晶體硅光伏組件封裝失效的探討

1、晶體硅光伏組件封裝失效的探討(2010-12-19 10:07:00)轉(zhuǎn)載標簽： 分類： 認證知識雜談近年來，我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，尤其是太陽電池組件生產(chǎn)廠家更是如雨后春筍般涌現(xiàn)。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前中國大陸已經(jīng)擁有超過500家光伏組件生產(chǎn)公司。但在這種繁榮的背后，各個組件生產(chǎn)廠家其產(chǎn)品質(zhì)量卻良莠不齊，一些組件在野外短短使用的幾年時間內(nèi)就出現(xiàn)了內(nèi)部腐蝕、電性能明顯衰減、電池片柵線消失、EVA黃變等失效情況。上述現(xiàn)象的出現(xiàn)，除了原材料方面的因素以外，很大一部分還是和組件的生產(chǎn)工藝不完善有關(guān)。1組件封裝失效情況及原因分析1.1腐蝕光伏電池組件的腐蝕主要產(chǎn)生在光伏電池組件內(nèi)部、接線盒導電體和鋁邊框的斷

2、面上。針對太陽電池組件接線盒內(nèi)部金屬導電體和鋁邊框斷面上出現(xiàn)的外腐蝕現(xiàn)象，目前各生產(chǎn)廠家已經(jīng)采取相應(yīng)的措施，該問題得到有效解決，這里不在討論。但對太陽電池組件內(nèi)部產(chǎn)生的腐蝕問題，本文將重點進行分析討論。一般來說，太陽電池組件產(chǎn)生的內(nèi)部腐蝕主要是由助焊劑的腐蝕性和組件生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度決定的。許多廠家在選用助焊劑的時候，主要以助焊效果為標準，即助焊效果好，就說明是好的助焊劑，很少考慮助焊劑的安全性和對組件電性能的影響。據(jù)有關(guān)資料證明，助焊劑的助焊效果和腐蝕性是成反比的，即往往助焊效果越好，它的腐蝕性就越強。目前很多組件生產(chǎn)廠家都在使用電子工業(yè)中使用的助焊劑，這種助焊劑主要以有機酸為主，但電子產(chǎn)品制

3、造和太陽電池組件制造在助焊劑的使用方法上還是有很大區(qū)別的。二者焊接時的接觸部位不同，電子產(chǎn)品是先密封然后對電子元器件的管腳進行焊接，接觸部位較少，且都是在相對密閉的環(huán)境中使用，對核心部分的正常運行不會造成影響；而太陽電池是先進行焊接后再真空層壓密封，經(jīng)過密封后形成的光伏組件要在野外惡劣的氣候環(huán)境下使用，且助焊劑與太陽電池表面和EVA膠膜直接接觸。長期的實踐證明，在太陽電池組件生產(chǎn)過程中由于助焊劑選擇不當，是造成太陽電池組件失效的重要原因之一。組件生產(chǎn)廠家在選擇助焊劑時，應(yīng)在保證助焊效果的前提下，采用中性的免清洗助焊劑。具體要求是；焊后殘留物較少、對電池片本身和EVA膠膜無腐蝕性，有足夠的熱穩(wěn)定

4、性，且對環(huán)境無污染，對操作者無傷害，安全可靠。另外，前幾年有些組件生產(chǎn)廠家使用的玻璃纖維也是導致組件內(nèi)部產(chǎn)生腐蝕的原因之二。使用玻璃纖維雖然有利于組件內(nèi)部空氣的排除，避免氣泡的產(chǎn)生；但是玻璃纖維本身就顯弱堿性，吸水性很強，雜質(zhì)含量很高，因此導致組件在使用的過程中就會產(chǎn)生發(fā)黃、變色，電性能下降等現(xiàn)象。目前，國內(nèi)組件生產(chǎn)廠家已經(jīng)很少使用玻璃纖維。光伏組件生產(chǎn)環(huán)境的凈潔度也是出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象的一個主要來源之一。目前，國內(nèi)大部分組件生產(chǎn)采用人工操作，每道工序應(yīng)避免裸手直接接觸電池片，應(yīng)戴汗布手套或指套，以減少對電池片的污染，時刻保證工作臺面的清潔和生產(chǎn)環(huán)境的通風換氣，電池片很容易吸潮，在生產(chǎn)過程中應(yīng)盡量縮

