畢業(yè)設(shè)計--太陽能電池組件生產(chǎn)工藝及其缺陷分析

1、<p>　　太陽能電池組件生產(chǎn)工藝及其缺陷分析</p><p>　　摘要：本文主要闡述太陽能組件生產(chǎn)的工藝及其生產(chǎn)流程，著重論述EL檢測技術(shù)在組件檢測中的應(yīng)用。并結(jié)合到銀星能源光伏發(fā)電設(shè)備制造公司實習(xí)的工作情況，用手機將其中的失效形式記錄了下來并重點討論了工序中可能出現(xiàn)的缺陷。為了便于缺陷分析，特地將電池局部損壞處照了下來，并就分析結(jié)果提出改進措施。以期改進太陽電池組件的生產(chǎn)材料、設(shè)計以及工藝程序，進而

2、提高太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率，同時也對太陽能電池組件的生產(chǎn)有著重要的指導(dǎo)作用。</p><p>　　關(guān)鍵詞 太陽能電池；組件生產(chǎn)工藝；EL測試；缺陷分析； </p><p>　　Abstract: This article focuses on solar panel production technology and production processes, focuses on

3、EL detection technique and its application in component testing. Combined with the working state of Yinxing energy photovoltaic Equipment Manufacturing Company practice, with the mobile phone will form of failure which w

4、as recorded and discussed the possible defects in the process of. In order to facilitate the analysis of defects, especially the local damage battery shines down, and the resu</p><p>　　Keywords: solar cells

5、;components production; EL testing; defect analysis;</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p><b>　　第1章 綜述2</b></p><p>　　1.1 光

6、伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2 太陽能電池3</p><p>　　1.3 太陽能電池組件4</p><p>　　1.31 組件概念及要求4</p><p>　　1.32 組件的工作原理5</p><p>　　第2章 組件的生產(chǎn)工藝6</p><p>　　2.1 裁

7、剪工藝6</p><p>　　2.2 電池片的分選7</p><p>　　2.3 電池片單焊8</p><p>　　2.4 電池片串焊9</p><p>　　2.5 疊層鋪設(shè)9</p><p>　　2.6 中檢測試10</p><p><b>　　2.7 層壓10<

8、/b></p><p>　　2.8 修邊、裝框及粘接接線盒11</p><p>　　2.9 組件終測及包裝13</p><p>　　第3章 EL測試14</p><p>　　3.1 EL測試原理14</p><p>　　3.2 EL在組件生產(chǎn)過程的應(yīng)用14</p><p>　　第

9、4章 組件中的主要缺陷分析及改進意見16</p><p><b>　　4.1 斷柵16</b></p><p><b>　　4.2 氣泡17</b></p><p><b>　　4.3 短路18</b></p><p><b>　　4.4 裂片18</

10、b></p><p><b>　　結(jié)論20</b></p><p><b>　　致謝21</b></p><p><b>　　參考文獻22</b></p><p>　　附錄A：文獻綜述123</p><p>　　附錄B：文獻綜述223&l

11、t;/p><p>　　附錄C：發(fā)表的相關(guān)論文23</p><p>　　附錄D：外文文獻1及其翻譯23</p><p>　　附錄E：外文文獻2及其翻譯23</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　我國正處在經(jīng)濟轉(zhuǎn)型和蓬勃發(fā)展時期，但能源稀缺更加嚴(yán)峻，由于城市中大量使用化石燃料

12、，加劇了環(huán)境惡化。開發(fā)和利用可再生能源來實現(xiàn)又好又快的發(fā)展是我國未來必要的選擇。由于太陽能光伏發(fā)電的諸多優(yōu)點，其研究開發(fā)已經(jīng)成為現(xiàn)在世界各國爭相競爭的熱點，我國雖然將目光轉(zhuǎn)向光伏比較晚，但對于光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展很重視。太陽能電池組件是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心，組件的工作壽命是決定一個光伏發(fā)電系統(tǒng)成功與否的一個極重要因素。只有通過對太陽能電池組件生產(chǎn)工序中出現(xiàn)的缺陷進行分析，才能夠改進太陽能電池組件的生產(chǎn)材料、設(shè)計以及工藝程序，進而提高太陽能光伏

13、發(fā)電系統(tǒng)的效率。</p><p>　　本文主要介紹了光伏組件的生產(chǎn)過程及各環(huán)節(jié)需注意的事項，從而讓大家對組件的制造有所了解，指導(dǎo)生產(chǎn)減少一些不必要的問題。詳細(xì)地分析工序中出現(xiàn)的缺陷，希望能改進組件生產(chǎn)的工藝、提高效率和穩(wěn)定生產(chǎn)，進而提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。</p><p><b>　　第1章 綜述</b></p><p>　　1.1 光伏發(fā)

14、電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　在當(dāng)今油、碳等能源短缺的現(xiàn)狀下，各國都加緊了發(fā)展光伏的步伐。美國提出“太陽能先導(dǎo)計劃”意在降低太陽能光伏發(fā)電的成本，使其2015年達(dá)到商業(yè)化競爭的水平；日本也提出了在2020年達(dá)到28GW的光伏發(fā)電總量；歐洲光伏協(xié)會提出了“setfor2020”規(guī)劃，規(guī)劃在2020年讓光伏發(fā)電做到商業(yè)化競爭。在發(fā)展低碳經(jīng)濟的大背景下，各國政府對光伏發(fā)電的認(rèn)可度逐漸提高。太陽能光伏發(fā)電在21世

