光伏行业

没那么简单~晶体硅电池/组件隐裂深度分析
发布人:摩尔光伏   发布时间:2017-08-29   浏览次数:242次

  摘 要

  总结晶体硅电池隐裂的研究进展,给出相关测试标准,探讨隐裂探测方法和相关标准中的载荷测试,研究分析在电池生产和电站运行过程中可能造成隐裂和隐裂扩展的原因,并给出隐裂解决方案。通过研究隐裂的特性和测试方法,来降低组件发生隐裂的概率,从而保证组件的可靠性和使用寿命。

  0引言

  随着太阳能逐渐成为新能源中重要的一部分,光伏产业的发展在不断加速。在发展的过程中,光伏组件产品的质量及可靠性受到极大重视。隐裂问题是近些年在光伏电站运行时发现的问题,晶硅组件由于其本身的晶体结构十分容易发生破裂[1],以及晶硅电池片趋向薄化,降低了组件防止机械破坏的能力  [2],更易产生隐裂。组件产生隐裂会降低组件的效率[3]、可靠性和使用寿命,乃至光伏系统的稳定性  [4]。因此,研究隐裂特性及隐裂造成的影响,对组件生产和运行有非常重要的意义。本文主要从以下几方面介绍隐裂有关的研究进展。

  1)研究隐裂特性。不同形状的隐裂对电池造成的损害不一,对形状进行分类时,主要从隐裂与主栅线的相对位置来区分。据统计,平行于主栅线的隐裂对电池发电量的损害最大[5]。其次,模拟组件的应力分布,用有限元分析软件ANSYS对晶硅组件进行应力仿真。仿真时需要考虑机械强度和组件各层材料的热膨胀系数(CTE)。

  2)机械载荷测试与热循环测试。目前IEC61215标准中对组件机械载荷要求,该测试的目的是评估组件对风、雪、静负载或冰雪负载的抵抗能力,将总强度为2400Pa(或5400Pa)的外部环境机械应力垂直施加到组件表面上[6],该测试为静态载荷测试。若要模拟风引起的驰震、颤动,以及由降雨/风力引起的振动等,则需对组件进行动态机械载荷测试,但目前标准中并未做出相关规定。在实际运行中,动态(或热)机械负载对组件所提出的要求要比静态负载高许多[7]。机械载荷测试后进行热循环测试,观察组件产生的隐裂等问题。

  3)隐裂探测方法。由于隐裂难以用肉眼观察到,一般需要通过仪器测试才能探测,很难人为做出定量判断这种看不到的缺陷。目前探测隐裂最常用的方法是电致发光(EL)测试[8],更加精准地探测电池片隐裂的方法有电子散斑干涉法[9]、光致发光(PL)测试[10]、超声波谐振探测法[11]。

  4)组件生产、运输及运行时造成的隐裂与隐裂扩展。在硅片切割[12]、焊线[13]、丝网印刷[14]、层压[15]等生产过程中,电池片受到机械负载与热负载而产生隐裂及隐裂扩展。此外,在组件运输途中[16]会受到更多外力威胁,组件运行时存在昼夜温差和风雪载荷[17]。面对隐裂造成的危害,如何防止隐裂的产生已是整个光伏行业面临的棘手问题。本文将综合目前对隐裂的研究,并分析防止手段。

   1隐裂的特性

   1.1隐裂的类型
  在实际观测中会遇到各种形状的裂纹,经过简单归纳,主要分为6类:树状裂纹、综合型裂纹、+45°/-45°(斜裂纹)、平行于栅线、垂直于栅线、贯穿整个电池片的裂纹,部分如图1所示。并非所有裂纹对组件性能都有严重的影响,经过测试可知,50%的电池片受损与平行于栅线的隐裂有关,斜裂纹、树状裂纹、综合性裂纹影响都在14%~20%之间,由垂直于栅线的隐裂产生衰退的电池片只有1%。