5、短從開包到封裝的時間，如果暫時不用一定要密封保存，避免生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的人為污染。1.2組件電性能衰減或無輸出在組件使用的過程中，總有一些組件在使用2-3年以后出現(xiàn)功率明顯下降電性能明顯衰減的現(xiàn)象，有些甚至超過了當初承諾的組件10年內(nèi)功率衰減10%，20年內(nèi)功率衰減20%的比例。組件產(chǎn)生這種電性能衰減的因素有很多，如原材料自身原因、生產(chǎn)工藝不成熟、生產(chǎn)環(huán)境因素等等。通過分析我們可以總結(jié)原因如下：第一，太陽電池片本身就存在一定的衰減。晶體硅太陽電池組件開始使用一段時聞以后，在電性能方面都會出現(xiàn)1%2%不同程度的衰減，這是由電池片本身材料特性所決定的，由于電池片中的硼、氧在光照能量下激發(fā)、反應(yīng)，產(chǎn)生

6、硼氧復合對，形成載流子復合中心，從而導致電池片轉(zhuǎn)換效率下降。第二，EVA膠膜的使用不當導致組件電性能下降。我們知道EVA是太陽電池組件封裝過程中一種非常關(guān)鍵的原材料，EVA的使用不當也會導致組件電性能下降。EVA在常溫狀態(tài)下不發(fā)粘，加熱到所需的溫度后將發(fā)生本質(zhì)的變化(包括物理變化和化學變化)，將三層材料(鋼化玻璃、太陽電池片和絕緣背板)粘接到一起，形成太陽電池組件，主要起到粘接密封的作用。EVA交聯(lián)度是測試EVA膠膜經(jīng)過層壓、固化以后達到熱熔交聯(lián)程度的指標，正常情況下，EVA的交聯(lián)度至少要達到60%以上，這樣才能保證組件在惡劣的環(huán)境中長期 · 穩(wěn)定、安全運行。如果EVA交聯(lián)度達不到規(guī)

7、定的要求，EVA的性能很不穩(wěn)定，在正常使用的過程中，抗紫外性能很差，很容易發(fā)生熱脹冷縮導致電池片隱裂或短路，久而久之，這種電池片的電阻就會增大，在強烈太陽光的照射下，其局部溫度迅速升高，甚至出現(xiàn)電池片炸裂，最終導致了太陽電池組件的失效。第三，焊接對電池片造成的潛在損傷導致組件電性能下降。在整個太陽電池組件封裝的過程中，焊接是一道特殊工序，焊接工藝是否成熟直接影響太陽電池組件的產(chǎn)品質(zhì)量，同時這也是整個生產(chǎn)過程中一個關(guān)鍵的生產(chǎn)成本控制點。焊接溫度和焊接速度是該工序的兩個主要控制指標，焊接溫度太低可能會導致虛焊；焊接溫度太高或焊接時間太長一方面碎片率就會增加，另一方面就會對電池片內(nèi)部造成潛在的損傷，

8、這種損傷是無法用肉眼能觀察到的，這也是導致電池片在使用過程中電性能衰減的一個重要原因之一。第四，員工的操作手法不當造成的。個別組件在使用一段時間以后甚至出現(xiàn)了無輸出的情況，這種情況主要是由于員工在制作出線或與接線盒進行連接時焊接時間太長造成的。大家知道，銅的傳熱是非常快的，員工在制作出線或與接線盒進行焊接時，為了保證焊接質(zhì)量，將烙鐵長時間搭在焊接點上，這時焊接點的溫度迅速傳到匯流條的另一端使原先已經(jīng)焊好的節(jié)點出現(xiàn)松脫，久而久之，就出現(xiàn)了斷路。除此之外，還有很多細節(jié)問題都會間接導致組件的電性能下降，尤其今后的電池片將會越來越薄，層壓壓力過大、搬運過程中造成的組件彎曲等等方面都會對電池片造成潛在的

