鉅大LARGE | 點擊量：2058次 | 2019年08月19日
太陽能電池組件制造原理詳細介紹
太陽能電池組件制造原理詳細介紹
前言
太陽能光電池需要被連接（普通為串聯），然后層迭封裝起來，以防止受到損壞，這就是所謂的模塊化封裝，同時，該模塊制程一般將依據電池種類和模塊應用型態(tài)來決定。
一、電池串聯
當制造太陽能光電模塊時，太陽能電池首先必須以串聯的方式（電池串行）連接，這是因為每單一硅晶太陽電池的各別電能輸出是很低的。在串接程序里，每一個電池的前端接點將被焊接到下一個電池的后端接點之上，以便將每一個電池的前端負極連接到下一個電池的后端正極，也就是將若干電池作串聯式的連接（圖1）。
然后，每一串序的開始和結束再向外延伸，以用于隨后的電力連接。在大量生產時，所謂的”Tabber-Stringers”機器經常被使用于自動化焊接。但是，顧客量身定作的電池產品則通常以手工制作。硅晶電池系一個接一個地在獨立的制造工作站被連接；相反地，薄膜電池則借著獨立層中溝槽的切割來予以完成，同時，電力連接則是電池組裝的一主要部分；通常，雷射或機械線切被使用，將該材料切割成大約1公分寬的電池長條。
圖2表示當電池被配置在前側時，該組裝之序列。此方式系使用在碲化鎘(CdTe)模塊和大部分的非晶硅模塊上面。首先，透明氧化物導電(TCO)層被分離成平行的長條狀，然后太陽能電池層沈積在上面。接著，第二切段（太陽能電池層）有點偏離第一切段(TCO)來制作，但是仍然與后者平行。最后，再切割與制作第三切段后接點（金屬層）。此方式制造了從一電池的后接點至下一電池的前接點之間的電力連接，使得各別電池長條能以串聯的方式作相互的連接。參見圖3，該結構系以相類似的方式來成型：從后接點開始，銅銦硒(CIS)電池和非晶硅薄膜電池系以相反的順序裝配。
二、電池封裝
為了保護電池對抗機械應力、曝曬和濕氣，串接的電池被嵌進一透明的封裝材料內，該封裝材料同時能對該電池產生電絕緣的作用。為了結構上的穩(wěn)定，該封裝系統應用一覆板(superstrate)。大部分的案例系使用玻璃，但同時也可使用壓克力、金屬或塑料薄片。視制程而定，太陽電池可放在覆板材料之上、之后或之間。在太陽電池光感面之上的覆蓋物以透明材料來制造是很重要的，因為越透明的材料能使更多的太陽能量投射在太陽電池之上?；谶@個理由，低鐵玻璃常當作前覆板來使用，因為它能夠讓91%的光線通過。該玻璃系經過回火處理的，以便強化其對抗高熱能應力的特性。最近所開發(fā)的抗反射玻璃，使用燒熔制程或浸染涂布，因而具有抗反射涂層，能達成96%之光穿透率。使用此抗反射玻璃的太陽電池模塊所吸收的能量比使用普通玻璃者多出約3.5%。目前使用較普遍的封裝方式有三種：
‧乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)封裝
‧鐵氟龍（TeflonR）封裝
‧鑄造樹脂封裝
■乙烯醋酸乙烯聚合物(EVA)封裝
當以EVA封裝時，該電池串行在真空腔內系以正負壓加溫的方式進行層迭制程（真空層迭制程）。該EVA在此制程里被熔解，并將整個太陽電池包圍起來。該EVA在正面需要抗紫外線的功能。在大部分的應用例中，這是一片高透明白色的回火玻璃（太陽玻璃），而其背櫬可為一傳統的硬化玻璃薄片或不透明薄膜。EVA封裝大部分使用于制造標準和特殊之模塊，最大所能裝配的尺寸為2公尺乘3公尺。隨著模塊尺寸的加大，在迭層期間該等電池將開始漂浮，這將使得在該等電池之間的間隙很難保持相等。然而，不同基板的使用將能夠裝配不同的迭層構型。（請參考圖4-7）
■鐵氟龍（TeflonR）封裝