15、紀(jì)會占據(jù)世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。預(yù)計到2030年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30%以上，而太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中的占比也將達(dá)到10%以上；到2040年，可再生能源將占總能耗的50%以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上【1】。</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計，2013年全球光伏發(fā)電系統(tǒng)新增裝機容量超過37GW（3700萬千瓦），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了2012

16、年的29.9GW。截至2013年底的累計裝機容量為136.7GW。各國家和地區(qū)方面，新增裝機容量最多的是中國，為11.3GW，其次是日本，為6.9GW，排在第三位的是美國，為4.8GW。而在最近十年左右一直推動光伏發(fā)電市場發(fā)展的歐洲，2013年新增裝機容量則大幅減少。德國為3.3GW，較2012年的7.6GW減少約57％，意大利為1.1G～1.4GW，較2012年減少約70％。EPIA表示，“市場的主戰(zhàn)場已由原來的歐洲轉(zhuǎn)向亞洲”【2】。

17、</p><p>　　我國太陽能資源非常豐富，大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米4千瓦時以上，理論儲量達(dá)每年1.7萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，太陽能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。從全國太陽年輻射總量的分布來看，青藏高原和西北地區(qū)、華北地區(qū)、東北大部以及云南、廣東、海南等部分低緯度地帶均為太陽能資源豐富或較豐富的地區(qū)。我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用空間也非常廣闊。第一，我國有荒漠面積100余萬平方公里，主要分布在光照資源豐富的西北地區(qū)，

18、如果利用荒漠安裝并網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)則可以提供非?？捎^的電量。第二，太陽電池組件不僅可以作為能源設(shè)備，還可作為屋面和墻面材料，既供電節(jié)能，又節(jié)省了建材，具有良好的經(jīng)濟效益。第三，迄今我國邊遠(yuǎn)地區(qū)仍有較多居民尚未用電，如果單純依靠架設(shè)電網(wǎng)供電，則成本高，建設(shè)周期長，不經(jīng)濟。太陽能發(fā)電無需架設(shè)輸電線路，且建設(shè)周期短，可以有效解決邊遠(yuǎn)地區(qū)用電的難題【1】。</p><p>　　近幾年中國光伏產(chǎn)業(yè)快速崛起，根據(jù)國家能源局統(tǒng)

19、計，截至2013年末，全國發(fā)電設(shè)備裝機容量為12.47億千瓦，同比增長9.3%；其中，火電8.62億千瓦，水電2.80億千瓦，核 電1461萬千瓦，并網(wǎng)風(fēng)電7548萬千瓦，并網(wǎng)太陽能1479萬千瓦，上述電源裝機分別同比增長5.7%、12.3%、16.2%、24.5%和 335.1%。太陽能光伏發(fā)電方面，近年來隨著國家對太陽能發(fā)電扶持力度增強，以及多晶硅價格下跌、組件成本下降，我國太陽能光伏發(fā)電試點工程逐漸增多、裝機規(guī)模迅速增長。截至20

20、13年末的我國光伏發(fā)電裝機總?cè)萘繛?479萬千瓦，2010-2013年的年均復(fù)合增長率達(dá)到316.30%。2012年以來，光伏電站建設(shè)成本下降，以及標(biāo)桿電價和補貼政策密集推出，特別是分布式發(fā)電多項扶持政策得到落實，使得我國光伏裝機容量規(guī)?？焖僭鲩L【3】?！短柲馨l(fā)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃》明確太陽能發(fā)電的發(fā)展目標(biāo)、開發(fā)利用布局和建設(shè)重點。到2015年底，太陽能發(fā)電裝機容量達(dá)到2100萬千瓦以上，年發(fā)電量250億千瓦時。其中，光伏電站裝機容量

21、約1000萬千瓦，太陽能光熱發(fā)電裝機容量100萬千瓦，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)約1</p><p><b>　　1.2 太陽能電池</b></p><p>　　太陽能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件，這種光電轉(zhuǎn)換過程通常叫做“光生伏打效應(yīng)”，因此太陽能電池又稱為“光伏電池”。用于太陽能電池的半導(dǎo)體材料是一種介于導(dǎo)體和絕緣體之間的特殊物質(zhì)

22、，和任何物質(zhì)的原子一樣，半導(dǎo)體的原子也是由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成，半導(dǎo)體硅原子的外層有4個電子，按固定軌道圍繞原子核轉(zhuǎn)動。當(dāng)受到外來能量的作用時，這些電子就會脫離軌道而成為自由電子，并在原來的位置上留下一個“空穴”，在純凈的硅晶體中，自由電子和空穴的數(shù)目是相等的。如果在硅晶體中摻入硼、鎵等元素，由于這些元素能夠俘獲電子，它就成了空穴型半導(dǎo)體，通常用符號P表示；如果摻入能夠釋放電子的磷、砷等元素，它就成了電子型半導(dǎo)體，以符號N代

23、表。若把這兩種半導(dǎo)體結(jié)合，交界面便形成一個P－N結(jié)。太陽能電池的奧妙就在這個“結(jié)”上，P－N結(jié)就像一堵墻，阻礙著電子和空穴的移動。當(dāng)太陽能電池受到陽光照射時，其中一部分光線被反射，一部分光線被吸收，還有一部分光線透過電池片。被吸收的光能激發(fā)被束縛的高能級狀態(tài)下的電子，產(chǎn)生電子—空穴對，在P－N結(jié)的內(nèi)建電場作用下，使太陽能電池的受光面有大量負(fù)電</p><p>　　圖1—1 太陽能電池發(fā)電原理</p>

