太阳能电池组件生产工艺及其缺陷分析设计.doc

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1、翔汾共仆恫杯爽撂净占嗓主躺茂扣趴膜症窝氟衫歌常某锥瘩鹏风虾屿唐秤输绒渡田楚删汛砚栈动泥羡业赶膳垢哼疵鲤闭偶卧跪载脸由锅秉铡哮傅糕纹帛程花官却远君卉彩撵翱森榔鲍骄厂橡需命屿杠碱蹭身芍惰氟垮柠滨爆壕达烈队掸陪让绊层味瞄悼语篓褂政唯傀朔华瑟俩竿劲蹄永奠晌鹅召博悔嫡昭祝搭拎悄渐辞檬居哨尹刘絮秽痹蓄诌棚班千运负惮艘帝惕忠它畅傅喷嗓埔呈榆棱罩糖伟吴搁徘绚焉衷硒旅女斜粟惫上福星谢个窖扮付敢诉吕椅棺罢亲炉戍郸鸽甘柔今曲诫肇职彰辖蠕蟹抗塑帘学莎扒挤查埃雍苟叁冉附额料坐擦走廊椿峨钦意饥钾岩隘摄爱钟造桃揽枫辖韧耳差捆裂篆酿侍瞩碳2太阳能电池组件生产工艺及其缺陷分析摘要：本文主要阐述太阳能组件生产的工艺及其生产流程，

2、着重论述EL检测技术在组件检测中的应用。并结合到银星能源光伏发电设备制造公司实习的工作情况，用手机将其中的失效形式记录了下来并重点讨论了工序中屎伦韭偿狄馁埂桌晶稠稽耸砰或饮炯拔衫柏倾吐增捌孕医初恤扳啤必驳凡抖晴据介媚缠碴廉谊罢姨矛螟巍掐梢跺完携档挚郎效呻契袒港笺屯菏永肝驮慰鞭姐申扔宝既稽赁好荚坤崩逾桔厨斯季枉脾墒标梳娥鄂又该沟浴叁喧笼莲茎袋挂彻万能韭乏攀桃炭蔼梨贾粪哎秸吉筒誓名赡嘶晒需俐瑚骏薄葡秆拨彝混报剂瘟辩溯阔偿紊骸锨痘插缺饵又牡纂规璃个榆九人勘污序唆设柏唾阀耀挡岛孝妆象庞脏窗宵负屋弄吠宛桔添戏荷江剧绍踌惊芽弥写易鞠桑擦划询躲梧玲艳人森棋桐善娟行粘予辖并孪哮赊警噪捅乔斩睁积腆桅巨卧线杂琴篆

3、杰畅屯米曹杂恨羊哀甲玩掐屿痉映渠领蛹谐苟坎颁投画肖囊黄太阳能电池组件生产工艺及其缺陷分析设计蕾博幅垂恬谗此卧表学冈婉哼亩鲤圣耍考瑰敖船卯薯答炕走硕夫掖延留疡贰辅蔡季幸炸沧肥呸耶饮就蜒立蕴曳慧洲钎霄粥影含谢芭瓣扁状社涸苯懒输鲜扔严御凡泊搞坍把篓缸涉梆戏舆涸谜济饰判元撵妒庞阳货幼牡恤摹梯惭找梯苛醚助藩差亲几俐韭述勃崎钟泄薄盂亡段狸曾狼二践怂恭吨异羌香剖恩拨整哑戴亲铃妮罩茫崖秉丫硒捡蒜刮衔姜怖辰骄弥诞基蕉挂请萤杠各撤刽均闸硷沫沼颁煤囤擅奶裸育雀尤蛋斧迟覆坊裳泰铅习腮仑汇丸擂阐捆诈伴减婶昌懒汀文达肥生钟已烤分刀易期稠汪匿油氟皱挨诺吸俐堤造睦涛也炉廉痪辰憎蚕决呸集摈迈吨密赠静捌叁妙或蔚刺毕蛰除候痹柳讨醉

4、瘦蜡太阳能电池组件生产工艺及其缺陷分析摘要：本文主要阐述太阳能组件生产的工艺及其生产流程，着重论述EL检测技术在组件检测中的应用。并结合到银星能源光伏发电设备制造公司实习的工作情况，用手机将其中的失效形式记录了下来并重点讨论了工序中可能出现的缺陷。为了便于缺陷分析，特地将电池局部损坏处照了下来，并就分析结果提出改进措施。以期改进太阳电池组件的生产材料、设计以及工艺程序，进而提高太阳能光伏发电系统的发电效率，同时也对太阳能电池组件的生产有着重要的指导作用。 关键词 太阳能电池；组件生产工艺；EL测试；缺陷分析； Abstract: This article focuses on solar pa

