硕士论文——中空玻璃式太阳电池组件的封装工艺和性能研究

硕士学位论文中空玻璃式太阳电池组件的封装工艺和性能研究专业名称：凝聚态物理III硕士学位论文中空玻璃式太阳电池组件的封装工艺和性能研究摘要随着能源供应的日益紧张，温室效应越来越严重，人们对于太阳能这种清洁、绿色同时又用之不竭的能源给予了越来越大的关注。在太阳能应用方面，太阳能光伏应用具有独特的优势，同时也是近年来发展最为迅速的领域。太阳能光伏应用的核心就是太阳电池和太阳电池组件。本文首先对太阳电池的原理和封装技术进行了简要的介绍，并论述了目前标准的组件封装工艺的现状，研究进展和存在的问题。接下来对中空玻璃式太阳电池组件的封装工艺，结构设计，工作性能和应用等方面进行了专门的研究和探讨。标准的封装工艺，配套的材料和设备均发展的比较成熟，能够保证 2025年的使用寿命。但是这种工艺比较复杂，能耗比较高，产能低。本文第二章就专门针对这种工艺的关键步骤，EVA 的老化机理，这种工艺的改进途径，现在的发展水平等进行了全面的论述。中空玻璃式太阳电池组件是一种比较新的太阳电池封装形式。中空玻璃是一种由两片或多片玻璃组合而成, 玻璃和玻璃之间的中空层与外界用密封胶隔绝,内部是空气或其它特殊气体组成的玻璃单元，在建筑上有广泛的应用。中空玻璃式太阳电池组件就是将太阳电池固定在中空玻璃的中空层内制成的。这种组件结合了中空玻璃和太阳电池两者的优点，并且制作工艺简单灵活，是一种非常理想的光伏建筑一体化器件。但是这种组件还有一些缺点，主要就是在中空层内因为空气的传热性能差，使太阳电池的工作温度比较高，效率有所降低。本文第三章主要是通过一系列的实验对中空玻璃式太阳电池组件的封装技术和性能进行了研究。实验中，通过改变玻璃厚度，中空层的厚度，太阳电池与玻璃的接触程度以及太阳电池的位置等因素，综合分析组件的热性能，光学性能及其对电学性能IV中文摘要的影响。结合实验得到的数据，通过数据模拟进一步考察组件的性能。在实验结果的基础上，还对中空玻璃式组件在实际应用条件下的性能进行了模拟。这些结果对于设计中空玻璃式太阳电池组件的结构，及其应用具有重要的参考价值。关键词：太阳电池组件中空玻璃 BIPV(光伏建筑一体化)V硕士学位论文ABSTRACTBecause of the problem of power supply and green house effect become more and more serious, people paid more attention to the solar energy, which is clean and abundant in quantity. The PV(photovoltaic) application has a special advantage in the solar energy area and is developing rapidly in recent years. The core technology of PV industry is the manufacture of solar cell and solar cell module. At first, the principal of solar cell and the technology of encapsulation were introduced briefly, the present state, progresses and problems were discussed. Then, the encapsulation technology, structure design, performance character and application of insulating glass solar cell module were discussed.The standard encapsulating technique was fully developed to guarantee 20 to 25 years lifetime. But it is complex, energy and time consuming. In the second chapter of this paper, the critical lamination step, EVAs aging theory and the improvement of this technique were