光伏组件封装材料综述 摘要 光伏市场在过去五到七年间的快速增长带动了封装材料市场的强劲爆发，并导致供应链的暂时性短缺。与此同时，组件价格也出现显著下降，给生产成本和光伏组件原料成本带来巨大压力，促使封装材料市场朝着新型材料和创新供应商转变。由于封装材料对组件效率、稳定性和可靠性方面有着显著的影响，加之上述市场压力的推动，对封装技术和材料的选择便成为了组件设计过程中的一个关键步骤。本文对目前市场上的不同材料、光伏组件封装材料的整体需求以及这些材料与其它组件部件间的相互作用进行了综合介绍。 前言 光伏组件结构 晶体硅(c-Si)光伏组件通常由太阳能玻璃前盖、聚合物封装层、前后表面印刷有金属电极的单晶或多晶硅电池、连接单个电池的焊带以及聚合物(少数采用玻璃)背板组成。而薄膜光伏组件既可以通过在组件背面沉积半导体层的底衬工艺(substrateprocess)制造，也可以使用在组件前表面沉积半导体层的顶衬工艺(superstrateprocess)制造而成(如图一中(b)和(c)所示)。 为了确保组件的力学稳定性和对整个太阳能电池吸收光谱范围内的高透光率，并保护电池和金属电极不受外界环境侵蚀，必须在电池前表面使用太阳能玻璃。对于柔性太阳能电池技术，则选择聚合物作为前板，这层结构对材料阻挡特性要求非常高。背面材料同样要确保力学稳定性、电气安全性，使电池和组件其它部件不受外界影响。 生产工艺 一套标准的组件生产工艺由以下几个步骤组成：玻璃清洗和干燥；电池片串焊；组件层压，包括十字接头的焊接；固化；边缘密封和装框；安装接线盒；最后是功率测试。 有三种工艺可以将电池矩阵固定在这些材料中。其中最常用的是真空层压工艺，该工艺
薄膜技术在能源材料中的应用——薄膜太 阳能电池 一概述 能源和环境是二十一世纪面临的两个重大问题，据专家估算，以现在的能源消耗速度，可开采的石油资源将在几十年后耗尽，煤炭资源也只能供应人类使用约200年。太阳能电池作为可再生无污染能源，能很好地同时解决能源和环境两大难题，具有很广阔的发展前景。照射到地球上的太阳能非常巨大，大约40 min照射到地球上的太阳能就足以满足全球人类一年的能量需求。因此，制备低成本高光电转换效率的太阳能电池不仅具有广阔的前景，而且也是时代所需。 太阳能电池行业是21世纪的朝阳行业，发展前景十分广阔。在电池行业中，最没有污染、市场空间最大的应该是太阳能电池，太阳能电池的研究与开发越来越受到世界各国的广泛重视。 太阳能电池种类繁多，主要有硅太阳能电池、聚光太阳能电池、无机化合物薄膜太阳能电池、有机薄膜太阳能电池、纳米晶薄膜太阳能电池和叠层太阳能电池等几大类[1]。 二薄膜太阳能电池。 1、薄膜硅太阳能电池 薄膜硅太阳能电池(硅膜厚约50μm)的出现，相对晶体硅太阳能电池，所用的硅材料大幅度减少，很大程度上降低了晶体硅太阳能电池的成本。薄膜硅太阳能电池主要有非晶硅(a—Si)、微晶硅(μc—Si)和多晶硅(p-Si)薄膜太阳能电池，前两者有光致衰退效应，其中μc—Si薄膜太阳能电池光致衰退效应相对较弱但μc-Si薄膜沉积速率低(仅1.2 nm/s) ，光致衰退效应致使其性能不稳定，发展受到一定的限制，而后者则无光致衰退效应问题，因此是硅系太阳能电池
的发展方向[1]。 太阳能电池是制约太阳能发电产业发展的瓶颈技术之一。目前主要的研究工作集中在新材料、新工艺、新设计等方面，其目的是为了提高电池转换效率和降低电池制造成本。制造太阳能电池的材料主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅以及其他新型化合物半导体材料，其中非晶硅属直接转换型半导体，光吸收率大，易于制成厚度0．5微米以下、面积l平方米以上的薄膜，并且容易与其他 原子结合制成对近红外高吸收的非晶硅锗集层光电池，这是目前的主攻方向之一；另一种是非晶硅和多晶硅混合薄膜材料，它转换率高、用材省，是新世纪最有前途的薄膜电池之一。 2、无机化合物薄膜太阳能电池 选用的无机化合物主要有CdTe，CdS，GaAs，CulnSe2(CIS)等，其中CdTe的禁带宽度为1．45 eV(最佳产生光伏响应的禁带宽度为1．5 eV)，是一个理想的半导体材料，截止2004年，CdTe电池光电转化效率最高为16．5％；CdS的禁带宽度约为2．42 eV，是一种良好的太阳能电池窗口层材料，可与CdTe、SnS和CIS等形成异质结太阳能电池；GaAs的禁带宽度为1．43 eV，光吸收系数很高，GaAs单结太阳电池的理论光电转化效率为27％，目前GaA/Ge单结太阳电池最高光电转换效率超过20％，生产水平的光电转换效率已经达到19～20％，其与GalnP组成的双节、三节和多节太阳能电池有很大的发展前景；CIS薄膜太阳能电池实验室最高光电转化效率已达19．5％，在聚光条件下(14个太阳光强)，光电转化效率达到21．5％，组件产品的光电转化效率已经超过13％；CIS 薄膜用Ga部分取代In，就形成Culn1-x Ga x Se2 (简称CIGS)四元化合物，其薄膜的禁带宽度在1．04～1．7 eV范围内可调，这为太阳能电池最佳禁带宽度的优化提供了机会，同时开发了两种新的材料，用Ga完全取代In形成CuGaSe2，用S完全取代Se形成CulnS2，以备In、Se资源不足时可以采用。但是，Cd和As是有毒元素，In和Se是稀有元素，严重地制约着无机化合物薄膜太阳能电池的大规模生