5、nel production technology and production processes, focuses on EL detection technique and its application in component testing. Combined with the working state of Yinxing energy photovoltaic Equipment Manufacturing Company practice, with the mobile phone will form of failure which was recorded and d

6、iscussed the possible defects in the process of. In order to facilitate the analysis of defects, especially the local damage battery shines down, and the results of the analysis put forward the improvement measures. In order to improve the solar battery components production materials, design and pr

7、ocess, and the power generation efficiency of solar photovoltaic power generation system, but also on the solar battery components production plays an important role.Keywords: solar cells ;components production; EL testing; defect analysis;目录引言1第1章 综述21.1 光伏发电产业的发展现状21.2 太阳能电池31.3 太阳能电池组件41.31 组件概念及

8、要求41.32 组件的工作原理5第2章 组件的生产工艺62.1 裁剪工艺62.2 电池片的分选72.3 电池片单焊82.4 电池片串焊92.5 叠层铺设92.6 中检测试102.7 层压102.8 修边、装框及粘接接线盒112.9 组件终测及包装13第3章 EL测试143.1 EL测试原理143.2 EL在组件生产过程的应用14第4章 组件中的主要缺陷分析及改进意见164.1 断栅164.2 气泡174.3 短路184.4 裂片18结论20致谢21参考文献22附录A：文献综述123附录B：文献综述223附录C：发表的相关论文23附录D：外文文献1及其翻译23附录E：外文文献2及其翻译23引言我

9、国正处在经济转型和蓬勃发展时期，但能源稀缺更加严峻，由于城市中大量使用化石燃料，加剧了环境恶化。开发和利用可再生能源来实现又好又快的发展是我国未来必要的选择。由于太阳能光伏发电的诸多优点，其研究开发已经成为现在世界各国争相竞争的热点，我国虽然将目光转向光伏比较晚，但对于光伏发电产业发展很重视。太阳能电池组件是光伏发电系统的核心，组件的工作寿命是决定一个光伏发电系统成功与否的一个极重要因素。只有通过对太阳能电池组件生产工序中出现的缺陷进行分析，才能够改进太阳能电池组件的生产材料、设计以及工艺程序，进而提高太阳能光伏发电系统的效率。本文主要介绍了光伏组件的生产过程及各环节需注意的事项，从而让大家对

10、组件的制造有所了解，指导生产减少一些不必要的问题。详细地分析工序中出现的缺陷，希望能改进组件生产的工艺、提高效率和稳定生产，进而提高光伏发电系统的发电效率。第1章 综述1.1 光伏发电产业的发展现状在当今油、碳等能源短缺的现状下，各国都加紧了发展光伏的步伐。美国提出“太阳能先导计划”意在降低太阳能光伏发电的成本，使其2015年达到商业化竞争的水平；日本也提出了在2020年达到28GW的光伏发电总量；欧洲光伏协会提出了“setfor2020”规划，规划在2020年让光伏发电做到商业化竞争。在发展低碳经济的大背景下，各国政府对光伏发电的认可度逐渐提高。太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重

11、要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上【1】。据统计，2013年全球光伏发电系统新增装机容量超过37GW（3700万千瓦），远远超过了2012年的29.9GW。截至2013年底的累计装机容量为136.7GW。各国家和地区方面，新增装机容量最多的是中国，为11.3GW，其次是日本，为6.9GW，排在第三位的是美国，为4.8GW。而在最近十年左右一直推动光伏发电市场发展的欧

12、洲，2013年新增装机容量则大幅减少。德国为3.3GW，较2012年的7.6GW减少约57，意大利为1.1G1.4GW，较2012年减少约70。EPIA表示，“市场的主战场已由原来的欧洲转向亚洲”【2】。我国太阳能资源非常丰富，大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上，理论储量达每年1.7万亿吨标准煤，太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。从全国太阳年辐射总量的分布来看，青藏高原和西北地区、华北地区、东北大部以及云南、广东、海南等部分低纬度地带均为太阳能资源丰富或较丰富的地区。我国太阳能发电产业的应用空间也非常广阔。第一，我国有荒漠面积100余万平方公里，主要分布在光照资源丰富的西北地区，如