discussed.Insulating glass module is a new type of module. The insulating glass is composed of two or more pieces of glasses, with a space between adjacent glasses. The space is filled with dry air or some other kinds of gas and isolated from out space by glue around the glass. The insulating glass is widely used in buildings. If we place the solar cell in the space of the insulating glass, then it becomes a new kind of module which holds both advantage of the insulating glass and the solar cell. This kind of module is not only easy to produce, but also ideal to be applied to constructions. However, this module has poor thermal conduction performance and light absorbability. In the third chapter of this paper, a series of experiment is designed to research theVI英文摘要encapsulating technique and performance of this kind of module. The thickness of the glass, the width of the air layer, the contact way of the solar cell to the glass and the position of the solar cell were all changed to learn the modules performance. Based on these data, the modules performance is also simulated by software to give a deeper view of this kind of technique. These results are important to optimize the structure design and application.Keywords: solar cell moduleinsulating glassBIPV （ building integratedphotovoltaic）硕士学位论文目录中文摘要 （）英文摘要 （）目录 （）第一章 绪论 （1）1.1 光伏发电的原理 （1）1.2 光伏组件的封装工艺 （2）1.3 光伏产业发展形势 （3）1.4 硕士论文的主要工作 （6）第二章太阳电池组件的封装材料、工艺和理论分析（8）2.1 封装材料 （8）2.1.1玻璃（盖板材料）（8）2.1.2EVA （粘合剂）（10）2.1.3TPT （背板材料）（11）2.2 标准组件的封装工艺 （14）2.2.1焊接工艺 （14）2.2.2真空层压工艺 （14）2.3 太阳电池组件的老化机理和测试方法（21）2.3.1老化机理 （21）2.3.2封装质量的评价方法（25）2.4 太阳电池组件的物理模型（26）2.5 总结 （27）第三章 中空玻璃式太阳电池组件的工艺和性能研究（30）3.1 中空玻璃式太阳电池组件的封装工艺 （30）3.1.1中空玻璃的制作工艺 （30）3.1.2中空玻璃式太阳电池组件 （32）目录3.2 实验方案 （33）3.3 中空玻璃式太阳电池组件性能的实验研究 （33）3.3.1实验样品 （33）3.3.2测试平台和测试仪器 （36）3.3.3测试方法 （38）3.3.4实验结果 （38）3.3.5理论解释 （43）第四章 中空玻璃式太阳电池组件的计算机模拟与分析（47）4.1 计算机软件对实验条件下组件的性能进行模拟 （47）4.1.1COMSOL 软件介绍（47）4.1.2模拟中采用的模型和设定的参数 （47）4.1.3模拟结果及分析 （48）4.2 利用软件模拟对中空玻璃式太阳电池组件的应用分析 （55）4.2.1模拟中采用的模型和设定的参数 （55）4.2.2模拟计算的结果和分析（56）4.3 总结（60）结束语 （61）参考文献 （63）攻读硕士论文期间发表的论文与专利（68）附录 （69）致谢 （72）第一章绪 论第一章 绪论近年来，随着以化石燃料为主的能源消耗不断上升，资源供应日趋紧张，环境不断恶化，温室效应越来越明显，全球气候异常等一系列问题都引起了人们的广泛关注。