晶體硅柔性電池封裝材料以及應(yīng)用

張輝 天津市力神電池股份有限公司 天津，郵編：300384

一 、引言

首先，現(xiàn)在我們面臨著能源危機(jī)：據(jù)專家估算,以現(xiàn)在的能源消耗速度,可開(kāi)采的石油資源將在幾十年后耗盡,煤炭資源也只能供應(yīng)人類約200年。進(jìn)入21世紀(jì)能源問(wèn)題已成為世界關(guān)注的一個(gè)重大問(wèn)題。同時(shí),隨著環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重,也促使人們努力去開(kāi)發(fā)新能源,特別是可再生能源。風(fēng)能潮汐能等雖屬可再生能源,但受地理環(huán)境等條件的限制。唯有太陽(yáng)能輻射到地球的每個(gè)角落,因而成為21世紀(jì)最具大規(guī)模開(kāi)發(fā)潛力的新能源之一。

其次，現(xiàn)代社會(huì)應(yīng)是節(jié)約型的社會(huì)，而社會(huì)生活也應(yīng)是節(jié)約能耗的生活。溫家寶總理也于2005年6月30日提出并強(qiáng)調(diào)加快建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的方針。而太陽(yáng)能作為一種“取之不盡，用之不竭”的新型環(huán)保能源已成為世界各國(guó)能源研究工作中的一個(gè)重要課題。

第三柔性電池具有很大的開(kāi)發(fā)前景。如今量產(chǎn)的太陽(yáng)能電池里,95%以上是硅基的,而剩下的不到5%是由其它材料制成的,柔性太陽(yáng)能電池便是其中一部分。柔性太陽(yáng)能電池的優(yōu)勢(shì)包括:成本低、重量輕、可彎曲。為滿足柔性太陽(yáng)能電池日益擴(kuò)大的市場(chǎng)需求,大部分廠商都在計(jì)劃提高產(chǎn)能,包括美國(guó)First Solar、富士電機(jī),美國(guó)Nanosolar、三洋電機(jī)、美國(guó)United Solar Ovonic,LLC、英國(guó)G24 Innovations Limited在內(nèi)的多家公司,均計(jì)劃建設(shè)發(fā)電量在100M W以上的工廠。本文主要分析了傳統(tǒng)電池和柔性電池的制備工藝之間的區(qū)別，柔性電池的具有的優(yōu)勢(shì)以及柔性電池的應(yīng)用。

二、傳統(tǒng)封裝技術(shù)和柔性電池的對(duì)比—整理一下結(jié)構(gòu)圖最好自己重畫(huà)一下

經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能電池的實(shí)際使用，各國(guó)研究人員逐漸意識(shí)到太陽(yáng)能電池的封裝材料對(duì)電池的光電轉(zhuǎn)換效率、使用壽命都有很大的影響。未來(lái)尋找理想的封裝材料，人們做了大量的研究工作，目前在太陽(yáng)能晶體硅封裝已經(jīng)形成了相對(duì)成熟的封裝工藝，在原材料的選用上也相對(duì)成熟。

普通硬襯晶體硅組件的封裝原材料：

鋼化玻璃

采用低鐵鋼化絨面玻璃(又稱為白玻璃）,厚度3.2mm,在光伏電池光譜響應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)(320n m-1100n m）透光率達(dá)91%以上，對(duì)于大于1200n m的紅外光有較高的反射率。玻璃同時(shí)能耐太陽(yáng)紫外光線的輻射，透光率不下降。抗機(jī)械沖擊強(qiáng)度好，防冰雹、抗風(fēng)壓良好，表面透光性≧91%，彎曲度不超過(guò)0.2%。

EVA

一種熱融膠粘劑，常溫下無(wú)粘性而具抗粘性，以便操作，經(jīng)過(guò)一定條件熱壓便發(fā)生熔融粘接與交聯(lián)固化。透光性能和耐侯性能要求比較高，作用：封裝的電池片，防止外界環(huán)境對(duì)電池片的電性能造成影響，同時(shí)增強(qiáng)組件的透光性，將電池片，鋼化玻璃，TPT粘接在一起，具有一定的粘接強(qiáng)度，具有良好的抗紫外線能力。

