太阳能光伏电池的设计与制作(20210312134220)

1、河南工程学院光伏材料设计实习实训报告书太阳能光伏电池的设计与制作2016 -2017学年 第二学期学 院：赵博学生姓名：理学院学 号：4215学生班级： 应用物理 1442指导教师：牛金钟赵瑞锋日期：2017年6月14日摘要：太阳能光伏电池的设计与制造是我们本专业的最主要内容之一，本次实训的目的是让我们更加深刻了解太阳能光伏电池的发电原理，了解太阳能电池组件的生产流程和生产工艺，了解太阳能光伏电池的应用，并且制作一件太阳能 光伏电池板。本文主要讲的是本次的太阳能光伏太阳能电池制作过程，包括选择制作材料，电池板的设计，焊接太阳能电池片，组装太阳能电池，以及对电池组 件进行测试。关键词：电池组件

2、设计 组装 测试目录一、简介 1二、材料及其性质 11. 黏结剂 12. 玻璃 -上盖板材料 13. 背面材料 14. 边框 15. 接线盒 26. 硅胶 27. 电池片 2三、设计原理及组装 21. 设计原理 22. 太阳能电池组件设计 33. 电池组件的制作 3、简介太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。 太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池” ，是一种利用太阳光直接发电的 光电半导体薄片。通常采用硅半导体二、材料及其性质 真空层压封装太阳能电池，主要使用的材料有黏结剂、玻璃、复合模、连接 条、铝框等。合理地选用封装材料和采取正确的封装工艺能保证太阳能电池的

3、高 效利用并延长使用寿命。 优良的太阳能电池组件， 除了要求太阳能电池本身效率 高外，优良的封装材料和合理的封装工艺也是不可缺少的。1.黏结剂黏结剂是固定和保证电池与上、 下盖板密合的关键材料， 要求可见光范围内 具有高透光性，抗紫外线老化；具有一定弹性，可缓冲不同材料见的热胀冷缩； 具有良好的电绝缘性能和化学稳定性， 不产生有害电池的气体和液体； 具有优良 的气密性，适用于自动化的组件封装。本次实训中采用的是EVA膜。2.玻璃-上盖板材料 玻璃是覆盖在电池板正面的上盖板材料，构成组件最外层，既要求透光高， 又要坚固，耐风霜雨雪，经受沙砾冰雹冲击，起到长期保护电池作用。普通玻璃体内含铁量过高及

4、玻璃表面的光反射过大是降低太阳能利用率的 主要原因。目前在商业化生产中标准太阳能电池组件的上盖板材料通常采用低铁 钢化玻璃，其特点是：透光率高、抗冲击能力强、使用寿命长。 厚度一般为， 透光率达 90%以上，对于波长大于 1200nm 的红外线有较高的反射率，同时能耐 太阳紫外线的辐射。3.背面材料组件底板对电池既有保护作用又有支撑作用。 对底板的一般要求为： 具有良 好的耐气候性能， 能隔绝从背面进来的潮气和其他有害气体： 在层压温度下不起 任何变化：与黏结材料结合牢固。一般所用的底板材料为玻璃、铝合金、有机玻 璃以及PVF复合膜等。目前生产上较多应用的是 PVF复合膜。4.边框平板式组件应

5、有边框， 以保护组件和便于组件与方阵支架的连接固定。 边框 与结剂构成组件边缘的密封。边框材料主要有不锈钢、铝合金、橡胶及塑料等。 由于铝合金密度低，强度比较高，接近或超过优质钢，具有很好的抗腐蚀性，因 此常用铝合金做太阳能电池边框材料。5.接线盒保护整个发电系统，起到电流中转站的作用6.硅胶 密封作用，用来密封组件与铝合金边框、组件与接线盒交界处。7.电池片 太阳能电池片分为晶硅类和非晶硅类， 晶硅类又分为单晶硅和多晶硅， 本次 课程设计采用的是 125*125 的单晶硅太阳能电池片。单晶硅的优点有：高效率， 低衰减，可靠性强；先进的扩散技术，保证了片间片内的良好均匀性，降低了电 池片之间的

6、匹配损失；运用先进的管式 PECVD成膜技术，使得覆盖在电池表面 的深蓝色氮化硅减反射膜致密、 均匀、美观； 应用高品质的金属浆料制作电极和 背场。确保了电极良好的导电性、 可焊性以及背场的平整性； 高精度的丝网印刷 图形，使得电池片易于自动焊接。三、设计原理及组装1. 设计原理 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置， 它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 ”。 只要被光照到， 瞬间就可输出电压及电流， 在物理学上称为太阳能光伏， 简称光 伏。最简单的

