太阳能电池组件生产与监测.ppt

1、主讲： 黄志昌 副教授 单位：自动化技术研究所,电池组件生产与检测,5,太阳电池组件制造、封装和测试设备 （1）激光划片机 （2）层压机 （3）固化炉 （4）电池片测试台 （5）组件测试台 （6）电阻率测试仪等。 国外较大型的太阳电池组件专业厂家: 设备非常齐全，如清洗玻璃、平铺切割EVA、太阳电池焊接等都有专门的设备。,半导体材料的切割与刻划是半导体行业的关键工序之一。太阳电池硅片主要采用金刚石切割设备和激光划片机切割。由于激光划片机的切割效率更高，现在许多工厂都采用激光划片机来切割太阳电池硅片，以满足制作小型太阳电池组件的需要。,5.1 激光划片机,激光晶体、 电源系统、 冷却系统、 光学

2、扫描系统、聚焦系统、 真空泵、 控制系统、 工作台、 计算机。,5.1 激光划片机,1. 组成,5.1 激光划片机,控制台上有电源、真空泵、冷却水开关按钮及电流调节按钮等； 工作台面上布有气孔，气孔与真空泵相连，打开真空泵后太阳电池硅片就被吸附在控制台上，切割过程中不易移动。,5.1 激光划片机,切割时将电池放在工作台上，打开计算机，设计切割路线，按下确定键后，激光光斑开始移动，在控制台上调节适当的工作电流进行切割。 激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。,5.1 激光划片机,激光束通过聚焦后，在焦点处产生数千度甚至上万度的高温，使其能加工几乎所有的材料。 激光划片是把激光束聚焦在硅、

3、锗、砷材料的表面，形成很高的功率密度，使硅片形成沟槽，在沟槽处应力集中，很容易沿沟槽整齐断开。,5.1 激光划片机,激光划片为非接触加工，划片效应是通过表层的物质蒸发出深层物质，或是通过光能作用导致物质的化学键断裂而划出痕迹。 用激光对太阳电池硅片进行划片，能较好地防止损伤和污染硅片，可以提高硅片的利用率，提高产品的成品率。,激光划片由计算机控制，速度快，精确度高，大大提高了加工效率； 激光划片为非接触式加工，减少了硅片的表面损伤与刀具的磨损，提高了产品成品率； 激光划片光强弱控制方便，激光聚焦后功率密度高，能很好地控制切割深度，适合对硅片这种薄、脆、硬的材料切割；,5.1 激光划片机,2.

4、激光划片主要优点：,激光束细，加工材料消耗很小，加工热区影响小； 激光划片沟槽整齐，无裂纹，深度一致； 激光加工操作方便简捷，使用安全，人工、材料消耗成本低。,5.1 激光划片机,2. 激光划片主要优点：,一定要在水循环正常工作下，再启动激光电源和调节电源，否则温度过高，容易烧坏电源； 激光电源属于大功率高频开关电源，它对外部环境有或多或少的电磁污染，因而对电磁兼容性能的仪器设备，如变型仪、计算机等产生一定影响，建议采用屏蔽、电源隔离等方法抗干扰；,5.1 激光划片机,3. 使用激光切割注事项,激光器一般采用氪灯泵浦，需要瞬时高压来触发氪灯，因此严禁在氪灯点燃前启动其他组件，以防高压串人，氪灯

5、属于易损耗件，当发现老化时，需要更换新灯； 激光划片机工作环境要求 室内清洁无尘，相对湿度小于80，温度520；另外，要保持机内循环水干净，定期清洗水箱并更换去离子水或纯水。,5.1 激光划片机,3. 使用激光切割注事项,太阳电池层压机基本技术： 真空技术、气压传动技术、PID温度控制技术 适应范围：单晶硅、多晶硅电池组件的层压生产。 工作原理： （1）从层压机控制台上可以看到上室真空、上室充气、下室真空、下室充气等控制按钮；可通过控制台设置层压温度、抽气时间、层压时间和充气时间； （2）控制方式有自动与手动两种。 （3）温度控制 在层压用EVA封装的太阳电池时，一般设置温度100120，这个

6、温度下 EVA刚好处于熔融状态而不会被固化。,5.2太阳电池层压机,1.概述,太阳电池层压机基本技术： 真空技术、气压传动技术、PID温度控制技术 适应范围：单晶硅、多晶硅电池组件的层压生产。,5.2太阳电池层压机,概 述,特点：能按照设置程序自动完成加热、抽真空、层压等过程；具有自动化程度高、性能稳定等特点1、操作简单： 1）自动方式：通过控制台预先设定层压各控制参数，手 工关盖后自动运行，层压完毕自动报警开盖，等待封装下批组件； 2）手动方式：通过控制台上控制按钮进行手动操作；2、结构合理：关盖采用后双臂结构，使系统运行更稳定、安全；平面式层压平台使电池板的放置、取出更方便，一个人可轻易完