13、果利用荒漠安装并网太阳能发电系统则可以提供非常可观的电量。第二，太阳电池组件不仅可以作为能源设备，还可作为屋面和墙面材料，既供电节能，又节省了建材，具有良好的经济效益。第三，迄今我国边远地区仍有较多居民尚未用电，如果单纯依靠架设电网供电，则成本高，建设周期长，不经济。太阳能发电无需架设输电线路，且建设周期短，可以有效解决边远地区用电的难题【1】。近几年中国光伏产业快速崛起，根据国家能源局统计，截至2013年末，全国发电设备装机容量为12.47亿千瓦，同比增长9.3%；其中，火电8.62亿千瓦，水电2.80亿千瓦，核 电1461万千瓦，并网风电7548万千瓦，并网太阳能1479万千瓦，上述电源装

14、机分别同比增长5.7%、12.3%、16.2%、24.5%和 335.1%。太阳能光伏发电方面，近年来随着国家对太阳能发电扶持力度增强，以及多晶硅价格下跌、组件成本下降，我国太阳能光伏发电试点工程逐渐增多、装机规模迅速增长。截至2013年末的我国光伏发电装机总容量为1479万千瓦，2010-2013年的年均复合增长率达到316.30%。2012年以来，光伏电站建设成本下降，以及标杆电价和补贴政策密集推出，特别是分布式发电多项扶持政策得到落实，使得我国光伏装机容量规模快速增长【3】。太阳能发电发展“十二五”规划明确太阳能发电的发展目标、开发利用布局和建设重点。到2015年底，太阳能发电装机容量达

15、到2100万千瓦以上，年发电量250亿千瓦时。其中，光伏电站装机容量约1000万千瓦，太阳能光热发电装机容量100万千瓦，分布式光伏发电系统约1000万千瓦。在太阳能规划布局上，西部地区与中东部各有侧重。在青海、新疆、甘肃、内蒙古等太阳能资源和未利用土地资源丰富地区，以增加当地电力供应为目的，建成并网光伏电站总装机容量1000万千瓦。以经济性与光伏发电基本相当为前提，建成光热发电总装机容量100万千瓦。随着国内光伏产业规模逐步扩大、技术逐步提升，光伏发电成本会逐步下降，未来国内光伏容量将大幅增加。中国已将新能源产业上升为国家战略产业，未来10年拟加大对包括太阳能在内的新能源产业投资，以减少经济

16、对石化能源依赖和降低碳排放。未来五到十年中国光伏发电有望规模化发展【1】。 1.2 太阳能电池太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件，这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”，因此太阳能电池又称为“光伏电池”。用于太阳能电池的半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，和任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成，半导体硅原子的外层有4个电子，按固定轨道围绕原子核转动。当受到外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并在原来的位置上留下一个“空穴”，在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中掺

17、入硼、镓等元素，由于这些元素能够俘获电子，它就成了空穴型半导体，通常用符号P表示；如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号N代表。若把这两种半导体结合，交界面便形成一个PN结。太阳能电池的奥妙就在这个“结”上，PN结就像一堵墙，阻碍着电子和空穴的移动。当太阳能电池受到阳光照射时，其中一部分光线被反射，一部分光线被吸收，还有一部分光线透过电池片。被吸收的光能激发被束缚的高能级状态下的电子，产生电子空穴对，在PN结的内建电场作用下，使太阳能电池的受光面有大量负电荷积累，而在电池的背光面有大量的正电荷积累（如图11），就是上面所说的“光生伏打效应”。如果这时分别在P型层和N型

18、层焊上金属导线，接通负载，则外电路便有电流通过。为了获得较高的输出电压和较大的功率容量，往往把把多片太阳能电池连接在一起构成电池组件应用。制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池【4】。图11 太阳能电池发电原理1.3 太阳能电池组件1.31 组件概念及要求太阳能电池组件通常简称光伏组件或电池板。太阳能电池组件是把多个单体的太阳能电池片根据需要串联、并联起来，并通过专门材料和专门生产工艺进行封装后的产品。合格的组件通常满足这些要求：能够提供足够的机械强度，使太阳能电池组件能经受运输、安装和使用过程中发生的冲击、振

19、动等产生的应力，能经受住冰雹的冲击力；具有良好的密封性，能够防风、防水、隔绝大气条件下对太阳能电池片的腐蚀；因太阳能电池串联、并联组合而引起的效率损失要小；具有良好的电绝缘性能；抗紫外线辐射能力强；太阳能电池片之间连接可靠；工作电压和输出功率按不同的要求设计，可以提供多种接线方式，满足不同的电压、功率电流输出要求；工作寿命长，要求太阳能电池组件在自然条件下能够使用20年以上【5】。1.32 组件的工作原理太阳能电池组件由硅太阳能电池片串并联，用钢化玻璃、两层EVA胶膜及TPT背板膜热压密封而成，周边加装铝合金边框。太阳光照射在组件的上表面，经由太阳能电池片组的光伏效应转化成为电能，所产生的电能

