封装材料对太阳电池元件输出影响研究

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1、封裝材料對太陽電池元件輸出影響研究摘要：多晶矽太陽電池封裝後輸出通常會增大。同一種封裝方法中用不同廠家的封裝材料，例如玻璃、EVA和TPT對封裝後的元件輸出增大值不同。本文報導了進口的和國產的封裝材料對封裝後元件性能的影響。我們的研究結論是使用進口的封裝材料封裝的元件性能好於國產的。　　引言　　目前，高成木是抑制大規模太陽電池應用的主要原因之一，而材料成本占了太陽電池組件成本的大頭。實現太陽電池生產中原材料的國產化是降低成本的重要途徑之一。本文就國產和進口封裝材料對元件輸出特性進行了比較，結果顯示封裝材料的透光率對封裝後的太陽電池元件輸出有明顯的影響。本文著重討論封裝材料的

2、透光率對封裝後的太陽電池元件輸出的影響。實驗資料可為國產原材料生產商進一步提高產品性能做參考，同時也會讓用戶瞭解到不同封裝材料對元件性能的影響。　　一、封裝方式和材料特性　　我們採用的多晶矽太陽電池元件是結構層在正面的帶夾層密封形式：即從受光面向下依次為玻璃、EVA、太陽電池、玻璃纖維（可選）、EVA和TPT。在該種封裝方法中，玻璃為結構層；EVA為夾層；太陽電池在兩層EVA中間；TPT為背面層。如圖1所示。　　太陽電池封裝時按照上述順序將封裝材料的層疊，並進行了層壓及以後的封裝工藝。現就封裝材料做一簡要介紹：　　玻璃為低鐵鋼化玻璃，因其含鐵量極低（低於0.02%），所以其

3、透光率極高（在400nm到1100nm的光譜範圍內為90%左右），從其邊緣看過去為白色因而又稱白玻璃。玻璃鋼化過程有助於提高太陽電池組件抗冰雹、意外打擊的能力，確保整個太陽電池元件有足夠高的機械強度。實驗中採用的玻璃分別來自澳大利亞、秦皇島和上海，其透光率曲線如圖2所示。　　EVA（Ethylene/VinylAcetate，譯為聚乙烯一醋酸乙烯醋）又被稱為太陽電池膠膜，用於粘接玻璃與太陽電池陣、太陽電池陣與TPT膜，其透光率在400nm到1100nm的光譜範圍內也高於90%。採用的EVA分別來自BP和浙江化工研究院，透光率曲線如圖3所示。　　玻璃纖維層用玻璃纖維編織而成，

4、用於去除層壓時可能被密封在電池板內的氣泡。TPT膜（Tedler-Polyeast-Tedler，譯為複合氟塑料膜）用來防止水汽進人太陽電池元件內部，並對正面入射光起反射作用。TPT膜厚為0.12mm，其反射率在400nm到1100nm的光譜範圍內平均值為0.698。　　二、多晶矽太陽電池元件輸出及資料分析　　在本次實驗中，除玻璃和EVA外其它原材料分別來自同一供應商。開始封裝前測量了玻璃、EVA的透光率和TPT的反射率。另外，測量了固化在秦皇島玻璃上EVA樣品（為粘固在一起的玻璃和EVA）的透光率。結果顯示附有來自BP公司的EVA樣品的透光率大於來自浙江化工研究所的。層壓

5、後玻璃和進口EVA樣品、玻璃和浙江EVA樣品及去除玻璃透光率的影響後進口EVA和浙江EVA的透光率在400nm到1100nm的光譜範圍內的平均值分別為：0.809，0.764，0.887和0.838。EVA在層壓後內部組份重新排列及EVA本身的折射率不同，造成了圖3和圖4中所示的EVA透光率曲線不同，浙江EVA的透光率下降較多。樣品的透光率和相應的EVA透光率如圖4所示。　　多晶矽太陽電池元件在封裝前後電性能對比如表1所示（每個類別的多晶矽太陽電池元件的資料以10片以上的元件資料平均，且封裝後多晶矽太陽電池組件的效率僅以太陽電池陣的面積計算）。　　封裝後多晶矽太陽電池元件的

6、電性能較封裝前增益最高達5.76%，說明結構層在正面帶夾層的密封形式有助於提高太陽電池的輸出功率。其原因主要有兩個方面：　　a.理論認為如在太陽電池表面沉積了一層折射率n為2.3，膜厚d為65nm的減反膜，其被密封在玻璃和EVA（兩者的折射率相同，約為1.5）下時，減反作用達到了最大。相對于未封裝前有更多的光入射進太陽電池內部，所以元件輸出增加。封裝前後電池和元件表面反射率對比如圖5所示（元件表面反射率資料來自層壓的小塊樣品測量值）。　　b.背面的TPT膜為白色，對入射到太陽電池間未被太陽電池吸收的太陽光有反射作用。這部分光在空氣與玻璃介面處再次被反射向太陽電池，增加入射到

7、太陽電池組件上的太陽光利用率。　　三、結論　　用結構層在正面的帶夾層密封形式進行太陽電池元件的封裝有助於提高太陽電池的輸出，但採用不同透光率的封裝材料封裝後其增益效果不同。在我們的初步研究中，採用進口封裝材料的增益最高達5.75%，最差為上海玻璃和浙江EVA封裝，其增益僅為0.19%。如果採用透光率更差的玻璃進行封裝，則有可能使太陽電池元件的輸出功率達不到設計值。