太阳能电池组件封装工艺研究

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摘 要：太阳能发电是一种新型能源，具有环保、节能、取之不尽、用之不竭等特点，在当前世界范围资源紧缺的环境下，太阳能发电以其固有的特点赢得了多数使用者的青睐。太阳能电池组件是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分，其作用是将太阳能转化为电能，在推广及普及太阳能发电过程中必不可少。太阳能电池组件在生产过程中需要将太阳能电池片夹在保护背板和表面透明材料之间，并保持牢固密封的状态，以达到隔离空气、保护电池片、增加透光率、延长寿命的目的。随着技术的不断进步，太阳能电池组件的封装工艺不断的推陈出新，逐渐走向成熟，本文重点探讨一种新的太阳能电池封装工艺。
关键词：太阳能；电池组件；封装工艺
1 封装损失的分析
常规晶体硅太阳电池组件的封装结构如图一所示，自上而下的顺序分别是钢化玻璃-密封胶-晶体硅太阳电池-密封胶-背板；封装之前的单焊、串焊工艺将电池片通过涂锡焊带连接；组件层压封装好后，再组装上接线盒、边缘密封胶和边框。因此，造成组件封装损失的可能因素无外乎是太阳电池和组件的封装材料。
我们把封装损失的原因按照属性不同分为两大类：光学损失、电学损失。下面详细讨论这两类中的各种影响因素。
2 现有技术
太阳能电池组件封装按照玻璃、EVA、电池串、EVA、背板的顺序敷设，通过层压机抽真空加热使EVA熔化，将玻璃、电池串及背板封装在一起。
在加热使EVA熔化过程中，随着EVA流动及层压机施加的压力会使太阳能电池片偏离预定位置，可能造成电池片之间彼此接触，不仅影响外观，还会发生短路现象，影响太阳能电池组件的正常使用。同时太阳能电池在上述生产过程后还要使用专用设备，消耗大量铝材对其进行装配边框工作，铝边框装配完毕后还需要专门工序粘接接线盒，组装过程工序多、消耗时间长，工作效率相对较低。
现在太阳能电池组件已经得到大范围的应用，生产厂家在生产出了大量优质的太阳能电池组件的前提下，也不可避免地在生产过程中产生的大量待处理的残次废品，同时根据太阳能电池组件的平均使用寿命为二十五年的情况，随着太阳能电池组件的寿命日益临近，对它们的回收处理及综合利用等问题摆在了人们面前。若干年后，达到使用寿命年限后废弃的太阳能電池组件将形成大量的工业垃圾，如果处理不当，会造成危害自然环境的严重问题，给人类社会带来沉重的负担。同时，废弃太阳能电池组件问题如果不能够很好的回收解决，太阳能源的综合利用亦不会成为终身清洁能源，对我们新能源发展战略存在不利影响。
3 新工艺研究
为了改善传统太阳能电池封装工艺的缺点，降低成本，同时便于后期回收，本研究利用热致性耐高温改性液晶高分子聚合物LCP优异的物理、化学和电气性能经过注塑成型工艺，加工成太阳能电池组件专用底板，替代传统太阳能电池组件的背板、接线盒、铝边框等使用材料，实现太阳能电池封装的一种工艺。
3.1设计方案
本设计在专用底板结构设计上综合了常规太阳能电池组件的背板、接线盒与边框的功能，同时特别增加了电池片固定槽和保护支撑架，电池片固定槽和保护支撑架同时保证了与太阳能电池组件表面封装钢化玻璃的间隙刚好容纳电池片和焊带的厚度，全面保护电池片与焊带不会被进行层压工序时产生的真空负压损坏。
3.2生产流程
根据要制作太阳能电池组的图纸用LCP材料注塑成为太阳能电池组件用底板，将串接好的太阳能电池串放置到LCP底板电池片固定槽及汇流带线槽内，在EVA容纳槽内敷设EVA胶条，在正面盖上封装玻璃。在层压机内抽真空加热，高温使EVA熔化，完成太阳能电池组件的封装，经过检测合格后即可入库。
3.3新工艺优点
本研究通过改变使用材料，改善结构设计，和现有工艺相比有较明显优势。
1）新材料优势。新型太阳能电池封装工艺采用改性液晶高分子聚合物LCP注塑加工成型，综合接线盒、边框与底板功能，生产周期短，自动化程度高；LCP材料具有优良的电绝缘性能，可使太阳能电池组件免装接地线。其介电强度比一般工程塑料高，耐电弧性良好。在连续使用温度200―300℃，其电性能不受影响。间断使用温度可316℃左右；LCP材料具有自增强性：具有异常规整的纤维状结构特点，因而不增强的液晶塑料即可达到甚至超过普通工程塑料用百分之几十玻璃纤维增强后的机械强度及其模量的水平；LCP材料具有优良的热稳定性、耐热性及耐化学药品性，对大多数塑料存在的蠕变特点，液晶材料可以忽略不计，而且耐磨、减磨性均优异；LCP材料的耐气候性、耐辐射性良好，具有优异的阻燃性，能熄灭火焰而不再继续进行燃烧。其燃烧等级达到UL94V―0级水平；LCP材料具有突出的耐腐蚀性能，LCP制品在浓度为90%酸及浓度为50%碱存在下不会受到侵蚀，对于工业溶剂、燃料油、洗涤剂及热水，接触后不会被溶解，也不会引起应力开裂，完全适应太阳能电池组件的户外环境使用要求。
2）节约材料、降低成本。新工艺设计可减少95%EVA的使用，同时不再使用背板材料，节省原材料，降低成产成本；不再使用铝型材边框和接线盒，省掉装配铝边框工序和安装接线盒工序，节省了生产时间，提高了工作效率
3）提高成品率、利于回收。利用电池片固定槽周边的凸起支撑全面保护电池片与焊带不会被真空负压损坏，同时防止太阳能电池片移动，提高了太阳能电池组件的成品率；因为EVA的用量及密封面积很小，只需加热到150度，破坏真空即可将玻璃与底板轻易分离，同时暴露出太阳能电池片、汇流带等，所有材料均可较为容易的分离后回收再利用。
4 结语
由于采用自动化封装生产线初始投资成本和设备的维修费用较高，对操作工人素质也有一定的要求，还只有极少数厂家开始引进自动化生产线生产太阳电池组件。采用自动化生产线的优点是人工成本低、加工质量可靠、特别是外观比较美观、碎片率低。从长远来看，发展自动化封装技术及相应的设备是必然的，因为只有提高自动化水平，才能确保电池组件产品的质量，提高产品的成品率，降低生产成本。
参考文献
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（作者单位：英利能源（中国）有限公司）