光伏組件用網(wǎng)格玻璃釉層的可靠性分析報(bào)告

張文瑞

摘 要：網(wǎng)格玻璃應(yīng)用于雙玻組件的后板玻璃，是按照電池片的排布，在片間距、串間距之間印刷上一層的白色釉面，其目的就是把電池片間隙未利用的10%左右的太陽光經(jīng)白色釉層再次反射到電池片的正反面形成二次吸收利用，從而提升組件的功率，本文主要針對釉料進(jìn)行分析，對釉料的選擇給出建議。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)格玻璃釉層;釉層的厚度;反射率;制程碎片率;微觀形貌

1 研究背景

網(wǎng)格玻璃印刷使用的釉料一般為無機(jī)物氧化物，通常釉料由基釉、色料和油劑混合而成，根據(jù)需要加入不同色料可以制成不同顏色的釉料。其中基釉又叫熔塊，其實(shí)質(zhì)就是低熔點(diǎn)的玻璃，與玻璃的成分相同，主要包括二氧化硅、三氧化硼、氧化鈉、氧化鈣、氧化鉛與三氧化二鋁等。色料是金屬氧化物或化合物，色料在釉料中起到著色的作用，在釉料燒結(jié)時，色料、熔塊和玻璃相互黏結(jié)在一起，形成有色層，其色料的種類很多，但在光伏網(wǎng)格玻璃用玻璃顏料一般采用白色二氧化鈦。其油劑為松節(jié)油、松油醇、松香、乙基纖維等，其中松節(jié)油和松油醇比例占90%，油劑借助其黏性，將釉料黏附于玻璃表面，當(dāng)釉料被加熱一定溫度時，油劑會揮發(fā)氧化掉，然后釉料才開始與玻璃燒結(jié)?；?、色料必須與油劑充分混合才能使用。

2 釉層性能分析

網(wǎng)格玻璃釉層相關(guān)性能的分析樣品選取行業(yè)內(nèi)主流的三家。

2.1 釉層穩(wěn)定性

為了評估釉層的穩(wěn)定性，對上述三家網(wǎng)格玻璃進(jìn)行HAST濕熱老化測試，溫度為130℃，濕度85%，時間48小時，試驗(yàn)結(jié)果如下：

由上圖可以看出，在HAST48h后A廠家的白色釉層邊緣部位出現(xiàn)暈染現(xiàn)象，存在有機(jī)溶劑析出的現(xiàn)象，其它兩家未出現(xiàn)。

目前市場上釉料根據(jù)固化類型分為低溫釉料和高溫釉料，除過配方不同外，兩者主要的差異就是制備工藝不同，低溫釉料的工藝流程為先鋼化后印刷再烘干，烘干溫度為300°左右;高溫釉料則是先印刷后烘干再鋼化，其烘干溫度為200℃左右，但烘干后需經(jīng)鋼化溫度為700℃高溫繼續(xù)固化，在高溫作用下可將金屬氧化物與玻璃更好融為一體，因此高溫釉牢固、耐腐蝕、耐摩擦，而低溫釉料相對不太牢固，容易脫落。

因此從低溫和高溫釉層工藝的特點(diǎn)分析，玻璃釉層的穩(wěn)定性關(guān)鍵是控制溫度，溫度較低不能將油性溶劑完全氣化，在受熱條件下出現(xiàn)析出，是造成暈染的主要原因。相比兩種工藝下高溫釉更可靠，因此針對網(wǎng)格玻璃的釉層應(yīng)使用高溫釉。

2.2 釉層附著力

涂層附著力是指漆膜與被涂物體表面之間通過物理或化學(xué)作用相互黏結(jié)的能力，是一種界面作用力，包括涂層與基體表面的黏附力及涂層本身的內(nèi)聚力。涂料發(fā)揮作用的前提是涂層能牢固地附著在物體表面上，良好的涂層附著力能夠保證底材與涂層之間的牢靠程度，因此附著力是衡量涂料性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對上述三家玻璃進(jìn)行附著力測試結(jié)果如下：

A廠家的涂層使用百格刀劃割后表面掉粉嚴(yán)重，其它兩家涂層牢固，未產(chǎn)生掉粉現(xiàn)象。掉粉原因可能為固化溫度低，金屬氧化物與玻璃未很好黏結(jié)，導(dǎo)致釉層固化不牢固，因此出現(xiàn)掉粉的現(xiàn)象。

2.3 釉層與封裝膠膜的粘接力

雙玻組件通常與POE搭配使用，網(wǎng)格玻璃釉層與POE的粘接力將影響組件的可靠性，衡量粘接力的大小通常由剝離強(qiáng)度來表征，剝離強(qiáng)度越大，則粘接越牢固，組件脫層的風(fēng)險(xiǎn)越小，下圖對比了三家網(wǎng)格玻璃釉層與POE初始和HAST48h老化后的剝離強(qiáng)度。