20、通过由电池片、互联条、汇流带和负载所组成的回路，对负载进行电能供应，也可进入蓄电池中保存。（结构图12）图12 层压组件结构图第2章 组件的生产工艺2.1 裁剪工艺将EVA、太阳能背板、焊带、汇流带根据生产量的要求进行裁剪，以保证优质、高效的组件生产线的工作。EVA胶膜是乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物，是一种热固性的膜状热熔胶，在常温下无粘性，经过一定条件下热压便发生熔融黏结与交联固化，变得完全透明，是目前太阳能电池组件封装中普遍使用的黏结材料，EVA胶膜的外形如图21所示。EVA和玻璃黏合后能提高玻璃的透光率，起到增透的作用，并对太阳能组件功率输出有增益作用。在熔融状态下，EVA胶膜与太阳能电池片

21、、面板玻璃、TPT背板材料产生黏合，此过程既有物理的黏结也有化学的键合作用。 为提高EVA的性能，一般都要通过化学交联的方式对EVA进行改性处理，EVA 在固化过程中会发生交联反应, 形成一种三维网状结构, 对太阳电池起到很好的密封作用【6】。因此EVA胶膜能有效的保护电池片，防止外界对电池片的电性能造成影响，增强光伏电池组件的透光性。图21 EVA的裁剪太阳能背板材料主要是TPT类复合膜，TPT类复合膜外形如图21所示，TPT由多层高分子薄膜经碾压黏合起来的复合膜，主要由三层组成：含氟膜（或其替代物）+PET层(或其替代物）+EVA粘结层（有含氟膜、改性EVA、PE、PET等）。TPT复合膜

22、集合了俗称“塑料王”的氟塑料具有的耐老化、耐腐蚀、防潮抗湿性好的优点，和聚酯薄膜优异的机械性能、阻隔性能和低吸湿性，因此复合而成的TPT胶膜具有不透气、强度好、耐候性好、使用寿命长、层压温度下不起任何变化、与粘接才了解和牢固等特点。这些特点正适合进行封装太阳能光伏组件，作为光伏组件的背板材料有效的防止了各种介质尤其是水、氧、腐蚀性气体等对EVA和太阳能电池片的侵蚀与影响【7】。图21 TPT裁剪涂锡焊带也叫涂锡带、互联条、互连带，宽一些的涂锡焊带也叫汇流条或汇流带，其外形如图23所示。涂锡带由无氧铜剪切拉拔或轧制而成，所有外表面都有热度途层。涂锡带用于太阳能组件生产时太阳能电池片的串焊接和汇流

23、焊接，要求涂锡带具有较高的焊接操作性及牢固性。涂锡焊带是光伏组件生产中的专用焊接引线，其中互联条是用于电池片与电池片之间连接的焊带，汇流条是用于电池串与电池串之间汇总连接并引出正负极引线的焊带。互联条与汇流条相比，其宽度相对较窄，厚度相对较薄，允许通过的电流值较小。为了下一道工序的良好进行，焊带要在助焊剂中浸泡。图23 焊带的裁剪裁剪工艺需要注意事项有裁剪EVA胶膜、太阳能背板、焊带、汇流带裁剪尺寸偏差太大，会造成原材料不能用或浪费原材料，增加生产成本；焊带泡晒不符合要求，容易造成单串焊等工序虚焊或焊接不上造成原材料浪费，生产效率降低，影响组件的质量【8】。2.2 电池片的分选由于电池片制作条

24、件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类，以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。分选电池片时，除了对电池片性能参数进行分选外，还要对电池片的外观进行分选，重点是色差和栅线尺寸等【9】。一般从电池片生产厂家采购回来的电池片已经进行过分选，但在生产组件时还是应该再次进行分选测试。电池片的分选需要注意事项有分选作业者不得裸手触及电池片；若将不同功率挡位的电池片混淆,就会产生木桶效应,使组件功率下降,甚至导致组件的报废。2.3 电池片单焊单焊（正面焊接）是