而这一切又都把人们的注意力引到了清洁能源的开发和利用上面。在清洁能源中，太阳能因为量大，分布广泛，可以持续利用，有着巨大的开发应用潜力。地球每天从太阳得到的能量约为 4*1015KWh【1】，目前人类已知的能源中绝大部分都是直接或间接的来自太阳能。所以，解决了太阳能的开发利用问题，就解决了人类的能源供应问题。在太阳能的开发利用方面组前最有潜力的就是太阳能发电技术（光伏技术），因为太阳电池在使用过程中安全，无污染，无噪音，生产技术也比较成熟。1.1 光伏发电的原理太阳电池发电的基本原理是基于半导体的光生伏特效应【2】。太阳电池本身是一个大面积的p-n结，存在一个内建电场。当太阳电池受到光照时，光子在电池内部激发出电子-空穴对，这些电子和空穴在内建电场的作用下分别向n区和p区运动，最后造成在太阳电池的n型区表面上有大量的电子聚集，而在p型区表面上有大量的空穴聚集，所以在太阳电池的两个表面上就产生了一个电势差，当用导线连通时就会有电流流过。图 1-1 晶体硅太阳电池原理示意图【1】（代表电子；代表空穴；光子能量 h）1硕士学位论文1.2 光伏组件的封装工艺太阳电池封装的目的就是为了保护电池片，使其能够经受长期的风吹、日晒、雨淋和高低温冲击等自然条件的考验，并能承受一定程度的打击和台风、冰雹等灾害性天气的影响，以使太阳电池能够长期稳定的工作。现在的太阳电池组件一般都只能保证 20-25 年的使用寿命,要实现更长使用寿命的主要障碍就是封装工艺。目前的封装技术中占据主流的还是使用 EVA 胶膜，利用真空层压的办法对电池进行封装，其它的封装方式还有环氧树脂封装、中空玻璃封装和灌胶封装等，另外对于不同类型的电池还有一些特殊的封装方法。太阳电池组件的制造过程中主要有以下一些步骤【3】：激光划片焊接层叠（玻璃EVA电池EVATPT）层压（固化）装边框、接线盒终测。(1) 激光划片太阳电池的工作电压与面积没有关系,不论面积大小,一般在 0.40.45V 左右（开路电压约 0.6V）；太阳电池的短路电流和功率与电池板的面积成正比（在同样转化效率下）。由于单体电池面积是一定的，在制作某些特殊规格的组件时,为了满足电流特性,就要有激光切片这套工序，将太阳电池切成小片以后再制成组件。(2) 焊接切割好的太阳电池片需要连接起来，焊接这一工序就是用涂锡带按需要将电池片串联或并联好，形成电路连接，最后汇成一条正极和一条负极引出来。(3) 层叠层叠是在层压之前的准备工作，将所有的材料按照玻璃EVA电池EVATPT 的顺序放好，准备层压。(4) 层压/固化层压/固化目的是实现 EVA 的固化，实现对太阳电池的密封。层压是在层压机中实现的，固化可以在层压机中实现，也可以单独用固化工艺来实现。(5) 装边框、接线盒边框的作用是保护组件，同时也方便使用的时候对组件进行固定，接线盒的作用是将电流从层压好的组件中引出来，方便进行电路连接。(6) 终测2第一章绪 论终测的目的是检查组件最终的性能，在生产过程中一般只是进行外观和电性能的测试。但是对于组件来说，还必须满足一些基本的力学性能和耐老化性能，这些测量必须有专门的检测机构根据相应的标准进行。国标里面相应的标准有 GB/T 9535-1998地面用晶体硅光伏组件设计鉴定与定型和 GB/T 18911-2002 地面用薄膜光伏组件设计鉴定与定型等。1.3 光伏产业发展形势1.3.1 国际光伏产业的现状和发展趋势近年来，国际光伏市场迅速发展，2007年世界太阳电池产量达到4.28GWp，中国太阳电池的产量达到1200.6 MWp，已经成为世界第一大光伏电池生产国【4】。图1-2给出了1999至2007年世界太阳电池的产量和增长率【4】，图1-3是2006年和2007年世界各个国家和地区的太阳电池产量和所占的比例【4】。