7、成放置和取出电池板的操作；,5.2太阳电池层压机,1. 概 述,3、效率更高：新型板式加热方式，使匀热板均匀受热，最大限度地缩短加热时间;整个层压过程不超过15分钟； 4、温度控制更精确：采用多点检测PID控制； 5、直观：在程序运行过程中，在控制台可看到层压的各项参数（真空、温度、加热状态 、执行程序状态等）； 6、系统控制稳定：采用西门子PLC协调各执行动作； 7、真空系统：采用进口真空阀使真空系统更稳定；,5.2太阳电池层压机,概述,1、外型尺寸： 2270mm1950mm1099mm2、层压范围： 2000mm1400mm3、操作温度： 室温-180可调4、温度控制： 采用两路PID控

8、制 25、真 空： 极限真空高于20帕6、功 率： 380V AC，16KW7、层 压 力： 从真空至大气压8、设备总重： 约2000Kg9、气 源： 0.50.7MPa 200L/m10、使用温度： 0-4011、封装压强： 真空与1个大气压差,5.2太阳电池层压机,概述,技术参数,5.2太阳电池层压机,2.工作原理,上室与下室：打开层压机的上盖，上盖内侧有个胶皮气囊，上室指的就是这个气囊；上盖与下腔之间有密封圈，上盖板与下腔之间形成一个密封室为下室。,5.2太阳电池层压机,2.工作原理,打开上盖，可以看到下面有两层耐高温的玻璃布，玻璃布下面是加热板。,5.2太阳电池层压机,2.工作原理,层

9、压过程中，电池片与EVA、TPT、玻璃层叠后放入两层胶布之间，玻璃布有减缓EVA升温速率作用，减少气泡产生，同时可以防止熔融后的 EVA流出来弄脏加热板。,5.2太阳电池层压机,2.工作原理,秦皇岛博硕太阳能设备有限公司层压机,5.2太阳电池层压机,2.工作原理,玻璃布,上室,下室,5.2太阳电池层压机,3. 层压的基本过程：,设定温度：打开层压机，按下加热按钮，设定好工作温度； 2.放入组件：待加热板温度达到指定温度(可以从控制台上看到)后，将层叠好的电池片放人层压机并合上盖；,5.2太阳电池层压机,3. 层压的基本过程：,3. 下室抽气：层叠好的太阳电池片放置在两层玻璃布间(属于下室部分)

10、时，EVA在层压机内开始受热，受热后的EVA处于熔融状态，EVA与电池片、玻璃、TPT之间有空气存在，下室抽气(抽真空)可以将这些间隙中的空气排除。 如果抽气时间和层压温度设置不当，在组件玻璃下面常会出现气泡，致使组件使用过程中，气泡受热膨胀而使EVA脱层，影响组件的外观、效率与使用寿命。,5.2太阳电池层压机,3. 层压的基本过程：,4. 加压(层压)： 在加压过程中，下室继续抽真空，上室充气，胶皮气囊构成的上室，充气后体积膨胀(由于下室抽真空)充斥整个上下室之间，挤压放置在下室的电池片、EVA等，熔融后的EVA在挤压和下室抽空的作用下，流动充满玻璃、电池片、TPT之间的间隙，同时排出中间的

11、气泡。这样，玻璃、电池片、TPT就通过EVA紧紧黏合在一起。,5.2太阳电池层压机,3. 层压的基本过程：,5. 开盖取出： 前两个过程下室处于抽真空状态，大气压作用下，上盖受向下的压力。开盖时，先是下室充气，上室抽空，使放电池组件的下腔气压与大气压平衡，再利用设置在上盖的两开盖支臂将上盖打开。将太阳电池取出后，可以进行下一块太阳电池组件的封装。,5.2太阳电池层压机,4. 层压机的自动工作模式,自动工作模式：设定好层压温度及抽气、层压、充气的时间，控制键拨到自动挡，开盖放入太阳电池，合盖后让其自动工作，层压好后会自动开盖，取出层压好的电池组件后可以进行下一工作循环。 参数的修正：在设置工作温

12、度，抽气层压时间时要视层压机情况、电池大小而定；进口设备与国产设备有差异，一般层压机厂商会给用户提供一个经验参数，用户在使用过程中，逐步做一些修正，再确定自己的最优值。,5.2太阳电池层压机,5. 层压机主要工艺参数,条件：国产层压机 （1）在封装功率20W以下的太阳电池时，设置工作温度120，抽气5min，层压5min，充气20s； （2）在封装太阳电池面积(功率50100W)较大时，延长抽气时间至8min，层压时间至10min。,5.2 太阳电池层压机,6. 层压机使用注意事项,层压机合盖时压力巨大，切记下腔边框不得放异物，以防意外伤害或设备损坏； 开盖前必须检查下室充气是否完成，否则不能

