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多晶硅太阳能电池组件的外观质量问题分析毕业论文

B34

天津轻工职业技术学院

毕业设计（论文）

课题：

多晶硅太阳能电池组件的外观质量问题分析

专业光伏发电技术及应用班级13光伏一班

学生姓名韩芳学生学号13030120

指导教师沈洁

提交日期2016/3/31成绩

答辩日期答辩成绩

答辩教师

总评成绩

课题设计要求

毕业设计（论文）撰写是教学计划规定的综合性实践教学环节，是培养学生综合运用所学基础知识，专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力，是学生进行初步的科学调研、训练，获得从事科学调研、工作的初步能力，达到培养目标的一个重要环节，是学生在教师的指导下，针对某一专业领域的选题，综合运用所学的专业知识，进行学术调研的实际过程。

通过毕业设计（论文），在选题、调查调研、收集资料、撰写论文等各环节。

使学生对所学专业理论知识和基本方法进行综合运用，加深对光伏专业知识的理解，培养学生理论联系实际，实事求是，踏踏实实的工作作风。

（一）毕业论文设计环节作为综合应用所学知识的系统训练环节，应注意以下方面能力的培养：

1、调查调研、查阅文献和收集资料的能力；

2、理论分析、制定设计或试验方案的能力；

3、实验调研和数据处理的能力；

4、综合分析、总结提高及撰写学术论文的能力。

（二）毕业设计（论文）的内容应达到以下基本要求：

1、科学性

科学性是指毕业设计（论文）应具有一定的理论基础，从一般的科学原理出发，通过深入的分析、调研，解决实际工作中遇到的问题。

其主要表现为：

（1）正确理解和掌握相关的基本科学原理；

（2）恰当运用基本科学原理；（3）名词、术语准确，无异议；（4）对实际问题的调查分析中肯；（5）理论与实际结合度高。

2、实用性

实用性是指毕业设计（论文）具有一定的实用价值，通过对实际问题的调查、分析，提出解决问题的可行方法。

论文选题要与生产实践紧密结合，最好联系光伏单位（企业）的工作或管理需要来写，避免脱离企业实际的宏观性选题。

此外，选题还应符合所学专业的方向。

其主要表现为：

（1）论文选题具有实际意义，来源于实践；

（2）对问题的调查、分析，全面透彻，中肯；

（3）能够提出具有实际意义的可行性解决方案。

3、逻辑性：

（1）观点、结论能够自圆其说；

（2）有层次；（3）论文简洁、明了。

4、学生必须充分认识毕业设计的重要性，严格按要求开展毕业设计工作。

毕业设计任务应包括对实际问题的调查分析。

毕业设计任务必须有学生本人在指导教师指导下独立进行。

毕业设计必须有进度要求，有明确的阶段成果，定期进行检查。

设计题目

多晶硅太阳能电池组件的外观质量问题分析论文

指

导

教

师

综

合

阅

评

意

见

平时成绩0~20

材料成绩0~40

指导教师

内容摘要

本书以多晶硅太阳能电池兼具单晶硅电池的高转换效率和长寿命以及非晶硅薄膜电池的材料制备工艺相对简化等优点的新一代电池，其转换效率一般为12%左右，稍低于单晶硅太阳电池，没有明显效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池。

多晶硅，是单质硅的一种形态。

熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。

多晶硅太阳能电池板构成包括：

（1）钢化玻璃

（2）EVA（3）电池片（4）背板（5）铝合金（6）接线盒（7）硅胶。

光伏组件作为光伏电站的核心设备，具有安装数量大，采购成本高等特点。

其电性能和热性能的稳定性决定了光伏电站的发电量多少和电站运行成本投入。

伴随着国内光伏市场的快速发展，部分组件厂家超速扩产或建厂投产，造成整个生产链条出现不同层次的质量问题，导致现今低质量光伏组件大比例出现。

　　同时，光伏电站的规模化扩张带来的直接后果是人员流动的频繁以及施工环节管理的粗狂，光伏组件安装过程管控不到位造成光伏组件黑斑、隐裂、人为破损等质量问题的大面积出现，影响了光伏电站整体高效稳定运行。

