非晶硅太陽電池邊絕緣設(shè)備研究

趙紅英 楊繼強(qiáng) 谷士彬 胡汛 谷偉

（天津津能電池科技有限公司，天津 300384）

一、引言

自從1976年非晶硅太陽電池誕生以來<1>,到現(xiàn)在已經(jīng)有30多年的歷史，非晶硅太陽電池是薄膜類太陽電池中最成熟，并已大規(guī)模生產(chǎn)的電池品種，單條生產(chǎn)能力從1MW提高到25MW～30MW<2>，低成本的非晶硅在市場上占據(jù)著一定的優(yōu)勢。

隨著太陽電池的質(zhì)量不斷提高，人們對電池的要求越來越規(guī)范，非晶硅電池的工藝技術(shù)和封裝技術(shù)不斷在進(jìn)步。

二、非晶硅電池的邊絕緣工藝技術(shù)

一般傳統(tǒng)方式是采用噴砂或者砂輪磨的方式來實(shí)現(xiàn)，將電池周邊活性薄膜清除的目的，使電池薄膜與玻璃邊緣之間有約10mm～15mm左右寬度的EVA絕緣層<3>，以確保電池組件的有源薄膜和外界形成良好的隔離，有效抵抗外界環(huán)境的侵蝕，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

三、邊清洗設(shè)備研發(fā)

非晶硅薄膜太陽能電池在經(jīng)過傳統(tǒng)工藝絕緣后，絕緣邊殘留了大量的粉塵，如果不經(jīng)過處理，會直接影響后面EVA封裝的效果，邊緣EVA粘結(jié)不牢，這樣的組件封裝層壓后會降低電池組件的絕緣性能，在實(shí)際應(yīng)用中，由于長期的室外暴露，雨雪侵蝕，會從邊緣部分開裂，直接影響絕緣性能。同時(shí)電池組件為滿足國際電工組織關(guān)于太陽電池絕緣的標(biāo)準(zhǔn)，研究設(shè)計(jì)電池邊緣清洗設(shè)備十分必要。電池絕緣邊清洗設(shè)備來清洗電池單片絕緣邊的，能有效提高太陽能電池組件的絕緣性能。

下面是為非晶硅電池（635*1245*7mm）設(shè)計(jì)的邊清洗設(shè)備，設(shè)計(jì)要求如下：

1、.支架設(shè)計(jì)；

1）支架的傾角、高度、顏色、材料設(shè)計(jì)與現(xiàn)有噴砂設(shè)備一致，以保持整體協(xié)調(diào)；

2）傳動電機(jī)90-200w，速度連續(xù)可調(diào)，線速度0-0.8m/s，電機(jī)轉(zhuǎn)速 0-100轉(zhuǎn)/分；

3）電池樣品運(yùn)行平穩(wěn)；

2、清洗部件設(shè)計(jì)；

1）清洗機(jī)專用刷子若干個(gè)，清洗玻璃邊緣10～15mm；

2）刷子轉(zhuǎn)數(shù) （10-100轉(zhuǎn)/分）， 清洗高度 9-25mm；

3）刷子電機(jī)40w-100w；

4）配兩個(gè)水箱，分別用于粗洗和清洗；

5）水泵水壓可調(diào)。

3、吹干設(shè)計(jì)；

1）電池下邊緣離開風(fēng)口處干燥且干凈；

2）水順著水槽流回粗洗水箱中；

設(shè)備可以分為傳動部分、刷邊部分及吸塵部分三部分。其中，傳動部分主要是由一定角度傾斜的傳動平臺及傳動電機(jī)、傳動輪組成；刷邊部分由壓縮空氣管路、電機(jī)帶動的圓刷組成；吸塵部分由吸塵管路及吸塵設(shè)備組成。傳動裝置運(yùn)行平穩(wěn)，開關(guān)靈敏，清洗過程中，濺水不超過電池邊緣。另外，設(shè)備還可配有傳感器，刷子紅外感應(yīng)電池板，能自動停啟，同時(shí)手動開關(guān)和自動開關(guān)互相不沖突。

設(shè)備選用專用刷子(專用定做）,專用驅(qū)動電機(jī)；毛刷上、下方設(shè)有吹、吸塵裝置,采用不銹鋼制作，且設(shè)有灰塵盒,而且易拆卸、清洗；毛刷和電機(jī)整體前后可調(diào)；刷子數(shù)量和轉(zhuǎn)向也根據(jù)試驗(yàn)調(diào)整，同時(shí)整體設(shè)備有防塵罩,保護(hù)邊緣鋁膜不受損傷。電氣部分采用PLC控制；.機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)符合國家安全標(biāo)準(zhǔn)。

