太阳能电池封装技术介绍

近年来，随着光伏产业技术的日益进步，太阳能电池组件的效率不断上升，生产工艺不断改进，生产成本不断下降，太阳能越来越受到人们的青睐。

太阳能光伏电池组件的主要部件是太阳能电池片。由于太阳能电池片不能直接暴露在阳光、雨水等自然条件下，因此，要实现太阳能发电的实际应用，就要对其进行保护性封装，并形成电池组件。目前，太阳能电池一般采用EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)-玻璃作封装材料，这种封装虽能满足太阳能电池封装的基本要求，但仍存在很多不足。于是人们在不断完善玻璃封装技术的同时，又开发了含氟透光树脂类等新型非玻璃封装技术，本文就目前使用和开发的几种太阳能电池封装技术做了介绍，阐述了它们各自的优点和不足，并指出了太阳能电池封装技术的发展方向。

二、玻璃封装

2.1 玻璃封装的工艺和要求

组件封装要求:组件的工作寿命在20年以上，即使用20年，效率不低于初始效率的80%;良好的密封性能和电绝缘性能(绝缘电阻不能低于200MΩ);足够的机械强度;紫外辐照下的稳定性好;效率损失小;电池之间通过互连条连接可靠;封装成本低。

大面积太阳电池组件通常采用真空层压封装:将太阳电池片夹在两层热熔性EVA胶膜中间，通过真空加热层压使EVA胶膜将电池片、低铁钢化玻璃正面盖板和聚氟乙烯复合膜背板黏合为一体，周边用铝合金边框固定(图1)。另外，还有采用双面玻璃封装的太阳电池组件(图2)，这种封装的太阳能电池外形美观，可部分透光，已广泛应用于光伏建筑。

但是，与普通太阳电池组件结构相比，双面玻璃组件利用背板玻璃代替TPE(或TPT)。TPE为柔性材料，玻璃是硬度高的刚性材料，双面玻璃层压封装过程中由于两层刚性玻璃的挤压，很容易出现气泡、移位、太阳电池裂片、玻璃碎裂现象。

2.2 玻璃封装的材料—EVA

在玻璃封装技术中，EVA胶和玻璃是最重要的部分。目前所使用的EVA为改性EVA胶膜，是以EVA为原料，添加改性剂后加热挤出成型而制得。其透光率大于90%，交联度大于70%;玻璃与胶膜的剥离强度大于40N/cm;TPT(或TPE)与胶膜的剥离强度大于15N/cm，适用温度为-85~85℃，具有较好的耐紫外光照射性能。封装用的玻璃是采用透光率高的低铁钢化白玻璃，厚度一般为3.0~4.0mm，在320~1100nm的波长范围内，其透光率达90%以上，对于波长大于1200nm的红外线有较高的反射率，耐紫外光辐射性能好。

2.3 玻璃封装的优缺点

国内绝大多数公司使用的都是EVA-玻璃封装工艺，它已基本能满足太阳能电池工业化的需求。其优点是工艺成熟稳定，能进行大规模生产，但也存在不少缺陷，如工艺复杂，成本较高。目前，EVA-玻璃封装工艺的封装成本高达1.5美元/W，占太阳能电池组件成本的50%以上;生产效率低。由于需要将玻璃-EVA-电池-EVA-TPT(或TPE)层叠并在150℃左右层压固化20min，极大地降低了太阳能电池的生产效率。EVA膜的抗老化性能较差，在使用过程中，容易发黄老化，降低了太阳电池的使用寿命和光电转换效率。采用这种封装工艺对玻璃的要求甚高，若玻璃表面被污染或霉变，就会使玻璃的透光率降低，损失了光电转化效率。

另外，这种封装的太阳能电池还存在维修困难和运输不便等不足。上述缺陷严重地制约了太阳能电池的发展，为推动太阳能电池的进步和应用，人们不断对该封装工艺进行改进和完善。

三、非玻璃封装

为了克服玻璃封装带来的各种缺陷，人们大力开发新型太阳能电池封装技术，提出以轻质、透明、低折射率的各种透明树脂板材替代玻璃。但普通的透明树脂的耐候性、耐试剂性、耐污染较差。氟树脂基于分子内的C—F键的高能量和低极化率而具有优异的耐候性、低折射率、耐试剂性、防水防油性和耐污染性，被应用于各种用途。由于氟系膜的机械强度较低，用其作为封装材料会使太阳能电池组件的机械强度低，太阳能电池元件易损坏。因此，将透明树脂和含氟树脂配合使用，可生产出高耐水解性、透明性、耐候性和轻量化且机械强度高的密封膜。

采用某种树脂作为填充物，覆盖太阳能电池元件的粗糙表面，并保护元件避开外界环境。该填充物由乙烯和不饱和脂肪羧酸的共聚物树脂构成，从实用性和成本上看，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸乙酯是合适的，而乙烯-丙烯酸乙酯的透光率更好。使用氢过氧化物和过氧化酯等可提高填充树脂的交联性，而使用聚氟树脂充当填充物的表面膜可提高密封膜的耐候性和防水性等性能。聚氟树脂可选用聚偏氟乙烯树脂，它的耐候性能好，而四氟乙烯-乙烯共聚物的耐候性和机械强度的综合性能最佳。

四、其他封装技术

在太阳能电池组件中，也可以考虑替换掉EVA-玻璃。德国拜尔公司利用一种耐光热塑性聚氨酯制成了商品名为VISTASOLAR的新型聚氨酯薄膜，将其用作太阳能电池的封装材料替代EVA薄膜，不仅使太阳能电池的生产更为方便和快捷，还大大提高了太阳能电池的发电效率。此外，还有人发明了太阳能电池用聚酯树脂片，该聚酯树脂片是由数均分子量为18500~40000的一个或多个层而成的聚酯树脂片，在该聚酯树脂片上具有至少一层以上w(TiO2)为5%~40%的TiO2层。该聚酯树脂片的透光率在85%以上，且具有较好的耐水解性和机械强度。

五、结语

20世纪90年代以来太阳能光伏(PV)产业的发展特别迅速，1996—2006年的平均年增长率为40%;2001—2006年的平均年增长率为45%;2005年太阳电池与组件产量为1,656MWp，累计装机6,100MWp。2006年太阳电池与组件产量为2,204MWp，安装量1,744MWp，2010年安装量达3.9GW。光伏发电已成为发展最快的可再生能源发电技术。以EVA-玻璃为主的封装技术基本能满足太阳能电池的封装要求，但其存在成本较高、EVA易黄变老化、运输不便等不足。以透明树脂叠成聚氟树脂构成的密封膜，结合透明树脂和聚氟树脂两者的优势，使其具有高的光透过率和机械强度以及较好的耐水解性、耐酸性、耐候性和轻质化，是未来太阳电池封装技术的发展方向。