24、<p>　　1.3 太陽能電池組件</p><p>　　1.31 組件概念及要求</p><p>　　太陽能電池組件通常簡稱光伏組件或電池板。太陽能電池組件是把多個單體的太陽能電池片根據(jù)需要串聯(lián)、并聯(lián)起來，并通過專門材料和專門生產(chǎn)工藝進行封裝后的產(chǎn)品。</p><p>　　合格的組件通常滿足這些要求：能夠提供足夠的機械強度，使太陽能電池組件能經(jīng)受運輸、

25、安裝和使用過程中發(fā)生的沖擊、振動等產(chǎn)生的應(yīng)力，能經(jīng)受住冰雹的沖擊力；具有良好的密封性，能夠防風(fēng)、防水、隔絕大氣條件下對太陽能電池片的腐蝕；因太陽能電池串聯(lián)、并聯(lián)組合而引起的效率損失要小；具有良好的電絕緣性能；抗紫外線輻射能力強；太陽能電池片之間連接可靠；工作電壓和輸出功率按不同的要求設(shè)計，可以提供多種接線方式，滿足不同的電壓、功率電流輸出要求；工作壽命長，要求太陽能電池組件在自然條件下能夠使用20年以上【5】。</p>&

26、lt;p>　　1.32 組件的工作原理</p><p>　　太陽能電池組件由硅太陽能電池片串并聯(lián)，用鋼化玻璃、兩層EVA膠膜及TPT背板膜熱壓密封而成，周邊加裝鋁合金邊框。太陽光照射在組件的上表面，經(jīng)由太陽能電池片組的光伏效應(yīng)轉(zhuǎn)化成為電能，所產(chǎn)生的電能通過由電池片、互聯(lián)條、匯流帶和負(fù)載所組成的回路，對負(fù)載進行電能供應(yīng)，也可進入蓄電池中保存。（結(jié)構(gòu)圖1—2）</p><p>　　圖1—

27、2 層壓組件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　第2章 組件的生產(chǎn)工藝</p><p><b>　　2.1 裁剪工藝</b></p><p>　　將EVA、太陽能背板、焊帶、匯流帶根據(jù)生產(chǎn)量的要求進行裁剪，以保證優(yōu)質(zhì)、高效的組件生產(chǎn)線的工作。</p><p>　　EVA膠膜是乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物，是一種熱固性的膜狀熱熔膠，在

28、常溫下無粘性，經(jīng)過一定條件下熱壓便發(fā)生熔融黏結(jié)與交聯(lián)固化，變得完全透明，是目前太陽能電池組件封裝中普遍使用的黏結(jié)材料，EVA膠膜的外形如圖2—1所示。EVA和玻璃黏合后能提高玻璃的透光率，起到增透的作用，并對太陽能組件功率輸出有增益作用。在熔融狀態(tài)下，EVA膠膜與太陽能電池片、面板玻璃、TPT背板材料產(chǎn)生黏合，此過程既有物理的黏結(jié)也有化學(xué)的鍵合作用。 為提高EVA的性能，一般都要通過化學(xué)交聯(lián)的方式對EVA進行改性處理，EVA 在固化過程

29、中會發(fā)生交聯(lián)反應(yīng), 形成一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 對太陽電池起到很好的密封作用【6】。因此EVA膠膜能有效的保護電池片，防止外界對電池片的電性能造成影響，增強光伏電池組件的透光性。</p><p>　　圖2—1 EVA的裁剪</p><p>　　太陽能背板材料主要是TPT類復(fù)合膜，TPT類復(fù)合膜外形如圖2—1所示，TPT由多層高分子薄膜經(jīng)碾壓黏合起來的復(fù)合膜，主要由三層組成：含氟膜（或其替代物）

30、+PET層(或其替代物）+EVA粘結(jié)層（有含氟膜、改性EVA、PE、PET等）。TPT復(fù)合膜集合了俗稱“塑料王”的氟塑料具有的耐老化、耐腐蝕、防潮抗?jié)裥院玫膬?yōu)點，和聚酯薄膜優(yōu)異的機械性能、阻隔性能和低吸濕性，因此復(fù)合而成的TPT膠膜具有不透氣、強度好、耐候性好、使用壽命長、層壓溫度下不起任何變化、與粘接才了解和牢固等特點。這些特點正適合進行封裝太陽能光伏組件，作為光伏組件的背板材料有效的防止了各種介質(zhì)尤其是水、氧、腐蝕性氣體等對EVA和

31、太陽能電池片的侵蝕與影響【7】。</p><p>　　圖2—1 TPT裁剪</p><p>　　涂錫焊帶也叫涂錫帶、互聯(lián)條、互連帶，寬一些的涂錫焊帶也叫匯流條或匯流帶，其外形如圖2—3所示。涂錫帶由無氧銅剪切拉拔或軋制而成，所有外表面都有熱度途層。涂錫帶用于太陽能組件生產(chǎn)時太陽能電池片的串焊接和匯流焊接，要求涂錫帶具有較高的焊接操作性及牢固性。涂錫焊帶是光伏組件生產(chǎn)中的專用焊接引線，其中互

32、聯(lián)條是用于電池片與電池片之間連接的焊帶，匯流條是用于電池串與電池串之間匯總連接并引出正負(fù)極引線的焊帶?；ヂ?lián)條與匯流條相比，其寬度相對較窄，厚度相對較薄，允許通過的電流值較小。為了下一道工序的良好進行，焊帶要在助焊劑中浸泡。</p><p>　　圖2—3 焊帶的裁剪</p><p>　　裁剪工藝需要注意事項有裁剪EVA膠膜、太陽能背板、焊帶、匯流帶裁剪尺寸偏差太大，會造成原材料不能用或浪費原