双面玻璃晶体硅太阳电池组件封装工艺 双面玻璃晶体硅太阳电池组件有着美观、透光的优点,应用非常广泛,如:太阳能智能窗、太阳能凉亭和光伏建筑顶棚,以及光伏玻璃幕墙等等。随着国内外光伏建筑一体化(buildingintegratedphotovoltaic,BIPV)的推广,其商业市场将进一步扩大。但目前由于双面玻璃晶体硅太阳电池组件封装工艺的技术瓶颈,市场价格相对较高。因此寻求一种优异的封装方法与工艺迫在眉睫。与普通组件结构相比,双面玻璃组件利用玻璃代替TPE或TPT(Tedlar复合薄膜)作为组件背板材料。本文阐述了不同封装工艺与封装材料对组件封装效果的影响,并根据实验现象和结果提出了改进方案和途径。 1、双面玻璃晶体硅太阳电池组件的结构 双面玻璃太阳电池组件的结构有多种,本文主要讨论的是层压封装的双面玻璃晶体硅太阳电池组件(简称双面玻璃组件)。图1是双面玻璃太阳电池组件结构。这种组件由玻璃-EVA 胶膜-太阳电池-EVA胶膜-玻璃共5层组成。与普通太阳电池组件结构相比,双面玻璃组件利用背板玻璃代替TPE(或TPT)。TPE为柔性材料,玻璃是硬度高的刚性材料,双面玻璃层压封装过程中由于两层刚性玻璃的挤压,很容易出现气泡、移位、太阳电池裂片、玻璃碎裂现象。 2、实验中出现的问题 气泡现象是双面玻璃组件封装最易出现的问题,组件中常见的气泡有两类:一是由于空气从组件边缘渗入产生的气泡,外观如图2所示;二是由于组件内部空气未及时排出产生的气泡,外观如图3所示。存在气泡的组件在使用时,EVA与玻璃、电池易脱层,严重影响组件外观、电性能和寿命。电池片移位现象在双面玻璃组件封装中也比较常见,如：
光伏封装胶膜介绍 光伏封装胶膜作用是将光伏玻璃、电池片和背板粘在一起。一般而 言封装胶膜需要透光、可粘接、耐紫外线及高温、低透水、高电阻率（减少漏电流）。 光伏用胶膜主要分为透明EVA、白色EVA、聚烯烃POE、共挤型POE、与其他封装胶膜（PCMS/Silicon 、PVB胶膜、TPU胶膜）等。2019 年市场上主要以透明EVA胶膜为主。 透明EVA胶膜是较为传统的胶膜产品，目前为市场主流，市场占比约70%。透明EVA技术成熟且成本较低，但封装后的组件衰减率高。为配合行业降本增效，目前封装胶膜企业主要围绕低入射光损耗、低衰减以及高性价比这几个关键点来进行研发。 白色EVA产品为近些年胶膜企业研发的新产品，白色EVA成本高于普通透明EVA，但其具有独特的高反射性能，通过增加电池片间隙入射光反射（白色EVA光反射率达到90%以上），提高组件对太阳光的有效利用，能够使一块60片单/ 双玻组件功率提升7- 10W/1.5-3W。同时也解决了组件层压后的白色胶膜溢白问题，还可简化背板降低成本，目前多实用于单玻组件和双玻组件的背层封装。 白色EVA在2012 年时就被我国胶膜龙头企业海优威提出，但由于其流动性大导致组件外观缺陷而被搁置。2013-2017 年间，海优威通过 引入电子束辐照预交联技术消除了白色EVA胶膜的流动性， 提高了耐热性和尺寸稳定性，防止组件外观缺陷产生。目前，经电子光束预交联处理的低流动性白色EVA已投入量产。
但传统EVA胶膜透水率较高，在使用过程中水汽进入组件，EVA 遇水降解后形成可以自由移动的醋酸根（-COOH），醋酸根与玻璃表面析出的碱反应产生可以自由移动的钠离子（Na+），钠离子在外加电场的作用下向电池片表面移动并富集到减反层从而导致PID 现象，导致组件功率衰减。而双面组件由于需要激光在背钝化层开槽，背面钝化不完全，背面用细小铝线印刷铝栅格，比常规电池的全铝背场更容易被酸腐蚀，并且双面组件部分采用另外无边框或半边框，胶膜与空气接触几率大，若无特殊防护，双面PERC电池背面PID 衰减可达到15-50%。 聚烯烃POE胶膜随之诞生，其具有优异的水汽阻隔能力和离子阻隔能力，水汽透过率仅为EVA的1/8 左右。且其分子链结构稳定，老化过程中不会分解产生酸物质，优秀的水汽阻隔性、耐候性能、光透过率与粘接性能，使其能够更好的保护组件在高湿环境下的正常工作，使组件具有更加长效的抗PID 性能。近年来在领跑者项目的带动下，双面电池及组件的应用越来越广泛，但双面组件存在的PID 衰减问题是常规封装胶膜难以解决的，为此有胶膜企业研发出强抗PID双面PERC电池专用POE胶膜，能够在组件端使用中大幅改善层压溢胶、并串等问题，同时可加快交联速度、提升交联度，缩短层压时间，提升组件良率。