  1.1.1不同隐裂对组件发电性能的影响

  为何当裂纹平行于栅线时会严重减小发电性能?从晶硅电池板的结构来看,收集电流的细栅线垂直于主栅线。当电池表面出现平行于主栅线、垂直于细栅线的裂纹时,导致细裂纹无法将收集的电流汇集到主栅线,引起电池片部分甚至全部失效。如图2所示,不同方向的裂纹导致细栅线断裂,电池片部分区域失效而无法发电。裂纹成45°时,失效面积只占电池片面积的6.25%,但平行于主栅线的裂纹,会造成25%的面积损失;垂直于主栅线的裂纹几乎不影响细栅线,因此造成电池片失效的面积几乎为零[5]。经过机械载荷测试,对各方向裂纹做出统计。平行于栅线的裂纹不仅很有可能造成失效面积,而且该方向裂纹造成的最大损失面积可高达16%~25%以上;组件中2/3的斜裂纹对组件的功率稳定没有影响;树状裂纹会产生大范围的失效面积,在测试时最大失效面积可达55%。

  1.1.2隐裂的空间分布

  垂直裂纹出现几率较小,只在组件边缘处发生。斜裂纹和平行裂纹在组件上分布不均匀,斜裂纹易出现在组件角落的电池片上,且出现斜裂缝电池片的位置主要成对角线关系,而相反方向对角线上的电池片则很少出现。平行裂纹在组件各位置出现概率较大,只在短边最外列出现较少。各类型裂纹在组件上出现的概率如图5所示,颜色越深,说明出现的机会越大。树状和综合型裂纹在电池板上分布较均匀,发生概率也较小[5]。

  1.2对组件的应力分布仿真

  为研究裂纹空间分布的原因,大部分研究采用有限元分析。该技术可模拟风压、雪压等载荷作用在光伏组件时的情况,进行位移、应力分析计算,获得精确的结果。有限元分析可用于静态载荷模拟,模拟条件一般采用IEC61215标准中要求的载荷5400Pa。首先考虑层压过程:在ANSYS中对光伏组件几何模型做适当的简化处理,铝合金边框与玻璃的接触装配采用施加接触支撑约束在接触面的简化形式。由于模型及加载具有对称性,所以建立1/4模型,从而可简化计算[18]。1)设定边界位移为0;2)模型中考虑自重因素,方向竖直向下;3)在实际层压过程中,当温度上升到120℃时EVA开始变软,直到140~150℃以上EVA才与其他层相连,在这期间电池片不受EVA的压力,模拟时层压最高温度设定为145℃;4)在EVA冷却后,由于各层材料的热膨胀系数不同,会产生应力。然后考虑机械载荷,在光伏组件表面模拟施加5400Pa载荷,模拟结果发现,靠近组件中心区域主要受拉伸应力,组件边缘的电池片主要受抗压应力[19]。计算出形变位移云图,最大形变位移发生在板的中心,由中心向四周递减。计算应力云图,发现最大综合应力发生在太阳电池层压板长边中间区域[18]。
    除机械载荷,温度也对组件隐裂产生影响。硅是易碎的材料,是线弹性结构,模拟裂纹扩展应用(LinearFractureMechanics,LEFM),用应力强度因子(StressIntensityFactors,SIFS)计算隐裂扩展,通过定义裂纹的尖端条件模拟[20]。在组件上均匀模拟5400Pa机械载荷,分析图如图6所示,箭头方向为应力方向,长度表示大小。组件中央受到的应力最大,形成的裂纹方向一般与应力的方向垂直,从图6可看出,竖直方向的应力较大,这也解释了平行栅线的裂纹远多于垂直裂纹的原因。

  组件边缘的应力分布可观察斜应力的分布情况,从图7显示的情况来看,斜方向的应力作用在组件上时,最大值出现在组件边缘处。同样的,观察另一斜对角方向的应力时,最大值出现在另两个边缘位置。

  2隐裂对组件功率的影响

  从长远来看,组件隐裂纹会造成极大的功率损失,主要是组件中的裂片会极大地影响组件性能。经过湿冻测试,隐裂纹有可能扩展,形成退化区域,该区域仍和电池有链接;或成为完全裂片的失效面积,失效面积为Ainactive。通过对隐裂组件做仿真测试,研究以下几种情况下隐裂引起的影响。