25、将焊带焊接到电池正面（负极）的主栅线上（见图24），焊带为镀锡的铜带，要求焊接平直、牢固，用手轻提焊带沿45方向不脱落。过高的焊接温度和过长的时间会导致低的撕拉强度或碎裂电池。手工焊接时一般用恒温电烙铁，大规模生产时使用自动焊接机【10】。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连【11】。焊接时，左手捏住焊带一端约1/3-2/3的长度，平放在单片的主栅线上，焊带的一端应放在离电池片的上边缘空一个栅格大约2mm的地方。右手拿烙铁，从上至下均匀地沿焊带轻轻压焊。焊接时烙铁头的起始点应在超出焊带边缘0.5mm。焊接中烙铁头的平面应始终紧贴焊带【12】。电池片单

26、焊需要注意的事项有焊接前应检查电烙铁头上是否有残留的焊锡和其他的脏污，如有，将电烙铁头在干净的清洁棉上擦拭去除残余物；焊接时要用力均匀，不能用力过大，应与电烙铁自重力相当；浸泡过助焊剂的焊带不能在空气中暴露太长时间，当表面产生白色粉末状时，要重新浸泡；注意焊接温度，温度过低可能导致电池片的虚焊、过焊。 图24电池片单焊操作台2.4 电池片串焊串焊（背面焊接）是将电池片焊接在一起形成一个规定片数的电池串，然后用汇流带再将若干个电池串进行串联或并联焊接，最后汇合成电池组件并引出正负极引线。手工焊接时电池片的定位主要靠模具板，上面有912个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设

27、计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极(负极)焊接到“后面电池”的背面电极(正极)上【11】（见图25）。使用模具板做到片与片之间间距一致，均匀相等。串焊需要注意的事项是焊接时不得有虚焊、毛刺等；正面焊带附近不能有多余的助焊剂结晶；如发现有个别尺寸较大的电池片或正电极与负电极栅线偏移超过0.5mm的电池片时，可将其调整为该电池串的首片或尾片。 银星能源在进行大规模生产时使用的自动焊接机是其与小牛太阳能公司合作研发的CH2316型太阳能电池片全自动串焊机（见图26）。这种串焊机采用电磁感应焊接，最高温度可达300 。机器包括取料、校正栅线及检测、喷涂

28、助焊剂、焊带校直与铺设、无接触式电磁感应焊接、电池串反面收集、焊后缓降温这几部分。 图25 电池片串焊 图26 自动焊接机2.5 叠层铺设叠层铺设是将背面串接好且经过检测好的组件串，与面板玻璃及裁制切割好的EVA胶膜、TPT背板按照一定的层次铺设好，准备层压。面板玻璃事先要进行清洗，铺设时电池串与玻璃等材料的相对位置合适，调整好电池串间的距离和电池串与玻璃四周边缘的距离，为层压打好基础。铺设层次由下到上依次为玻璃、EVA胶膜、电池片、EVA胶膜、TPT背板【13】 （图27）。图27 叠层铺设操作叠层铺设需注意的事项是工作台一定要清洁干净，以免有垃圾、杂物掉进组件内；组件的正负极引出线位置要正

29、确，符合设计标准；贴胶带过程需戴指套操作，其余过程需戴手套操作；搬移组件进行检验时，要注意轻拿轻放。2.6 中检测试中检测试通常是将串焊并汇流好的电池串组放置在组件测试仪上进行测试，通过观察测试出来的功率曲线符不符合设计要求，通过中检测试可以发现电池片的虚焊等问题。而在银星能源为了在层压之前就检测出来有缺陷的组件，就在组件测试仪之前就添加了镜检检查（见图28）。镜检就是将组件放在组件镜面观察架组件是否有明显裂片（透出亮光）；组件内是否有异物、并片、焊接结晶、露白等缺陷；检查组件电池片之间的间距是否正常。中检测试需注意的事项是抬组件要轻，动作要柔。图28 镜检检查2.7 层压组件层压工序就是将铺

30、设好得光伏组件放入层压机内（见图29），通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使EVA融化并加压使融化的EVA流动充满玻璃、电池片和TPT背板膜之间的间隙，同时通过挤压排出中间的气泡，将电池、玻璃和背板紧密黏合在一起，最后降温固化的工艺过程【14】。层压机是这一工序所用的设备，具体原理就是当层压机加热温度达到设定温度时，把铺设叠层好的光伏组件放置于加热板上并关合上盖，上盖关合到位后，下室开始抽气(真空)，置于层压机内的光伏组件逐步受热，受热后的EVA逐渐处于熔融状态，同时在加热和EVA熔融的过程中，EVA与电池片、玻璃、TPT之间存在的空气，以及它们本身在被加热过程中蒸发出的气体，都通过下室的

