T_CSTM 00587-2023 晶体硅光伏电池弯曲强度试验方法 四点弯曲法.docx

ICS 27.160CCS F 12团 体 标 准T/CSTM 005872023晶体硅光伏电池弯曲强度试验方法 四点弯曲法Test method for flexural strength of crystalline silicon cellsFour-point flexural2023-09-28 发布2023-12-28 实施中关村材料试验技术联盟发布前言本文件参照GB/T 1.12020 标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则和 GB/T 20001.42015标准编写规则 第 4 部分：试验方法标准的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布单位不承担识别专利的责任。本文件由中国材料与试验标准化委员会建筑材料标准化领域委员会（CSTM/FC03）提出。本文件由中国材料与试验标准化委员会建筑材料领域太阳能光伏系统应用标准化技术委员会（CSTM/FC03/TC22）归口。I1 范围目录.12 规范性引用文件1前言.3 术语和定义14 原理15 试验设备及条件16 试样要求27 试验步骤38 数据处理49 试验报告4附录A（资料性）常规电池片弯曲强度辊棒间距设置验证试验5附录B（资料性）起草单位和主要起草人10、，弯曲强度 flexural strength一个特定的弹性梁受弯曲载荷断裂时的最大应力。 来源：GB/T 6569-2006，3.1 3.2四点弯曲 four-point flexure一种测量弯曲强度的受力结构，试样被定位在两个下辊棒和两个上辊棒之间，上下辊棒相对运动使试样产生弯曲。 来源：GB/T 6569-2006，3.2 4 原理对矩形截面的梁试样施加弯曲载荷直到试样断裂，假定试样材料为各向同性和线弹性，通过断裂时的临界载荷、夹具和试样的尺寸可以计算试样的弯曲强度。 5 试验设备及条件5.1 试验机具有均匀的横梁位移速度的材料试验机。 5.2 夹具.2.1 结构四点弯曲强度试验使用夹具结构见图 1。5标引序号说明： 1上压辊棒； 2支撑辊棒。 图 1 四点弯曲强度测试结构示意图 5.2.2 辊棒试样由辊棒来支撑和加载。辊棒为圆柱形金属棒，洛氏硬度不低于 40HRC，长度宜大于 230mm， 直径为 6mm0.015mm。辊棒表面光滑，可以自由滚动或固定不动。5.2.3 四点弯曲结构四个辊棒应可独立调整，辊棒之间的平行度误差不大于 0.015mm，以保证与试样紧密接触。5.2.4 辊棒的定位辊棒的定位精度为0.1mm。5.3 环境及工作条件 试验温度255，相对湿度不大于80%RH，周围无振动、无腐蚀性介质和无较强电磁场干扰。6 试样要求6.1 准备10片电池片样品，试样电池片外观和电致发光成像测试（EL）无异常。6.2 标注试样电池片的宽度值b和厚度值d，如图2所示。 2 电池片尺寸标准示意图7 试验步骤7.1 使用精度不小于 0.002mm 的千分尺测量试样的宽度值和厚度值。试样厚度值在测试后选取试样断裂处或者接近断裂处进行测量，每个样品测试三组数据。 7.2 根据试样电池片类型调整上压辊棒间和支撑辊棒间的距离。常规尺寸电池片辊间距值见表 1。表 1 常规电池片辊距值单位为毫米电池片类型 上压辊棒间距（𝑙1） 支撑辊棒间距（𝑙2） 166 40 1 80 1 182 44 1 88 1 210 50 1 100 1 7.3 试验电池片正面朝上，电池片置于两根支撑辊棒中间，其细栅方向与支撑辊棒平行放置，见图 3。试样两端伸出支撑辊棒接触点部分的长度宜相同。特殊栅线图案电池片放置方式可自定义。检查试样和所有辊棒的线接触情况确保能施加连续的线性载荷。另应在夹具周围放置保护屏防止断裂碎片飞溅。图 3 试验电池片放置示意图 调整试验机加载速度为 150mm/min3mm/min，以连续均匀的速度通过压头对试样施加压力，使试样逐渐弯曲直至断裂，记录其断裂时所受的压力值F，精度不小于1%。7.5 清理碎片并准备试验分析。7.48 数据处理8.1 四点弯曲强度按公式（1）计算： = 3𝐹𝑎（1）𝑏𝑑2式中：弯曲强度，单位兆帕（MPa）；F 最大载荷，单位牛顿（N）；a 试样所受弯曲力臂的长度，单位毫米（mm）；b 试样宽度，单位毫米（mm）；d 试样厚度，单位毫米（mm）。8.2 数据的处理方式、验证试验数据见附录A。 取10片试样样品的均值作为四点弯曲强度值。9 试验报告试验报告至少应包含以下内容：a) 名称；b) 实验室的名称和地址；c) 客户的名称和联络信息；d) 试样的必要信息，包括类型、尺寸、制备工艺等；e) 试验设备的名称、型号及等级； f) 试样的放置方式、试验速度；g) 试样上压辊棒和支撑辊棒间的距离、试样宽度和厚度，以及样品破碎时的压力值；h) 四点弯曲强度值及测量不确定度；i) 任何与本文件中的测试方法不同的地方，说明采用特殊方法的原因； j) 试验单位、人员、试验日期。 