大功率晶硅电池组件工艺研究

1、大功率晶硅电池组件工艺研究大功率晶硅电池组件工艺研究 -李长岭李长岭上海超日太阳能科技股份有限公司上海超日太阳能科技股份有限公司 技术总监技术总监企业简介企业简介u上海超日太阳能科技股份有限公司是国内最早从事晶体硅太阳能电池生产的企业之一，是一家汇聚众多太阳能科技领域高级人才，研究、开发、利用太阳能资源的高新技术企业。目前已经形成了从铸锭、拉棒、晶体硅太阳能电池片和电池组件的生产，到光伏系统安装的完整产业链结构。u公司成立于2003年6月，占地面积8.4万平方米，建有标准化厂房7.2万平方米，注册资本为84352万元。u已于2010年11月18日在深圳证券交易所成功挂牌上市（002506）。u

2、公司现已在全球拥有16家子公司。拥有上海超日（洛阳）太阳能有限公司、上海超日（九江）太阳能有限公司两大生产基地。在美国、卢森堡、意大利、香港等多个国家和地区设有分支机构。u公司在全球已拥有员工3000多名，公司产品95%出口海外。产品的认证产品的认证u 公司在全球太阳能行业中享公司在全球太阳能行业中享有盛誉。先后通过了有盛誉。先后通过了ISO9001ISO9001、ISO14001ISO14001、TUVTUV认证、认证、IEC61215IEC61215认证、认证、CECE认证、美国认证、美国ULUL认证、认证、英国英国MCSMCS认证和韩国组件认证，认证和韩国组件认证，“超日超日”产品的质量

3、与安全都产品的质量与安全都完完全合乎国际化标准。全合乎国际化标准。1，当今需求背景当今需求背景2，存在的问题存在的问题3，问题原因分析问题原因分析4，解决问题的方法解决问题的方法5，改进后情况改进后情况目录目录 目前，大功率组件越来越受到客户的青睐。比如在出口美目前，大功率组件越来越受到客户的青睐。比如在出口美国市场的光伏组件中，就以中大型组件为主。国市场的光伏组件中，就以中大型组件为主。2011年年3月为月为例，对美国出口的光伏组件中，例，对美国出口的光伏组件中，200W-250W的组件占的组件占45%,250W280W的组件占的组件占29%，其他型号的组件所占比重，其他型号的组件所占比重较

4、小。较小。 针对大功率组件，目前最主要的方法还是增加组件的面针对大功率组件，目前最主要的方法还是增加组件的面积，而组件面积的增加会带来一些问题，因此对大功率组件积，而组件面积的增加会带来一些问题，因此对大功率组件的工艺研究显得很有意义。的工艺研究显得很有意义。背景背景目录存在的问题存在的问题隐裂隐裂随着组件面积的增大，不可避免的就是组件的随着组件面积的增大，不可避免的就是组件的隐裂会增多。隐裂会增多。由于各种原因，在生产过程中会产生隐裂、裂由于各种原因，在生产过程中会产生隐裂、裂片，而裂片的面积与数量直接影响组件发电效片，而裂片的面积与数量直接影响组件发电效率。率。通过对成品组件隐裂位置的分析

5、，我们发现隐通过对成品组件隐裂位置的分析，我们发现隐裂的位置有一定的共性，多数处于组件的中间裂的位置有一定的共性，多数处于组件的中间部位，于是我们挑选了部位，于是我们挑选了312PCS具有隐裂的组具有隐裂的组件，对其隐裂位置进行统计，并得出了隐裂的件，对其隐裂位置进行统计，并得出了隐裂的泡泡图（如右图）泡泡图（如右图） 图中泡泡越大的地方，说明该处隐裂的概率越图中泡泡越大的地方，说明该处隐裂的概率越大，从图中不难发现，处于组件中间位置的电大，从图中不难发现，处于组件中间位置的电池片隐裂的概率明显较大，而边缘靠近铝合金池片隐裂的概率明显较大，而边缘靠近铝合金的地方隐裂的数量很少的地方隐裂的数量很

6、少 隐裂的危害隐裂的危害1，对功率损失的影响对功率损失的影响2，对热斑效应的影响对热斑效应的影响隐裂的危害隐裂的危害功率损失功率损失为寻找裂片对功率损耗的影响，我们设计了切割电池片实验：为寻找裂片对功率损耗的影响，我们设计了切割电池片实验：取取4块同一功块同一功率档的电池片，依次做不切除、切除率档的电池片，依次做不切除、切除1/6、切除、切除1/3、切除、切除1/2面积的处理，面积的处理，然后将这然后将这4块电池片封装到组件中，测试组件的功率的下降。块电池片封装到组件中，测试组件的功率的下降。（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）从测试数