图1-21999至2007年世界太阳电池的产量和增长率【4】3硕士学位论文图1-3 2007（2006）年世界各个国家和地区的太阳电池产量和所占的比例【4】世界光伏产业和市场发展的还有一个突出特点是：光伏发电在能源中的替代功能愈来愈大，主要表现在并网发电的应用比例增加非常快，并成为光伏发电的主导市场【5】，表1-1是并网光伏发电市场份额逐年增长的情况 。表1-1并网光伏发电市场份额逐年增长的情况【5】年份1996199719981999200020012002200320042005份额/%7.921.323.529.941.750.451.455.565.970从长远看，太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，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。根据欧洲JRC的预测，到2030年可再生能源在总能源结构中占到30以上，太阳能光伏发电在世界总电力的供应中达到10%以上；2040年可再生能源占总能耗50以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末可再生能源在能源结构中占到80以上，太阳能发电占到60以上，显示出重要战略地位，如图1-4所示 。4第一章绪 论图1-4 2004年欧盟联合研究中心预测【6】目前国外主要国家都制定了各自的光伏发展目标，表1-2和表1-3 是一些国家的发电成本预测和光伏发电装机预测。表1-2 光伏发电成本预测【5】年份200420052006日本（日元/kWh）302314欧洲（欧元/kWh）0.250.180.10美国（美元/kWh）18.213.410.0中国（元/kWh）5.03.01.4表 1-3光伏发电装机预测/GWp【5】年份200420102020日本1.24.830欧洲1.23.041美国0.342.136中国0.0650.31.8其他1.1953.891.2世界4.0142001.3.2 国内光伏产业的现状和发展趋势目前国内光伏行业迅速发展，但是原材料，市场，生产设备三头在外的现状5硕士学位论文依然改观不大。根据ENF Solar登记的数据，2007年我国太阳能光伏电池生产企业有52家，组件封装企业已有262家【7】，2007年国内太阳电池和组件的产量分别达到了1.1GW和1.5GW【8】。原材料方面，2007年的多晶硅产量刚刚超过1000吨，预计2008年会超过5000吨【8】，这远远小于需求量，所以硅材料的价格一直是居高不下，近期多晶硅现货市场竟然传出每公斤500至510美元的成交价【9】，再创新高。中国的光伏发电市场目前主要用于边远地区农村电气化、通信和工业应用以及太阳能光伏商品，包括太阳能路灯、草坪灯、太阳能交通信号灯以及太阳能景观照明等。由于成本很高，并网光伏发电目前还处于示范阶段，至2006年，国内太阳电池的累计使用量只有80MWp，表1-4是1976年以来国内光伏市场的发展状况，表1-5是2006年国内市场分布。另外根据2007年出台的国家可再生能源中长期发展规划，到2010年，太阳能发电总容量达到30万千瓦，到2020年达到180万千瓦，所以国内市场的发展还是很缓慢的。表1-4 1976年以来中国国内光伏市场的发展【5】年份1976198019851990199520002002200420052006年装机/kWp0.5870500155033002030010000500010000累计装机/kWp0.516.52001780663019000450006500070000800001-5 2006 年中国光伏发电市场分类【5】市场分类累计装机/MWp市场份额/%农村电气化33413通信和工业2733.8太阳能光伏产品1620.0建筑并网发电3.84.8大型荒漠并网电站0.20.3合计801001.4 硕士论文的主要工作1) 太阳电池组件的封装材料、工艺和理论研究a) 目前太阳电池封装方面虽然发展比较成熟，但是也存在很多问题，主要6第一章绪 论是在封装材料方面，论文中首先对目前常用材料的基本特性，存在的问题，改进的途径进行了论述；b) 太阳电池组件制作工艺与组件质量的好坏有很大的关系，论文中对最关键的两个工艺焊接工艺和层压工艺的工艺特性和参数设定的原理进行了讨论；c) 耐老化性能是太阳电池组件的最重要的性能，它直接反应了组件的使用寿命，论文中对太阳电池组件的老化机理，以及组件的老化性能进行了详细的论述；d) 太阳电池组件的性能除了受到太阳电池本身效率的影响外，最主要的就是受到组件本身的透光性能，传热性能和使用环境的影响，论文中对此进行了初步的分析；2) 中空玻璃式太阳电池组件的光学和热学性能研究。