33、材料，增加生產(chǎn)成本；焊帶泡曬不符合要求，容易造成單串焊等工序虛焊或焊接不上造成原材料浪費，生產(chǎn)效率降低，影響組件的質(zhì)量【8】。</p><p>　　2.2 電池片的分選</p><p>　　由于電池片制作條件的隨機性，生產(chǎn)出來的電池性能不盡相同，所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起，所以應(yīng)根據(jù)其性能參數(shù)進行分類；電池測試即通過測試電池的輸出參數(shù)（電流和電壓）的大小對其進行分類，以

34、提高電池的利用率，做出質(zhì)量合格的電池組件。分選電池片時，除了對電池片性能參數(shù)進行分選外，還要對電池片的外觀進行分選，重點是色差和柵線尺寸等【9】。一般從電池片生產(chǎn)廠家采購回來的電池片已經(jīng)進行過分選，但在生產(chǎn)組件時還是應(yīng)該再次進行分選測試。</p><p>　　電池片的分選需要注意事項有分選作業(yè)者不得裸手觸及電池片；若將不同功率擋位的電池片混淆,就會產(chǎn)生木桶效應(yīng),使組件功率下降,甚至導(dǎo)致組件的報廢。</p&g

35、t;<p><b>　　2.3 電池片單焊</b></p><p>　　單焊（正面焊接）是將焊帶焊接到電池正面（負(fù)極）的主柵線上（見圖2—4），焊帶為鍍錫的銅帶，要求焊接平直、牢固，用手輕提焊帶沿45°方向不脫落。過高的焊接溫度和過長的時間會導(dǎo)致低的撕拉強度或碎裂電池。手工焊接時一般用恒溫電烙鐵，大規(guī)模生產(chǎn)時使用自動焊接機【10】。焊帶的長度約為電池邊長的2倍。多出的

36、焊帶在背面焊接時與后面的電池片的背面電極相連【11】。</p><p>　　焊接時，左手捏住焊帶一端約1/3-2/3的長度，平放在單片的主柵線上，焊帶的一端應(yīng)放在離電池片的上邊緣空一個柵格大約2mm的地方。右手拿烙鐵，從上至下均勻地沿焊帶輕輕壓焊。焊接時烙鐵頭的起始點應(yīng)在超出焊帶邊緣0.5mm。焊接中烙鐵頭的平面應(yīng)始終緊貼焊帶【12】。</p><p>　　電池片單焊需要注意的事項有焊接前

37、應(yīng)檢查電烙鐵頭上是否有殘留的焊錫和其他的臟污，如有，將電烙鐵頭在干凈的清潔棉上擦拭去除殘余物；焊接時要用力均勻，不能用力過大，應(yīng)與電烙鐵自重力相當(dāng)；浸泡過助焊劑的焊帶不能在空氣中暴露太長時間，當(dāng)表面產(chǎn)生白色粉末狀時，要重新浸泡；注意焊接溫度，溫度過低可能導(dǎo)致電池片的虛焊、過焊。</p><p>　　圖2—4電池片單焊操作臺</p><p><b>　　2.4 電池片串焊</

38、b></p><p>　　串焊（背面焊接）是將電池片焊接在一起形成一個規(guī)定片數(shù)的電池串，然后用匯流帶再將若干個電池串進行串聯(lián)或并聯(lián)焊接，最后匯合成電池組件并引出正負(fù)極引線。手工焊接時電池片的定位主要靠模具板，上面有9~12個放置電池片的凹槽，槽的大小和電池的大小相對應(yīng)，槽的位置已經(jīng)設(shè)計好，不同規(guī)格的組件使用不同的模板，操作者使用電烙鐵和焊錫絲將“前面電池”的正面電極(負(fù)極)焊接到“后面電池”的背面電極(正極

39、)上【11】（見圖2—5）。使用模具板做到片與片之間間距一致，均勻相等。</p><p>　　串焊需要注意的事項是焊接時不得有虛焊、毛刺等；正面焊帶附近不能有多余的助焊劑結(jié)晶；如發(fā)現(xiàn)有個別尺寸較大的電池片或正電極與負(fù)電極柵線偏移超過0.5mm的電池片時，可將其調(diào)整為該電池串的首片或尾片。 </p><p>　　銀星能源在進行大規(guī)模生產(chǎn)時使用的自動焊接機是其與小牛太陽能公司合作研發(fā)的CH23

40、16型太陽能電池片全自動串焊機（見圖2—6）。這種串焊機采用電磁感應(yīng)焊接，最高溫度可達(dá)300℃ 。機器包括取料、校正柵線及檢測、噴涂助焊劑、焊帶校直與鋪設(shè)、無接觸式電磁感應(yīng)焊接、電池串反面收集、焊后緩降溫這幾部分。</p><p>　　圖2—5 電池片串焊 圖2—6 自動焊接機</p><p><b>　　2.5 疊層鋪設(shè)</b&

41、gt;</p><p>　　疊層鋪設(shè)是將背面串接好且經(jīng)過檢測好的組件串，與面板玻璃及裁制切割好的EVA膠膜、TPT背板按照一定的層次鋪設(shè)好，準(zhǔn)備層壓。面板玻璃事先要進行清洗，鋪設(shè)時電池串與玻璃等材料的相對位置合適，調(diào)整好電池串間的距離和電池串與玻璃四周邊緣的距離，為層壓打好基礎(chǔ)。鋪設(shè)層次由下到上依次為玻璃、EVA膠膜、電池片、EVA膠膜、TPT背板【13】 （圖2—7）。</p><p>