此制程，類似EVA封裝，是將太陽電池封閉在一特殊的含氟聚合物（Teflon）當中。不同于EVA封裝的是：該被鐵氟龍封閉的太陽電池系放置在一基板平面之上，并且在正面不需要額外的覆蓋（請參考圖8）。鐵氟龍是一種抗紫外線、高透明、不沾灰塵且不會褪色的材料，更重要的是其具有無反射的表面。在此類模塊當中，鐵氟龍層在太陽電池上的厚度僅有0.5毫米，并且是一種良好的熱導體，所以，既使沒有隔熱，鐵氟龍層也能確保該電池受到良好的冷卻作用。至于基板材料，傳統硬化玻璃可被使用，只要其具備其它不透明材料（例如，金屬、石板、混凝土和陶瓷）的結構強度即可。鐵氟龍封裝大部分使用于小尺寸的特殊模塊（例如，太陽能屋瓦）。
■鑄造樹脂封裝
請參考圖9，樹脂封裝系運用一鑄造程序：首先，黏著墊將該等太陽電池固定在兩片玻璃之間，然后，在兩側利用具有黏性的透明分隔物，將該等薄片在邊緣固定起來；上層系由一高透明硬化白玻璃所構成；下層則由符合結構上需求的傳統硬化玻璃所構成；形成的空腔以高透明度的鑄造樹脂來填充，并使其硬化。
樹脂的型態(tài)將決定是否需使用紫外線來實施硬化的程序，這對于后面玻璃層的設計占有重要的角色。如果所使用的樹脂沒用紫外線來硬化，則不可能在背面使用染色玻璃，因為太陽電池和染色層之間的樹脂會因為缺乏紫外線而無法硬化。使用鑄造樹脂封裝，將可裝配2.50公尺乘3.80公尺之模塊。此類封裝的優(yōu)點之一為：復數個電池能精確地被定位，這是因為在鑄造時，它們的位置仍然保持一定，既使在大尺寸模塊當中，仍能保持均勻的電池間隙。樹脂封裝通常使用在建筑一體的特殊模塊使用設計之中（例如，帷幕、透明屋頂和太陽遮蔭裝置）。該使用于制造模塊的樹脂可同時當作窗戶上的隔音玻璃。因此，一封裝著鑄造樹脂的模塊先天上就具有隔音的特性。
■薄膜電池模塊封裝的特色
薄膜電池的封裝與硅晶電池的封裝具有少許的不同點。首先，薄膜電池的初始模塊已經具有一玻璃層（基板），其上面為半導體材料所涂布，而這些基板不可使用退火玻璃，因為使用于半導體涂布的高溫將破壞玻璃的強度。
如果完工的薄膜模塊需要符合類似韌性與脆性的特殊要求（諸如當其被使用在一冷帷幕的時候），該初始模塊必須額外地加裝一強化安全玻璃(ToughenedSafetyGlass,TSG)。所以，一具有TSG的薄膜模塊總是由兩層玻璃所構成。
因為使用在薄膜電池構裝的是另一種涂布技術，其中，半導體材料不是涂布在基板的上面就是涂布在基板的后面，所以其位置乃依據該基板是當作前側或者后側而定（請參考圖2與圖3）。同時，該半導體材料將影響到該模塊的可能結構。
請參考圖10，當薄膜電池為非晶硅和CdTe類型時，半導體材料系涂布在基板玻璃的后方，該基板玻璃將同時放在模塊前側，以具有防止被陽光曝曬的功能。在EVA封裝當中，當有如上述的特殊應用時，此類初始模塊能使用Tedlar薄膜涂布在任何玻璃的后面，或者涂布在TSG之后。
當封裝銅銦硒(CIS)電池模塊和由金屬薄膜所制成的非晶硅薄膜電池模塊時，半導體薄膜系分別地涂布在基板玻璃和基板薄膜之上（圖11）。該銅銦硒(CIS)電池模塊前側另外有裝置一防止被陽光曝曬的玻璃，如果需要的話，可同時使用一TSG層。
雖然CIS模塊總是由兩層玻璃所構成，但是薄膜形式的非晶硅模塊并不需要任何的玻璃。若干小型初始模塊單位的前側系內鑲在一含有EVA的含氟聚合物之中，(請參考上文'鐵氟龍'上之通道)，后面則以涂漆鋼片來保持穩(wěn)定。
當以樹脂封裝來裝配薄膜模塊時，前面或后面模塊玻璃皆不可當作薄膜電池的基板玻璃來使用，因為此等薄片系由熱強化玻璃（HSG）所制成。
如同單晶硅和非晶硅電池封裝一般，該薄膜初始模塊系放置和鑄造于兩模塊玻璃片之間（圖12），因此，此類玻璃-玻璃模塊系由三薄片所構成，并且厚度比單晶硅或多晶硅電池以樹脂鑄造封裝的玻璃-玻璃模塊要來得厚。
三、模塊種類
商業(yè)上有使用各式各樣的模塊區(qū)分。該一般名詞'模塊'（或面板）的更精確定義在于強調該模塊的特定數量。模塊可依據下列原則來歸類：‧電池種類：單晶硅模塊，多晶硅模塊，薄膜電池（非晶硅、CdTe和CIS模塊）
‧封裝材料（該'EVA模塊'分類一般并不使用）：鐵氟龍模塊，鑄造樹脂模塊
