焊帶電阻對組件封裝功率損失的影響_圖文

1、第四部分光伏組件、制造設(shè)備及輔料焊帶電阻對組件封裝功率損失的影響董仲 王祺 陳 燕倪志春趙建華 王艾華(中電電氣(南京光伏有限公司,南京211100摘要 晶體硅太陽電池組件中使用的焊帶基本結(jié)構(gòu)為起導(dǎo)電作用的銅基材和起焊接作用的表面涂錫層。 涂錫層成分不同會影響熔點,但對焊帶電阻無明顯影響。本文通過對比正常焊接工藝及其他兩種新型連接 方式,指出低電阻焊帶能降低組件的串聯(lián)電阻R。,提高填充因子FF,從而降低組件封裝功率損失(power loss。實際生產(chǎn)中,在不影響碎片率的前提下,推薦使用較厚焊帶。關(guān)鍵詞焊帶電阻;封裝損失The Effect of Ribbon Resistance on Mod

2、ule Power LossDong Zhong Wang Qi Chen Yan Ni Zhichun Zhao Jianhua Wang Aihua (China Sunergy(NanjingCo.,Ltd.,Nanjing,211100Abstract PV ribbon is composed of the copper substrate and the coating alloys.Different alloy compositions have different melting points,but hardly affect the ribbon resistance.T

3、his study,by manual soldering and another two connecting techniques,points out that lowresistance ribbons can decrease the moduleS serial resistance R。,increase the fill factor FF,and decrease the module power loss.Thicker ribbon is recommen-ded in the production line if the soldering-related breaka

4、ge ratio is under contr01.Keywordsribbon resistance;power los81前言晶體硅太陽電池經(jīng)封裝后,組件的功率會小 于所有電池片的功率之和。這個差值,就稱為組 件封裝功率損失。如何降低功率損失,是優(yōu)化組 件制造工藝的重要內(nèi)容1咱。一般認為,組件功 率損失與以下因素有關(guān):(1不同電流的電池片串聯(lián)時由于電流不一 致(current misrnatch弓l起的失配損耗;(2串聯(lián)電阻損耗,包括連接電池片的焊帶 本身的電阻、焊接不良導(dǎo)致的附加電阻、焊帶與電 極之間的接觸電阻等;(3光學損耗,包括焊帶遮光、玻璃和EVA 等封裝材料引起的反射和吸收損失;

5、(4熱損耗,組件工作時溫度升高引起的輸 出功率下降;(5電池片以及組件Fy測試時的誤差;(6B0或FeB復(fù)合中心引起的電池片效率 下降。本文將重點探討串聯(lián)電阻損耗對組件功率損 失的影響。組件中的串聯(lián)電阻引起的功率損失, 從本質(zhì)上講,是轉(zhuǎn)化為焦耳熱(P岫一r尺消耗 掉了。圖1表明了封裝后的電池組件中串聯(lián)電阻 的組成。降低任何一部分的電阻,都能降低總的 串聯(lián)電阻R。,從而提高填充因子FF,減少功率 損失。收稿日期:20100802作者簡介:董仲(1981一,江蘇揚中人,研發(fā)工程師,主要從事晶體硅太陽電池及組件的分析、測試和可靠研究。:11竺:蔓±三望皇里蘭竺查窒矍星些塞塞堡堡三苧蕊l 孵

6、【q I j#目tmH￥gmm日m12實驗平臺我們選用的電池Jl為公刮生產(chǎn)線上按普通p 型I。藝正常生產(chǎn)的準方S125和S156電池片. 同次宴驗使朋同一批次同一檔次的電池片。組件 制作采用幽內(nèi)常用的手工生產(chǎn)線.焊帶為行業(yè)內(nèi) 廣泛使用的某幾個廠家的產(chǎn)品。電池片1一V測試使用Ierger測試臺,組件 卜V測試使用博碩測試臺(BSSA60。焊帶電阻 測量使用揚子儀器YD2512型直流低電阻測試 儀,測試時均截取l m長的焊帶。3實驗結(jié)果及討論3.1焊帶電阻太陽能組件使用的焊帶,基本結(jié)構(gòu)為銅基材 加表面浸鍍涂錫層,其有效電阻可認為是銅基材 電阻與潦錫層電阻的井聯(lián)。我們選取長1m、寬 018cm(1I

7、電池片正面電極寬度一致、厚f cm 的焊帶作為研究對象。潦錫層為Sn/Pb/Ag(62/ 36/2或Sn/Pb(j40.且單面誅錫堪厚度 0025mm;焊帶電阻可認為是厚(r一0005cm 的銅基材崎厚度為0005cm的兩層涂錫層的片 聯(lián)。各金屬的電阻率為n。一169×10n。如.1I 4×lO nc1,m=206×10ncm。 錒摹材的電阻為,一t。=可蒜簧等齋而忽略SnPbAa潦鍋層巾Ag對電阻的影響.刪(I若諭錨層是純錫.氏一可籌蒜。 島一一毋甍一揣” (2若涂餅層是純鉛.群1裂盅 w 一毋甕一揣“焊帶電阻的真實值應(yīng)該與式f3和(5所描繪 的柏縫棒折.知圖2

8、所示.n種常用悍帶f不同.J月*自%J口女md:ZI/O 000459月z m月4*女d自mm;目*m#自#”第四部分光伏組件、制造設(shè)備及輔料廠家,不同涂錫層,不同厚度的電阻,測試值與模擬曲線吻合較好。由此可見,涂錫層的金屬成分不同對焊帶電阻無明顯影響,而只會影響到涂錫層的熔點。3.2不同電阻焊帶實驗我們使用一批效率為17.50%的準方S125電池片,搭配不同的焊帶,制作版型為4X 9的組件。如表1所示,1m長的0.2×1.8焊帶,電阻為59mQ,而0.16X 1.8和0.14X 1.8的焊帶,電阻則分別提高到了87mi2和95mQ。表1不同厚度焊帶的電阻供應(yīng)商 厚度×寬度

