大功率晶硅電池組件工藝研究

1、大功率晶硅電池組件工藝研究大功率晶硅電池組件工藝研究 -李長嶺李長嶺上海超日太陽能科技股份有限公司上海超日太陽能科技股份有限公司 技術總監(jiān)技術總監(jiān)企業(yè)簡介企業(yè)簡介u上海超日太陽能科技股份有限公司是國內最早從事晶體硅太陽能電池生產的企業(yè)之一，是一家匯聚眾多太陽能科技領域高級人才，研究、開發(fā)、利用太陽能資源的高新技術企業(yè)。目前已經形成了從鑄錠、拉棒、晶體硅太陽能電池片和電池組件的生產，到光伏系統(tǒng)安裝的完整產業(yè)鏈結構。u公司成立于2003年6月，占地面積8.4萬平方米，建有標準化廠房7.2萬平方米，注冊資本為84352萬元。u已于2010年11月18日在深圳證券交易所成功掛牌上市（002506）。u

2、公司現(xiàn)已在全球擁有16家子公司。擁有上海超日（洛陽）太陽能有限公司、上海超日（九江）太陽能有限公司兩大生產基地。在美國、盧森堡、意大利、香港等多個國家和地區(qū)設有分支機構。u公司在全球已擁有員工3000多名，公司產品95%出口海外。產品的認證產品的認證u 公司在全球太陽能行業(yè)中享公司在全球太陽能行業(yè)中享有盛譽。先后通過了有盛譽。先后通過了ISO9001ISO9001、ISO14001ISO14001、TUVTUV認證、認證、IEC61215IEC61215認證、認證、CECE認證、美國認證、美國ULUL認證、認證、英國英國MCSMCS認證和韓國組件認證，認證和韓國組件認證，“超日超日”產品的質量

3、與安全都產品的質量與安全都完完全合乎國際化標準。全合乎國際化標準。1，當今需求背景當今需求背景2，存在的問題存在的問題3，問題原因分析問題原因分析4，解決問題的方法解決問題的方法5，改進后情況改進后情況目錄目錄 目前，大功率組件越來越受到客戶的青睞。比如在出口美目前，大功率組件越來越受到客戶的青睞。比如在出口美國市場的光伏組件中，就以中大型組件為主。國市場的光伏組件中，就以中大型組件為主。2011年年3月為月為例，對美國出口的光伏組件中，例，對美國出口的光伏組件中，200W-250W的組件占的組件占45%,250W280W的組件占的組件占29%，其他型號的組件所占比重，其他型號的組件所占比重較

4、小。較小。 針對大功率組件，目前最主要的方法還是增加組件的面針對大功率組件，目前最主要的方法還是增加組件的面積，而組件面積的增加會帶來一些問題，因此對大功率組件積，而組件面積的增加會帶來一些問題，因此對大功率組件的工藝研究顯得很有意義。的工藝研究顯得很有意義。背景背景目錄存在的問題存在的問題隱裂隱裂隨著組件面積的增大，不可避免的就是組件的隨著組件面積的增大，不可避免的就是組件的隱裂會增多。隱裂會增多。由于各種原因，在生產過程中會產生隱裂、裂由于各種原因，在生產過程中會產生隱裂、裂片，而裂片的面積與數量直接影響組件發(fā)電效片，而裂片的面積與數量直接影響組件發(fā)電效率。率。通過對成品組件隱裂位置的分析

5、，我們發(fā)現(xiàn)隱通過對成品組件隱裂位置的分析，我們發(fā)現(xiàn)隱裂的位置有一定的共性，多數處于組件的中間裂的位置有一定的共性，多數處于組件的中間部位，于是我們挑選了部位，于是我們挑選了312PCS具有隱裂的組具有隱裂的組件，對其隱裂位置進行統(tǒng)計，并得出了隱裂的件，對其隱裂位置進行統(tǒng)計，并得出了隱裂的泡泡圖（如右圖）泡泡圖（如右圖） 圖中泡泡越大的地方，說明該處隱裂的概率越圖中泡泡越大的地方，說明該處隱裂的概率越大，從圖中不難發(fā)現(xiàn)，處于組件中間位置的電大，從圖中不難發(fā)現(xiàn)，處于組件中間位置的電池片隱裂的概率明顯較大，而邊緣靠近鋁合金池片隱裂的概率明顯較大，而邊緣靠近鋁合金的地方隱裂的數量很少的地方隱裂的數量很