13、开盖，以免损坏设备； 控制台上有紧急按钮，紧急情况下，整机断电；故障排除后，将紧急按钮复位； 层压机若长时间未使用，开机后应空机运转几个循环，以便将吸附在腔体内的残余气体及水蒸气抽尽，以保证层压质量。,5.3 组件加工工艺,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，满足不同的电压输出要求； 有足够的机械强度，能经受运输、安装和使用过程中发生的冲击、震动等产生的应力，具有防腐、防潮、防水、防风、防雹能力； 经与玻璃、EVA、 TPT结合后，有明显的电性能增益。,1. 太阳电池组件特点,5.3 组件加工工艺,太阳电池组件是将单体太阳电池串、并联后严密封装制成的。未封装前的单体太阳电

14、池机械强度弱，不能承受较大力的撞击，薄而易碎；而且，大气中的水分和腐蚀性气体会慢慢锈蚀和氧化电极，逐渐使电极脱落，同时也腐蚀太阳电池表面，降低电池的效率，因此，要使用玻璃等将太阳电池封装，使其与大气隔绝。另一方面，单体太阳电池工作电压只有0.40.5V，由于受硅片材料尺寸限制，单体电池功率也都很小，远不能满足一般用电设备的电压、功率要求。这一切正是单体太阳电池要制造成组件的原因。,2. 太阳电池组件制造的步骤：,5.3 组件加工工艺,激光划片光焊(将电池片焊接成串) 手工焊(焊接汇流条) 层叠(玻璃一EVA一电池一EVATPT) 中测层压固化装边框、接线盒终测。,2. 太阳电池组件制造的步骤：

15、,5.3 组件加工工艺,目的太阳电池每片工作电压0.40.45V左右(开路电压约0.6V)，将一片切成两片后，每片电压不变；太阳电池的功率与电池板的面积成正比(同样转化效率下)。根据组件所需电压、功率，可以计算出所需电池片的面积及电池片片数。由于单体电池(未切割前)尺寸一定(有几种标准)，面积通常不能满足组件需要，因此，在焊接前，一般有激光切片这套工序。切割前，应设计好切割路线，画好草图，要尽量利用切割剩余的电池片，提高电池片利用率。,3. 激光划片工艺,5.3 组件加工工艺,激光切割主要步骤 先打开激光切割机及与之相配的计算机，将要切的太阳电池片放在切割台上，并摆好位置， 打开计算机中的切割

16、程序，根据设计路线输入XY轴方向的行进距离(坐标改变的数值，如第一步是沿x轴正方向前进150mm，就在这一步中选择x轴，输入150)， 预览确定路线后，调节电流进行切割。,3. 激光划片工艺,5.3 组件加工工艺,注意事项 切片时，切痕深度一般要控制在电池片厚度的1223，这主要通过调节激光划片机的工作电流来控制。如果工作电流太大，功率输出大，激光束强，可以将电池片直接划断，容易造成电池正负极短路。反之，当工作电流太小，划痕深度不够，在沿着划痕用手将电池片掰断时，容易将电池片弄碎。,3. 激光划片工艺,5.3 组件加工工艺,注意事项 太阳电池片价格较贵，为减少电池片在切割中的损耗，在正式切割前

17、，应先用与待切电池片型号相同的碎电池片做试验，测试出该类电池片切割时激光划片机合适的工作电流，这样正常样品的切割中划片机按照电流工作，可以减少由于工作电流太大或太小而造成损耗。,3. 激光划片工艺,5.3 组件加工工艺,注意事项 激光划片机激光束行进路线是通过计算机设置XY坐标来确定的，设置坐标时，一个小数点和坐标轴的差错会使激光束路线完全改变。因此，在电池片切割前，先用小工作电流(使激光能被看清光斑即可)让激光束沿设定的路线走一遍，确认路线正确后，再调大电流进行切片。,3. 激光划片工艺,5.3 组件加工工艺,注意事项 一般来说，激光划片机只能沿XY轴方向进行切割，切方形电池片比较方便。当电

18、池片在要求切成三角形等形状时，切割前一定要计算好角度，摆好电池片方位，使需要切割的线路沿x或Y方向。,3. 激光划片工艺,5.3 组件加工工艺,注意事项 在切割不同电池片时，如果两次厚度差别较大，调整工作电流的同时，注意调整焦距。 切割电池片时，应打开真空泵，使电池片紧贴工作面板，否则，将切割不均匀。,3. 激光划片工艺,5.3 组件加工工艺,切割好的太阳电池片需要将其连接起来，焊接这一工序就是用焊条(连接条)按需要将电池片串联或并联好，最后汇成一条正极和一条负极引出来。 焊接注意事项： （1）太阳电池串联后，总电流与最小电池片产生的电流一致，因此每片串联的太阳电池要求尺寸一样大，颜色一致(这