7、据可以发现从测试数据可以发现Pmax与与Imp的变化值最大，由于是切除电池片，电池片的变化值最大，由于是切除电池片，电池片是完全断裂，所以功率的衰减非常明显。切除是完全断裂，所以功率的衰减非常明显。切除1/6、1/3、1/2面积电池片的功面积电池片的功率损失分别达到率损失分别达到7.07%、22.8%和和38.94%。返回隐裂的危害隐裂的危害热斑效应热斑效应我们挑选了一片有裂片的组件我们挑选了一片有裂片的组件做做EL成像和红外热像，从右边成像和红外热像，从右边两幅图可以发现，组件在有裂两幅图可以发现，组件在有裂片的地方温度明显要高于其他片的地方温度明显要高于其他的位置。的位置。不难发现，图中裂

8、片的地方产不难发现，图中裂片的地方产生了热斑，该处会产生热斑效生了热斑，该处会产生热斑效应，严重影响组件质量应，严重影响组件质量目录隐裂形成的原因隐裂形成的原因为寻找隐裂产生的原因，我们从组件制为寻找隐裂产生的原因，我们从组件制造过程的不同工序分别寻找原因造过程的不同工序分别寻找原因1，焊接焊接2，层压层压3，装框前搬运装框前搬运4，清洗测试清洗测试焊接焊接 首先我们考虑到焊接时有可能会引首先我们考虑到焊接时有可能会引起电池片隐裂。于是对于层压前的组件，起电池片隐裂。于是对于层压前的组件，我们进行了我们进行了100%的的EL检测，有隐裂的检测，有隐裂的电池片将会进行返修，更换成合格的电电池片将

9、会进行返修，更换成合格的电池片，确保层压前的组件是没有任何隐池片，确保层压前的组件是没有任何隐裂现象的，因此可以排除焊接的因素。裂现象的，因此可以排除焊接的因素。 返回层压层压 我们考虑到层压过程中对组件施加我们考虑到层压过程中对组件施加压力可能造成隐裂。于是我们从层压前压力可能造成隐裂。于是我们从层压前EL跟层压后跟层压后EL图像做分析，图像做分析，134079PCS组件中只有组件中只有28PCS是不合格是不合格品，数量非常小，因此排除了层压过程品，数量非常小，因此排除了层压过程中造成组件隐裂的因素。中造成组件隐裂的因素。返回装框前搬运装框前搬运 对于层压后未装框的组件，我对于层压后未装框的

10、组件，我们双人在两头搬运组件时，将组件们双人在两头搬运组件时，将组件水平放置冷却台时组件的弯曲度很水平放置冷却台时组件的弯曲度很厉害，中间部位受重力作用往下弯厉害，中间部位受重力作用往下弯曲。在水平方向搬运过程中，组件曲。在水平方向搬运过程中，组件上下抖动的幅度较大，而且对于规上下抖动的幅度较大，而且对于规格越大的组件，弯曲度越厉害，在格越大的组件，弯曲度越厉害，在这种情况下，位于组件中间部位的这种情况下，位于组件中间部位的电池片弯曲的幅度也会比较严重，电池片弯曲的幅度也会比较严重，有可能会引起隐裂，于是我们怀疑有可能会引起隐裂，于是我们怀疑层压后的组件在搬运过程中和放置层压后的组件在搬运过程

11、中和放置冷却架上时可能造成组件的隐裂。冷却架上时可能造成组件的隐裂。 搬运实验搬运实验对此我们挑选了一块组件做搬运抖动实验，在层压后我们先对组件进行对此我们挑选了一块组件做搬运抖动实验，在层压后我们先对组件进行EL测试测试（如图（如图1），然后我们对这块组件进行水平方向的搬运，双人在两头抬着组件移），然后我们对这块组件进行水平方向的搬运，双人在两头抬着组件移动约动约400米，并做上下抖动。搬运后对该组件重新进行米，并做上下抖动。搬运后对该组件重新进行EL测试（如图测试（如图2），发现），发现经过长距离的水平搬运和抖动后，该组件产生了比较严重隐裂的现象，本身轻微经过长距离的水平搬运和抖动后，该组

12、件产生了比较严重隐裂的现象，本身轻微隐裂的地方在搬运后隐裂的更严重，隐裂的地方在搬运后隐裂的更严重，EL颜色变深。这验证了我们对于搬运过程颜色变深。这验证了我们对于搬运过程中造成隐裂的猜测。中造成隐裂的猜测。 图1 图2返回清洗测试清洗测试 在清洗和测试环节，我们对装完框的组件需要进行两次翻转的步在清洗和测试环节，我们对装完框的组件需要进行两次翻转的步骤。在翻转的过程中，我们发现组件跌落作业台时有震动的现象，因骤。在翻转的过程中，我们发现组件跌落作业台时有震动的现象，因此我们怀疑这一环节的震动有可能引起电池片的共振从而导致了隐裂此我们怀疑这一环节的震动有可能引起电池片的共振从而导致了隐裂的现象

