn)生的

11、氧氣是形成氣泡的主要原因。 當層壓的組件中出現(xiàn)氣泡，說明工作溫 度過低或抽氣時間太短應該重新設置工作溫度和抽氣、層壓時間。裝框裝框前要對電池板修邊，層壓時EVA融化后由于壓力而向外延伸固化形成毛 邊，所以層壓完畢應將其切除。裝框時，先把邊框和玻璃組件的縫隙用硅膠填充， 把裝框機調(diào)試好后，把鋁合金邊框和玻璃組件放入裝框機內(nèi)，開始裝框。(5) 粘接接線盒在組件背面引線處粘接一個盒子，用來把電池與其他設備或電池進行連接。(6) 組件測試測試的目的是對電池的輸出功率進行標定， 測試其輸出特性，確定組件的質(zhì) 量等級。我所設計的太陽能電池組件測試結(jié)果如下：FsF.r%LI J- -1r lm.si齊wePrv恥料 -C 雄1- Q W G為F虛釈気2 |刑ij粉|：HilBHr|MiknrBKjTTpa?E9心 J?:c 暑-二C卑：噸醫(yī)VA-O.OH7Ah? flawpi.暫* Z?D Q殆 C TBSir: 59鬥檔 R? rrC-r-i- 1EZ7BL34B- OkDOOE.DKqikl2J.W圖三實物圖如下:實習實訓評分表序 號