19、样一方面为保证电池光电转换效率一致，另外使组件外表更美观)； （2）手工焊接时把握好烙铁与焊点接触时间，尽量一次焊成，如一个焊点反复焊接，电池片上电极很容易脱落；焊点要均匀，若某些焊点焊锡太多，表面不平整会影响电池层压，增加碎片率。,4.焊接工艺,5.3 组件加工工艺,电池片按要求焊接好后，层压前一般先用万用表通过测电池电压方式检查焊接好的太阳电池有没有短路、断路； 清洗玻璃 按照比玻璃面积略大的尺寸裁制EVA、TPT； 将玻璃-EVA-电池-EVA-TPT层叠好，放入层压机层压。,5.层压工艺,5.3 组件加工工艺,层压注意事项： 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

20、时进入的空气与EVA交联反应产生的氧气是形成气泡的主要原因。当层压的组件中出现气泡，说明工作温度过高或抽气时间太短，应该重新设置工作温度和抽气、层压时间。,5.层压工艺,5.3 组件加工工艺,从层压机取出的太阳电池，未固化时EVA容易与TPT、玻璃脱层，进入烘箱固化。烘箱固化根据EVA种类不同分两种方式。 快速固化型EVA 设置烘箱温度135，待升到设置温度后，将层压好的电池放入固化15min。 常规固化型EVA 设置烘箱温度145，待升到设置温度后，将层压好的电池放入固化30min。 在层压机内直接固化。,6.固化工艺进入烘箱固化,5.3 组件加工工艺,快速固化型EVA : 层压机设置100

21、120，放入电池板，抽气35min，加压410min(层压的太阳电池板较小时，时间可以稍短些)，同时升温到135，恒温固化15min，层压机下充气上抽空30s，开盖取出电池冷却即可。 常规固化1型EVA ： 层压机设置100120，放入电池板，抽气35min，加压410min(层压的太阳电池板较小时，时间可以稍短些)，同时升温到145150，恒温固化30min，层压机下充气上抽空30s，开盖取出电池冷却。,6.固化工艺层压机内直接固化,5.3 组件加工工艺,常规固化2型EVA ：层压机设置135140，放入电池板，抽气35分钟，加压410分钟，恒温135140，固化15分钟，再取出冷却即可。

22、目前，工厂大部分采用在烘箱中快速固化EVA。这种固化方法效果好，速度快，可以节约层压机的使用时间。在太阳电池组件制造过程中，厂家经常需要测定EVA的凝胶含量来分析EVA的固化程度，以达到控制封装质量的目的。 EVA凝胶含量达到65以上，可以认为固化基本完成，达到了组件的要求.,6.固化工艺层压机内直接固化,5.4 组件检测,1.基本物理（光学）常识,5.4 组件检测,2.检测标准,GBT95351998地面用晶体硅光伏组件设计鉴定与定型 GBT140081992海上用太阳电池组件总规范。,5.4 组件检测,2.检测标准,性能指标与检测方法：,性能测试 在规定光源的光谱、标准光强以及一定的电池温

23、度(25)条件下对太阳能电池的开路电压、短路电流、最大输出功率、伏安特性曲线等进行测量。 电绝缘性能测试 以1kV的直流电通过组件底板与引出线，测量绝缘电阻，绝缘电阻要求大于200M，以确保在应用过程中组件边框无漏电现象发生。,5.4 组件检测,2.检测标准,热循环实验 将组件置于有自动温度控制、内部空气循环的气候室内，使组件在4085之间循环规定次数，并在极端温度下保持规定时间，监测实验过程中可能产生的短路和断路、外观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻等，以确定组件由于温度重复变化引起的热应变能力。,性能指标与检测方法：,5.4 组件检测,2.检测标准,湿热湿冷实验 将组件置于带有自动温度控制、内部空气循环的气候室内，使组件在一定温度和湿度条件下往复循环，保持一定恢复时间，监测实验过程中可能产生的短路和断路、外观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻等，以确定组件承受高温高湿和低温低湿的能力。,性能指标与检测方法：,5.4 组件检测,2.检测标准,机械载荷实验 在组件表面逐渐加载，监测实验过程中可能产生的短路和断路、外观缺陷、电性能衰减率、绝缘电阻等，以确定组件承受风雪、冰雪等静态载荷的能力。,性能指标与检测方法：,5.4 组件检测,2.检测标准,性能指标与检测方法：,冰雹实验 以钢球代替冰雹从不同角度以一定动量撞击组件，检测组件产生的外观缺陷、电