雙面光伏組件用高溫定位膠帶的發白原因分析及組件可靠性評估

國家電投集團西安太陽能電力有限公司 ■ 楊純濤 李媛媛

0 引言

圖1 高溫定位膠帶的結構示意圖

高溫定位膠帶具有高溫不熔化的特點，主要用于光伏組件內部，起到固定電池串間距及電池與電池間距的作用。目前一些廠家在制作單面光伏組件時會通過調整層壓工藝來避免使用高溫定位膠帶；但對于雙面光伏組件來說，由于其一般以聚烯烴彈性體(POE)膠膜作為封裝材料，而POE的流動性較好，因此為了保證組件層壓后的良率及組件背面的美觀，需要使用高溫定位膠帶進行固定。

本文主要對高溫定位膠帶應用于雙面光伏組件后出現的發白現象進行了分析，并對使用發白的高溫定位膠帶后光伏組件的可靠性進行了分析。

1 現象

雙面光伏組件中的太陽電池使用高溫定位膠帶固定，在經過層壓工藝后，從組件背面可以看見高溫定位膠帶與柵線接觸處有明顯的發白現象，如圖2所示。

圖2 高溫定位膠帶的發白現象

2 高溫定位膠帶發白的原因分析

2.1 采用單面M2太陽電池與采用雙面PERC太陽電池的2種光伏組件的對比

分別將高溫定位膠帶粘貼在單面M2太陽電池及雙面PERC太陽電池的背面，然后在進行層壓流程后觀察2種光伏組件的外觀，如圖3所示。

圖3 單面M2太陽電池和雙面PERC太陽電池層壓后組件背面的高溫定位膠帶發白試驗

由圖3可以看出，層壓后，采用單面M2太陽電池的組件背面的膠帶無明顯發白現象；采用雙面PERC太陽電池的組件背面的膠帶有明顯發白現象，且電池與細柵線接觸處出現了發白。因此，發白現象可能與雙面太陽電池背面的細柵線有關。

2.2 與背面柵線發生反應

為判斷發白現象的產生是否是因為膠帶與電池背面的柵線發生了反應所致，分別對發白的膠帶與未發白的膠帶進行了熱重分析(TGA)測試，結果如圖4、圖5所示。

結合圖4和圖5可以看出，發白膠帶的第1個分解溫度為424.38℃，第2個分解溫度為540.13℃；未發白膠帶的第1個分解溫度為421.90 ℃，第2個分解溫度為541.39 ℃。兩者相比無明顯差異，且未見發白膠帶出現其他的溶解峰，這說明發白膠帶未產生其他新的物質，因此排除了發白產生原因是與電池背面柵線發生反應所致的假設。

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圖4 發白膠帶的TGA測試曲線

圖5 未發白膠帶的TGA測試曲線

2.3 操作人員的操作原因

為判斷是否由于操作人員在粘貼高溫定位膠帶時手觸按壓或未按壓導致層壓時有水分或氣體進入，從而出現發白現象，表1為隨機選取產線中的1卷膠帶，分別在多主柵雙面電池、單面M2電池及雙面p型電池的正面進行4組試驗。

表1 操作人員的操作試驗匯總表

由表1可知，高溫定位膠帶在以上操作中均出現發白現象，因此排除了操作人員操作的原因。

2.4 高溫定位膠帶自身的原因

2.4.1 耐水白化情況

查閱資料后發現，高溫定位膠帶所使用的丙烯酸酯壓敏膠黏劑易出現遇水白化的現象[1]。為判斷是否由于封裝材料帶入的少量水汽而導致膠帶產生發白現象，在組件產線隨機選取1卷本公司正在使用的高溫定位膠帶，并選取1卷3M原廠的高溫定位膠帶，然后進行水煮試驗，以對比這2卷膠帶的耐水白化情況。

將以上2卷膠帶置于沸水中煮30 min后，對比其外觀，未發現發白現象，如圖6所示。這說明不是水汽造成的膠帶產生發白現象。

圖6 水煮試驗前、后高溫定位膠帶的對比

2.4.2 高溫定位膠帶殘留物的影響

經調研及查閱資料后發現，高溫定位膠帶中的助劑殘留越多，越可能影響膠帶質量，從而造成膠帶產生發白現象。因此，利用測試儀器TGA Q50，在升溫至600 ℃、升溫速率為10 K/min的測試條件下，分別對3M原廠提供的和從產線隨機選取的高溫定位膠帶進行TGA測試；另外，將2種未進行過任何測試的膠帶分別粘貼在電池上，層壓后觀察組件的外觀，結果如表2所示。

