太陽能電池生產(chǎn)工藝改進措施的分析

劉紅軍 張峰

摘 要：光伏發(fā)電的核心組件——太陽能電池，這個核心組件的工作狀態(tài)直接決定著光伏發(fā)電系統(tǒng)能否成功正常運行的關(guān)鍵。我們可以從太陽能電池組的材料、設(shè)計以及生產(chǎn)工藝上幾方面著手分析，只有不斷在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)和改進太陽能電池出現(xiàn)的缺陷，才能提升太陽能電池在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的工作效率。本文以太陽能電池的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的缺陷，并就分析結(jié)果提出改進措施。

關(guān)鍵詞：電池;太陽能;缺陷;改進

太陽能電池是在光能轉(zhuǎn)化電能過程中扮演重要角色的一種光電轉(zhuǎn)換器件，目前世界上主要的太陽能電池材料有主要有5種，分別是晶體硅、非晶/單晶異質(zhì)結(jié)、非晶硅薄膜、碲化鎘薄膜及銅銦硒薄膜等。目前我國生產(chǎn)的的太陽能電池材料多為單晶，光伏電池技術(shù)水平仍處于發(fā)展階段[1]。采用其它新型材料、技術(shù)生產(chǎn)的太陽能電池也不斷的在市場推出。太陽能電池組在生產(chǎn)中尚存在一些缺陷，如何發(fā)現(xiàn)并及時改進工藝上的缺陷是太陽能電池行業(yè)重要課題之一。

1 太陽能電池研發(fā)生產(chǎn)現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國太陽能市場上出售的電池材料以單晶硅為主。但是單晶硅電池在生產(chǎn)過程中能耗較大，有些專家更是直言生產(chǎn)單晶硅電池產(chǎn)生的能耗大于單晶硅能轉(zhuǎn)化的太陽能資源，認為單晶硅沒有應(yīng)用價值。相關(guān)的研究做過估計，單晶硅的服務(wù)年限大于10年的時候，其捕獲太陽能的能量才能大于生產(chǎn)時所消耗的能量[2]。單晶硅的制作需要還原石英砂，將石英砂融化后拉單晶便可以獲得。整個生產(chǎn)過程消耗大量能量，并產(chǎn)生較多的有毒有害物質(zhì)，對環(huán)境損害較大。

2 組件中的主要缺陷分析及改進措施

太陽能轉(zhuǎn)化為電能主要是通過光電轉(zhuǎn)換來完成的，其使用壽命主要取決于組件封裝的質(zhì)量，Si片基本特點是易碎，已經(jīng)破損的電池單元直接影響著電池板的輸出功率與使用壽命，大大降低電池組件的可靠性。

2.1 斷柵

斷柵的產(chǎn)生引起電流效率降低，光譜響應(yīng)受到了嚴(yán)重影響，電池片的轉(zhuǎn)換效率明顯降低。在層壓流程中假如未分選出斷柵電池片，電池片完成層壓工序之后，會沿著柵線方向出現(xiàn)嚴(yán)重斷柵現(xiàn)象。輕微的斷柵對電池組件產(chǎn)生影響不大，可以降低電池組的銷售價格、檔次來進行出售。當(dāng)斷柵十分嚴(yán)重時，直接影響了電池片的輸出電流，引起電池片的熱斑效應(yīng)，就會對整個組件電性能造成影響。

斷柵的出現(xiàn)有兩種原因，第一是由于電池片自身的缺陷引起的，第二是電池片受到外力因素破壞，例如在分選電池片的流程中，工作人員甩動電池片的力度過大或者使電池片之間產(chǎn)生了較大程度摩擦[3]。

當(dāng)出現(xiàn)斷柵時，需要將相關(guān)的缺陷信息及時向生產(chǎn)部門反映，并對材料的配比做出相應(yīng)的調(diào)整，同時根據(jù)需要調(diào)整或者更換網(wǎng)版。電池片分選作業(yè)需要更為專業(yè)化，規(guī)范相關(guān)的生產(chǎn)工藝。

2.2 氣泡

生產(chǎn)中出現(xiàn)的氣泡分為兩種，第一中出現(xiàn)在層壓過程中，第二種出現(xiàn)在組件使用過程中。層壓中的氣泡會對太陽能電池組的外觀與壽命造成影響。氣泡在外界熱量的作用下膨脹，使得很多氣泡逐漸連通在一起。一段時間后，擴大的脫層缺陷影響到了電池組件壽命。電池材料的質(zhì)量以及操作工藝的問題均會使得電池組件出現(xiàn)組層壓氣泡。