6、少 隱裂的危害隱裂的危害1，對功率損失的影響對功率損失的影響2，對熱斑效應的影響對熱斑效應的影響隱裂的危害隱裂的危害功率損失功率損失為尋找裂片對功率損耗的影響，我們設計了切割電池片實驗：為尋找裂片對功率損耗的影響，我們設計了切割電池片實驗：取取4塊同一功塊同一功率檔的電池片，依次做不切除、切除率檔的電池片，依次做不切除、切除1/6、切除、切除1/3、切除、切除1/2面積的處理，面積的處理，然后將這然后將這4塊電池片封裝到組件中，測試組件的功率的下降。塊電池片封裝到組件中，測試組件的功率的下降。（a：完整片；：完整片；b：切除：切除1/6； c：切除：切除1/3； d：切除：切除1/2）從測試數

7、據可以發(fā)現(xiàn)從測試數據可以發(fā)現(xiàn)Pmax與與Imp的變化值最大，由于是切除電池片，電池片的變化值最大，由于是切除電池片，電池片是完全斷裂，所以功率的衰減非常明顯。切除是完全斷裂，所以功率的衰減非常明顯。切除1/6、1/3、1/2面積電池片的功面積電池片的功率損失分別達到率損失分別達到7.07%、22.8%和和38.94%。返回隱裂的危害隱裂的危害熱斑效應熱斑效應我們挑選了一片有裂片的組件我們挑選了一片有裂片的組件做做EL成像和紅外熱像，從右邊成像和紅外熱像，從右邊兩幅圖可以發(fā)現(xiàn)，組件在有裂兩幅圖可以發(fā)現(xiàn)，組件在有裂片的地方溫度明顯要高于其他片的地方溫度明顯要高于其他的位置。的位置。不難發(fā)現(xiàn)，圖中裂

8、片的地方產不難發(fā)現(xiàn)，圖中裂片的地方產生了熱斑，該處會產生熱斑效生了熱斑，該處會產生熱斑效應，嚴重影響組件質量應，嚴重影響組件質量目錄隱裂形成的原因隱裂形成的原因為尋找隱裂產生的原因，我們從組件制為尋找隱裂產生的原因，我們從組件制造過程的不同工序分別尋找原因造過程的不同工序分別尋找原因1，焊接焊接2，層壓層壓3，裝框前搬運裝框前搬運4，清洗測試清洗測試焊接焊接 首先我們考慮到焊接時有可能會引首先我們考慮到焊接時有可能會引起電池片隱裂。于是對于層壓前的組件，起電池片隱裂。于是對于層壓前的組件，我們進行了我們進行了100%的的EL檢測，有隱裂的檢測，有隱裂的電池片將會進行返修，更換成合格的電電池片將

9、會進行返修，更換成合格的電池片，確保層壓前的組件是沒有任何隱池片，確保層壓前的組件是沒有任何隱裂現(xiàn)象的，因此可以排除焊接的因素。裂現(xiàn)象的，因此可以排除焊接的因素。 返回層壓層壓 我們考慮到層壓過程中對組件施加我們考慮到層壓過程中對組件施加壓力可能造成隱裂。于是我們從層壓前壓力可能造成隱裂。于是我們從層壓前EL跟層壓后跟層壓后EL圖像做分析，圖像做分析，134079PCS組件中只有組件中只有28PCS是不合格是不合格品，數量非常小，因此排除了層壓過程品，數量非常小，因此排除了層壓過程中造成組件隱裂的因素。中造成組件隱裂的因素。返回裝框前搬運裝框前搬運 對于層壓后未裝框的組件，我對于層壓后未裝框的