由上圖可知，隨著老化時間的延長其粘接力降低，在PCT48h后網(wǎng)格玻璃釉層與POE具有較好的粘接力，按照剝離強(qiáng)度≥40N/cm要求，其結(jié)果均可滿足。但各家的網(wǎng)格玻璃釉層與POE粘接力對比A廠家表現(xiàn)最低。玻璃釉層與POE的粘接是異質(zhì)物體表面用膠粘劑連接在一起的技術(shù)，其間主要靠機(jī)械力粘接，即釉層表面存在大量的細(xì)小孔隙，膠粘劑分子靠擴(kuò)散、滲透作用進(jìn)入被粘物體內(nèi)部，使兩者黏結(jié)，當(dāng)釉層的分子結(jié)構(gòu)越密實(shí)與膠膜黏結(jié)強(qiáng)度就越高，反之釉層的附著力低，釉層疏松，即表現(xiàn)內(nèi)聚力低，在剝離時會很容易破壞內(nèi)聚力，造成剝離力偏低。

2.4 釉層反射率

網(wǎng)格玻璃的釉層是依靠TiO2的反射作用從而增加組件光的利用率來提升組件功率，因此釉層的反射率越高越好，以下對比測試了兩家網(wǎng)格玻璃釉層的反射率，如下所示：

由上述數(shù)據(jù)看出，網(wǎng)格玻璃釉層的反射率在紫外和可見光波段均表現(xiàn)有較大差異。在釉層中起反射作用的主要為TiO2，其反射率在常見的白色物質(zhì)中是最高的，反射率隨物質(zhì)的化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)以及光的波長不同而改變，因此釉層中選擇的TiO2類型是主要影響反射率大小的因素。除此之外，釉層的厚度對反射率也是有影響，根據(jù)研究數(shù)據(jù)其厚度與反射率呈現(xiàn)線性關(guān)系，如下所示：

由上圖可以看出，隨著釉層厚度的增加，其反射率逐漸增大，但當(dāng)釉層厚度在25μm以上時，隨著厚度的增加，反射率趨于平穩(wěn)，不會繼續(xù)上升，所以釉層的厚度控制在25μm時即可保證網(wǎng)格玻璃反射率。

2.5 釉層厚度

釉層的厚度除影響反射率之外，當(dāng)釉層厚度較厚時，由于釉層與玻璃底板存在高度差，在層壓時易導(dǎo)致電池出現(xiàn)隱裂，因此釉層的厚度不宜太厚，其釉層厚度主要與工藝的管控有關(guān)，以下為不同廠家使用SEM測試的厚度數(shù)據(jù)：

從上述數(shù)據(jù)，各家釉層的厚度差異較大，A廠家釉層厚度表現(xiàn)較厚，分別使用A、B廠家玻璃制作組件，統(tǒng)計(jì)使用過程中的電池破片率數(shù)據(jù)，如下所示：

網(wǎng)格玻璃釉層的厚度對反射率和生產(chǎn)過程的破片率均有影響，從上述釉層厚度與反射率數(shù)據(jù)看，達(dá)到一定厚度后反射率趨于平穩(wěn)，因此為了避免釉層較厚出現(xiàn)電池隱裂，需要對釉層的厚度進(jìn)行管控，調(diào)研行業(yè)內(nèi)釉層管控如下所示：

通過上表數(shù)據(jù)及厚度與反射率的關(guān)系，網(wǎng)格玻璃釉層厚度宜控制25μm±5μm，可保證反射率在80%。

2.6 釉層微觀形貌

下圖是各廠家玻璃微觀形貌圖：

從上圖看A廠家釉層微裂紋多、B廠家釉層的孔洞多、C廠家釉層較為致密。釉層表面有很多缺陷，如氣孔，斑點(diǎn)和微裂紋。氣孔是在燒結(jié)過程中釉料中的有機(jī)材料揮發(fā)殘留的排氣氣孔，氣孔大小不一，分布也不規(guī)則。一般認(rèn)為微觀層面的微裂紋和斑點(diǎn)、孔洞越少，則基釉、色料和玻璃本身的融合程度越高，主要取決于釉料本身質(zhì)量，所以可通過釉層的SEM掃描圖來管控釉層的質(zhì)量。

3 總結(jié)

3.1 通過對不同廠家網(wǎng)格玻璃釉層的穩(wěn)定性進(jìn)行評估，經(jīng)老化測試后各家存在差異，存在釉層暈染現(xiàn)象，其原因主要為固化時釉層溫度低未將有機(jī)油劑完全氣化，在受熱時油劑析出產(chǎn)生暈染，可通過使用高溫釉進(jìn)行改善。

3.2 釉層的附著力與POE的粘接力表明，當(dāng)釉層不牢固時會產(chǎn)生掉粉現(xiàn)象，從而影響與封裝膠膜的粘接力。

3.3 釉層的厚度與反射率及制程碎片率有關(guān)，釉層的厚度控制在25μm±5μm，可保證反射率在80%以上，且制程碎片率少。

3.4 根據(jù)各家網(wǎng)格玻璃的微觀形貌看出，不同廠家網(wǎng)格玻璃釉層表現(xiàn)出不同的孔洞、微裂紋特點(diǎn)，主要與釉料原料有關(guān)，所以可通過釉層的SEM掃描圖來管控釉層的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙亮.日用玻璃無鉛玻璃釉料[J].網(wǎng)印工業(yè)，2019，241（01）：14-17.

[2]張贊.低溫快燒結(jié)晶釉的制備與性能[D].華南理工大學(xué)，2011.

[3]姚和勛.一種玻璃釉料著色組合物、釉料著色玻璃板和應(yīng)用.

（國家電投集團(tuán)西安太陽能電力有限公司 ?陜西 ?西安 ?710100）