改善的主要方法選購原材料品牌較好生產(chǎn)方，確定好EVA的每日用量，做好材料的防潮、防塵。在生產(chǎn)過程中如果發(fā)現(xiàn)電池組件存在缺陷，則需及時與管理者聯(lián)系，調(diào)整層壓的相關(guān)參數(shù)。適當(dāng)調(diào)整抽真空時間與溫度，及時維護好層壓機運行狀態(tài)。嚴(yán)格控制助焊劑和焊帶在浸泡工序中的各種參數(shù)，保證助焊劑在發(fā)揮效用的時候不出現(xiàn)白斑[4]。

2.3 短路

電池片組件發(fā)生短路時會引起太陽能系統(tǒng)電壓降低，系統(tǒng)的實際功率與額定功率不一致，很大程度上減少了組件的輸出功率及填充因子FF。

引起太陽能電池板發(fā)生短路缺陷主要有是三方面因素引起的：一方面是串焊過程接反電池片正負極所致;另一方面是焊接過程中，過多的焊錫用量而使得電池片正負極意外連接而引發(fā)的短路;第三個因素就是導(dǎo)電物質(zhì)進入電池組內(nèi)，將電池組內(nèi)的正負極連接在一起而導(dǎo)致的電池組短路缺陷。

改善措施是提升半成品的檢查嚴(yán)格程度，在半成品階段就排除電池組短路的組件。同時需要在進行焊接過程中控制焊接用錫量，以及完善規(guī)范焊后的檢查程序。

2.4 裂片

鋪設(shè)工序中的鏡檢是發(fā)現(xiàn)組件裂片的主要途徑，通常也會采取EL來檢測裂片。裂片中的顯裂多為電池片受到外界較大應(yīng)力所造成的。而隱裂一般較小，但也會一定程度上影響電池的電流傳輸。當(dāng)外界存在機械應(yīng)力時，會進一步擴大電池片中隱裂的分布范圍，使得電池片發(fā)生開路性缺陷。隱裂如果達到一定程度，便會出現(xiàn)熱斑效應(yīng)，使得完整的電池片局部失去效用，加速了電池性能衰退。生產(chǎn)過程中，受到電池組生產(chǎn)工藝自身的弊端與焊接技術(shù)的因素，以及后續(xù)工序中受力情況均會對電池片造成裂片的隱患[5]。

主要的改善方法是對焊接質(zhì)量環(huán)節(jié)進行嚴(yán)格控制，焊接參數(shù)也需要仔細分析，特別是一些重要的參數(shù)的設(shè)定要特別注意，采取針對性的業(yè)務(wù)培訓(xùn)。電池組的除靜電工作也需要做到認真細致，尤其是電池組的焊接平臺、車間地面的重要部位鋪設(shè)防靜電橡膠毯等物品，保持地面的平整度。消除異物進入到電池組件內(nèi)。為了防止車間的蚊蠅，需要在車間安裝滅蚊燈。不斷提升生產(chǎn)過程的自動化水準(zhǔn)，由此可以降低人為因素導(dǎo)致的斷片現(xiàn)象。

3 結(jié)語

目前太陽能的開發(fā)利用方式主要為太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換，經(jīng)過短短幾十年的發(fā)展，太陽能電池已具備相當(dāng)成熟的技術(shù)并應(yīng)用于人們生產(chǎn)生活的方方面面。而在生產(chǎn)太陽能電池組件時，常會出現(xiàn)斷柵、氣泡、短路及裂片等缺陷，因此需要針對出現(xiàn)的缺陷及時采取改進措施，提升太陽能電池的生產(chǎn)質(zhì)量。在不遠的將來，太陽能產(chǎn)品的科技含量將不斷提升，與建筑物屋頂、墻體材料如玻璃幕墻融為一體，既可并網(wǎng)發(fā)電又能節(jié)約建筑材料、美化環(huán)境。為人們提供更為優(yōu)質(zhì)和清潔的能源。

參考文獻：

[1]劉建華.試論太陽能多晶硅的制備生產(chǎn)工藝[J].化工管理，2018，492（21）：134.

[2]胡文平，李云峰.太陽能電池工藝存在問題及設(shè)計方法淺析[J].物流工程與管理，2012，34（6）：127-128.

[3]劉雄飛，苗磊，范振紅，等.無機硅電池生產(chǎn)缺陷及其改進措施[J].能源與節(jié)能，2015（1）：72-74.

[4]王森濤，焦朋府，張波.對單晶硅太陽能電池生產(chǎn)工藝的研究[J].化工管理，2017（11）.

[5]多晶硅太陽能電池制作工藝概述[J].有機硅氟資訊，2004（10）：37-39.