42、　　圖2—7 疊層鋪設(shè)操作</p><p>　　疊層鋪設(shè)需注意的事項是工作臺一定要清潔干凈，以免有垃圾、雜物掉進組件內(nèi)；組件的正負(fù)極引出線位置要正確，符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；貼膠帶過程需戴指套操作，其余過程需戴手套操作；搬移組件進行檢驗時，要注意輕拿輕放。</p><p><b>　　2.6 中檢測試</b></p><p>　　中檢測試通常是將串焊并匯

43、流好的電池串組放置在組件測試儀上進行測試，通過觀察測試出來的功率曲線符不符合設(shè)計要求，通過中檢測試可以發(fā)現(xiàn)電池片的虛焊等問題。而在銀星能源為了在層壓之前就檢測出來有缺陷的組件，就在組件測試儀之前就添加了鏡檢檢查（見圖2—8）。鏡檢就是將組件放在組件鏡面觀察架組件是否有明顯裂片（透出亮光）；組件內(nèi)是否有異物、并片、焊接結(jié)晶、露白等缺陷；檢查組件電池片之間的間距是否正常。中檢測試需注意的事項是抬組件要輕，動作要柔。</p>&

44、lt;p><b>　　圖2—8 鏡檢檢查</b></p><p><b>　　2.7 層壓</b></p><p>　　組件層壓工序就是將鋪設(shè)好得光伏組件放入層壓機內(nèi)（見圖2—9），通過抽真空將組件內(nèi)的空氣抽出，然后加熱使EVA融化并加壓使融化的EVA流動充滿玻璃、電池片和TPT背板膜之間的間隙，同時通過擠壓排出中間的氣泡，將電池、玻璃和背

45、板緊密黏合在一起，最后降溫固化的工藝過程【14】。層壓機是這一工序所用的設(shè)備，具體原理就是當(dāng)層壓機加熱溫度達(dá)到設(shè)定溫度時，把鋪設(shè)疊層好的光伏組件放置于加熱板上并關(guān)合上蓋，上蓋關(guān)合到位后，下室開始抽氣(真空)，置于層壓機內(nèi)的光伏組件逐步受熱，受熱后的EVA逐漸處于熔融狀態(tài)，同時在加熱和EVA熔融的過程中，EVA與電池片、玻璃、TPT之間存在的空氣，以及它們本身在被加熱過程中蒸發(fā)出的氣體，都通過下室的抽氣過程被出室外。抽氣完畢后，下一步是加

46、壓(層壓)步驟。在加壓過程中，下室繼續(xù)抽真空，上室開始充氣，由于下室的真空作用，充氣后的上室氣囊體積膨脹，充斥整個上下室之間，擠壓放置在下室的光伏組件，熔融后的EVA在擠壓和下室抽氣的作用下流動，充滿玻璃、電池片和TPT背板膜之間的間隙，同時排出中間的氣泡，使玻璃、電池片、TPT背板膜通過熔融的EVA緊緊的黏合在一起。黏合在一起的整個光</p><p>　　圖2—9 層壓機

47、圖2—10 層壓后的組件</p><p>　　組件層壓需要注意的事項是擺放組件時應(yīng)平拿平放，手指不能按壓組件；隨時清理高溫布及上室氣囊、下室加熱板上殘留的EVA或其他雜質(zhì)；層壓機長時間不使用，開機后要空機運轉(zhuǎn)幾個循環(huán)，以便將吸附在腔體內(nèi)的殘余氣體和水蒸氣抽出，保證層壓質(zhì)量。</p><p>　　2.8 修邊、裝框及粘接接線盒</p><p>　　裝框前要進行修邊，層

48、壓時EVA熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊，所以層壓完畢應(yīng)將其切除（見圖2—11）。裝框是給玻璃組件裝入注硅膠的鋁邊框，增加組件的強度，延長電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用硅膠填充，各邊框間用角鋁鑲嵌連接（見圖2—12），自動裝邊框時是用自動組框機完成（見圖2—13）。粘接接線盒是用硅膠將接線盒粘接在組件背面并將匯流條插入接線盒中的彈性插件卡子里（見圖2—14），以利于電池組件與其他設(shè)備或電池組件間的連接【8】。</p&

49、gt;<p>　　圖2—11 修邊 圖2—12 裝角鋁</p><p>　　圖2—13 自動組框機 圖2—14裝接線盒</p><p>　　修邊時要求玻璃面朝下，美工刀呈45度角沿玻璃邊緣進行削除多于的EVA和背板，操作中嚴(yán)格避免兩塊組件邊緣、鋼化玻璃角的碰撞，要求不能劃傷背板。裝框時

50、打膠時，氣壓和膠槍移動速度控制要均勻。裝接線盒時，注意正負(fù)極連接正確且不能歪斜，使用電烙鐵焊接引線時，注意電烙鐵不能碰到接線盒的塑料部分。</p><p>　　圖2—15清洗 圖2—16 電性能測試

51、 </p><p>　　圖2—16 電性能測試 圖2—17 耐高壓絕緣性能測試</p><p>　　2.9 組件終測及包裝</p><p>　　組件終測之前要對組件進行清洗（見圖2—15），就是將組件的玻璃表面以及鋁邊框和TPT背板表面的EVA膠痕、污物、殘留的硅膠等清洗干凈。待清洗合格后，進入組件