本文结合国家相关规范要求及光伏组件安装实际情况，对光伏组件常见质量问题进行分析，对光伏组件安装质量控制进行总结，旨在从管理层面系统梳理光伏电站组件安装质量控制有效措施，保证光伏电站高效稳定运行。

关键字：

多晶硅黑斑隐裂转换效率质量

目录

第一章太阳能光伏发电的意义····························1

1.1中国光伏能源的概况··········································1

1.2太阳能电池组件的分类··········································2

第二章多晶硅太阳能电池组件···························5

2.1多晶硅太阳能电池组件的构成及各部分功能························5

2.2多晶硅太阳能电池组件的应用领域································6

2.3多晶硅太阳能电池的生产流程····································7

第三章多晶硅太阳能电池组件中常见的质量问题……………10

3.1对多晶硅太阳能电池组件的基本要求······························10

3.2多晶硅太阳能电池组件外观质量要求······························12

3.3多晶硅太阳能电池组件EL成像要求·······························14

3.4多晶硅太阳能电池组件成品安装质量控制中存在的问题··············15

第四章对多晶硅太阳能电池的分析·······················17

致谢···················································18

参考文献···············································19

第一章太阳能光伏发电的意义

1.1中国光伏能源的概况

当下，许多国家已把发展可再生能源作为未来实现可持续发展的重要方式，而中国也将以太阳能为代表的可再生能源作为未来低碳经济的重要组成部分。

太阳能（Solar），一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。

自地球形成生物就要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。

但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。

太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。

太阳能发电一种新兴的可再生能源。

广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。

　　从中国的实际情况来讲，光伏产业的具体应用主要可以概括为以下四个方面：

农村和边远地区应用;通信和工业应用;太阳能光伏产品;光伏并网发电系统。

在中国光伏产业的发展过程中，主要的资金来源于政府资助。

其中，由发改委、世界银行总投资2550万美元，为8.4万用户解决用电问题;由中国政府投资26亿元，为7.8万用户解决用电问题;由中国、荷兰、日本援助的光明工程，为7万用户解决用电问题。

从上面的数据可以看出，中国已有的光伏产业应用实例，大都具有政府背景，为政府推动的示范性工程，距离光伏产业的商业化推广仍有一定的差距。

　　我国对太阳能产业发展付出了不竭的努力。

在技术开发上，除对相关产业出台了一系列有利其商业化的优惠、扶持政策外，还在“863高科技攻关计划”中专门设立了“太阳能薄膜电池”技术研究项目，中科院在其西部行动计划中，也投入巨资开展一系列基础性、战略性、前瞻性的课题研究，包括建立若干太阳能发电、太阳能空调、太阳能供热、风光互补电站、地热利用等示范工程，并适时开展区域性推广工作。

　　2007年，中国光伏电池产量首次超过德国和日本，居世界第一位。

2008年的产量继续提高，达到了200万千瓦。

近5年来，中国光伏电池产量年增长速度为1-3倍，光伏电池产量占全球产量的比例也由2002年1.07%增长到2008年的近15%。

商业化晶体硅太阳能电池的效率也从3年前的13%-14%提高到16%-17%。

现在，国内已经建成了一些示范性光伏发电系统。

比如600w光伏提水系统，其输出电压为220vac，日发电量为1.8kwh，日提水量达30m3/（20m）。

又如100kw并网型光伏供电系统，其输出电压为220vac，日发电量达350kwh。

从我国光伏行业概况了解到，虽然目前光伏发电的成本还比较高，但从长远来看，随着技术的提升，太阳能光伏产业链各个环节成本的持续下降，以及其他传统能源形式的逐渐饱和，太阳能可能将在2030年以后成为主流的能源形式之一。

据中国报告大厅发布的“2015-2020年中国太阳能光伏行业市场需求与投资咨询报告”认为，针对目前中国光伏产业存在的问题，国内相关可研机构和企业应该潜心于基础研究、技术改造和产业发展，做到厚积而薄发。