  1)当单个电池片产生隐裂时,隐裂对该电池片造成的功率影响。经过电路仿真发现,如果单个电池片某处形成裂片,那么当失效面积Ainactive与总面积Atotal之比小于8.25%时,该隐裂对组件功率影响不大。

  2)组件上的电池片产生隐裂,对整个组件功率的影响。通常组件上60个电池片串联,每20个电池片与1个旁路二极管并联保护组件。影响功率损失最大的因素在于电池片的失效面积,其次是产生隐裂的电池片数目。当某个电池片产生隐裂时,旁路二极管由阻断转为导通状态,可保护其他两串正常工作的电池片,保证剩余40个电池片正常工作。由此看出旁路二极管对保护产生隐裂的组件有十分重要的作用。研究组件中出现多个有缺陷的电池片,通过其功率损失的模拟结果来看,电池片的失效面积会对功率损失的影响很大。如图9所示,模拟从电池片出现5%~50%的电失效面积,发现组件的功率损失明显增大。而模拟增加隐裂电池片数目时,带来的功率损失只是随着隐裂电池片个数增加而缓慢增加。

  3)隐裂组件对组串的功率影响。通常1个组串中串联约60个电池片,其中每20~22个电池片与旁路二极管并联。若1个组件产生功率损失,最大功率大幅减小,该组件因隐裂产生的功率损失比率,与整个组串的功率损失不等。当失效面积小于8%时,单个组件与组串的功率损失都很小,可忽略不计。但当失效面积超过8%时,组串和单个组件的功率损失都随着失效面积增大而升高,而且20个组件的组串功率失效比单个组件失效高[4]。

  隐裂会造成组件功率配比损失,损失的大小与隐裂的数量呈线性关系[4]。组件中没有隐裂的电池片比有隐裂的抗老化能力更强[21]。实际测试隐裂对组件的衰减时,通常先进行IEC61215-2005《地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定性》10.16中的机械载荷测试,该测试可引入不同类型的裂纹;然后对组件进行IEC61215中10.12加速老化湿冻测试,需经过6h、200次循环;在测试后,采用EL测试对组件进行隐裂观察。

  经过机械负载测试的组件功率衰减不明显,而在经过湿冻测试后,组件功率衰减明显加剧。一些区域在湿冻测试前,由于电阻升高,经低电流EL测试显示比周围颜色较暗;经过湿冻测试后,该区域EL测试图明显加深(变为黑色),有的形成功率衰减区域,有的出现与电池片分离的裂片。老化测试对隐裂影响很大,需要对潜在因素和裂纹的发展趋势作更详细的分析,为可能的风险作出预判[22]。

  参考IEC61215-2005《地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定性》及IEC61730-2:2007《光伏组件安全鉴定的试验方法》,对有不同类型隐裂电池片的组件进行环境测试和安全测试。观察组件在测试前后的功率变化,结果见表1。

  从电学性能上看,比较明显的功率衰减有TC200、抗破损实验、热斑实验及TC50+。针对实验项目而言,机械载荷和抗破损实验后,隐裂更加严重,主要是因为组件直接受外力压迫或撞击,电池片产生新的隐裂,旧的隐裂也会扩大。其次,所处环境温变明显,电池片会不断收缩扩张,内部应力导致隐裂逐步扩大、变严重。热斑测试对隐裂的影响很小[23]。

    3隐裂的检测方法

  根据目前标准测试的情况来看,光伏组件在施加负载时显示出相对较好的力学行为,其中负载标准严格参照IEC61215/61646的IEC批准型测试和IEC61730-2的安全测试。2011年,TüV莱茵对这些测试进行了内部扩展实验,结果显示:一批数量为12000块的在认证程序中失败的c-Si组件(2005~2010年),在机械载荷(ML)测试的失败率为12.6%。

