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晶体硅光伏组件封装失效的探讨
  (2010-12-19 10:07:00)
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杂谈
分类： 认证知识

近年来，我国光伏产业发展迅猛，尤其是太阳电池组件生产厂家更是如雨后春笋般涌现。据不完全统计，目前中国大陆已经拥有超过500家光伏组件生产公司。但在这种繁荣的背后，各个组件生产厂家其产品质量却良莠不齐，一些组件在野外短短使用的几年时间内就出现了内部腐蚀、电性能明显衰减、电池片栅线消失、EVA黄变等失效情况。上述现象的出现，除了原材料方面的因素以外，很大一部分还是和组件的生产工艺不完善有关。

1组件封装失效情况及原因分析

1.1腐蚀

光伏电池组件的腐蚀主要产生在光伏电池组件内部、接线盒导电体和铝边框的断面上。针对太阳电池组件接线盒内部金属导电体和铝边框断面上出现的外腐蚀现象，目前各生产厂家已经采取相应的措施，该问题得到有效解决，这里不在讨论。但对太阳电池组件内部产生的腐蚀问题，本文将重点进行分析讨论。一般来说，太阳电池组件产生的内部腐蚀主要是由助焊剂的腐蚀性和组件生产环境的洁净度决定的。许多厂家在选用助焊剂的时候，主要以助焊效果为标准，即助焊效果好，就说明是好的助焊剂，很少考虑助焊剂的安全性和对组件电性能的影响。据有关资料证明，助焊剂的助焊效果和腐蚀性是成反比的，即往往助焊效果越好，它的腐蚀性就越强。目前很多组件生产厂家都在使用电子工业中使用的助焊剂，这种助焊剂主要以有机酸为主，但电子产品制造和太阳电池组件制造在助焊剂的使用方法上还是有很大区别的。二者焊接时的接触部位不同，电子产品是先密封然后对电子元器件的管脚进行焊接，接触部位较少，且都是在相对密闭的环境中使用，对核心部分的正常运行不会造成影响；而太阳电池是先进行焊接后再真空层压密封，经过密封后形成的光伏组件要在野外恶劣的气候环境下使用，且助焊剂与太阳电池表面和EVA胶膜直接接触。长期的实践证明，在太阳电池组件生产过程中由于助焊剂选择不当，是造成太阳电池组件失效的重要原因之一。组件生产厂家在选择助焊剂时，应在保证助焊效果的前提下，采用中性的免清洗助焊剂。具体要求是；焊后残留物较少、对电池片本身和EVA胶膜无腐蚀性，有足够的热稳定性，且对环境无污染，对操作者无伤害，安全可靠。另外，前几年有些组件生产厂家使用的玻璃纤维也是导致组件内部产生腐蚀的原因之二。使用玻璃纤维虽然有利于组件内部空气的排除，避免气泡的产生；但是玻璃纤维本身就显弱碱性，吸水性很强，杂质含量很高，因此导致组件在使用的过程中就会产生发黄、变色，电性能下降等现象。目前，国内组件生产厂家已经很少使用玻璃纤维。
光伏组件生产环境的净洁度也是出现腐蚀现象的一个主要来源之一。目前，国内大部分组件生产采用人工操作，每道工序应避免裸手直接接触电池片，应戴汗布手套或指套，以减少对电池片的污染，时刻保证工作台面的清洁和生产环境的通风换气，电池片很容易吸潮，在生产过程中应尽量缩短从开包到封装的时间，如果暂时不用一定要密封保存，避免生产过程中产生的人为污染。

1.2组件电性能衰减或无输出

在组件使用的过程中，总有一些组件在使用2-3年以后出现功率明显下降电性能明显衰减的现象，有些甚至超过了当初承诺的组件10年内功率衰减10%，20年内功率衰减20%的比例。组件产生这种电性能衰减的因素有很多，如原材料自身原因、生产工艺不成熟、生产环境因素等等。通过分析我们可以总结原因如下：

第一，太阳电池片本身就存在一定的衰减。晶体硅太阳电池组件开始使用一段时闻以后，在电性能方面都会出现1%～2%不同程度的衰减，这是由电池片本身材料特性所决定的，由于电池片中的硼、氧在光照能量下激发、反应，产生硼氧复合对，形成载流子复合中心，从而导致电池片转换效率下降。
第二，EVA胶膜的使用不当导致组件电性能下降。我们知道EVA是太阳电池组件封装过程中一种非常关键的原材料，EVA的使用不当也会导致组件电性能下降。EVA在常温状态下不发粘，加热到所需的温度后将发生本质的变化(包括物理变化和化学变化)，将三层材料(钢化玻璃、太阳电池片和绝缘背板)粘接到一起，形成太阳电池组件，主要起到粘接密封的作用。EVA交联度是测试EVA胶膜经过层压、固化以后达到热熔交联程度的指标，正常情况下，EVA的交联度至少要达到60%以上，这样才能保证组件在恶劣的环境中长期 · 稳定、安全运行。如果EVA交联度达不到规定的要求，EVA的性能很不稳定，在正常使用的过程中，抗紫外性能很差，很容易发生热胀冷缩导致电池片隐裂或短路，久而久之，这种电池片的电阻就会增大，在强烈太阳光的照射下，其局部温度迅速升高，甚至出现电池片炸裂，最终导致了太阳电池组件的失效。
第三，焊接对电池片造成的潜在损伤导致组件电性能下降。在整个太阳电池组件封装的过程中，焊接是一道特殊工序，焊接工艺是否成熟直接影响太阳电池组件的产品质量，同时这也是整个生产过程中一个关键的生产成本控制点。焊接温度和焊接速度是该工序的两个主要控制指标，焊接温度太低可能会导致虚焊焊接温度太高或焊接时间太长一方面碎片率就会增加，另一方面就会对电池片内部造成潜在的损伤，这种损伤是无法用肉眼能观察到的，这也是导致电池片在使用过程中电性能衰减的一个重要原因之一。