从我国光伏行业现状了解到，截至2013年年底，全国22个主要省、自治区、直辖市已累计并网741个大型光伏发电项目，主要分布在我国西北地区。

累计装机容量排名前三的省份分别为甘肃省、青海省和新疆自治区，分别达到432万千瓦、310万千瓦和257万千瓦。

　　虽然国内光伏产业已经出现复苏的趋势，但光伏行业的企业盈利能力仍不乐观，2014年上半年盈利企业的平均利润率仅有3.3%，亏损企业则平均亏损4.2%。

光伏市场依然存在不稳定性，光伏市场仍处于计划经济指导下的市场经济，而光伏政策缺乏协同性、地方补贴政策排他性等因素都让市场不确定性增大。

　　在光伏政策方面，相关部委将贯彻落实相应的配套政策，通过扩大国内市场、规范产业、促进技术进步等组合拳力促产业发展。

但也应看到，密集的政策出台也容易导致政府的手伸得过长而产生副作用，如果落实不到位、错位或执行过程中产生扭曲等，都容易起到反作用，过犹不及。

　　2014年我国光伏产业总体发展情况向好，但仍将承受供过于求带来的价格压力。

据中国报告大厅发布的光伏行业市场调查分析报告显示，虽然产业规模仍将保持平稳增长，国内光伏市场规模化启动，但由于闲置产能的复产和新增产能投产，产业恐将面临新一轮产能阶段性过剩局面，产业整合推进仍然较难，市场供需压力仍然存在，企业经营压力不减，加上外部贸易不确定性，产业面临较大的转型升级压力。

针对目前光伏发电成本高、国内产业对出口依存度过高的特点，中国应该加大政策指导和扶持力度，以此来发展和壮大太阳能光伏产业的国内市场。

经验表明，中国政府的政策导向将在未来一段时间内决定着中国光伏产业的发展水准和市场需求。

相信在节能减排、低碳经济的的大背景下，在中国政府的大力扶持和倡导下，中国的太阳能光伏产业定然会有着光彩夺目绚丽的明天。

1.2太阳能电池组件的分类

（1）单晶硅太阳能电池

单晶硅太阳能电池的光电转换效率为17%左右，最高的达到24%，这是所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。

由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，大部分厂商一般都是提供25年的质量保证。

单晶柔性太阳能组件：

可弯曲太阳能组件也称柔性组件，所谓柔性，是指该电池板可折弯。

折弯角度可达30度。

单体太阳电池不能直接做电源使用。

作电源必须将若干单体电池串、并联连接和严密封装成组件。

太阳能电池组件（也叫太阳能电池板）是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分。

其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。

（2）多晶硅太阳能电池

多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约15%左右。

从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。

此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。

从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。

（3）非晶硅太阳能电池

非晶硅太阳电池是1976年出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。

但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，国际先进水平为10%左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。

第二章多晶硅太阳能电池组件

2.1多晶硅太阳能电池组件的构成及各部分功能

（1）钢化玻璃：

其作用为保护发电主体（电池片），透光选用的要求：

1、透光率必须高（一般91%以上）；

2、超白钢化处理。

（2）EVA：

目的是用来粘结固定钢化玻璃和发电主体（如电池片），透明EVA材质的优劣直接影响到组件的寿命，暴露在空气中的EVA易老化发黄，影响组件的透光率，从而影响组件的发电质量。

除了EVA本身的质量外，组件厂家的层压工艺影响也是非常大的，如EVA胶连度不达标，EVA与钢化玻璃、背板粘接强度不够，都会引起EVA提早老化，影响组件寿命。

（3）电池片：

主要作用就是发电，发电主体市场上主流的是晶体硅太阳电池片、薄膜太阳能电池片，两者各有优劣晶体硅太阳能电池片,设备成本相对较低，但消耗及电池片成本很高，而且光电转换效率也高，在室外阳光下发电比较适宜薄膜太阳能电池，相对设备成本较高，但消耗和电池成本很低，光电转化效率相对晶体硅电池片一半多点，但弱光效应非常好，在普通灯光下也能发电，如计算器上的太阳能电池。

（4）背板：

作用是用来密封、绝缘、防水。

一般都用TPT、TPE等材质必须耐老化，大部分组件厂家都质保25年，钢化玻璃，铝合金一般都没问题，关键就在与背板和硅胶是否能达到要求。

（5）铝合金：

保护层压件，起一定的密封、支撑作用。

（6）接线盒：

其作用是保护整个发电系统，起到电流中转站的作用，如果组件短路接线盒自动断开短路电池串，防止烧坏整个系统接线盒中最关键的是二极管的选用，根据组件内电池片的类型不同，对应的二极管也不相同。