a) 通过制作不同的样品，经过一系列对比实验详细研究了中空玻璃太阳电池组件的光学性能和光学性能和电学性能；b) 对于实验现象进行了初步的分析，建立了模型来对实验现象进行解释；3) 中空玻璃式太阳电池组件的数据模拟和实际应用分析a) 利用计算机实验条件下中空玻璃式太阳电池组件的性能进行模拟，通过模拟结果和实际实验结果的比较来考察上面提出的理论模型的正确性，并对实验中不能或不容易考察的因素进行了深入分析；b) 结合实验结果和对实验条件下的模拟结果，对太阳电池组件在实际应用时的性能进行了模拟，指出了组件的制作、设计和应用中应该注意的问题和改进的办法；4) 对论文中的工作和主要结论进行了总结，并指出了本课题中还需要深入进行的工作。7硕士学位论文第二章 太阳电池组件的封装材料、工艺和理论分析标准的太阳电池组件封装工艺指的是利用层压机的真空层压工艺，这种工艺主要是和 EVA 这种材料配合使用。现在使用的太阳电池组件绝大部分是利用这种工艺制作而成的，主要有两种基本的结构：玻璃/EVA/太阳电池/EVA（ethylene vinyl-polymer acetate 乙烯醋酸乙烯酯共聚物）/TPT 结构和玻璃/EVA/太阳电池/EVA/玻璃结构（又称双面玻璃结构）。本章主要论述了标准封装工艺需要的材料，封装工艺以及组件性能的评价，其中详细论述了最为重要的玻璃、EVA、TPT 几种封装材料的特性以及相关的研究和改进工作，分析了层压工艺过程，论述了组件的老化机理，组件性能的评价理论和方法。太阳电池太阳电池低铁钢化玻璃图 2-1 太阳电池封装过程。将 TPT、EVA、太阳电池和低铁钢化玻璃按照上图的顺序放入层压机中层压，就得到了太阳电池组件2.1. 标准组件的封装材料封装材料的性能对太阳电池组件的质量有着决定性的影响，是实现更长的组件使用寿命的最主要的障碍。常规组件中使用的封装材料有涂锡带，玻璃，EVA，TPT，有机硅胶，铝合金边框，和接线盒等，其中最重要的就是玻璃（盖板或背板材料），EVA（粘合剂）和 TPT（背板材料）。2.1.1. 玻璃（盖板材料）(1) 玻璃的基本性质标准太阳电池组件的盖板材料通常采用低铁钢化玻璃，其特点是：透过率高、抗冲击能力强和使用寿命长。这种太阳电池组件用的低铁玻璃，一般厚度为8第二章太阳电池组件的封装材料、工艺和理论分析3.2mm，在晶体硅太阳电池响应的波长范围内（3201100nm）透光率达 90%以上，对于波长大于 1200nm的红外有较高的反射率，同时能耐太阳紫外线的辐射（利用紫外可见光光谱仪测得低铁钢化玻璃的光谱透过率（图 22）【3】。但是这种玻璃的缺点是局部受到强烈撞击时易破碎，只要整块玻璃有一点破碎，整块玻璃就会碎掉，另外还存在一定比例的自爆。图 22 超白玻璃光谱透过率【3】(2) 玻璃相关的研究工作和的改进1) 通过给正面玻璃镀减反射膜可以显著降低玻璃的反射率，（理论计算表明，对于折射率为 1.5 的玻璃来说，两面都镀有折射率为 1.2 的薄膜可以得到最低的反射率 5.5%），从而提高光伏组件的输出功率（大约提高 3-4%【10】【11】）。制作减反射膜的方法有很多种，例如真空沉积法，浸蚀法，高温烧结法和溶胶凝胶法等，但是目前据报道效果比较好的就是由丹麦 Sunarc Technology A/S开发的一种减反射膜技术, 他们用化学方法在玻璃表面腐蚀出一层 100nm厚的硅酸盐多孔结构，这可以将普通低铁玻璃的透过率从91%提升到 96%，从而使光伏组件的输出平均增加 3-4%。另外，通过长达 7年的户外暴露实验表明该产品的透过率几乎没有变化，具有很强的耐候性【11】。2) 开发高强度的薄玻璃。玻璃的厚度与强度相关，也和成本相关，光伏组件的面积越大，对玻璃的强度要求越高，这就要求玻璃厚度较大，这样玻璃所占据的成本就越大。开发高强度的薄玻璃，这不但会降低生产成本，也会降低安装成本。9硕士学位论文3) 研究盖板玻璃的替代材料，克服它密度大，易破碎，钢化后还存在着一定比例自爆的缺点。目前见到的替代材料有透明Tedlar（PVF,聚氟乙烯）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、PC（聚碳酸酯）、PTFE（聚四氟乙烯）【1】等。另外在柔性电池封装方面，常见到的盖板材料还有ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物），FEP（四氟乙烯-六氟丙烯共聚物）等。