52、的測試和成品包裝環(huán)節(jié)。對組件測試的內(nèi)容主要是耐高壓絕緣性能的測試（見圖2—17）和電性能的測試（見圖2—16）。電性能的測試的目的是對電池組件的輸出功率進行檢驗，測試其輸出特性，確定組件的質(zhì)量等級。耐高壓絕緣性能的測試是在直流3600V高壓下，檢測組件漏電流及絕緣特性，以保證組件在惡劣的自然條件（雷擊等）下不被損壞。組件包裝目的是將檢驗好的各型號組件按不同的要求進行包裝入庫。包裝作業(yè)中使用的工具有包裝紙木箱、捆包機、打包帶、隔板、護角、

53、薄膜。</p><p><b>　　第3章 EL測試</b></p><p>　　前文已敘述過層壓是通過加熱加壓使EVA融化保持流動使之充滿間隙，將電池、玻璃和背板緊緊黏在一起，最后冷卻固化。因此一旦層壓時出現(xiàn)缺陷，修復(fù)就變的很困難，容易降低生產(chǎn)效率。因此層壓前后進行EL檢測很有必要，并且公司為了杜絕缺陷組件流入市場，減少客訴，就會在包裝前再進行一次EL檢測，這樣在整

54、個生產(chǎn)線添加3~4道EL檢測從而減少客戶投訴率。</p><p>　　3.1 EL測試原理</p><p>　　電致發(fā)光(Electroluminescence)，簡稱EL。EL電致發(fā)光成像檢測原理（見圖2—18）可以表述為：當(dāng)對太陽能電池板PN結(jié)正向通電時，電子與空穴復(fù)合以出射光子的形式釋放能量。電致發(fā)光的光譜在700～1200 nm范圍內(nèi)具有一定光強度，選取CCD成像器件可以捕獲這一圖

55、像。破損部分無電子與空穴復(fù)合現(xiàn)象，也就無能量釋放，捕獲的圖像中電池板缺陷部分將會呈現(xiàn)出明顯的暗斑。利用硅太陽能電池在通電時發(fā)出波長為1150nm 的近紅外線，故可以利用近紅外攝像方法拍攝得到單晶硅太陽能電池的電致發(fā)光圖像【16】。電致發(fā)光測試儀可以立即發(fā)現(xiàn)組件生產(chǎn)中的問題，從而提高生產(chǎn)平均效率，提高效益，被認(rèn)為是光伏組件生產(chǎn)線的“眼睛”。 </p><p>　　圖2—18 EL測試原理圖</p>&

56、lt;p>　　3.2 EL在組件生產(chǎn)過程的應(yīng)用</p><p>　　目前硅材料太陽能電池片通常由晶體棒切片而成。但由于晶體硅成本價格高，為了節(jié)省硅材料，通常會把切片切的很薄。而在組件生產(chǎn)中會對電池片的多次加工使電池片破損率增大，在生產(chǎn)過程中就會產(chǎn)生黑斑、等級混亂、碎片、網(wǎng)紋、斷柵等缺陷，這樣會使太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率更低。EL檢測技術(shù)可以提供晶體硅太陽能電池的電學(xué)特性和材料等相關(guān)信息，即利用EL圖像的亮度正比

57、于電池片中光子擴散長度與電流密度的原理可以測試鋪設(shè)好的準(zhǔn)備層壓件。</p><p>　　在銀星能源公司組件生產(chǎn)線中一般是在層壓前和層壓后進行檢測（見圖2—19）。通過EL測試對缺陷的總結(jié)與分析，能夠改進組件的制造工藝、增強組件的質(zhì)量，進行指導(dǎo)組件的生產(chǎn)。</p><p>　　圖2—19 銀星EL檢測機的應(yīng)用</p><p>　　第4章 組件中的主要缺陷分析及改進意見

58、</p><p>　　光電轉(zhuǎn)換是目前太陽能最重要的利用形式，因Si片基體的易碎性，且破損電池單元將直接影響到組件的輸出功率和使用壽命，同時為了降低Si材料消耗，控制生產(chǎn)成本，許多國家都在進行太陽能電池缺陷的相關(guān)研究。</p><p><b>　　4.1 斷柵</b></p><p>　　電池片有兩種柵線（圖4—2），一種是主柵線，是兩條較寬的銀

59、白線，另一種是細(xì)柵線，主要是將電池片的負(fù)電荷收集匯向主柵線。斷柵主要指細(xì)柵線的斷裂（如圖4—1）。</p><p>　　圖4—1 細(xì)柵線斷裂 圖4—2正常電池片</p><p>　　圖4—3 EL觀察到的黑色線狀斷柵</p><p>　　斷柵會使電流效率降低，會影響光譜響應(yīng)特性，降低電池片的轉(zhuǎn)換效率。如果在層壓前沒有將這種電池片分流

60、，在層壓后，電池片表面會出現(xiàn)沿著柵線方向長短不一的黑色線狀痕跡的斷柵情況（圖4—3）。輕微的斷柵對組件影響不大，可以將組件歸為低檔產(chǎn)品出售，但斷柵嚴(yán)重的話，就會影響電池片的電流輸出，造成熱斑效應(yīng)，進而影響到整個組件的電性能。</p><p>　　造成斷柵的主要原因一方面是電池片本身就有缺陷，即生產(chǎn)電池片的絲網(wǎng)印刷參數(shù)沒調(diào)好，絲網(wǎng)印刷質(zhì)量不佳，或者網(wǎng)版堵塞等問題引起的，又或者是硅片的切割不均。另一方面是電池片受外力