  在进行IEC批准型测试时,从10块组件中选取1块,在实际安装条件下对其进行ML测试(IEC61215中10.16)。“该测试的目的是评估组件对风、雪、静负载或冰雪负载的抵抗能力”——这意味着总强度为2400Pa(或5400Pa)的外部环境机械应力垂直施加到组件表面上。目前,机械载荷测试是唯一能检测组件抵抗风、雪能力的测试程序,测试时,利用机械力产生张力或压力来进行模拟。

  3.1静态载荷测试

  标准IEC61215/61646规定,在进行机械载荷测试前,需在同一组件上进行温度85℃和相对湿度(RH)85%的湿热测试。评估组件质量的方法包括:比较测试前后的电能、隔离性能,以及检查任何可能由负载导致的主要可见缺陷。根据该定义,静态载荷测试(SML)用于模拟风、雪载荷。2400Pa静态载荷作用于前表面,然后作用于后表面,最后在电池板前表面施加5400Pa压力,用于模拟高强度载荷测试。因标准测试规定每一种负载都需持续施加3h,总负载施加时间为6h,而组件受力方向则每小时改变一次。图12展示了受到绕y轴弯曲时,组件的张力和应力分布,顶部受到压应力,在底部受到拉应力,在底部封装材料受到的应力会传递到电池片中,与电池片本身的弯曲应力叠加,于是最大的拉应力出现在电池片底部,导致出现隐裂。图13展示了用铝边框封装、长边4个夹子的电池片,在5400Pa压强条件下,底部受第一主应力的影响。

  为研究封装太阳电池的机械特性,首先模拟在x轴和y轴方向的机械载荷。图14展示了探究机械载荷的探究过程。将组件放在负载架上,压载装置按照阶梯状过程,逐渐对电池板增加压力,使电池片出现隐裂。分别将电池片栅线垂直、平行于负载架放置,用EL测试观察电池片情况[24]。

  通过对单晶、多晶硅做多组测试,推算电池板产生隐裂发生的概率与施加应力大小的关系。结果如图15所示。

  3.2动态载荷测试

  在标准IEC61215/61646中,规定对组件施加的压力应约等于速度为130km/h的实际强风所产生的力。例如,欧洲标准EN1991-1-4(用于计算风力对结构的作用)就指出,基本负载假设应该包括空气动力负载因素在内。组件受动态风力影响的例子包括:震动零件引起的爆破震动(由变化中的爆破导致)、涡流引起的横向震动(如驰震、颤动),以及由降雨/风力引起的振动等。动态因素累积起来后将形成一种“准静态”过程,以至于由突发强风引起的共振摆动都会被此过程所掩盖。


  目前最先进的光伏组件测试标准IEC61215和IEC61646,都只规定了静态机械负载测试,而对疲劳应力施加在电池、电池连接器或玻璃、框架之类刚性构件的研究则很少。至于振荡或交变力,实地中的动态(或热)机械负载对组件所提出的要求要比静态负载高许多。由于组件需进行实地安装,附加负载可能会引起内部机械应力,而应力可能来自于电气接头或黏合剂,或与电池或连接器单一材料的持久性、疲劳开裂有关。此外,对于由表面刺激引起的频率范围在12~35Hz之间的组件振动,已通过施加交变风力的方法对其进行测试,不过会引起1.5~3.6mm的较小偏移[25]。IEEE1262提出的动态载荷测试(DML),1440Pa压力作用下每3s循环一次,共循环10000次。BPsolar在STC环境测试箱中测试发现,组件功率因隐裂产生的损失高达20%[2]。PIBerlin结合SML、DML和湿热测试(672h85℃/85%RH)做出观察,发现晶硅组件的裂纹扩展与组件的弯曲曲率关系最大,而不是循环次数。动态测试的压强大小只有静态测试的一半,动态测试循环10000次才与静态测试循环3次造成的效果一样。