9、細小裂紋，這也是組件在長期的使用過程中出現(xiàn)性能下降的原因之一。1.3EVA膠膜黃變EVA產(chǎn)生黃變，這對組件的使用是非常致命的，EVA材料品質(zhì)問題、生產(chǎn)工藝不當、貯存環(huán)境都有可能導致組件產(chǎn)生黃變。個別廠家在認證過程中也出現(xiàn)過這種情況，黃變的部位有的出現(xiàn)在組件的局部，而有的則整個組件都出現(xiàn)黃變，黃變的部位可以肯定的是EVA內(nèi)部已經(jīng)發(fā)生了化學反應(yīng)，可能是EVA膠膜本身就夾帶了易使EVA發(fā)黃的物質(zhì)或接觸的物質(zhì)中本身就存在與EVA發(fā)生化學發(fā)應(yīng)的物質(zhì)，也有可能是EVA受光、熱、氧等作用的老化所造成的。在使用EVA的過程中，要嚴格控制好貯存環(huán)境，應(yīng)將其置于恒溫、恒濕的倉庫內(nèi)，溫度控制在30之內(nèi)，濕度小于60

10、%，應(yīng)避光、避熱、避潮。同時保證EVA在其有效范圍內(nèi)使用，打開包裝的EVA應(yīng)在24小時內(nèi)使用完，如果暫時不用一定要密封保存，另外一定要保證EVA的交聯(lián)度要達到規(guī)定的要求，這樣才能保證組件能夠經(jīng)受時間的考驗。1.4其他失效現(xiàn)象晶體硅太陽電池組件在使用過程中失效因素還有很多，如熱斑效應(yīng)、電池片炸裂、玻璃碎裂、匯流條發(fā)黃、電池片柵線消失等等。像玻璃碎裂就和組件的設(shè)計有很大關(guān)系，在組件的設(shè)計過程中邊框和玻璃的配合二定要頂留一定的熱脹冷縮空間，材料本身就具有一定的熱膨脹系數(shù)，如鋁型材熱膨脹系數(shù)為2.35×10-5，玻璃的熱膨脹系數(shù)為0.903×10-5，如果在設(shè)計的過程中玻璃與邊框的

11、配合間隙不當，很容易使組件在使用的過程中由于表面溫度升高而出現(xiàn)碎裂。另外在設(shè)計時，組件和支架的安裝要有一定的調(diào)節(jié)余地，否則就會因為加工誤差和安裝不當導致組件應(yīng)力集中而出現(xiàn)碎裂，這種現(xiàn)象在前幾年的光伏發(fā)電系統(tǒng)工程項目中是比較常見的。匯流條發(fā)黃一方面是是由材料本身的原因造成的；另一方面是由助焊劑的腐蝕或在生產(chǎn)過程中受到某種污染，在長期的光照使用過程中出現(xiàn)了化學反應(yīng)?？傊栯姵亟M件在使用過程中出現(xiàn)的這些失效現(xiàn)象，都是由于生產(chǎn)廠家在制造太陽電池組件的過程中某一環(huán)節(jié)控制不當造成的，在這些問題出現(xiàn)之前都可以采取一定措施進行預防。2應(yīng)采取的預防措施第一、選用高品質(zhì)的原材料。在整個太陽電池組件生產(chǎn)的過程中，電池片的成本占到總成本的80%以上，其他的原材料成本對總成本影響很小，因此，應(yīng)盡量選用高品質(zhì)的原材料，從而降低原材料品質(zhì)問題帶來的后期風險。第二、成熟的生產(chǎn)工藝。生產(chǎn)廠家應(yīng)根據(jù)自身企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)設(shè)備、原材料情況等條件的差異，摸索出一套適合于自己工廠的最佳生產(chǎn)工藝參數(shù)，并通過原材料的不斷更新進行適當調(diào)整，不斷完善。第三、培養(yǎng)高素質(zhì)員工。企業(yè)可以通過培訓、學習、舉行各種活動、完善企業(yè)文化等手段，來提高員工的業(yè)務(wù)水平，增強員工的凝聚力，提高員工的團隊精神，激勵員工將以最佳