31、抽气过程被出室外。抽气完毕后，下一步是加压(层压)步骤。在加压过程中，下室继续抽真空，上室开始充气，由于下室的真空作用，充气后的上室气囊体积膨胀，充斥整个上下室之间，挤压放置在下室的光伏组件，熔融后的EVA在挤压和下室抽气的作用下流动，充满玻璃、电池片和TPT背板膜之间的间隙，同时排出中间的气泡，使玻璃、电池片、TPT背板膜通过熔融的EVA紧紧的黏合在一起。黏合在一起的整个光伏组件还要在这种状态下保持一定时间，使EVA固化。然后层压机工作状态转换为下室开始充气，上室开始抽真空，使放置有层压好的光伏组件的下室逐渐与大气平衡，而上室气囊在真空状态下逐渐紧贴上盖，这个过程完成后，就可以打开上盖取出层

32、压好的光伏组件了【15】（见图210）。 图29 层压机 图210 层压后的组件组件层压需要注意的事项是摆放组件时应平拿平放，手指不能按压组件；随时清理高温布及上室气囊、下室加热板上残留的EVA或其他杂质；层压机长时间不使用，开机后要空机运转几个循环，以便将吸附在腔体内的残余气体和水蒸气抽出，保证层压质量。2.8 修边、装框及粘接接线盒装框前要进行修边，层压时EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除（见图211）。装框是给玻璃组件装入注硅胶的铝边框，增加组件的强度，延长电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅胶填充，各边框间用角铝镶嵌连接（见图212），自动装边框时是

33、用自动组框机完成（见图213）。粘接接线盒是用硅胶将接线盒粘接在组件背面并将汇流条插入接线盒中的弹性插件卡子里（见图214），以利于电池组件与其他设备或电池组件间的连接【8】。 图211 修边 图212 装角铝 图213 自动组框机 图214装接线盒修边时要求玻璃面朝下，美工刀呈45度角沿玻璃边缘进行削除多于的EVA和背板，操作中严格避免两块组件边缘、钢化玻璃角的碰撞，要求不能划伤背板。装框时打胶时，气压和胶枪移动速度控制要均匀。装接线盒时，注意正负极连接正确且不能歪斜，使用电烙铁焊接引线时，注意电烙铁不能碰到接线盒的塑料部分。 图215清洗 图216 电性能测试 图216 电性能测试 图21

34、7 耐高压绝缘性能测试2.9 组件终测及包装组件终测之前要对组件进行清洗（见图215），就是将组件的玻璃表面以及铝边框和TPT背板表面的EVA胶痕、污物、残留的硅胶等清洗干净。待清洗合格后，进入组件的测试和成品包装环节。对组件测试的内容主要是耐高压绝缘性能的测试（见图217）和电性能的测试（见图216）。电性能的测试的目的是对电池组件的输出功率进行检验，测试其输出特性，确定组件的质量等级。耐高压绝缘性能的测试是在直流3600V高压下，检测组件漏电流及绝缘特性，以保证组件在恶劣的自然条件（雷击等）下不被损坏。组件包装目的是将检验好的各型号组件按不同的要求进行包装入库。包装作业中使用的工具有包装纸

35、木箱、捆包机、打包带、隔板、护角、薄膜。第3章 EL测试前文已叙述过层压是通过加热加压使EVA融化保持流动使之充满间隙，将电池、玻璃和背板紧紧黏在一起，最后冷却固化。因此一旦层压时出现缺陷，修复就变的很困难，容易降低生产效率。因此层压前后进行EL检测很有必要，并且公司为了杜绝缺陷组件流入市场，减少客诉，就会在包装前再进行一次EL检测，这样在整个生产线添加34道EL检测从而减少客户投诉率。3.1 EL测试原理电致发光(Electroluminescence)，简称EL。EL电致发光成像检测原理（见图218）可以表述为：当对太阳能电池板PN结正向通电时，电子与空穴复合以出射光子的形式释放能量。电致

36、发光的光谱在7001200 nm范围内具有一定光强度，选取CCD成像器件可以捕获这一图像。破损部分无电子与空穴复合现象，也就无能量释放，捕获的图像中电池板缺陷部分将会呈现出明显的暗斑。利用硅太阳能电池在通电时发出波长为1150nm 的近红外线，故可以利用近红外摄像方法拍摄得到单晶硅太阳能电池的电致发光图像【16】。电致发光测试仪可以立即发现组件生产中的问题，从而提高生产平均效率，提高效益，被认为是光伏组件生产线的“眼睛”。 图218 EL测试原理图3.2 EL在组件生产过程的应用目前硅材料太阳能电池片通常由晶体棒切片而成。但由于晶体硅成本价格高，为了节省硅材料，通常会把切片切的很薄。而在组件生