第四，员工的操作手法不当造成的。个别组件在使用一段时间以后甚至出现了无输出的情况，这种情况主要是由于员工在制作出线或与接线盒进行连接时焊接时间太长造成的。大家知道，铜的传热是非常快的，员工在制作出线或与接线盒进行焊接时，为了保证焊接质量，将烙铁长时间搭在焊接点上，这时焊接点的温度迅速传到汇流条的另一端使原先已经焊好的节点出现松脱，久而久之，就出现了断路。

除此之外，还有很多细节问题都会间接导致组件的电性能下降，尤其今后的电池片将会越来越薄，层压压力过大、搬运过程中造成的组件弯曲等等方面都会对电池片造成潜在的细小裂纹，这也是组件在长期的使用过程中出现性能下降的原因之一。

1.3EVA胶膜黄变

EVA产生黄变，这对组件的使用是非常致命的，EVA材料品质问题、生产工艺不当、贮存环境都有可能导致组件产生黄变。个别厂家在认证过程中也出现过这种情况，黄变的部位有的出现在组件的局部，而有的则整个组件都出现黄变，黄变的部位可以肯定的是EVA内部已经发生了化学反应，可能是EVA胶膜本身就夹带了易使EVA发黄的物质或接触的物质中本身就存在与EVA发生化学发应的物质，也有可能是EVA受光、热、氧等作用的老化所造成的。在使用EVA的过程中，要严格控制好贮存环境，应将其置于恒温、恒湿的仓库内，温度控制在30℃之内，湿度小于60%，应避光、避热、避潮。同时保证EVA在其有效范围内使用，打开包装的EVA应在24小时内使用完，如果暂时不用一定要密封保存，另外一定要保证EVA的交联度要达到规定的要求，这样才能保证组件能够经受时间的考验。

1.4其他失效现象

晶体硅太阳电池组件在使用过程中失效因素还有很多，如热斑效应、电池片炸裂、玻璃碎裂、汇流条发黄、电池片栅线消失等等。像玻璃碎裂就和组件的设计有很大关系，在组件的设计过程中边框和玻璃的配合二定要顶留一定的热胀冷缩空间，材料本身就具有一定的热膨胀系数，如铝型材热膨胀系数为2.35×10-5，玻璃的热膨胀系数为0.903×10-5，如果在设计的过程中玻璃与边框的配合间隙不当，很容易使组件在使用的过程中由于表面温度升高而出现碎裂。另外在设计时，组件和支架的安装要有一定的调节余地，否则就会因为加工误差和安装不当导致组件应力集中而出现碎裂，这种现象在前几年的光伏发电系统工程项目中是比较常见的。汇流条发黄一方面是是由材料本身的原因造成的；另一方面是由助焊剂的腐蚀或在生产过程中受到某种污染，在长期的光照使用过程中出现了化学反应。总之，太阳电池组件在使用过程中出现的这些失效现象，都是由于生产厂家在制造太阳电池组件的过程中某一环节控制不当造成的在这些问题出现之前都可以采取一定措施进行预防。

2应采取的预防措施

第一、选用高品质的原材料。在整个太阳电池组件生产的过程中，电池片的成本占到总成本的80%以上，其他的原材料成本对总成本影响很小，因此，应尽量选用高品质的原材料，从而降低原材料品质问题带来的后期风险。第二、成熟的生产工艺。生产厂家应根据自身企业生产环境、生产设备、原材料情况等条件的差异，摸索出一套适合于自己工厂的最佳生产工艺参数，并通过原材料的不断更新进行适当调整，不断完善。第三、培养高素质员工。企业可以通过培训、学习、举行各种活动、完善企业文化等手段，来提高员工的业务水平，增强员工的凝聚力，提高员工的团队精神，激励员工将以最佳的状态投入到工作当中。同时也可以邀请行业内的一些专家到生产企业进行参观、指导，并对员工进行专业培训，提高员工的专业素质和质量意识，使其操作更加标准、规范。

高品质的原材料、成熟的生产工艺加上高素质人才这样才能够制造出优质的产品。在组件生产的过程中，除了以上几点以外，其中有些细节的控制也是非常重要的，很多时候我们就是因为常常忽略了一些很小的问题而导致客户的投诉甚至出现退货。