9、(mmXmm 焊帶電阻(rrnB 0.2×1.859A 0.16×1.887B O.14×1.895測試這3種組件的卜V性能,可以發(fā)現(xiàn):如圖3所示,焊帶由于厚度增加后電阻減小,其對應(yīng)(b焊帶厚度/mm圖3不同厚度焊帶制作的組件電學參數(shù)比較(所有數(shù)據(jù)均為相 應(yīng)數(shù)據(jù)與0.2rnnl厚焊帶平均值的差值:(aAk,(b AI。,(cR,(dFF,(eAPm組件的串聯(lián)電阻R。也會減小,而填充因子FF和 峰值功率P。則相應(yīng)增加。使用0.14mm厚焊帶 的組件R。比使用0.2mm厚焊帶的組件要高約 15mQ,相應(yīng)的FF則低約0.5%。由于0.16mm1112 第十一屆中國光伏大

10、會暨展覽會會議論文集 厚的焊帶電阻比0.14mm厚焊帶降低不明顯,其對應(yīng)組件的FF反而略有下降,這可能跟測試誤 差有關(guān)。此外,3種組件的開路電壓K無明顯差 別,而短路電流L也隨著焊帶厚度增加有略微 提升。在另一組實驗中,我們同時改變焊帶的厚度 和寬度(表2,發(fā)現(xiàn)使用電阻為67mQ焊帶的組 件,比電阻為87mQ焊帶的組件,R。降低約 15mQ,FF提升約0.4%(圖4。表2不同厚度和寬度焊帶的電阻供應(yīng)商 厚度×寬度(mmXram 焊帶電阻(m12 A O.16×1.887A 0.2×1.667焊帶尺寸(ramXram CVariab!li_L.W。Cha堅yor F

11、F(%!焊帶尺寸(mmxram(b圖4不同厚度和寬度焊帶制作的組件電學參數(shù)比較 3.3非焊接方式制作組件實驗當前,晶體硅組件制作主要是采用技術(shù)成熟 且成本較低的焊接方式(國內(nèi)基本是手工焊接,國 外則是自動焊接。但焊接時的高溫容易導(dǎo)致碎 片,且隨著電池片的變薄,這個缺點的影響日益突 出。所以,現(xiàn)在有的組件生產(chǎn)廠家也開始使用一 些低溫連接方式,如導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電膠帶等。如表3所示,我們使用導(dǎo)電銀膠和導(dǎo)電膠帶 兩種方式,比較了不同電阻焊帶對封裝功率損失 的影響。兩組實驗的結(jié)果都表明,低電阻焊帶能 降低組件R。,提高FF。(a表3非焊接方式制作組件的參數(shù)比較電池片基本信息 焊帶信息 組件卜y參數(shù) 連接方

12、式厚度×寬度 焊帶電阻電類型 效率 組件版型 供應(yīng)商 R。(n FF(% (mm×mm (m12A 0.16×1.8870.4877.85導(dǎo)電銀膠 準方S12517.50%4×9D 0.2×1.860O.4578.04B 0.14X1.8950.6474.15導(dǎo)電膠帶 準方S12517.OO%4X9B 0.2×1.8590.5875.084結(jié)論組件串聯(lián)電阻損耗會增加封裝功率損失。焊 帶電阻是串聯(lián)電阻的組成之一。焊帶電阻主要由焊帶本身的尺寸規(guī)格和銅基 材的材質(zhì)決定,表面涂錫層的成分不會明顯影響 焊帶電阻。增加焊帶寬度或者厚度,能降低焊帶

13、電阻,從 而降低組件串聯(lián)電阻R。,提高填充因子FF和峰 值功率P。,減少封裝功率損失。這種改善無論是 對于傳統(tǒng)的焊接方式,還是新型的導(dǎo)電銀膠或者 導(dǎo)電膠帶連接,都能起到同樣作用。但由于寬于第四部分光伏組件、制造設(shè)備及輔料 1113正面電極寬度的焊帶會遮擋入射光,引起電流損 耗,我們推薦在不影響碎片率的前提下,使用較厚 的焊帶。參考文獻1M C Alonso-Garcia et a1.Mismatch Analysis in the Perfofinance of a Photovoltaic Module.23rd Euro pean Photovoltaic Solar Energy Con

14、ference.2008: 283428362Halden Field,Andrew M Gabor.Cell Binning Method Analysis to Minimize Mismatch Losses and Performance Variation in Sibased Modules.29th IEEE Photovoltaic Specialist Conference. 2002: 418-4213B Sadlik et a1.A Quantitative Approach to Power Losses Resulting from Cel【Mismatches in

15、 Solar-Modules.22ed European Photovoltaic Solar Energy Conference.2007:2719-27224A R Burgers,J A Eikelboom.Optimizing Metaliza tion Patterns for Yearly Yield.26th IEEE photovoltaic specialists"conference.1997:2192225D H Neuhaus et a1.Loss Analysis of Solar Modules by Comparison of卜V Measurement

16、 and Prediction from卜V Curves of IndividuaI Solar Cells.20th Eu ropean Photovoltaic Solar Energy Conference.2005: 194719526L J Caballero et a1.Series Resistance Modelling of Industrial Screen-printed Monocrystalline Silicon So lar Cells and Modules Including the Effect of Spot Soldering.IEEE 4thbrid Conference on Photovol talc Energy Conversiom 2006:138813917P Sanchez-Friera et ak Power Losses in Crystalling Silicon PV Modules due to Cell Interconnection-23rd European Photovoltaic Solar Ener