大功率晶硅电池组件工艺研究

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摔组件实验
实 验 前 为 正 常 组 件
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摔组件实验
1，
实验后，该 组件产生了大量 的隐裂，这验证 了翻转组件过程 中，员工的粗鲁 操作会引起隐裂 的这一可能性。 同时发现这些隐 裂处于组件中间 部位的居多，符 合隐裂位置的共 性。
大功率晶硅电池组件工艺研究
----李长岭
上海超日太阳能科技股份有限公司
技术总监
企业简介
上海超日太阳能科技股份有限公司是国内最早从事晶体硅太阳能电池生产的企业之一， 是一家汇聚众多太阳能科技领域高级人才，研究、开发、利用太阳能资源的高新技术企业。 目前已经形成了从铸锭、拉棒、晶体硅太阳能电池片和电池组件的生产，到光伏系统安装 的完整产业链结构。 公司成立于2003年6月，占地面积8.4万平方米，建有标准化厂房7.2万平方米，注册资本 为84352万元。 已于2010年11月18日在深圳证券交易所成功挂牌上市（002506）。 公司现已在全球拥有16家子公司。拥有上海超日（洛阳）太阳能有限公司、上海超日 （九江）太阳能有限公司两大生产基地。在美国、卢森堡、意大利、香港等多个国家和地 区设有分支机构。 公司在全球已拥有员工3000多名，公司产品95%出口海外。
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改进后隐裂情况
通过前面的工艺改 进，我们再对成品组件 的隐裂进行统计。发现 隐裂的数量明显降低， 同时对隐裂的位置做了 泡泡图分析（如图）， 发现经过工艺改良后的 确可以减少制程中隐裂 的产生，也使得隐裂的 位置不在有明显的共性。
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隐裂的危害—热斑效应
我们挑选了一片有裂片的组件 做EL成像和红外热像，从右边 两幅图可以发现，组件在有裂 片的地方温度明显要高于其他 的位置。 不难发现，图中裂片的地方产 生了热斑，该处会产生热斑效 应，严重影响组件质量
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隐裂形成的原因
为寻找隐裂产生的原因，我们从组件制 造过程的不同工序分别寻找原因 1，焊接
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解决问题方法
1，玻璃厚度的增加
2，工艺手法改变
3，配套设备的改变
4，组件背面加横档
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玻璃厚度增加
1、右图体现出的是玻璃的形变 程度，图中红色的地方发生的 形变最多，这与隐裂的位置大 多发生在组件的中间部位也是 具有相关性的。
层压
我们考虑到层压过程中对组件施加 压力可能造成隐裂。于是我们从层压前 EL跟层压后EL图像做分析， 134079PCS组件中只有28PCS是不合格 品，数量非常小，因此排除了层压过程 中造成组件隐裂的因素。
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装框前搬运
对于层压后未装框的组件，我 们双人在两头搬运组件时，将组件 水平放置冷却台时组件的弯曲度很 厉害，中间部位受重力作用往下弯 曲。在水平方向搬运过程中，组件 上下抖动的幅度较大，而且对于规 格越大的组件，弯曲度越厉害，在 这种情况下，位于组件中间部位的 电池片弯曲的幅度也会比较严重， 有可能会引起隐裂，于是我们怀疑 层压后的组件在搬运过程中和放置 冷却架上时可能造成组件的隐裂。
产品的认证
公司在全球太阳能行业中享
有盛誉。先后通过了ISO9001、 ISO14001、TUV认证、IEC61215
认证、CE认证、美国UL认证、
英国MCS认证和韩国组件认证， “超日”产品的质量与安全都完
全合乎国际化标准。
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1，当今需求背景
2，存在的问题
2，层压
3，装框前搬运
4，清洗测试
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焊接
首先我们考虑到焊接时有可能会引 起电池片隐裂。于是对于层压前的组件， 我们进行了100%的EL检测，有隐裂的 电池片将会进行返修，更换成合格的电 池片，确保层压前的组件是没有任何隐 裂现象的，因此可以排除焊接的因素。
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隐裂的危害
1，对功率损失的影响
2，对热斑效应的影响
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隐裂的危害—功率损失
为寻找裂片对功率损耗的影响，我们设计了切割电池片实验：取4块同一功 率档的电池片，依次做不切除、切除1/6、切除1/3、切除1/2面积的处理， 然后将这4块电池片封装到组件中，测试组件的功率的下降。
针对大功率组件，目前最主要的方法还是增加组件的面 积，而组件面积的增加会带来一些问题，因此对大功率组件 的工艺研究显得很有意义。
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存在的问题—隐裂
随着组件面积的增大，不可避免的就是组件的 隐裂会增多。 由于各种原因，在生产过程中会产生隐裂、裂 片，而裂片的面积与数量直接影响组件发电效 率。 通过对成品组件隐裂位置的分析，我们发现隐 裂的位置有一定的共性，多数处于组件的中间 部位，于是我们挑选了312PCS具有隐裂的组 件，对其隐裂位置进行统计，并得出了隐裂的 泡泡图（如右图） 图中泡泡越大的地方，说明该处隐裂的概率越 大，从图中不难发现，处于组件中间位置的电 池片隐裂的概率明显较大，而边缘靠近铝合金 的地方隐裂的数量很少