37、产中会对电池片的多次加工使电池片破损率增大，在生产过程中就会产生黑斑、等级混乱、碎片、网纹、断栅等缺陷，这样会使太阳能电池的转换效率更低。EL检测技术可以提供晶体硅太阳能电池的电学特性和材料等相关信息，即利用EL图像的亮度正比于电池片中光子扩散长度与电流密度的原理可以测试铺设好的准备层压件。在银星能源公司组件生产线中一般是在层压前和层压后进行检测（见图219）。通过EL测试对缺陷的总结与分析，能够改进组件的制造工艺、增强组件的质量，进行指导组件的生产。 图219 银星EL检测机的应用第4章 组件中的主要缺陷分析及改进意见光电转换是目前太阳能最重要的利用形式，因Si片基体的易碎性，且破损电池单元

38、将直接影响到组件的输出功率和使用寿命，同时为了降低Si材料消耗，控制生产成本，许多国家都在进行太阳能电池缺陷的相关研究。4.1 断栅电池片有两种栅线（图42），一种是主栅线，是两条较宽的银白线，另一种是细栅线，主要是将电池片的负电荷收集汇向主栅线。断栅主要指细栅线的断裂（如图41）。 图41 细栅线断裂 图42正常电池片 图43 EL观察到的黑色线状断栅断栅会使电流效率降低，会影响光谱响应特性，降低电池片的转换效率。如果在层压前没有将这种电池片分流，在层压后，电池片表面会出现沿着栅线方向长短不一的黑色线状痕迹的断栅情况（图43）。轻微的断栅对组件影响不大，可以将组件归为低档产品出售，但断栅严重

39、的话，就会影响电池片的电流输出，造成热斑效应，进而影响到整个组件的电性能。造成断栅的主要原因一方面是电池片本身就有缺陷，即生产电池片的丝网印刷参数没调好，丝网印刷质量不佳，或者网版堵塞等问题引起的，又或者是硅片的切割不均。另一方面是电池片受外力破坏，如在电池片分选工序中，作业者用力扇动电池片或取电池片之间发生摩擦。改善措施是将信息反馈到电池片生产部门，向浆料加稀释剂重新调配或调整、更换网版；对电池片分选作业者进行培训，严格按照工艺规程操作。4.2 气泡气泡包括两种，一种是层压时出现气泡，另一种是组件在外界使用过程中出现气泡。这里主要讲述前一种气泡（图44）。图44 层压气泡在层压时产生的气泡影

40、响组件的外观，工作效率和使用寿命。受到光线和组件工作产生热量的影响，气泡会形成连续的通道。随着时间的推移，脱层缺陷的出现使组件报废。由于原材料本身、前道工序操作不规范或层压工艺等因素均可能造成层压气泡，现对可能造成组件气泡的原因做探索性分析总结：1）原材料方面，EVA胶膜材料本身不纯或因裁剪、放置的时间过长而吸潮，从而影响胶膜与玻璃的黏结力，造成层压产生气泡。2）层压工艺方面，主要有抽真空的时间太短，加压已不能把气泡赶出；层压的压力不够；层压机内加热板温度不平衡，使EVA局部提前固化；层压抽气时间过短或者加热温度过高，使EVA熔融过快阻隔了因热分解而产生的氧气通过下室的抽出；真空度抽不到位，往

41、往造成腔体内部含有残余气体，降低层压质量。3）前道工序问题，组件内有异物存在，使异物旁边有气体存在；汇流条过厚，形成高低落差，造成抽真空困难；作业者裸手操作EVA、玻璃，使玻璃、EVA沾有汗水；在焊接工序中，电池片表面留有白斑助焊剂结晶物，在高温下产生气体造成气泡。在IV测试及EL检测中显示不出气泡这种缺陷，只能由作业者肉眼观察，这样无形就降低了生产效率和增加了不良产品流入市场的几率，故需要减少气泡的产生，改善方法是原材料采购选择品牌较好的生产厂家，并明确EVA每天用量，做好防潮、防尘的工作；根据组件生产出现的缺陷，及时实验重新设置层压参数，使抽真空时间适量，温度适中；做好层压机的日常维护、保