这些材料的主要问题是长期的耐候性要差一些，不能长期保持高的光学透过率和低的水汽透过率。4) 除此之外，玻璃还需要改进的性能如自洁，与粘合剂有良好的粘合性，低成本等。目前还有人指出压延玻璃的成本要低于浮法玻璃，并且可以进行表面机械处理增加透光率，所以使用钢化的浮法玻璃是不合适的【12】。另外还要研制具有选择特性的玻璃，使其在可吸收光波段透过率极高，红外波段反射率极高，这样可以降低组件的额定工作温度。2.1.2. EVA（粘合剂）(1) EVA 的基本性质EVA 是目前太阳电池封装工艺中最常用材料，主要是通过在 EVA 基料中添加紫外吸收剂、紫外稳定剂、抗氧化剂和交联剂等各种不同的添加剂制作而成的。根据添加的交联剂的不同，EVA 又分为常规型和快速固化型（又称快固型）两种，主要差别在于固化时所需要的时间不一样。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，但是在太阳电池组件的使用过程中，这种结构会在紫外线、高温、湿气和氧气的作用下缓慢的发生变化，EVA 性能不断下降，从而导致太阳电池组件的性能降低。(2) EVA 及相关粘合剂的研究1) EVA的相关研究主要包括如何改进配方及性能【13】【15】，EVA的老化性能及其对电池组件性能的影响【16】【22】以及寻找EVA的替代材料等。2) 开发有机硅粘合剂：有机硅粘合剂的主链中含有Si-O-Si键，硅氧键的结合能力要远优于C-C，C-O键，因此具有高的耐热性、耐候性等，另外还有优良的电绝缘性、疏水性等。上世纪七八十年代有人曾用硅胶来封装太阳电池，但是后来由于低成本EVA 的出现，硅胶就慢慢的退出了这个行业。但是随着现在硅胶价格的下降和性能的进一步提高，尤其是其优异的耐温性和耐紫外10第二章太阳电池组件的封装材料、工艺和理论分析老化性能，使它和EVA有了比较优势。对此已经有了很多相关的研究工作【23】【16】。利用有机硅胶可以使用灌封的方式制作一些有着弧形弯曲的组件，因为这种方式不需要层压，所以也不受层压工艺的限制。3) 开发PVB（聚乙烯醇缩丁醛，俗名Butvar）粘合剂：PVB是由聚乙烯醇与丁醛缩聚而成，其分子链较长，是热熔性高分子树脂化合物，具有优良的柔韧性和挠曲性。主要应用在夹层玻璃，安全玻璃，夹层板材等领域【24】。目前世界上生产PVB的主要厂家有美国杜邦公司、首诺公司（SOLUTION, MANSANTO 集团的分公司）和日本的积水公司（SEKISUI）。出于安全方面的考虑，国家规定在建筑上很多地方包括幕墙，外开窗，天窗等很多玻璃破碎后存在坠落的可能性, 而玻璃的下方存在人员通行的可能性的场合都需要使用安全玻璃【25】【26】，而这些场合很多都是BIPV（光伏建筑一体化）应用的理想场所，常规的使用EVA的封装方式就满足不了要求了，就要使用PVB。关于PVB层压封装太阳电池，很早就有人进行过实验【27】。后来同样是因为EVA的出现，PVB失去了比较优势才退出了太阳电池的封装行业。现在PVB的性价比有了很大的提高，再加上某些应用场所的特殊要求，PVB又重新进入了这个行业。有些公司针对太阳电池的封装行业开发出了单独的PVB产品。4) 除了上面两种以外，美国NREL实验室的报告中提到的可能的封装用胶有 silicones,HTV, EPDM(BRP)等【28】。另外在太阳电池的封装用粘合剂方面，根据产品和技术的发展，杜邦公司根据自己的研发提出了一个“三代”PV用粘合剂的说法【29】：第一代：EVA第二代：具有以下特征-高透过率；不变黄；无需交联第三代：多层的封装系统，不再指某一种特殊的材料，具有以下特征粘合力强；绝缘性好；对电池无腐蚀；无需交联；能降低太阳电池的碎片率；组件易于修复，易于回收利用；具有良好的柔韧性。2.1.3. TPT（背板材料）(1) TPT 的基本物性TPT是一种复合薄膜，结构为Tedlar/polyester/Tedlar，其中Tedlar（PVF，11硕士学位论文聚氟乙烯）具有优良的机械性能，抗化学腐蚀、抗老化；聚酯层（polyester，一般为PET聚对苯二甲酸乙二醇酯）对水气有良好的防渗透性、良好的绝缘性、并且易于加工，所以TPT薄膜具有高强、阻燃、耐老化、耐腐蚀、不透气等优良特性，在纺织、建筑等行业都有广泛应用。TPT在太阳电池封装上已经有了多年的使用历史，是现在最常用的背板材料，完全能保证 20 年的使用寿命。