2、使用4.0mm厚度的玻璃代替 3.2mm的可以减少玻璃的形变 量，减少隐裂，但是同时玻璃 厚度的增加会导致玻璃成本增 加，铝合金成本增加，同时玻 璃厚度增加，玻璃透光率下降， 对组件的功率也会有影响，间 接增加成本。
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工艺手法改变
1、在层压后到修边台的过程中， 抬组件的位置从2个短边改为受 力点在2个长边上，减少组件弯 曲的幅度。
图1
图2
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清洗测试
在清洗和测试环节，我们对装完框的组件需要进行两次翻转的步 骤。在翻转的过程中，我们发现组件跌落作业台时有震动的现象，因 此我们怀疑这一环节的震动有可能引起电池片的共振从而导致了隐裂 的现象。 对此我们设计了一个摔组件实验，挑选一块组件首先进行实验前 的EL测试，然后我们对该组件翻转时一边顶着作业台，另一边与作业 台角度呈75°角自由倒下至作业台上，使组件产生比较大的振动。摔 组件后我们对这块组件重新进行EL测试对比。
2、对于未打框组件短距离的搬 运，不允许水平方向进行搬运， 搬运时应该把组件竖起来经行 搬运
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配套设备的改变
1、层压后的冷却架由水平放置 改成竖直放置型，减少组件由 于重力作用引起的组件弯曲。
2、清洗台面上增加较大 的缓冲垫，减少翻转组件 时产生的震动。
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搬运实验
对此我们挑选了一块组件做搬运抖动实验，在层压后我们先对组件进行EL测试 （如图1），然后我们对这块组件进行水平方向的搬运，双人在两头抬着组件移 动约400米，并做上下抖动。搬运后对该组件重新进行EL测试（如图2），发现 经过长距离的水平搬运和抖动后，该组件产生了比较严重隐裂的现象，本身轻微 隐裂的地方在搬运后隐裂的更严重，EL颜色变深。这验证了我们对于搬运过程 中造成隐裂的猜测。
我们通过机械载荷测试来验证，3.2mm玻璃；40铝框加横档的 156*156*72规格组件的载荷强度设计。 试验前组件成像：
试验前组件功率测试：
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组件背面加横档实验
载荷2400pPa两个循环（正面1小时、背面1小时，两个循环）后成像： （有裂纹产生）
载荷2400pPa两个循环后功率测试： 功率较测试前衰减0.6%
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组件背面加横档实验
载荷5400pPa试验：（玻璃面压1小时）
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组件背面加横档实验
载荷5400pPa后成像：（有少量裂纹产生，原有裂纹变深色）
载荷5400pPa后功率测试： 功率比较2400Pa后测试衰减0.26%，比较原始功率衰减0.85% 。
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组件背面加横档
由于组件的规格越来越大，组件中间产生隐裂的概率也会越大。于是 我们考虑在组件背面中间位置加横档来增加载荷强度设计的方法，来 确保大组件的机械可靠性
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组件背面加横档
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组件背面加横档实验
（a：完整片；b：切除1/6； c：切除1/3； d：切除1/2）
从测试数据可以发现Pmax与Imp的变化值最大，由于是切除电池片，电池片 是完全断裂，所以功率的衰减非常明显。切除1/6、1/3、1/2面积电池片的功 率损失分别达到7.07%、22.8%和38.94%。
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3，问题原因分析
4，解决问题的方法
5，改进后情况
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背景
目前，大功率组件越来越受到客户的青睐。比如在出口美 国市场的光伏组件中，就以中大型组件为主。2011年3月为 例，对美国出口的光伏组件中，200W--250W的组件占 45%,250W—280W的组件占29%，其他型号的组件所占比重 较小。
谢谢！
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组件背面加横档实验
而相同材料不加横档的组件在TUV做5400Pa的测试： 原始测试数据：
5400Pa载荷测试后的数据：（功率衰减3.42%）
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结论： 156*156*72规格组件，使用3.2mm厚度玻璃，40料铝框，再配合加横 档设计的组件，通过2400Pa和5400Pa机械载荷测试，功率衰减少于 5%，为0.85 %，符合IEC612125标准。而相同材料不加横档组件在 TUV做5400Pa后的功率衰减为3.42%，要远远高于加横档的0.85% 。 通过该实验可以证明加横档设计的组件可以减少组件的隐裂，并减少 功率衰减。 目录