  动态测试的高循环次数会引起焊接连接处分离或与铜线断裂。这两种材料的塑性变形在塑性范围之外,且不像晶硅材料在收到张应力时易碎[25]。

  4对电池片及组件的裂纹探测

  电池片及组件的隐裂无法通过肉眼直接看到,需要专门的仪器进行检测。目前探测晶体硅组件、电池片缺陷的方法主要用电致发光(EL)测试,该方法不仅可探测组件隐裂,还可探测到黑斑、黑心、裂片及焊接缺陷等问题,是目前组件生产及电站测试常用的方法。除了对组件成品进行隐裂探测,还要在硅片进入生产线之前,对生产线上的电池片进行严格检测。为了保证产品质量,隐裂探测需尽可能准确地发现电池片缺陷,需对细小裂纹引起警惕,因为裂纹会在各生产环节引起不同程度的扩展[26]。若误把坏片(EI)漏过,在后续生产过程中,会引起裂纹扩展甚至导致裂片。对电池片隐裂的检测方法,有电致发光(EL)测试、电子散斑干涉法(ESPI)、光致发光(PI)测试、超声波共振(RUV)。

  4.1EL测试

  隐裂无法通过肉眼直接看到,因此需要用专门的仪器进行检测。目前EL测试是行业内最常用的一种。

  EL用来测试晶体硅太阳电池片及组件存在的裂纹。其原理是利用太阳电池外加正向偏压,势垒区内建电场减弱,原载流子平衡被打破,发生载流子扩散,注入大量非平衡载流子。太阳电池依靠从扩散区注入的大量非平衡载流子不断复合发光,放出光子;利用红外检测方法,通过CCD近红外相机检测电池片上的缺陷[27]。EL测试的图像亮度与电池片的少子寿命(或少子扩散长度)和电流密度成正比。太阳电池中有缺陷的地方,少子扩散长度较低,从而显示出图像亮度较暗。通过EL测试图像的分析可清晰地发现太阳电池及组件存在的隐性缺陷,这些缺陷包括:硅材料缺陷、扩散缺陷、印刷缺陷、烧结缺陷,以及组件封装过程中的裂纹等。

  4.2电子散斑干涉

  电子散斑干涉可用来快速探测电池片的隐裂纹[9]。其原理是利用加热固定边缘的电池片时发生的热变形,测量在不同温度下电池片应力分布变形的变化。该方法可探测EL测试探测不到的细小裂纹。用电子散斑干涉法探测电池片时,检测图像为与样品同心的明暗相间的条纹。在没有缺陷的区域,产生形状规则的干涉条纹;有缺陷的区域发生热形变后,该区域的应力会重新分布,因而观察到的条纹图形与无缺陷区域明显不同,如切线方向条纹不连续或同心多边形,用CCD拍下干涉图像进行分析。因此,ESPI可用于检测温度梯度大导致的裂纹扩展[28]。

  4.3光致发光探测隐裂

  太阳电池的缺陷往往限制其光电转换、效率和使用寿命。光致发光可快速通过少子寿命变化进行硅片检测,其原理是利用光致发光原理获取晶体硅的荧光照片,且具有高分辨率,用以探测硅片的粗糙面及破损情况。晶体硅吸收外界的光子,产生非平衡少数载流子,一部分载流子复合发光。用CCD相机可得到太阳电池的辐射复合分布图像。这种光强分布反映出非平衡少数载流子的数目分布,裂痕和缺陷处表现为较低的光致发光强度[29]。相比于EL测试需要接触样品才能进行测试,PL测试不接触样品,因此可对生产多晶硅电池片中各生产过程进行监测[10]。PL图像测试的原理是利用少子寿命的变化进行测试[30]。

  目前类稳态光致发光技术(QSSPL)是有效分析硅片及电池片的工具,对电池片氮化及磷化后、氮化未经磷化、丝网印刷等生产过程进行分析[31]。新南威尔士大学Trupk等在QSS-PL测试中利用光导桥整合2cm×2cm的硅探测器,810nmLED作为激发光源,用分光镜和硅探测器测量相对输出强度,PL图像用CCD相机捕获[31]。PL测试的好处在于成像像素高,不受少数载流子复合、DRM效应和温度变化影响[32]。