四、產(chǎn)品絕緣效果驗(yàn)證

經(jīng)過邊清洗設(shè)備清洗過的組件，邊緣明顯干凈了很多，粉塵明顯減少，用黑布擦拭邊緣，沒有可見粉塵，為了驗(yàn)證效果，我們在室外草地上做實(shí)驗(yàn)，分別選取兩種組件，因?yàn)閷訅簠?shù)對EVA與玻璃的粘結(jié)強(qiáng)度有著直接影響<5>，我們選用相同EVA層壓條件的組件，一種經(jīng)過邊清洗，一種沒有經(jīng)過邊清洗，經(jīng)過一段時(shí)間，我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過邊清洗的組件邊緣完好，而另一種沒有經(jīng)過邊緣清洗的樣品，已經(jīng)明顯發(fā)現(xiàn)邊緣EVA開裂，并且邊緣薄膜被腐蝕，并且向中間鋁膜過渡，出現(xiàn)了像樹枝形狀的鋁膜脫層。

為更一步驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果，我們將沒有經(jīng)過邊清洗設(shè)備清洗過的電池板和經(jīng)過邊清洗設(shè)備清洗的電池板按照國際標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)過程來做實(shí)驗(yàn)，下面是試驗(yàn)數(shù)據(jù)：

上面是10片電池樣品，5片是經(jīng)過邊清洗過的，5片是沒有經(jīng)過邊清洗過的，按照試驗(yàn)要求，對該樣品做雙85試驗(yàn)，即將樣品放入濕度85%、溫度85%的模擬實(shí)驗(yàn)箱中n小時(shí)，后將樣品取出，待置常溫后，用耐壓測試儀測其絕緣電阻和漏電流，

從上面的結(jié)果可以得到結(jié)論：經(jīng)過邊清洗設(shè)備清洗過的電池板的絕緣電阻大、漏電流小，該清洗設(shè)備確實(shí)增加了電池絕緣性能。

五、.結(jié)論

通過上面的試驗(yàn)，我們看到了邊清洗設(shè)備的開發(fā)確實(shí)有意義，他提高了非晶硅太陽電池的可靠性。非晶硅電池所用的材料的回收期為25年，即二氧化錫玻璃、普通玻璃、EVA，接線盒、導(dǎo)線，鋁邊框等材料的壽命最短為25年，這就要求非晶硅組件綜合性能壽命不小于25年，邊清洗設(shè)備保證了組件的邊絕緣性能，使組件邊緣粘結(jié)的更好，保證能夠在室外使用25年，使非晶硅電池的質(zhì)量得到很大的提高。

邊清洗設(shè)備也解決了組件認(rèn)證難題，通過了濕熱循環(huán)試驗(yàn)。濕熱循環(huán)試驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室模擬25年室外惡劣環(huán)境的試驗(yàn)，對邊絕緣性能要求很高，我們之前沒有經(jīng)過邊緣清洗的樣品，很難達(dá)到試驗(yàn)要求，開發(fā)了使用清洗設(shè)備后，我們公司的非晶硅組件順利通過了所有的認(rèn)證試驗(yàn)，通過了IEC61646，和IEC61730安全等級標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的所有試驗(yàn)，公司的非晶硅電池組件因此通過了很多國內(nèi)國際認(rèn)證，拿到的證書有：TUV,UL,韓國KEMCO認(rèn)證，國家CQC認(rèn)證等，公司產(chǎn)品因此得到了眾多客戶的認(rèn)可，同時(shí)也增加了公司在國際市場上的競爭力。可見開發(fā)研制邊清洗設(shè)備對大幅度提高非晶硅太陽電池的性能有著非常重要的實(shí)際意義。

1.D.E.Carlson,C.R.Wronski,Appl.Phys.LETT.28,p.67,1976.

2.Guha and Jeffrey Yang,Science and Technology of Amorphous Silison Allou Photovoltaics,IEEE,Vol.46,No.10,10月，p2080-2085.

3.王宗畔、董貴元等“600mm*1200mm大面積非晶硅薄膜太陽電池研究”，第八屆光伏會議論文集，p375-378.

4.地面用薄膜光伏組件設(shè)計(jì)鑒定和定型-GB/T18911-2002/IEC 61646:1996國家標(biāo)準(zhǔn).

5.李國雄,許妍,鄭智晶,劉耀華;太陽電池EVA膠膜的研究[J];中國膠粘劑;1997年03期