61、破壞，如在電池片分選工序中，作業(yè)者用力扇動電池片或取電池片之間發(fā)生摩擦。</p><p>　　改善措施是將信息反饋到電池片生產(chǎn)部門，向漿料加稀釋劑重新調(diào)配或調(diào)整、更換網(wǎng)版；對電池片分選作業(yè)者進行培訓(xùn)，嚴(yán)格按照工藝規(guī)程操作。</p><p><b>　　4.2 氣泡</b></p><p>　　氣泡包括兩種，一種是層壓時出現(xiàn)氣泡，另一種是組件在外

62、界使用過程中出現(xiàn)氣泡。這里主要講述前一種氣泡（圖4—4）。</p><p><b>　　圖4—4 層壓氣泡</b></p><p>　　在層壓時產(chǎn)生的氣泡影響組件的外觀，工作效率和使用壽命。受到光線和組件工作產(chǎn)生熱量的影響，氣泡會形成連續(xù)的通道。隨著時間的推移，脫層缺陷的出現(xiàn)使組件報廢。</p><p>　　由于原材料本身、前道工序操作不規(guī)范或

63、層壓工藝等因素均可能造成層壓氣泡，現(xiàn)對可能造成組件氣泡的原因做探索性分析總結(jié)：1）原材料方面，EVA膠膜材料本身不純或因裁剪、放置的時間過長而吸潮，從而影響膠膜與玻璃的黏結(jié)力，造成層壓產(chǎn)生氣泡。2）層壓工藝方面，主要有抽真空的時間太短，加壓已不能把氣泡趕出；層壓的壓力不夠；層壓機內(nèi)加熱板溫度不平衡，使EVA局部提前固化；層壓抽氣時間過短或者加熱溫度過高，使EVA熔融過快阻隔了因熱分解而產(chǎn)生的氧氣通過下室的抽出；真空度抽不到位，往往造成腔

64、體內(nèi)部含有殘余氣體，降低層壓質(zhì)量。3）前道工序問題，組件內(nèi)有異物存在，使異物旁邊有氣體存在；匯流條過厚，形成高低落差，造成抽真空困難；作業(yè)者裸手操作EVA、玻璃，使玻璃、EVA沾有汗水；在焊接工序中，電池片表面留有白斑—助焊劑結(jié)晶物，在高溫下產(chǎn)生氣體造成氣泡。</p><p>　　在I—V測試及EL檢測中顯示不出氣泡這種缺陷，只能由作業(yè)者肉眼觀察，這樣無形就降低了生產(chǎn)效率和增加了不良產(chǎn)品流入市場的幾率，故需要減少

65、氣泡的產(chǎn)生，改善方法是原材料采購選擇品牌較好的生產(chǎn)廠家，并明確EVA每天用量，做好防潮、防塵的工作；根據(jù)組件生產(chǎn)出現(xiàn)的缺陷，及時實驗重新設(shè)置層壓參數(shù)，使抽真空時間適量，溫度適中；做好層壓機的日常維護、保養(yǎng)工作；選用助焊劑和焊帶的浸泡工序中嚴(yán)格控制參數(shù)，以確保助焊劑充分發(fā)揮的同時不產(chǎn)生白斑；注重6S管理，尤其在疊層工序，盡量避免異物掉入。</p><p><b>　　4.3 短路</b><

66、;/p><p>　　圖4—5 短路在EL測試顯示</p><p>　　組件的短路電池片會造成I—V測試曲線不規(guī)則且在EL測試中顯示的是一團黑影（圖4—5），使組件的電壓偏小，實際功率與標(biāo)稱功率不符，降低組件輸出功率和填充因子FF。</p><p>　　造成短路缺陷的原因一般有以下幾種情況：1）串焊過程中將電池片正負(fù)極接反；2）在焊接工序中，焊錫過多導(dǎo)致電池片正負(fù)極被焊錫

67、漫過產(chǎn)生短路；3）由異物，如焊帶或其他導(dǎo)電雜物直接連接電池正負(fù)極造成。</p><p>　　改善方法是增加對組件半成品二次檢查工位，銀星能源在這方面就額外增加了I—V測試和EL檢測，一方面就為了檢查出短路組件。另外，在焊接工序中要求作業(yè)者降低用錫量并做好焊后檢查工作。</p><p><b>　　4.4 裂片</b></p><p>　　組件裂

68、片有顯裂（圖4—5）、隱裂（圖4—6）之分。顯裂可以通過鋪設(shè)工序中的鏡檢檢查出來，也可以通過EL檢測顯示。通常顯裂是由于電池片遭受大的應(yīng)力造成的。隱裂較小，影響組件電流的輸出，從而使組件甚至光伏陣列的輸出功率降低，而且在外界機械載荷下會增大隱裂范圍，導(dǎo)致電池片出現(xiàn)開路性的破壞。隱裂較大時，會產(chǎn)生熱斑效應(yīng)，導(dǎo)致整個電池片有一塊失效區(qū)，加速組件的老化。</p><p>　　圖4—6 組件顯裂

69、 圖4—7 組件隱裂</p><p>　　由于工序本身所出現(xiàn)的的弊端、焊接方面或者后道工序的外力因素均有可能造成電池片裂片，因此很難尋求統(tǒng)一的規(guī)律或得出確切性的答案，現(xiàn)對可能造成電池片裂片的原因做探索性分析總結(jié)：1）組件本身弊端，因電池片和焊帶有不同的溫度膨脹系數(shù)及承受扭曲負(fù)荷能力不同，從而焊帶產(chǎn)生的應(yīng)力作用在電池片上；進行手工焊接時，單焊、串焊不同時完成，電池片會將會熱變形兩次，大大增