  4.4超声波共振

  RUV技术专门为在线非破坏性裂纹检测而开发。其方法基于硅片超声波纵向振动,将外置压电转换器(20~90kHz)与高灵敏超声波探测器和计算机数据采集系统连接,裂纹硅片与同质无裂纹硅片的共振频率响应曲线进行对比,检测是否有偏离[34]。

  有裂纹的晶硅片RUV测试结果显示,裂纹的RUV峰值陡升,峰值带宽扩大。峰值与带宽越大,说明裂纹的长度越长。RUV与其他检测方法不同之处在于,其他检测采用视觉观察或光学成像方法,因此对细小裂纹检测的灵敏度更高。

  5隐裂的形成原因

在制作过程中,黑斑、网纹、斑点多是在电池片制造过程中或更早形成的,在可靠性实验下基本稳定,不会明显扩展、增加。而裂纹、裂片、断栅在可靠性实验后会扩大,甚至新增。交叉的裂纹在外力或温度的影响下,较易形成裂片。对生产过程中产生的隐裂进行统计分析,对各环节进行系统对比研究,除电池片本身厚度较薄及面积越来越大的行业发展趋势外,生产中电池片的焊接、层压、搬运、抖动、反转及包装运输等,均存在较强的隐裂风险。

  5.1制作硅片

  随着光伏产业制造的硅片越来越薄、越来越大,硅片出现了高破损率的问题[35]。一般用于生产硅片的方法主要有切割法和生长带硅法。硅片裂纹的出现主要在处理和传送时发生。用晶片位移测量与有限元分析,可研究晶片在处理和传送过程中的破裂分析。
  受处理和传送时夹子和橡胶圈对硅片产生的拉应力,硅片易破裂。晶片在处理过程中收到的断裂应力与裂纹长度的开方成反比。裂纹扩展主要受拉应力大小、裂纹的形状和大小,以及材料的断裂韧性Kc[36]因素的影响。

  5.2丝网印刷、烧结

  丝网印刷过程中印刷过厚,刮刀由于安装不当或压力过大,增大电池片机械负载,导致产生隐裂甚至是裂片。

  另外,在丝网印刷过程中,烧结时的温度极高,导致在冷却时弹性应力增大而产生弯曲。由于硅和Al背板的热膨胀系数不同,电池片弯曲是生产过程中存在的普遍问题。电池片持续弯曲会造成隐裂扩展,不管是多晶硅还是单晶硅电池片,裂纹在深度方向上扩展到硅层和铝背板的接触面终止,因为Al-Si共熔层有较高的断裂韧性[14]。

   5.3焊接

  随着硅片厚度不断减薄和电池面积不断增大的趋势,焊接过程造成的电池碎片或隐裂是影响组件可靠性的主要因素。焊接过程中,除了电池片本身的质量因素外,影响焊接效果的主要因素有:焊接温度、助焊剂的选择、焊带焊料的选择、操作者的操作规范等,一定的助焊剂和焊料都对应着相适应的最优焊接温度。另外,在IEC61215中10.11的热循环测试中,焊带会因为本身的热学膨胀系数出现变形,从而导致疲劳裂纹。

   5.3.1焊接温度

  在单焊和串焊中,焊接的温度直接影响光伏组件的焊接质量。电池片放置在焊接面板上操作,焊接面板一般维持在约50℃,起传热和使电池片受热均匀的作用,避免局部受热。焊接过程中,由于烙铁温度较高,对电池片形成一定温差,有热的冲击。如果焊接温度偏低,一方面焊面上氧化层不易除去,形成虚焊;焊接温度偏高,又会使电池片由于热应力而产生变形,导致隐裂和碎片的产生。