10、組件，我們雙人在兩頭搬運組件時，將組件們雙人在兩頭搬運組件時，將組件水平放置冷卻臺時組件的彎曲度很水平放置冷卻臺時組件的彎曲度很厲害，中間部位受重力作用往下彎厲害，中間部位受重力作用往下彎曲。在水平方向搬運過程中，組件曲。在水平方向搬運過程中，組件上下抖動的幅度較大，而且對于規(guī)上下抖動的幅度較大，而且對于規(guī)格越大的組件，彎曲度越厲害，在格越大的組件，彎曲度越厲害，在這種情況下，位于組件中間部位的這種情況下，位于組件中間部位的電池片彎曲的幅度也會比較嚴重，電池片彎曲的幅度也會比較嚴重，有可能會引起隱裂，于是我們懷疑有可能會引起隱裂，于是我們懷疑層壓后的組件在搬運過程中和放置層壓后的組件在搬運過程

11、中和放置冷卻架上時可能造成組件的隱裂。冷卻架上時可能造成組件的隱裂。 搬運實驗搬運實驗對此我們挑選了一塊組件做搬運抖動實驗，在層壓后我們先對組件進行對此我們挑選了一塊組件做搬運抖動實驗，在層壓后我們先對組件進行EL測試測試（如圖（如圖1），然后我們對這塊組件進行水平方向的搬運，雙人在兩頭抬著組件移），然后我們對這塊組件進行水平方向的搬運，雙人在兩頭抬著組件移動約動約400米，并做上下抖動。搬運后對該組件重新進行米，并做上下抖動。搬運后對該組件重新進行EL測試（如圖測試（如圖2），發(fā)現(xiàn)），發(fā)現(xiàn)經過長距離的水平搬運和抖動后，該組件產生了比較嚴重隱裂的現(xiàn)象，本身輕微經過長距離的水平搬運和抖動后，該組

12、件產生了比較嚴重隱裂的現(xiàn)象，本身輕微隱裂的地方在搬運后隱裂的更嚴重，隱裂的地方在搬運后隱裂的更嚴重，EL顏色變深。這驗證了我們對于搬運過程顏色變深。這驗證了我們對于搬運過程中造成隱裂的猜測。中造成隱裂的猜測。 圖1 圖2返回清洗測試清洗測試 在清洗和測試環(huán)節(jié)，我們對裝完框的組件需要進行兩次翻轉的步在清洗和測試環(huán)節(jié)，我們對裝完框的組件需要進行兩次翻轉的步驟。在翻轉的過程中，我們發(fā)現(xiàn)組件跌落作業(yè)臺時有震動的現(xiàn)象，因驟。在翻轉的過程中，我們發(fā)現(xiàn)組件跌落作業(yè)臺時有震動的現(xiàn)象，因此我們懷疑這一環(huán)節(jié)的震動有可能引起電池片的共振從而導致了隱裂此我們懷疑這一環(huán)節(jié)的震動有可能引起電池片的共振從而導致了隱裂的現(xiàn)象

13、。的現(xiàn)象。 對此我們設計了一個摔組件實驗，挑選一塊組件首先進行實驗前對此我們設計了一個摔組件實驗，挑選一塊組件首先進行實驗前的的EL測試，然后我們對該組件翻轉時一邊頂著作業(yè)臺，另一邊與作業(yè)測試，然后我們對該組件翻轉時一邊頂著作業(yè)臺，另一邊與作業(yè)臺角度呈臺角度呈75角自由倒下至作業(yè)臺上，使組件產生比較大的振動。摔角自由倒下至作業(yè)臺上，使組件產生比較大的振動。摔組件后我們對這塊組件重新進行組件后我們對這塊組件重新進行EL測試對比。測試對比。摔組件實驗摔組件實驗實驗前為正常組件實驗前為正常組件摔組件實驗摔組件實驗1， 實驗后，該實驗后，該組件產生了大量組件產生了大量的隱裂，這驗證的隱裂，這驗證了翻轉

14、組件過程了翻轉組件過程中，員工的粗魯中，員工的粗魯操作會引起隱裂操作會引起隱裂的這一可能性。的這一可能性。同時發(fā)現(xiàn)這些隱同時發(fā)現(xiàn)這些隱裂處于組件中間裂處于組件中間部位的居多，符部位的居多，符合隱裂位置的共合隱裂位置的共性。性。目錄解決問題方法解決問題方法1，玻璃厚度的增加玻璃厚度的增加2，工藝手法改變工藝手法改變3，配套設備的改變配套設備的改變4，組件背面加橫檔組件背面加橫檔玻璃厚度增加玻璃厚度增加1、右圖體現(xiàn)出的是玻璃的形變、右圖體現(xiàn)出的是玻璃的形變程度，圖中紅色的地方發(fā)生的程度，圖中紅色的地方發(fā)生的形變最多，這與隱裂的位置大形變最多，這與隱裂的位置大多發(fā)生在組件的中間部位也是多發(fā)生在組件的