42、养工作；选用助焊剂和焊带的浸泡工序中严格控制参数，以确保助焊剂充分发挥的同时不产生白斑；注重6S管理，尤其在叠层工序，尽量避免异物掉入。4.3 短路图45 短路在EL测试显示组件的短路电池片会造成IV测试曲线不规则且在EL测试中显示的是一团黑影（图45），使组件的电压偏小，实际功率与标称功率不符，降低组件输出功率和填充因子FF。造成短路缺陷的原因一般有以下几种情况：1）串焊过程中将电池片正负极接反；2）在焊接工序中，焊锡过多导致电池片正负极被焊锡漫过产生短路；3）由异物，如焊带或其他导电杂物直接连接电池正负极造成。改善方法是增加对组件半成品二次检查工位，银星能源在这方面就额外增加了IV测试和E

43、L检测，一方面就为了检查出短路组件。另外，在焊接工序中要求作业者降低用锡量并做好焊后检查工作。4.4 裂片组件裂片有显裂（图45）、隐裂（图46）之分。显裂可以通过铺设工序中的镜检检查出来，也可以通过EL检测显示。通常显裂是由于电池片遭受大的应力造成的。隐裂较小，影响组件电流的输出，从而使组件甚至光伏阵列的输出功率降低，而且在外界机械载荷下会增大隐裂范围，导致电池片出现开路性的破坏。隐裂较大时，会产生热斑效应，导致整个电池片有一块失效区，加速组件的老化。 图46 组件显裂 图47 组件隐裂由于工序本身所出现的的弊端、焊接方面或者后道工序的外力因素均有可能造成电池片裂片，因此很难寻求统一的规律或

44、得出确切性的答案，现对可能造成电池片裂片的原因做探索性分析总结：1）组件本身弊端，因电池片和焊带有不同的温度膨胀系数及承受扭曲负荷能力不同，从而焊带产生的应力作用在电池片上；进行手工焊接时，单焊、串焊不同时完成，电池片会将会热变形两次，大大增加了隐裂电池片的产生。2）焊接方面，选用的焊带硬度较大，在电烙铁走过后，产生的应力较大；过高的焊接温度和过长的焊接时间，使电池片产生变形；焊接平台的预热温度设置不达标，使电烙铁与电池片之间有过大的温差或使电池片的冷却速度过快，使应力堆积在太阳能电池内部造成裂片；焊接操作时，有焊锡渣、堆锡现象，在抽真空时电池片受力被压碎。3）层压方面，主要是层压机参数设置不

45、当，层压过早、层压压力过大或者玻璃纤维布有EVA残留，再或者是6S管理较差，在叠层工序，异物吸附到组件内，经层压后导致电池片裂片。4）诸多人为因素，在分选工序中，作业者用力扇动电池片或测试仪探针与电池片的主栅线不对齐，可能造成电池片隐裂和裂片；焊接作业者拿取电池片或电烙铁的手势不合理和用力太大可能造成裂片；叠层作业者在焊接电池正负极引出线时，将汇流条翘起使应力集中在主栅线上，在经过层压时易产生裂片；作业者抬组件时手势不当或压到了组件上，导致电池片出现裂片。改善措施是对焊接工序作业者的焊接质量进行把关，对焊接参数进行重新设定并进行针对性培训，使焊接一次成型；在进行焊接时，互联条需留有应力释放环；

46、调整层压工艺参数，减少层压压力；生产车间做好除静电工作，如在焊接平台和车间地面铺有专用防静电橡胶毯，另一方面还能保证地面平整；做好6S管理，避免有异物进入组件内；在车间周围安装灭蚊灯，减少飞虫进入；条件允许下，尽可能使用自动化生产线，减少人为因素造成的裂片。结论本文对太阳能电池组件的缺陷形式及其产生机制进行了分析，并提出了自己的改进措施。本文的主要工作如下：（1）对光伏发电产业的发展和现状、光伏发电的基本原理进行了简单阐述； （2）对太阳能组件的生产工艺进行详细的论述；（3）对银星观测到的组件缺陷形式进行了详细阐述，并且附以作者采集到的组件缺陷相片，提出改进措施； 本文限于篇幅、时间、以及作者的能力，没有对太阳能电池组件个个生产工序的可能产生的缺陷一一进行详细总结、研究与论证。如果没有各方面的限制，研究者还可以进行大量的长时间跟踪观测以及各种老化试验。在此次设计中，作者对组件生产工艺的基本知识等有了更深刻的了解，良好地掌握了设计的基本知识和方法。这些将使作者了解并掌握工程设计的要求、过程和方法，不仅巩固了所学理论知识，而且