附 录 A（资料性）常规电池片四点弯曲强度测试辊棒间距设置验证试验A.1 电池片材料弯曲特性电池片是脆性材料，弯曲强度应符合典型的材料弯曲图，见图A.1。 标引序号说明： P弯曲最大载荷，单位牛（N）； f-max弯曲试件最大挠度，单位毫米（mm）。 图A.1 典型的材料弯曲图A.2 不同辊棒间距设计加载载荷与形变曲线A.2.1 电池片的弯曲强度取决于本身固有的抵抗断裂的能力以及电池片本身的特点，也受测试工序条件的影响:包括辊棒间距值、加载速度，测试环境，试样尺寸，测试夹具等。在对各影响因素的影响程度进行过充分验证后，认为对电池弯曲强度结果影响最大的是辊棒间距值。设计不同辊棒间距值，电池片形变量和加载力分别作为横纵坐标，对电池片进行弯曲强度测试形成曲线。 A.2.2 166 类型电池片弯曲强度测试形成曲线见图 A.2。 1） 使用上压辊棒间距 40mm、支撑辊棒间距 80mm 时，图 A.2 a）可以看出加载载荷和形变距离有强相关性，电池片在最大载荷值附近出现破裂，符合脆性材料弯曲特性； 2） 使用上压辊棒间距 40mm、支撑辊棒间距 90mm 时，图 A.2 b）可以看出加载载荷和形变距离相关性较弱，电池片在最大载荷附近震荡一段时间后才出现破裂，与典型脆性材料弯曲特性存在部分偏差； 3） 使用上压辊棒间距 50mm、支撑辊棒间距 100mm 时，图 A.2 c）可以看出加载载荷和形变距离相关性更弱，电池片在最大载荷附件振荡更长一段时间后才出现破裂，与典型脆性材料弯曲特性存在较大偏差；）40mm/80mm 辊棒间距形变曲线ab) 40mm/90mm 辊棒间距形变曲线c）50mm/100mm 辊棒间距形变曲线图 A.2 166 类型电池片不同辊棒间距设计对应形变曲线4） 166 类型电池片跨距的选择，从实际电池片形变曲线与脆性材料形变特性的符合程度来看，选择 40mm/80mm 辊棒间距方案。1） 使用上压辊棒间距 44mm、支撑辊棒间距 88mm 时，图 A.3 a)可以看出加载载荷和形变距离有强相关性，电池片在最大载荷附近出现破裂，符合脆性材料弯曲特性； 2） 使用上压辊棒间距 50mm、支撑辊棒间距 100mm 时，图 A.3b)可以看出加载载荷和形变距离相关性较弱，电池片在最大载荷附近反复震荡后才出现破裂，与典型脆性材料弯曲特性存在偏差； 3） 使用上压辊棒间距 60mm、支撑辊棒间距 120mm 时，图 A.3 c)可以看出加载载荷和形变距离相关性更弱，电池片在最大载荷出现一段时间后才出现破裂，与典型脆性材料弯曲特性存在较大偏差； a）44mm/88mm 辊棒间距形变曲线b）50mm/100mm 辊棒间距形变曲线）60mm/120mm 辊棒间距形变曲线图 A.3 182 类型电池片不同辊棒间距设计对应形变曲线4） 182 类型电池片跨距的选择，从实际电池片形变曲线与脆性材料形变特性的符合程度来看，选择 44mm/8c8mm 辊棒间距方案。A.2.4 210 类型电池片弯曲强度测试形成曲线见图 A.4。 1） 使用上压辊棒间距 50mm、支撑辊棒间距 100mm 时，图 A.4a)可以看出加载载荷和形变距离有强相关性,电池片在最大载荷附近出现破裂，符合脆性材料弯曲特性； 2） 使用上压辊棒间距 50mm、支撑辊棒间距 110mm 时，图 A.4b)可以看出加载载荷和形变距离相关性较弱，电池片在最大载荷附近震荡一段后才出现破裂，与典型脆性材料弯曲特性存在部分偏差； 3） 使用上压辊棒间距 60mm、支撑辊棒间距 120mm 时，图 A.4c)可以看出加载载荷和形变距离相关性更弱，电池片在最大载荷附件振荡一段时间后才出现破裂，与典型脆性材料弯曲特性存在较大偏差； a）50mm/100mm 辊棒间距形变曲线 ）50mm/110mm 辊棒间距形变曲线c）60mm/120mm 辊棒间距形变曲线图 A.4 210 类型电池片不同辊棒间距设计对应形变曲线4） 210 类型电池片跨距的选择，从实际电池片形变曲线与脆性材料形变特性的符合程度来看，选择 50mm/100mm 辊棒间距方案。 B（资料性）起草单位和主要起草人本文件起草单位：隆基绿能附科录技股份有限公司西安分公司、泰州隆基光伏科技有限公司、滁州隆基乐叶光伏科技有限公司、浙江爱旭太阳能科技有限公司、江苏爱康能源研究院有限公司、天合光能股份有限公司、正泰新能科技有限公司、浙江晶科能源有限公司、晶澳（扬州）太阳能科技有限公司、江苏龙恒新能源有限公司、保定嘉盛光电科技股份有限公司、苏州科技大学。 本文件主要起草人：吕俊、李梦媛、冯春暖、龚海丹、唐义林、陈诚、任改改、王斌、倪志春、闫萍、陈军杰、李宁、黄纲、陈实、马明、朱爱敏。