單晶矽太陽電池組件

單晶矽太陽電池組件，包括單晶矽太陽電池單體和封裝方框。其中，單晶矽太陽能電池，是以高純的單晶矽棒為原料的太陽能電池，是當前開發得最快的一種太陽能電池。它的構造和生產工藝已定型，產品已廣泛用於空間和地面。所述封裝方框是正方形結構,單晶矽太陽電池單體安裝於封裝方框內。

基本介紹

• 中文名：單晶矽太陽電池組件
• 外文名：Monocrystalline silicon solar modules
• 組成：單晶矽太陽電池單體和封裝方框
• 光伏特性：輻射強度，溫度等
• 封裝方法：將太陽電池封在兩層鋼化玻璃間
• 影響因素：熱斑與熱擊穿

詳細介紹

單晶矽太陽電池組件，括單晶矽太陽電池單體和封裝方框；所述封裝方框是正方形結構,單晶矽太陽電池單體安裝於封裝方框內。封裝方框的相對兩個邊的外側有凸榫,封裝方框的另外相對的兩個邊外側有與凸榫形狀相吻合的凹槽,在凸榫外側和凹槽底部有金屬電極片,金屬電極片與單晶矽太陽電池單體的電極電連線。

單晶矽太陽電池具有製造技術成熟，產品性能穩定，使用壽命長，光電轉化效率相對較高的特點。目前，傳統的光伏電池組件以單晶矽太陽電池和非晶矽太陽電池為主，輻照強度和組件溫度對組件發電量的影響非常重要。

製作工藝流程

太陽能電池單體片製作

為了降低生產成本，地面套用的太陽能電池等採用太陽能級的單晶矽棒，材料性能指標有所放寬。有的也可使用半導體器件加工的頭尾料和廢次單晶矽材料，經過鑄塊、修邊，復拉製成太陽能電池專用的單晶矽棒。

將單晶矽棒切成片，一般片厚約0.3毫米。矽片經過拋磨、清洗等工序，製成待加工的原料矽片。

加工太陽能電池片，首先要在矽片上摻雜和擴散，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。擴散是在石英管制成的高溫擴散爐中進行。這樣就矽片上形成P>N結。然後採用絲網印刷法，精配好的銀漿印在矽片上做成柵線，經過燒結，同時製成背電極，並在有柵線的面塗覆減反射源，以防大量的光子被光滑的矽片表面反射掉。

太陽電池組件

要挑選電性能參數一致的單體太陽電池進行組合和封裝，以保證太陽電池的組合損失最小。製作太陽電池組件要根據標稱的工作電壓確定單體太陽電池的串聯數，根據標稱的輸出功率來確定太陽電池的並聯數。用串聯和並聯的方法構成一定的輸出電壓和電流。最後用框架和材料進行封裝。用戶根據系統設計，可將太陽能電池組件組成各種大小不同的太陽能電池方陣，亦稱太陽能電池陣列。單晶矽太陽能電池的光電轉換效率為15%左右，實驗室成果也有20%以上的。

太陽電池組件的封裝

太陽電池組件中， 單體太陽電池之間的連線是用金屬導電帶串聯或並聯焊接的。 目前常用的晶體矽太陽電池封裝工藝如下。依次將鋼化白玻璃—EVA（乙烯醋酸乙烯共聚 物 ）—太 陽 電 池 片—虹 吸 玻 璃—EVA—PVF（聚氟乙烯）複合膜疊起， 放入層壓封裝機內進行封裝。

晶體矽太陽電池所有的封裝材料必須具有良好的耐候性， 要求能在戶外陽光下使用 20 a 以上。鋼化白玻璃是低鐵玻璃，透光度一般為 90%。 EVA膜中添加有抗紫外劑及交聯劑，太陽電池層壓封裝時，經過 150 ℃左右的熱處理，交聯劑使 EVA 膜交聯固化而形成具有一定彈性的保護層。 為防止 EVA膜內產生氣泡，要在真空條件下進行熱處理。太陽電池背面所用的 PVF 複合膜，一般是白色的，以利於電池片空隙處的光反射到前表面，有部分光會再反射回太陽電池， 使太陽電池更好地吸收光照。 PVF膜具有非常好的耐候性能。 複合膜採用的中間層是聚酯膜，兩邊是 PVF 膜的結構，膜厚大約為 1 mm。最後在組件邊上加密封條及經陽極氧化的鋁合金外框，就形成了太陽電池組件。

作為與建築物一體化的太陽電池組件， 新的封裝方法是將太陽電池封在兩層鋼化玻璃之間，以增加強度和透光性。

光伏特性

輻照強度的影響

輻照強度引組件的電流呈線性變化，電壓變化較小，通過對比分析電流和電壓和斜率，可以得到電流更容易受輻照強度變化的影響；隨輻照強度的增強，單晶矽組合的填充因子和效率是先增大後減小。