由表2可以看出，殘留物較多的膠帶的發白現象較為嚴重。

表2 高溫定位膠帶殘留物對比表

2.5 柵線高低的影響

將高溫定位膠帶粘貼在主柵與細柵上，層壓后發現主柵處未產生發白現象，而細柵處可見明顯發白，如圖7所示。

圖7 主柵與細柵處粘貼高溫定位膠帶并層壓后的對比

由圖7可以看出，柵線越細，高溫定位膠帶的發白現象越明顯。經查閱文獻得知，這可能與聚合物材料受應力的影響有關，高溫定位膠帶在層壓時受到壓力及抽真空的影響，由于細柵的存在，細柵周圍的膠帶受到拉伸及擠壓，導致產生了大量的微裂紋聚集區，使此區域折光指數降低而呈現發白的現象[2]。

將高溫定位膠帶粘貼在雙面電池背面(有細柵)，模擬雙面光伏組件層壓后，將發白的高溫定位膠帶取下，使用顯微鏡對其進行觀察。結果發現，細柵線周圍有微裂紋，如圖8所示。

圖8 發白的高溫定位膠帶的顯微鏡圖

將高溫定位膠帶粘貼在單面電池背面(無細柵)，模擬單面光伏組件層壓后，將高溫定位膠帶取下，使用顯微鏡對其進行觀察。結果發現，膠帶表面平整，未發現微裂紋區，如圖9所示。

圖9 單面電池層壓后高溫定位膠帶的顯微鏡圖

2.6 小結

高溫定位膠帶發白的主要原因是由于細柵的存在，細柵周圍的膠帶在層壓時受到拉伸及擠壓兩個力，導致產生了大量的微裂紋聚集區，使此區域折光指數降低，從而呈現出一種發白現象。此外，膠帶發白還與膠帶中殘留物的含量有關，含量越小發白現象越輕微[3]。

3 高溫定位膠帶發白對組件的影響

3.1 對透光率的影響

由于幾乎所有的高溫定位膠帶粘貼在雙面電池上進行層壓后均會出現發白現象，所以對比了在380～1000 nm波段下，不粘貼高溫定位膠帶與粘貼高溫定位膠帶的POE膠膜的透光率數據，如圖10所示。

圖10 POE膠膜的透光率數據箱體圖

由圖10可以看出，粘貼高溫定位膠帶的POE膠膜的透光率在89%～90%之間，而不粘貼高溫定位膠帶的POE膠膜的透光率在91.5%～92.5%之間。由此可知，高溫定位膠帶雖小，但不建議多粘，除會影響組件外觀外，還會造成雙面組件背面的透光率下降，影響組件功率。

3.2 對交聯度的影響

用于測試交聯度的POE膠膜是從成品組件上取下來的，若采用常規交聯度測試方法，誤差較大，因此采用差示掃描量熱法(DSC)進行對比測試。 分別對POE膠膜上膠帶邊緣、膠帶正下方及其他無膠帶粘貼的這3個位置進行測試，結果如圖11所示。

圖11 DSC測試結果

由圖11可以看出，3個位置的測試曲線的分解溫度及助劑殘留相差不大，這說明發白膠帶處的交聯度暫未受到影響。

雖然膠帶發白對初始組件POE膠膜的交聯度未產生影響，但還需觀察加速老化測試對其交聯度的影響，因此模擬了組件封裝，并進行了加速老化測試(Hast)，判斷POE膠膜上無膠帶粘貼位置和膠帶邊緣位置在不同老化時間下交聯度的變化情況，結果如圖12所示。

圖12 不同老化時間下2種樣品交聯度的區間圖

由圖12可以看出，無膠帶粘貼位置的膠膜隨著老化時間的增加，交聯度變化不明顯；膠帶邊緣位置的膠膜隨著老化時間的增加，交聯度下降，可能是因為粘貼有高溫定位膠帶的位置更易有水汽進入，而隨著水汽的進入，交聯度下降。

因此，即使粘貼有發白膠帶的膠膜初始時交聯度未受到影響，但是隨著老化時間的增加，膠帶邊緣位置的膠膜的交聯度呈下降趨勢。

3.3 對組件可靠性的影響

對粘貼有高溫定位膠帶的組件進行可靠性測試，不同測試條件下功率的衰減情況如圖13所示。

圖13 不同測試條件下組件的功率衰減率情況

由圖13可知，在不同測試條件下，組件功率的衰減率都在5%以內，說明組件的可靠性未受到影響。

4 結論

本文對高溫定位膠帶用于雙面光伏組件后產生發白現象的原因進行了分析，結果表明：高溫定位膠帶的發白原因主要是因為細柵的存在，細柵周圍的膠帶層壓時受到拉伸及擠壓2個力，導致產生了大量的微裂紋聚集區，使此區域折光指數降低而呈現一種發白的現象。同時，該現象也與膠水中殘留物的含量有關，殘留物少，發白現象輕微。從環境測試的結果來看，高溫定位膠帶發白主要影響組件的外觀，但對組件的可靠性無影響。