7、太阳能电池是由p-n结构成的，当太阳光照射PN结时，在半导体 内的电子由于获得了光能而释放电子，相应地便产生了电子-空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向 N型区，空穴被驱向P型区，从而使N区有过剩的 电子，P区有过剩的空穴；于是就在PN结的附近形成了与势垒电场方向相反的光 生电场。光生电场的一部分抵消势垒电场，其余部分使P型区带正电、N型区带负电;于是就使得N区与P区之间的薄层产生的电动势，即 光生伏打”电动势。 当接通外电路时，便有电能输出。p-Side图一2. 太阳能电池组件设计单体电池的连接方式太阳能电池实际使用时要按负载要求，将若干单体电池按电性能分类进行串 并联，经封装后组成可以

8、独立作为电源使用的最小单元，这个独立的最小单元称为太阳能电池组件。若干太阳能电池组件串并联构成太阳能电池方阵，以满足不同的用电需求。如果每个单体电池的性能是一致的， 多个单体电池串联，可以在不改变输出 电流的情况下，使输出电压成比例增加；并联方式，则可以在不改变输出电压的 情况下，使输出电流成比例增加；而串、并联混合连接，则即可增加组件的输出 电压，又可增加组建的输出电流。(2)太阳能电池组件的版型设计在生产电池组件之前，要对电池组件的外形尺寸、输出功率以及电池片的排 列布局进行设计，设计过程中既要了解电池片的性能参数， 还要了解电池组件的 生产工艺过程和用户的使用需求，做到电池组件尺寸合理，

9、电池片排布紧凑美观， 而本次实践中，学校提供的钢化玻璃板为54mm*44mm，因此我所设计的电池组 件大小为3片*9片。3. 电池组件的制作(1)电池片的焊接要组成电池组件，首先就要焊接电池片，用电焊机把焊条在助焊液的帮助下 焊接在电池片的背面上，这是非常不容易的，电池片非常脆，焊接过程中一不小 心就会把电池片弄碎，然后把9个电池片串联，电池片的正面为负极，背面为正 极，串联时，正极接负极，不能接反了。焊接 3 排,最后把三排并联焊接，接出两个头。(2) 中间测试焊接完成后要对电池片进行灯光照射， 测量电压和电流，观察电流和电压是 否按比例增加，是否符合设计要求，符合要求后进行下一步。(3)

10、铺膜和层压铺膜是将焊接完成后经过检测合格后的组件串与玻璃切割好的EVA膜、复合膜按照一定层次铺设。玻璃在下，先铺一层EVA膜，然后放电池片，再铺一层EVA膜，最后铺复合膜。铺膜时，保证贴膜和玻璃的干净，保证电池串与玻璃等 材料的相对位置，调整好电池串间的距离和电池串与玻璃边缘的距离，为层压打好基础。图覆膜完成后，通过镜子检查一下，观察太阳能板里是否有杂物，是否铺设好, 一切都好后准备层压。当层压机调节后，达到层压条件后，把太阳能板放入层压 机内进行层压，等待层压结束。层压过程中有关问题及注意事项： 太阳电池层压 工艺中，消除EVA中的气泡是封装成败的关键，层叠时进入的空气与 EVA交联反应产生

11、的氧气是形成气泡的主要原因。 当层压的组件中出现气泡，说明工作温 度过低或抽气时间太短应该重新设置工作温度和抽气、层压时间。装框装框前要对电池板修边，层压时EVA融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。装框时，先把边框和玻璃组件的缝隙用硅胶填充， 把装框机调试好后，把铝合金边框和玻璃组件放入装框机内，开始装框。(5) 粘接接线盒在组件背面引线处粘接一个盒子，用来把电池与其他设备或电池进行连接。(6) 组件测试测试的目的是对电池的输出功率进行标定， 测试其输出特性，确定组件的质 量等级。我所设计的太阳能电池组件测试结果如下：FsF.r%LI J- -1r lm.si齐wePrv恥料 -C 雄1- Q W G為F虛釈気2 |刑ij粉|：HilBHr|MiknrBKjTTpa?E9心 J?:c 暑-二C卑：噸医VA-O.OH7Ah? flawpi.暂* Z?D Q殆 C TBSir: 59鬥档 R? rrC-r-i- 1EZ7BL34B- OkDOOE.DKqikl2J.W图三实物图如下:实习实训评分表序 号