單晶矽太陽電池組件，輻照強度的變化引起電流、電壓、最大功率和填充因子的變化趨勢與非晶矽太陽電池組件的變化趨勢都是一致的：電流隨輻照強度增強呈線性增大，單晶矽的短路電流更容易受輻照強度變化的影響；電壓隨輻照強度增強先小幅度增加，後略有降低；根據Rs受輻照強度變化的影響，分析了填充因子隨輻照強度的增強先升高后下降的原因。

結合輻照強度對串聯電阻的影響，解釋了隨輻照強度的增強，單晶矽組件的效率是先升高后降低，非晶矽組件的效率是持續增大的原因。非晶矽太陽電池較單晶矽太陽電池更適合在低倍輻照強度或者弱光條件下工作。

溫度的影響

光伏電池輸出轉換特性受溫度影響較大，矽光伏電池輸出開路電壓隨溫度升高而降低，溫度每升高1K，輸出開路電壓減少約2.3mV，填充因子隨溫度升高而降低，理想填充因子隨溫度升高的減少率約為－4.5 × 10－4/ K，短路電流隨溫度增加而增大，短路電流隨溫度升高率約為1.21m A / K。

光伏電池溫度隨太陽輻照度的增加而增大，其輸出轉換效率隨溫度升高而減少。

組件壽命

影響因素：對太陽電池組件而言,熱斑與熱擊穿都是指太陽電池在反向偏壓作用下產生的發熱現象。即便是高效單晶太陽電池,一旦有樹木、建築物、樹葉等物體造成部分或全部遮擋就會產生熱斑。而熱擊穿多數是這些組件中摻有低效率的問題電池,有問題的太陽電池在陽光照射下,即使沒有被任何物體遮擋,也會由局部發熱造成損傷。

熱擊穿

由於這些太陽電池的熱擊穿導致組件背板被燒穿、鼓包和正面的玻璃碎裂。對於單晶矽太陽電池組件,通常熱擊穿原因有電池片的隱裂及裂紋以及低效率問題電池片的存在。

電池片隱裂以及裂紋引起的熱擊穿：由於原先是隱裂,在熱擊穿損壞後變為明裂斷開,其他電池正常,24片電池並聯一個旁路二極體,這種情況下“壞”電消耗的能量相當於這一串中所有其他“好”電池的輸出能量,這個消耗的能量是使“壞”電池發熱的能量。“壞”電池處於熱擊穿的過程中,由於熱產生大量載流子,這些載流子使晶片處於負阻狀態,在反偏電壓作用下,耗散功率增加,這些增加的耗散功率又產生熱量,使結溫急劇升高直至P-N結損壞。產生上述組件熱擊穿的原因是組件層壓過程和裝配過程中電池的裂片和隱裂,正是由於隱裂和裂片在組件做完後的惡化導致組件運行過程中熱擊穿,進而引起組件損壞。

低效問題太陽電池引起的熱擊穿：

組件中的黑斑片會造成電池片發熱,由於電池片的功率溫度係數是負的,必然會降低組件功率輸出。電池組件上的EVA受熱,其耐老化性能、抗紫外性能均會受到影響,會有加速EVA降解失效的危險,將會威脅到組件壽命。矽片基體少子壽命會直接影響電池效率,而矽晶體中的微缺陷是少子壽命的有效複合中心。由於微缺陷的存在,少子壽命降低,因此降低了少數載流子擴散長度,從而降低了位錯區域的光電轉化效率,導致電池效率偏低。這些微缺陷包括位錯、自間隙型缺陷、空位缺陷以及雜質沉澱等缺陷。這些缺陷通常是在單晶拉棒過程中產生,如野蠻收尾、不收尾、拉速過快、鍋底料剩餘太少、斷棱位錯片不反切等。

熱斑效應

在太陽電池方陣中，如有陰影（例如，樹葉、鳥類、鳥糞等）落在某單體電池或一組電池上， 或者組件中的某單體電池損壞時， 方陣其餘的部分仍處於陽光曝曬之下， 這樣局部被遮擋或損壞的太陽電池（或組件）就相當於一個負載， 要由未被遮擋的那部分太陽電池 （或組件） 來提供所需的功率， 使該部分太陽電池如同一個工作於反向偏置下的二極體，其電阻和壓降很大，從而消耗功率而導致發熱，即稱之為“熱斑”。對於高電壓大功率方陣， 陰影電池上的電壓降所產生的熱效應甚至能造成封裝材料損傷、焊點脫焊、電池破裂或在電池上產生“熱斑”，從而引起組件和方陣失效。電池局部被遮光或弄髒、電池出現裂紋或不匹配、電池內部連線失效均會引起熱斑效應。為了減少輸出功率的損失和防止方陣失效，通常給電池外接旁路二極體。