70、加了隱裂電池片的產(chǎn)生。2）焊接方面，選用的焊帶硬度較大，在電烙鐵走過后，產(chǎn)生的應(yīng)力較大；過高的焊接溫度和過長的焊接時間，使電池片產(chǎn)生變形；焊接平臺的預(yù)熱溫度設(shè)置不達(dá)標(biāo)，使電烙鐵與電池片之間有過大的溫差或使電池片的冷卻速度過快，使應(yīng)力堆積在太陽能電池內(nèi)部造成裂片；焊接操作時，有焊錫渣、堆錫現(xiàn)象，在抽真空時電池片受力被壓碎。3）層壓方面，主要是層壓機參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，層壓過早、層壓壓力過大或者玻璃纖維布有EVA殘留，再或者是6S管理較差，在疊層

71、工序，異物吸附到組件內(nèi)，經(jīng)層壓后導(dǎo)致電池片裂片。4）諸多人為因素，在分選工序中，作業(yè)者用力扇動電池片或測試儀探針與電池片的主柵線不對齊，可能造成電池片隱裂和裂片；焊接作業(yè)者拿取電池片或電烙鐵的手勢不合理和用力太大</p><p>　　改善措施是對焊接工序作業(yè)者的焊接質(zhì)量進行把關(guān)，對焊接參數(shù)進行重新設(shè)定并進行針對性培訓(xùn)，使焊接一次成型；在進行焊接時，互聯(lián)條需留有應(yīng)力釋放環(huán)；調(diào)整層壓工藝參數(shù)，減少層壓壓力；生產(chǎn)車間做

72、好除靜電工作，如在焊接平臺和車間地面鋪有專用防靜電橡膠毯，另一方面還能保證地面平整；做好6S管理，避免有異物進入組件內(nèi)；在車間周圍安裝滅蚊燈，減少飛蟲進入；條件允許下，盡可能使用自動化生產(chǎn)線，減少人為因素造成的裂片。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本文對太陽能電池組件的缺陷形式及其產(chǎn)生機制進行了分析，并提出了自己的改進措施。本文的主要工

73、作如下：</p><p>　　（1）對光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)狀、光伏發(fā)電的基本原理進行了簡單闡述； </p><p>　?。?）對太陽能組件的生產(chǎn)工藝進行詳細(xì)的論述；</p><p>　?。?）對銀星觀測到的組件缺陷形式進行了詳細(xì)闡述，并且附以作者采集到的組件缺陷相片，提出改進措施； </p><p>　　本文限于篇幅、時間、以及作者的能力，

74、沒有對太陽能電池組件個個生產(chǎn)工序的可能產(chǎn)生的缺陷一一進行詳細(xì)總結(jié)、研究與論證。如果沒有各方面的限制，研究者還可以進行大量的長時間跟蹤觀測以及各種老化試驗。</p><p>　　在此次設(shè)計中，作者對組件生產(chǎn)工藝的基本知識等有了更深刻的了解，良好地掌握了設(shè)計的基本知識和方法。這些將使作者了解并掌握工程設(shè)計的要求、過程和方法，不僅鞏固了所學(xué)理論知識，而且培養(yǎng)了我們運用所學(xué)知識進行分析和解決工程實際問題的綜合能力。<

75、;/p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　經(jīng)過半年的學(xué)習(xí)以及自己的分析和總結(jié)，我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。在畢業(yè)設(shè)計過程中，充滿了種種困惑，也遇到了種種失敗，但總算堅持過來了。 </p><p>　　在這里，我首先要感謝我的指導(dǎo)老師劉雄飛，劉老師對我設(shè)計題目的研究方向、結(jié)構(gòu)框架和一些重要的問題給予了很大的幫助并且積極為我聯(lián)系企業(yè)，為

76、我的設(shè)計提供了很多素材，劉老師的學(xué)識和耐心也深深地令我折服。在畢業(yè)設(shè)計過程中，劉老師對我付出的大量心血，使我能夠順利地完成本次畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。他的謙和態(tài)度，耐心教導(dǎo)，是非常值得我學(xué)習(xí)的。 最后，我還要感謝銀星能源公司的康部長，當(dāng)然還有曾經(jīng)執(zhí)教于我的所有老師們。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 2014—2018年中國太陽能光伏發(fā)

77、電產(chǎn)業(yè)投資分析及前景預(yù)測報告[J].中國產(chǎn)業(yè)調(diào)研網(wǎng)</p><p>　　[2]2013年全球光伏發(fā)電系統(tǒng)的導(dǎo)入情況[J].EPIA報告</p><p>　　[3]2014—2018年光伏發(fā)電行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研與市場前景預(yù)測報告[J].中國市場報告網(wǎng)</p><p>　　[4] 李懷輝,王小平,等.硅半導(dǎo)體太陽能電池進展[J].材料導(dǎo)報. 材料導(dǎo)報,2011,（第25卷

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82、line silicon solar cells [J].ICLMCG,2011</p><p><b>　　附錄A：文獻綜述1</b></p><p><b>　　附錄B：文獻綜述2</b></p><p>　　附錄C：發(fā)表的相關(guān)論文</p><p>　　附錄D：外文文獻1及其翻譯</p&g