（7）硅胶：

密封作用，用来密封组件与铝合金边框、组件与接线盒交界处有些公司使用双面胶条、泡棉来替代硅胶，国内普遍使用硅胶，工艺简单，方便，易操作，而且成本很低。

2.2多晶硅太阳能电池组件的应用领域

1.用户太阳能电源：

（1）小型电源10-100W不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等；

（2）3-5KW家庭屋顶并网发电系统；（3）光伏水泵：

解决无电地区的深水井饮用、灌溉。

2.交通领域：

如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、宇翔路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。

3.通讯/通信领域：

太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。

4.石油、海洋、气象领域：

石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等。

5.家庭灯具电源：

如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。

6.光伏电站：

10KW-50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充电站等。

7.太阳能建筑：

将太阳能发电与建筑材料相结合，使得未来的大型建筑实现电力自给，是未来一大发展方向。

8.其他领域包括：

（1）与汽车配套：

太阳能汽车/电动车、电池充电设备、汽车空调、换气扇、冷饮箱等；

（2）太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统（3）海水淡化设备供电；（4）卫星、航天器、空间太阳能电站等。

2.3多晶硅太阳能电池的生产流程

组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。

电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。

产品的高质量和高寿命是赢得客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。

流程：

 1 、电池检测 （ 分片 ）——2、正面焊接——检验——3、背面串接——检验——4 、叠层（玻璃清洗、材料（TPT 、 EVA）检验、玻璃预处理、敷设）——5、中道检验（过程检验）6、层压（去边）——7 、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）——8、焊接接线盒——9、高压测试——10、组件测试——11、外观检验——12、包装入库。

（1）电池检验：

由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所

以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。

以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。

（2）正面焊接：

是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。

焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。

焊带的长度约为电池边长的2 倍。

多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连。

（3）背面串接：

背面焊接是将 72 片电池串接在一起形成一个组件串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有72个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相

对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将前面电池 的正面电极（负极）焊接到 后面电池 的背面电极（正极）上，这样依次将72 片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。

（4）叠层：

背面串接好且经过检验合格后，将组件串、钢化玻璃和切割好的EVA 、背板（TPT ）按照一定的层次敷设好，准备层压。

玻璃事先涂一层试剂（primer ）以增加玻璃和EVA 的粘接强度敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。

（敷设层次：

由下向上：

玻璃、EVA 、电池、EVA 、背板 TPT）。

（5）中道检验：

过程检验

•层压前检验人员负责对层叠好后待压组件进行100% 目检

•检验范围在观察架区域。

•要求在观察架上无组件检验时可在层叠区域观察层叠员工是否按标准操作（存在过程检验）

•发现问题时，请在 中检工序检查记录表 上清楚记录。

如有异常问题，请及时反馈, 并使相关人员进行返工处理保质保量的完成赋予的生产任务（检验）。

（6）组件层压：

将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使EVA熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。

层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据EVA 的性质决定。

我们使用快速固化EVA 时，层压循环时间约为 22 分钟。

固化温度为145℃ 左右，层压时 EVA 熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除。

（7）装框：

类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加组件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的使用寿命。

