導(dǎo)電膠對(duì)太陽(yáng)電池之間粘接強(qiáng)度的影響研究

國(guó)家電投集團(tuán)西安太陽(yáng)能電力有限公司 ■ 嚴(yán)華 朱疆 胡杰 左燕 魏亞楠

0 引言

當(dāng)前，光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為技術(shù)成熟、競(jìng)爭(zhēng)充分的產(chǎn)業(yè)，已成為我國(guó)新能源經(jīng)濟(jì)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分[1-2]。光伏組件是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分之一，由太陽(yáng)電池和其他封裝材料組裝而成，其所使用的太陽(yáng)電池可以是整片電池，也可以是由整片電池切割而成的小片電池[3]。通常，光伏組件中的太陽(yáng)電池之間需通過焊帶進(jìn)行連接，然而隨著光伏技術(shù)的不斷創(chuàng)新，新產(chǎn)品和新材料不斷涌入市場(chǎng)，目前越來越多的組件廠開始使用導(dǎo)電膠連接電池[4]。

導(dǎo)電膠由多種不同的成分組成，最主要的部分為基體和導(dǎo)電填料，基體可以為太陽(yáng)電池提供黏結(jié)性能，而導(dǎo)電填料可以使電池之間具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能[5]。通過導(dǎo)電膠連接后，電池之間的粘接強(qiáng)度取決于導(dǎo)電膠的規(guī)格和性能；而此粘接強(qiáng)度不僅影響組件生產(chǎn)過程中的良率，還會(huì)影響組件的可靠性，是組件生產(chǎn)制作過程中至關(guān)重要的參數(shù)[6-7]。因此， 研究導(dǎo)電膠對(duì)太陽(yáng)電池之間粘接強(qiáng)度的影響是非常有必要的。本文研究了導(dǎo)電膠體系和膠條形狀對(duì)太陽(yáng)電池之間粘接強(qiáng)度的影響，并通過掃描電鏡和萬(wàn)能拉伸機(jī)等測(cè)試設(shè)備進(jìn)行了表征，以期為導(dǎo)電膠的選型提供一定的參考。

1 實(shí)驗(yàn)原材料及流程

1.1 實(shí)驗(yàn)原材料

實(shí)驗(yàn)使用尺寸為156 mm×156 mm 的單晶硅太陽(yáng)電池，導(dǎo)電膠使用有機(jī)硅體系和丙烯酸體系導(dǎo)電膠。

1.2 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)分別采用不同體系和不同膠條形狀的導(dǎo)電膠進(jìn)行涂覆。

具體實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示：先將尺寸為156 mm×156 mm 的單晶硅太陽(yáng)電池切割成40 mm×31 mm 的小片電池，然后在小片電池的主柵上涂覆導(dǎo)電膠；再將2 片電池沿著長(zhǎng)邊方向重疊在一起(見圖2)；在導(dǎo)電膠固化完全之后，通過萬(wàn)能拉伸機(jī)測(cè)試電池之間的粘接強(qiáng)度。

對(duì)電池間的粘接強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試時(shí)，沿著電池寬度方向進(jìn)行拉伸并記錄拉力測(cè)試的數(shù)值；每種實(shí)驗(yàn)測(cè)試5～10 組樣品。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程圖

圖2 導(dǎo)電膠涂覆和電池疊片示意圖

2 結(jié)果與分析

2.1 不同體系的導(dǎo)電膠對(duì)電池之間粘接強(qiáng)度的影響

實(shí)驗(yàn)使用了2 種不同體系的導(dǎo)電膠：丙烯酸體系導(dǎo)電膠和有機(jī)硅體系導(dǎo)電膠，二者的性能對(duì)比如表1所示。分別使用2 種體系的導(dǎo)電膠連接的電池間的拉力測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

表1 2 種不同體系的導(dǎo)電膠的性能對(duì)比

圖3 不同體系的導(dǎo)電膠連接的電池間的拉力測(cè)試結(jié)果

從圖3中可以看出，使用丙烯酸體系導(dǎo)電膠進(jìn)行連接后，電池間的拉力普遍大于使用有機(jī)硅體系導(dǎo)電膠。這說明采用丙烯酸體系導(dǎo)電膠的太陽(yáng)電池間的粘接效果更優(yōu)，制作出的光伏組件機(jī)械性能更好。

2.2 不同膠條形狀的導(dǎo)電膠對(duì)電池之間粘接強(qiáng)度的影響

在進(jìn)行導(dǎo)電膠涂覆時(shí)，丙烯酸體系和有機(jī)硅體系導(dǎo)電膠在電池柵線上點(diǎn)出的膠條形狀均會(huì)隨著點(diǎn)膠設(shè)備參數(shù)的調(diào)整而發(fā)生變化。因此，本實(shí)驗(yàn)僅從二者中選取1 種作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。

本實(shí)驗(yàn)選用丙烯酸體系導(dǎo)電膠，通過調(diào)整點(diǎn)膠設(shè)備參數(shù)得到不同的膠條形狀，如圖4所示。圖4a 中，導(dǎo)電膠膠點(diǎn)之間有一定的間距，因此膠條形狀為點(diǎn)狀；圖4b 中，導(dǎo)電膠膠點(diǎn)之間連接成線狀。

圖4 不同膠條形狀的導(dǎo)電膠掃描電鏡圖

分別采用2 種膠條形狀的導(dǎo)電膠連接太陽(yáng)電池，然后分別測(cè)試太陽(yáng)電池之間的拉力大小，得到的結(jié)果如圖5所示。

由圖5可以看出，分別采用點(diǎn)狀與線狀2 種導(dǎo)電膠膠條時(shí)，電池之間的拉力大小相差約40 N。對(duì)于同一種導(dǎo)電膠來說，線狀導(dǎo)電膠膠條所產(chǎn)生的粘接效果優(yōu)于點(diǎn)狀導(dǎo)電膠膠條。因此，在生產(chǎn)中可調(diào)節(jié)設(shè)備參數(shù)，使導(dǎo)電膠膠條呈線狀，以提高太陽(yáng)電池之間的粘接效果。

圖5 采用不同膠條形狀的導(dǎo)電膠連接的太陽(yáng)電池之間的拉力測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論與展望

本文研究了導(dǎo)電膠體系和膠條形狀對(duì)太陽(yáng)電池之間粘接強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，不同導(dǎo)電膠體系對(duì)電池之間的粘接強(qiáng)度影響較大，采用丙烯酸體系導(dǎo)電膠連接的電池間的粘接強(qiáng)度優(yōu)于采用有機(jī)硅體系導(dǎo)電膠。此外，導(dǎo)電膠膠條形狀可通過調(diào)節(jié)設(shè)備參數(shù)來調(diào)整，對(duì)同一種導(dǎo)電膠而言，不同膠條形狀所產(chǎn)生的粘接強(qiáng)度也各不相同，線狀導(dǎo)電膠膠條的粘接強(qiáng)度優(yōu)于點(diǎn)狀導(dǎo)電膠膠條。以上結(jié)論對(duì)于光伏組件生產(chǎn)過程中導(dǎo)電膠的選型和設(shè)備參數(shù)調(diào)節(jié)具有一定的指導(dǎo)意義，可推動(dòng)導(dǎo)電膠在光伏組件領(lǐng)域的發(fā)展。