太陽能電池生產工藝改進措施的分析

劉紅軍 張峰

摘 要：光伏發電的核心組件——太陽能電池，這個核心組件的工作狀態直接決定著光伏發電系統能否成功正常運行的關鍵。我們可以從太陽能電池組的材料、設計以及生產工藝上幾方面著手分析，只有不斷在生產過程中發現和改進太陽能電池出現的缺陷，才能提升太陽能電池在光伏發電系統中的工作效率。本文以太陽能電池的生產工藝和生產過程中可能出現的缺陷，并就分析結果提出改進措施。

關鍵詞：電池;太陽能;缺陷;改進

太陽能電池是在光能轉化電能過程中扮演重要角色的一種光電轉換器件，目前世界上主要的太陽能電池材料有主要有5種，分別是晶體硅、非晶/單晶異質結、非晶硅薄膜、碲化鎘薄膜及銅銦硒薄膜等。目前我國生產的的太陽能電池材料多為單晶，光伏電池技術水平仍處于發展階段[1]。采用其它新型材料、技術生產的太陽能電池也不斷的在市場推出。太陽能電池組在生產中尚存在一些缺陷，如何發現并及時改進工藝上的缺陷是太陽能電池行業重要課題之一。

1 太陽能電池研發生產現狀

當前，我國太陽能市場上出售的電池材料以單晶硅為主。但是單晶硅電池在生產過程中能耗較大，有些專家更是直言生產單晶硅電池產生的能耗大于單晶硅能轉化的太陽能資源，認為單晶硅沒有應用價值。相關的研究做過估計，單晶硅的服務年限大于10年的時候，其捕獲太陽能的能量才能大于生產時所消耗的能量[2]。單晶硅的制作需要還原石英砂，將石英砂融化后拉單晶便可以獲得。整個生產過程消耗大量能量，并產生較多的有毒有害物質，對環境損害較大。

2 組件中的主要缺陷分析及改進措施

太陽能轉化為電能主要是通過光電轉換來完成的，其使用壽命主要取決于組件封裝的質量，Si片基本特點是易碎，已經破損的電池單元直接影響著電池板的輸出功率與使用壽命，大大降低電池組件的可靠性。

2.1 斷柵

斷柵的產生引起電流效率降低，光譜響應受到了嚴重影響，電池片的轉換效率明顯降低。在層壓流程中假如未分選出斷柵電池片，電池片完成層壓工序之后，會沿著柵線方向出現嚴重斷柵現象。輕微的斷柵對電池組件產生影響不大，可以降低電池組的銷售價格、檔次來進行出售。當斷柵十分嚴重時，直接影響了電池片的輸出電流，引起電池片的熱斑效應，就會對整個組件電性能造成影響。

斷柵的出現有兩種原因，第一是由于電池片自身的缺陷引起的，第二是電池片受到外力因素破壞，例如在分選電池片的流程中，工作人員甩動電池片的力度過大或者使電池片之間產生了較大程度摩擦[3]。

當出現斷柵時，需要將相關的缺陷信息及時向生產部門反映，并對材料的配比做出相應的調整，同時根據需要調整或者更換網版。電池片分選作業需要更為專業化，規范相關的生產工藝。

2.2 氣泡

生產中出現的氣泡分為兩種，第一中出現在層壓過程中，第二種出現在組件使用過程中。層壓中的氣泡會對太陽能電池組的外觀與壽命造成影響。氣泡在外界熱量的作用下膨脹，使得很多氣泡逐漸連通在一起。一段時間后，擴大的脫層缺陷影響到了電池組件壽命。電池材料的質量以及操作工藝的問題均會使得電池組件出現組層壓氣泡。

改善的主要方法選購原材料品牌較好生產方，確定好EVA的每日用量，做好材料的防潮、防塵。在生產過程中如果發現電池組件存在缺陷，則需及時與管理者聯系，調整層壓的相關參數。適當調整抽真空時間與溫度，及時維護好層壓機運行狀態。嚴格控制助焊劑和焊帶在浸泡工序中的各種參數，保證助焊劑在發揮效用的時候不出現白斑[4]。

2.3 短路

電池片組件發生短路時會引起太陽能系統電壓降低，系統的實際功率與額定功率不一致，很大程度上減少了組件的輸出功率及填充因子FF。

引起太陽能電池板發生短路缺陷主要有是三方面因素引起的：一方面是串焊過程接反電池片正負極所致;另一方面是焊接過程中，過多的焊錫用量而使得電池片正負極意外連接而引發的短路;第三個因素就是導電物質進入電池組內，將電池組內的正負極連接在一起而導致的電池組短路缺陷。

改善措施是提升半成品的檢查嚴格程度，在半成品階段就排除電池組短路的組件。同時需要在進行焊接過程中控制焊接用錫量，以及完善規范焊后的檢查程序。

2.4 裂片

鋪設工序中的鏡檢是發現組件裂片的主要途徑，通常也會采取EL來檢測裂片。裂片中的顯裂多為電池片受到外界較大應力所造成的。而隱裂一般較小，但也會一定程度上影響電池的電流傳輸。當外界存在機械應力時，會進一步擴大電池片中隱裂的分布范圍，使得電池片發生開路性缺陷。隱裂如果達到一定程度，便會出現熱斑效應，使得完整的電池片局部失去效用，加速了電池性能衰退。生產過程中，受到電池組生產工藝自身的弊端與焊接技術的因素，以及后續工序中受力情況均會對電池片造成裂片的隱患[5]。

主要的改善方法是對焊接質量環節進行嚴格控制，焊接參數也需要仔細分析，特別是一些重要的參數的設定要特別注意，采取針對性的業務培訓。電池組的除靜電工作也需要做到認真細致，尤其是電池組的焊接平臺、車間地面的重要部位鋪設防靜電橡膠毯等物品，保持地面的平整度。消除異物進入到電池組件內。為了防止車間的蚊蠅，需要在車間安裝滅蚊燈。不斷提升生產過程的自動化水準，由此可以降低人為因素導致的斷片現象。

3 結語

目前太陽能的開發利用方式主要為太陽能電池的光電轉換，經過短短幾十年的發展，太陽能電池已具備相當成熟的技術并應用于人們生產生活的方方面面。而在生產太陽能電池組件時，常會出現斷柵、氣泡、短路及裂片等缺陷，因此需要針對出現的缺陷及時采取改進措施，提升太陽能電池的生產質量。在不遠的將來，太陽能產品的科技含量將不斷提升，與建筑物屋頂、墻體材料如玻璃幕墻融為一體，既可并網發電又能節約建筑材料、美化環境。為人們提供更為優質和清潔的能源。

參考文獻：

[1]劉建華.試論太陽能多晶硅的制備生產工藝[J].化工管理，2018，492（21）：134.

[2]胡文平，李云峰.太陽能電池工藝存在問題及設計方法淺析[J].物流工程與管理，2012，34（6）：127-128.

[3]劉雄飛，苗磊，范振紅，等.無機硅電池生產缺陷及其改進措施[J].能源與節能，2015（1）：72-74.

[4]王森濤，焦朋府，張波.對單晶硅太陽能電池生產工藝的研究[J].化工管理，2017（11）.

[5]多晶硅太陽能電池制作工藝概述[J].有機硅氟資訊，2004（10）：37-39.