TPT

用在組件背面，作為背面保護(hù)封裝材料，對(duì)陽(yáng)光起反射作用，對(duì)組件的效率略有提高，其材料的特點(diǎn)電氣絕緣、阻燃性，卓越的耐候性，增強(qiáng)組件的抗?jié)B水性，與EVA、接線盒有良好的粘接性能。

鋁合金邊框

鋁合金表面必須經(jīng)過(guò)鈍化處理——陽(yáng)極氧化，表面氧化層厚度大于12μm。用于封裝的邊框應(yīng)無(wú)變型，表面無(wú)劃傷，要保證 長(zhǎng)達(dá)25a的使用壽命。

接線盒

組件的正、負(fù)極從TPT引出后需要一個(gè)專門(mén)的接線盒來(lái)實(shí)現(xiàn)與負(fù)載的連接運(yùn)行。具有防老化和抗紫外輻射特性，能確保組件在室外使用25a以上不出現(xiàn)老化破裂現(xiàn)象。其主要功能是保護(hù)玻璃邊緣，鋁合金結(jié)合硅膠打邊加強(qiáng)了組件的密封性能，大大提高了組件整體的機(jī)械強(qiáng)度(抗風(fēng)壓,雪壓要求），便于組件的安裝，運(yùn)輸(設(shè)計(jì)要便于安裝,與建筑一體化）。

封裝示意圖：

由于非晶硅太陽(yáng)能電池做成柔性的組件是很常見(jiàn)的，美國(guó)UNI-SOLAR公司，目前的國(guó)內(nèi)的津能-unisolar都在做非晶硅柔性電池的封裝，但是目前存在的成本問(wèn)題，其成本及售價(jià)還是相對(duì)比較高，因?yàn)殡姵仄峭ㄟ^(guò)國(guó)外進(jìn)口才能購(gòu)得，而最近幾年隨著晶體硅的快速發(fā)展，以及產(chǎn)業(yè)鏈的成熟度越來(lái)越高，所以相對(duì)于硅片的價(jià)格持續(xù)走低，用晶體硅做柔性電池的趨勢(shì)越來(lái)越受到關(guān)注，晶體硅的轉(zhuǎn)換效率比非晶硅要高的多，如果能實(shí)現(xiàn)柔性封裝的技術(shù)，將來(lái)在柔性太陽(yáng)能的領(lǐng)域?qū)⑹菚?huì)有很大的發(fā)展空間。

但是基于晶體硅電池的特點(diǎn)，電池片薄而脆的，只有0.18m m厚，容易斷裂，對(duì)于做成柔性電池的是很大的挑戰(zhàn)，但是通過(guò)技術(shù)上是能實(shí)現(xiàn)的，那么在工藝與原材料的選擇與普通的晶體硅封裝和非晶硅的柔性電池的封裝是有很大區(qū)別的。

晶體硅柔性太陽(yáng)能組件的封裝材料：

ETFE

ETFE的化學(xué)名稱是乙烯-四氟乙烯共聚物，是一種獨(dú)特的熱塑性氟聚合物。ETFE綜合了優(yōu)良的機(jī)械性質(zhì)、良好的加工性、以及杰出的絕緣性和耐化學(xué)性。它不含有任何增塑劑或粘合劑，因此，能夠完全體現(xiàn)出氟樹(shù)脂的優(yōu)異性能。ETFE具有杰出的耐候和抗老化能力，抗拉強(qiáng)度強(qiáng)，拉伸率在420，透光率高96%，與EVA的粘接強(qiáng)度好，優(yōu)良的耐熱性、耐化學(xué)性、不粘性和杰出的絕緣。作為太陽(yáng)能電池封裝材料的窗口，非常適合。