13、。的现象。 对此我们设计了一个摔组件实验，挑选一块组件首先进行实验前对此我们设计了一个摔组件实验，挑选一块组件首先进行实验前的的EL测试，然后我们对该组件翻转时一边顶着作业台，另一边与作业测试，然后我们对该组件翻转时一边顶着作业台，另一边与作业台角度呈台角度呈75角自由倒下至作业台上，使组件产生比较大的振动。摔角自由倒下至作业台上，使组件产生比较大的振动。摔组件后我们对这块组件重新进行组件后我们对这块组件重新进行EL测试对比。测试对比。摔组件实验摔组件实验实验前为正常组件实验前为正常组件摔组件实验摔组件实验1， 实验后，该实验后，该组件产生了大量组件产生了大量的隐裂，这验证的隐裂，这验证了翻转

14、组件过程了翻转组件过程中，员工的粗鲁中，员工的粗鲁操作会引起隐裂操作会引起隐裂的这一可能性。的这一可能性。同时发现这些隐同时发现这些隐裂处于组件中间裂处于组件中间部位的居多，符部位的居多，符合隐裂位置的共合隐裂位置的共性。性。目录解决问题方法解决问题方法1，玻璃厚度的增加玻璃厚度的增加2，工艺手法改变工艺手法改变3，配套设备的改变配套设备的改变4，组件背面加横档组件背面加横档玻璃厚度增加玻璃厚度增加1、右图体现出的是玻璃的形变、右图体现出的是玻璃的形变程度，图中红色的地方发生的程度，图中红色的地方发生的形变最多，这与隐裂的位置大形变最多，这与隐裂的位置大多发生在组件的中间部位也是多发生在组件的

15、中间部位也是具有相关性的。具有相关性的。2、使用、使用4.0mm厚度的玻璃代替厚度的玻璃代替3.2mm的可以减少玻璃的形变的可以减少玻璃的形变量，减少隐裂，但是同时玻璃量，减少隐裂，但是同时玻璃厚度的增加会导致玻璃成本增厚度的增加会导致玻璃成本增加，铝合金成本增加，同时玻加，铝合金成本增加，同时玻璃厚度增加，玻璃透光率下降，璃厚度增加，玻璃透光率下降，对组件的功率也会有影响，间对组件的功率也会有影响，间接增加成本。接增加成本。返回工艺手法改变工艺手法改变1、在层压后到修边台的过程中，、在层压后到修边台的过程中，抬组件的位置从抬组件的位置从2个短边改为受个短边改为受力点在力点在2个长边上，减少组

16、件弯个长边上，减少组件弯曲的幅度。曲的幅度。2、对于未打框组件短距离的搬、对于未打框组件短距离的搬运，不允许水平方向进行搬运，运，不允许水平方向进行搬运，搬运时应该把组件竖起来经行搬运时应该把组件竖起来经行搬运搬运返回配套设备的改变配套设备的改变1、层压后的冷却架由水平放置、层压后的冷却架由水平放置改成竖直放置型，减少组件由改成竖直放置型，减少组件由于重力作用引起的组件弯曲。于重力作用引起的组件弯曲。2、清洗台面上增加较大、清洗台面上增加较大的缓冲垫，减少翻转组件的缓冲垫，减少翻转组件时产生的震动。时产生的震动。返回组件背面加横档组件背面加横档由于组件的规格越来越大，组件中间产生隐裂的概率也会

17、越大。于是由于组件的规格越来越大，组件中间产生隐裂的概率也会越大。于是我们考虑在组件背面中间位置加横档来增加载荷强度设计的方法，来我们考虑在组件背面中间位置加横档来增加载荷强度设计的方法，来确保大组件的机械可靠性确保大组件的机械可靠性 组件背面加横档组件背面加横档 组件背面加横档实验组件背面加横档实验我们通过机械载荷测试来验证，我们通过机械载荷测试来验证，3.2mm玻璃；玻璃；40铝框加横档的铝框加横档的156*156*72规格组件的载荷强度设计。规格组件的载荷强度设计。试验前组件成像：试验前组件成像：试验前组件功率测试试验前组件功率测试：组件背面加横档实验组件背面加横档实验载荷载荷2400p

18、Pa两个循环（正面两个循环（正面1小时、背面小时、背面1小时，两个循环）后成像：小时，两个循环）后成像：（有裂纹产生）（有裂纹产生） 载荷载荷2400pPa两个循环后功率测试：两个循环后功率测试： 功率较测试前衰减功率较测试前衰减0.6%组件背面加横档实验组件背面加横档实验载荷载荷5400pPa试验：（玻璃面压试验：（玻璃面压1小时）小时）组件背面加横档实验组件背面加横档实验载荷载荷5400pPa后成像：（有少量裂纹产生，原有裂纹变深色）后成像：（有少量裂纹产生，原有裂纹变深色）载荷载荷5400pPa后功率测试：后功率测试：功率比较功率比较2400Pa后测试衰减后测试衰减0.26%，比较原始功率衰减，比较原始功率衰减0.85% 。组件背面加横档实验组件背面加横档实验 而相同材料不加横档的组件在而相同材料