15、中間部位也是具有相關性的。具有相關性的。2、使用、使用4.0mm厚度的玻璃代替厚度的玻璃代替3.2mm的可以減少玻璃的形變的可以減少玻璃的形變量，減少隱裂，但是同時玻璃量，減少隱裂，但是同時玻璃厚度的增加會導致玻璃成本增厚度的增加會導致玻璃成本增加，鋁合金成本增加，同時玻加，鋁合金成本增加，同時玻璃厚度增加，玻璃透光率下降，璃厚度增加，玻璃透光率下降，對組件的功率也會有影響，間對組件的功率也會有影響，間接增加成本。接增加成本。返回工藝手法改變工藝手法改變1、在層壓后到修邊臺的過程中，、在層壓后到修邊臺的過程中，抬組件的位置從抬組件的位置從2個短邊改為受個短邊改為受力點在力點在2個長邊上，減少組

16、件彎個長邊上，減少組件彎曲的幅度。曲的幅度。2、對于未打框組件短距離的搬、對于未打框組件短距離的搬運，不允許水平方向進行搬運，運，不允許水平方向進行搬運，搬運時應該把組件豎起來經行搬運時應該把組件豎起來經行搬運搬運返回配套設備的改變配套設備的改變1、層壓后的冷卻架由水平放置、層壓后的冷卻架由水平放置改成豎直放置型，減少組件由改成豎直放置型，減少組件由于重力作用引起的組件彎曲。于重力作用引起的組件彎曲。2、清洗臺面上增加較大、清洗臺面上增加較大的緩沖墊，減少翻轉組件的緩沖墊，減少翻轉組件時產生的震動。時產生的震動。返回組件背面加橫檔組件背面加橫檔由于組件的規(guī)格越來越大，組件中間產生隱裂的概率也會

17、越大。于是由于組件的規(guī)格越來越大，組件中間產生隱裂的概率也會越大。于是我們考慮在組件背面中間位置加橫檔來增加載荷強度設計的方法，來我們考慮在組件背面中間位置加橫檔來增加載荷強度設計的方法，來確保大組件的機械可靠性確保大組件的機械可靠性 組件背面加橫檔組件背面加橫檔 組件背面加橫檔實驗組件背面加橫檔實驗我們通過機械載荷測試來驗證，我們通過機械載荷測試來驗證，3.2mm玻璃；玻璃；40鋁框加橫檔的鋁框加橫檔的156*156*72規(guī)格組件的載荷強度設計。規(guī)格組件的載荷強度設計。試驗前組件成像：試驗前組件成像：試驗前組件功率測試試驗前組件功率測試：組件背面加橫檔實驗組件背面加橫檔實驗載荷載荷2400p

18、Pa兩個循環(huán)（正面兩個循環(huán)（正面1小時、背面小時、背面1小時，兩個循環(huán)）后成像：小時，兩個循環(huán)）后成像：（有裂紋產生）（有裂紋產生） 載荷載荷2400pPa兩個循環(huán)后功率測試：兩個循環(huán)后功率測試： 功率較測試前衰減功率較測試前衰減0.6%組件背面加橫檔實驗組件背面加橫檔實驗載荷載荷5400pPa試驗：（玻璃面壓試驗：（玻璃面壓1小時）小時）組件背面加橫檔實驗組件背面加橫檔實驗載荷載荷5400pPa后成像：（有少量裂紋產生，原有裂紋變深色）后成像：（有少量裂紋產生，原有裂紋變深色）載荷載荷5400pPa后功率測試：后功率測試：功率比較功率比較2400Pa后測試衰減后測試衰減0.26%，比較原始功率衰減，比較原始功率衰減0.85% 。組件背面加橫檔實驗組件背面加橫檔實驗 而相同材料不加橫檔的組件在而相同材料