EVA

其性能同晶體硅的封裝使用的EVA，各項(xiàng)性能指標(biāo)如下，良好的抗拉強(qiáng)度，可見(jiàn)光透射率≥87%，斷裂伸長(zhǎng)率良好≥650；粘接強(qiáng)度良好，耐輻照性好，吸水率低；耐熱性、耐濕性、抗沖擊性、霰彈袋沖擊性能、紫外線截止率98.5%。背板：環(huán)氧樹(shù)脂版

此種材料具有良好的粘附力，環(huán)氧樹(shù)脂分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對(duì)各種物質(zhì)具有很高的粘附力。收縮性低，環(huán)氧樹(shù)脂和所用的固化劑的反應(yīng)是通過(guò)直接加成反應(yīng)或樹(shù)脂分子中環(huán)氧基的開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)來(lái)進(jìn)行的，沒(méi)有水或其它揮發(fā)性副產(chǎn)物放出。力學(xué)性能好。電性能，固化后的環(huán)氧樹(shù)脂體系是一種具有高介電性能、耐表面漏電、耐電弧的優(yōu)良絕緣材料?；瘜W(xué)穩(wěn)定性，通常，固化后的環(huán)氧樹(shù)脂體系具有優(yōu)良的耐堿性、耐酸性和耐溶劑性。適當(dāng)?shù)剡x用環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑，可以使其具有特殊的化學(xué)穩(wěn)定性能。具有突出的尺寸穩(wěn)定性和耐久性。耐霉菌性能好，可以在苛刻的熱帶條件下使用。

迷彩布

迷彩布材料成分：65%棉和35%聚乙烯，結(jié)構(gòu)組成：毛線/斜紋織物，其特點(diǎn)：防水，防油，防縮水，防火設(shè)計(jì)，防皺，抗菌，防輻射以及抗靜電。用于太陽(yáng)能電池組件的輔材封裝，可以起到便攜，按照設(shè)計(jì)裁剪，使組件組合形式多樣化，并適合軍事裝備使用。

三、柔性電池在軍事裝備中的應(yīng)用

太陽(yáng)能作為一種新型能源受到各國(guó)不變的重視而發(fā)展迅猛，但在軍事裝備中應(yīng)用則起步較晚，這主要是因?yàn)樘?yáng)能電池的轉(zhuǎn)換率較低，造價(jià)居高不下，電池板笨重易碎。隨著技術(shù)上的飛躍，太陽(yáng)能電池性能不斷提高，價(jià)格也不斷下降，使其可能成為數(shù)字化部隊(duì)裝備的立項(xiàng)電源。而晶體硅做成柔性電池，可不但提高了轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)也提高了便攜性，成本偏低，避免了電池片從國(guó)外采購(gòu)的瓶頸。

目前國(guó)內(nèi)的軍隊(duì)也大力推進(jìn)信息化建設(shè)，數(shù)字化裝備開(kāi)始裝備部隊(duì)，美軍所面臨的單軍作戰(zhàn)負(fù)載過(guò)重的問(wèn)題也正是我們軍隊(duì)所面臨的，甚至難度更大，如果完全依賴充電電池作為數(shù)字化裝備，這種的負(fù)重不適合中國(guó)士兵的體質(zhì)。柔性電池組件在軍隊(duì)中的使用前景光明，并能解決負(fù)載過(guò)重的瓶頸。

四、總結(jié)

本文總結(jié)了柔性電池的和普通電池加工工藝上的區(qū)別以及采用的主要原材料的性能；并分析了柔性電池的主要優(yōu)勢(shì)。并結(jié)合現(xiàn)在的實(shí)際情況分析了柔性電池在建筑中應(yīng)用的應(yīng)用方法等。

《并網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏發(fā)系統(tǒng)》崔榮強(qiáng) 趙春江吳達(dá)成

《太陽(yáng)能電池在軍事裝備中的應(yīng)用展望》楊波，王金全解放軍理工大學(xué)工程兵工程學(xué)院