‧封裝技術：迭層(使用EVA或鐵氟龍)1
‧基板：薄膜模塊，玻璃-薄膜模塊（或玻璃-Tedlar模塊），金屬-薄膜模塊，壓克力塑料薄膜，玻璃-玻璃模塊
‧框架結構：有框架的模塊，無框架的模塊（如前述的迭層模塊）
‧特定結構或額外功能：強化安全玻璃模塊，迭層安全玻璃模塊，隔熱玻璃模塊，用于過熱窗裝玻璃的隔熱玻璃模塊，階段隔熱玻璃模塊
另外，我們將就下類區(qū)分，作更詳細地說明：
■標準模塊
所謂標準模塊系在每單位面積以最小成本達到最大能源產量所制造的模塊者。這些模塊大部分為EVA封裝玻璃-薄膜迭層，可提供固定尺寸和電力輸出。這些標準模塊可具有或不具有鋁質框架（圖13表示該裝框的步驟）。標準模塊安裝的地點為形狀與尺寸無特殊要求的地點，它們不是附著于標準基礎框架，就是與特殊的外型系統相配合，例如，建筑一體系統。一標準模塊系由36至72個電池所組成，所具有的電力輸出為50-140Wp(晶硅電池)。該等電池時常以四連續(xù)列來安裝，所造成的矩形模塊尺寸，將例如，1.0公尺乘0.5公尺。節(jié)省材料、簡單安裝、新型系統設計以及美觀需求表示：今天的標準模塊所提供標稱的電力功率可高達340Wp(220顆電池)，并具有2.5公尺乘1.25公尺之尺寸。
■特殊模塊
特殊模塊為用于特殊用途的大量制造者。在這些使用例，特殊材料或特殊框架可被使用。特殊模塊的范例可包括：輕型模塊，其所有小尺寸皆可應用和使用于太陽能車、船舶、露營或太陽能瓦者；太陽能瓦，其所需要的框架為能夠確保屋頂不漏水和防下雪者。
■客戶定作模塊
客戶定作的模塊系用于特定地點的特殊裝配。這將可能是冷或熱帷幕、窗裝玻璃的屋頂或遮陽裝置。該安裝地點將決定模塊的結構、尺寸和形狀；客戶定作的設計可能性將在下章節(jié)詳細說明。
四、pV模塊的設計方向
太陽能光電模塊主要是安裝在建筑物里面或外表。基于此理由，太陽光電模塊不應該考慮僅是一用于發(fā)電的技術組件，同時應該視為一多樣化的建材，讓它們能與建筑相和諧地成為一體。所以，針對不同的建筑和應用領域，這將要求模塊具有多樣化的外表和功能。同時該pV市場將提供廣泛的設計方案，來符合太陽模塊可當作建筑產品之要求。
大量且多樣的標準和特殊模塊可針對市場作事先的配裝。針對標準模塊，設計者可在不同的電池種類、尺寸和框架結構之間作一選擇。視不同的應用而定，其同時存在許多特殊的模塊。此兩種模塊型態(tài)的共通點為：兩者皆以完工產品來銷售同時給予設計者若干選擇，但是不允許設計者來影響外觀。相反地，客戶定作模塊系依據訂單來制作。pV模塊成型的兩個主要組件—太陽能電池和玻璃（或薄膜）—提供設計者許多的可能性。除了電池和它們的安裝選擇之外，不同類型的裝框玻璃的產品屬性可彼此相互混合以制造多功能的模塊，該多功能模塊能夠解決建筑上的特殊要求。
客戶定作的模塊設計因素可包括：
•電池種類
•電池覆蓋面
•電池形狀
•電池接觸
•電池背襯
•玻璃尺寸
•玻璃形式
•玻璃種類
這些參數組合的方式將決定模塊的外型。因此，與模塊制造商的溝通，設計者所制造的各別模塊可具有下述的不同點：
•顏色；將視電池的種類、電池背襯、電池接觸和玻璃種類而定。
•透明性（參考電池安裝）。
•可撓性：具有0.9公尺最小半徑的彎曲模塊可從硅晶太陽能電池中制造，其中，內鑲在彎曲薄片或完成模塊之間的電池系可彎曲的；如果是放置在柔軟的基板上面，薄膜模塊系永遠可撓或可曲的。
•晶格型態(tài)(硅結晶)
附注1：以層迭制程(EVA和鐵氟龍封裝)所制造的模塊同時可稱作迭層。依據模塊結構的其余組件而定，這些模塊可為習知的薄膜迭層、玻璃-薄膜迭層或玻璃-玻璃迭層。如果該名詞”迭層”自己本身來使用，則一般系指玻璃-薄膜迭層。然而，迭層同時可一般地當作模塊來說明。該名詞”迭層”同常與無框架模塊系相等意義的，但是，事實上，它僅在于說明該封裝技術。一般而言，迭層可以有框架或無框架來提供。