  5.3.2助焊剂

    在晶体硅太阳电池焊接过程中,助焊剂的使用影响到焊接的质量,而且直接影响到后续层压工艺的效果。在整个焊接过程中,助焊剂主要起到以下几个作用:助焊剂通过自身的活性物质在高温下作用,去除焊接材质表面的氧化层,同时使锡液及被焊材质之间的表面张力减小,增强锡液流动和浸润的性能;同时通过助焊剂本身在基体中移动,将热传递到基体,并且有时还能保护被焊材质在焊接完成前不再氧化。其中最主要的是去除氧化物和降低被焊接材质表面张力。若助焊剂不能有效降低材质表面张力,易导致隐裂出现[37]。

  而对于焊接完好的组件,在热循环测试中同样会遇到隐裂产生的问题。也就是说,EL测试并不能看出一些潜在的隐裂纹。在热循环测试中,在铜和银之间的焊接处物(62Sn36Pb2Ag)由于热膨胀系数与硅片不匹配,在温度变化差异较大的情况下,在银电极与焊接处出现疲劳裂纹,增加组件的串联电阻,导致整个组件的功率衰减。观察SEM图像焊接处的横截面,可看到温度变化差异越大,产生的裂纹越严重[38]。

   5.4层压

   层压工艺主要是针对用来封装光伏组件的透明胶体的特性设计的,其主要目的是使EVA实现最优程度的固化,并防止移位和气泡的产生,使各层物质严密的压合在一起。在传统的真空层压过程中,电池要承受1个标准大气压的压力(即101kPa)。太阳电池层压板各区域变形情况存在极大差异性,一般层压造成的裂纹电池组件占总实验比例的0.9%[39]。

  层压的厚度与应力有一定关系,层压的EVA越厚,可减少层压的卷曲。层压的温度也会影响受到的应力,高温下玻璃和硅片之间的薄层受到的应力减小。层压后,由于硅、金属粘合剂和铜的CTE不同,连接处会收到较大应力,此处易产生裂纹[15]。

  5.5搬运中造成的隐裂

  通过隐裂统计,发现在生产过程中应避免搬运和抖动,以减少玻璃自重引起的形变,对减少组件隐裂有至关重要的影响。当人工搬运层压后的组件到冷却台时,组件产生弯曲,中间部位受重力作用向下弯曲。在水平方向搬运过程中,组件上、下抖动的幅度较大,且规格越大的组件,弯曲程度越厉害。这种情况下,位于组件中间部位的电池片弯曲的幅度较严重,易引起隐裂。

  5.6后清洗和测试过程产生的隐裂

  在清洗和测试环节,组件存在被反转的步骤。在反转过程中,组件有振动现象,可能引起电池片与组件共振,从而导致电池片隐裂[40]。

  6隐裂的解决方案

  6.1生产阶段中的控制手段

  6.1.1层压可伸缩的硅胶板将层压机壳体隔开而形成上室和下室,层压盘内部有加热装置,热量通过层压盘传递给组件。层压机的作用就是在真空条件下对EVA进行加热加压,实现对EVA的固化,达到对太阳电池密封的目的。为防止隐裂产生,将层压工艺改为分段式层压,降低组件的受力强度,可提高组件的合格率。需优化层压温度、抽真空时间、加压大小,以及层压时间。加压的强度不能太大,否则会导致电池片被压碎;而加压太小会使EVA固化后的紧密度影响很小,无法去除残存气泡,EVA与背板、EVA与玻璃之间的粘合力较小。调整加压时机可避免压力突变对电池的冲击影响,分布进行压力释放,太阳电池裂纹的比例由0.9%降到0.3%[39]。

  6.1.2层压后的组件搬运方法

  将层压件从层压机抬出的过程中,受力点应在两个长边上,减少组件弯曲的幅度;同时对于未打框组件短距离的搬运,不能以水平方向进行搬运,必须把组件竖起;在翻转过程中,组件平稳置于操作台上。由于组件规格越来越大,可考虑在组件背面的中间位置加横档来增加载荷强度,以减少大面积组件中间区域的形变[40]。

  6.2运输中的控制手段

  为了减少电池片隐裂现象的发生,在电池片运输、传递过程中应注意避免不当的外力介入,也应注意储存环境温度变化较大的地区的使用。

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