边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂（1527硅胶）填充。

（8）焊接接线盒：

在组件背面引线处焊接一个盒子，以利于电池与其他设备或电池

间的连接。

 焊接面积大于总面积的80% ，接线盒用 1521（A 、 B）  硅胶一定比例填充。

（9）组件清洗：

好的产品不仅有好的质量和好的性能，而且要有好的外观，所以次工序保证组件清洁度，铝边框边上的毛刺要去掉，确保组件在使用减少对人体的损伤。

（10）组件测试：

测试的目的是对电池的输出功率等参数进行标定，测试其输出特性，确定组件的质量等级

（11）组件 EL 测试。

如下图：

（12）成品检验：

为了使组件产品质量满足相关要求，使组件的最终检验操作过程规范化，主对组件成品的全面检验：

型号、类别、清洁度、各种电性能的参数的确认，以及对组件优劣等级的判定和区分。

第三章多晶硅太阳能电池组件中常见的质量问题

3.1对多晶硅太阳能电池组件的基本要求

（1）电池片材料要求：

1、基体材料为多晶硅或单晶硅。

2、电池电性能参数（包括低辐照度性能）应在产品详细规范中规定。

经-40℃~85℃温度循环5次热循环试验后，电池的外观，力学性能符合本标准规定的要求，电池的转换效率衰减不超过3%。

（2）铝边框材料要求：

1、产品分类标记，基材质量、化学成分、力学性能和尺寸允许偏差符合标准。

2、阳极氧化膜的质量和厚度根据使用环境和客户需求而定；耐腐蚀性能、耐磨性能和耐候性能需要按要求测定。

（3）EVA材料要求：

1、外观及尺寸符合相关标准。

2、透光率要大于89%；收缩率小于5%；交联度80±5%。

3、抗紫外性能好。

（4）TPT/TPE材料要求：

尺寸、密度、拉伸、强度、延伸率、尺寸稳定性、与其他材料的粘结强度、渗水性能、击穿电压都应该符合相关规定。

（5）钢化玻璃材料要求：

1、抗冲击强度符合抗冲击强度实验的要求。

2、碎片状态符合碎片实验的要求。

3、钢化玻璃透射率，在波长为400nm-1100nm的光谱范围内的光透过率在90%以上。

（6）焊带材料要求：

1、抗拉强度和断裂延伸率应符合要求。

2、直流电阻率应符合相关规定。

3、应做焊接性能测试。

4、互连带与汇流带要求不一样。

（7）助焊剂材料要求：

1、高润湿性。

2、无腐蚀性。

3、残留物极少，焊后可免清洗。

4、符合ANSI/J-STD-004.

5、高表面绝缘电阻。

（8）接线盒材料要求：

1、汇流条弹簧片的夹紧力：

≥30N（抽检）（指针式测力计）；

2、二极管管脚的卡紧力：

≥5N（抽检）（指针式测力计）；

3、二极管极性安装方向：

欧姆表（100%检验）（万用表）；

4、二极管反向耐电压：

≥1000VDC（抽检）（耐压测试仪）；

5、各带电端子之间耐电压（去掉二极管）：

≥1000VDC（耐压测试仪）；

6、接线端子与二极管的接触电阻：

＜5毫欧（数字式毫欧表）；

7、连接器连接后的接触电阻：

＜5毫欧（数字式毫欧表）。

（9）硅橡胶材料要求：

1、固化前胶液性能（基础原料、密度、粘稠度、固化速度、闪点、最大填充间隙）因产品的种类不同而不同。

2、固化后性能（工作温度、硬度、延伸率、拉伸强度、热老化性能、体积电阻率、击穿强度）都要符合相关规定。

（10）螺钉材料要求：

材料成分、强度、抗腐蚀能力符合一定的要求。

3.2多晶硅太阳能电池组件外观质量问题

1、钢化玻璃：

（1）有手感的划伤：

L＞10mm的划伤不允许。

（2）无手感的划伤：

L＞20mm的划伤不允许。

（3）蹭痕：

不允许。

如下图：

如上图所示，图中出现的情况大部分是由于生产过程中不注意电池板玻璃所不小心刮蹭到的问题。

2、电池片：

（1）电池种类：

同一组件中电池厂家、型号、栅线一致。

（2）电池栅线:

a、细栅线的允许范围：

L＞2mm的断栅不允许；不存在两处以上断栅回路。

b、不允许出现栅线变色。

c、可视的细栅线粗细：

L＞1/6×电池边长不允许；不允许连片出现。

如下图：

上图所叙述的问题产生的原因是印刷栅线时所出现的问题，所导致的栅线粗细不同。

（3）电池焊接：

a、焊带偏离允许范围：

偏移正面主栅距离＞0.4×正面主栅宽度不允许。

b、单块组件中不允许出现连续电池偏移现象。

（4）电池排列：

a、片间距：

1.5mm≤片间距≤2.5mm；2mm≤串间距≥4mm