并且还可以制成透明的或者带有颜色的，如蓝色、黑色、黄色等，这样可以增加组件的美观性，以适应不同场合的需要【3】。但是在一些湿度温度都非常高的地区，TPT的性能稍显不足，主要是它的水汽透过率（WVTR）比较高，这是就要将中间层的polyster换成铝膜（铝的WVTR值是非常低的，50m的铝膜就可以是完全不透水汽的），但是组件的绝缘性会有所降低，所以有时为了同时满足WVTR和绝缘性的要求就将背板材料做成PVF/Al/PET/PVF四层的结构【30】。另外现在常用的背板材料还有TPE，TPE是由Tedlar、聚酯、EVA三层材料构成，与电池接触面（EVA面）为接近电池颜色深蓝色，封装出来的组件较美观。由于少了一层Tedlar，TPE的耐候性能不及TPT，但它价格便宜（约为TPT的一半），与EVA粘合性能好【3】。(2) 其它重要的盖/背板材料，以及相应的研究工作盖背板方面的研究目的就是提高性能，降低成本。提高性能主要是为了延长组件的使用寿命，还有就是提高光伏组件的可靠性。目前的研究重点主要有两点，一是寻找、开发新材料；二是对原有材料进行改进。这些工作或者是配合 EVA 开发的封装材料，或者就是配合新型粘合剂整体开发的一套封装材料。配合 EVA 开发的材料，首先考虑的应该是和 EVA 的相容性，与 EVA 的粘合力和水汽透过率，以及这两个性能在老化实验条件下的保持能力。满足这些要求的材料还需要进一步的测试老化特性，就是利用它们封装实际的样品在进行老化测试，测试的目的主要就是看他们对太阳电池有没有影响。配合新型粘合剂整体开发的一套封装材料最终的评价手段也是将这些材料和太阳电池整体封装成实际样品，然后进行老化测试。这项测试是盖/背板和密封粘合剂整体性能的，所以在粘合剂的研究中也是不可少的。a) 寻找新材料。主要是通过上述的测试方法对一些具有优良性能的薄膜材料进行筛选。比较新的材料如PVDF【31】，PEN等。12第二章太阳电池组件的封装材料、工艺和理论分析b) 开发新的制作工艺在背板衬底上镀阻隔膜层。通过这些研究发现，阻隔膜层是一种很有效的手段，可以大大降低很多材料的水汽透过率（WVTR）【31】【32】。最常见的就是在PET衬底上镀膜。常用的膜层有SiO2，SiOX，SiNx, SiONx，SiON, Oxide-Acrylate【33】等。常用的镀膜技术有溅射法和PECVD沉积法。目前在这方面研究比较多的就是美国的NREL、PNNL实验室和一些大的公司如AKT，Dupont等。制作新型的多层复合薄膜。在这方面主要是对现有的一些材料进行不同形式的组合，制成两层、三层甚至更多层的薄膜。另外这方面的研发往往是和上面所说的阻隔膜层技术相交叉的。以期能够找到一种合适的材料和工艺。这方面的 例子有很多，例如PEN/Al/PET，PVF/ SiOX/PVF，四层甚至八层的PET/ SiOX结构等等。通过这些研究发现，阻隔膜层是一种很有效的手段，可以大大降低很多材料的WVTR；增加整体结构的层数也能有效降低WVTR【32】。但是在盖/背板与粘合剂的粘合力方面与盖/背板所选材料有很大关系，很多时候还是要借助于表面处理。“能呼吸的”背板。实验证明EVA的老化过程中会产生一些副产物，这些副产物会损害太阳电池的铝背场【34】，“能呼吸的”背板就是允许少量的水汽透过，WVTR值会相对高一些，但是同时能让这些副产物排出到空气中去，试验证明用这种背板材料封装的镀铝膜的玻璃在老化实验时对铝层起到了很好的保护作用【34】【35】。2.1.4. 对标准工艺的改进，尤其是在封装材料的改进方面还要注意系统性和适用性的问题。系统性一方面是个材料的性能相互协调，例如对于水汽不敏感的粘合剂，可以适用水汽透过率较高的盖板和背板材料；另一方面是个材料的寿命等因素相互协调，理想的情况就是各个材料能够在同时达到寿命极限。符合这个要求的设计，就不会造成材料的浪费，同时还能降低成本。适用性的问题，就是针对不同的气候类型生产不同的组件产品。太阳电池组件在使用过程中往往是固定在一个地区，不会移动，所以完全可以根据一个特定的地区，尤其是对于一些极端气候地区开发出一些特殊的产品，例如对于沙漠等干旱少雨地区完全可以开发出一种其极耐干热和紫外照射的产品，这时即使此种产品对于湿热环境的耐受力较差也是无所谓13硕士学位论文的。这样，对于封装材料和封装方式会有更多的选择，但是这可能不符合现有的标准。2.2. 标准组件的封装工艺封装工艺包括激光划片、焊接、层压（固化）和检测等几个步骤。其中最关键的就是焊接和层压两个步骤。2.2.1. 焊接工艺焊接工艺的好坏直接关系到组件的电性能的高低。在这