非晶硅太阳电池边绝缘设备研究

赵红英 杨继强 谷士彬 胡汛 谷伟

（天津津能电池科技有限公司，天津 300384）

一、引言

自从1976年非晶硅太阳电池诞生以来<1>,到现在已经有30多年的历史，非晶硅太阳电池是薄膜类太阳电池中最成熟，并已大规模生产的电池品种，单条生产能力从1MW提高到25MW～30MW<2>，低成本的非晶硅在市场上占据着一定的优势。

随着太阳电池的质量不断提高，人们对电池的要求越来越规范，非晶硅电池的工艺技术和封装技术不断在进步。

二、非晶硅电池的边绝缘工艺技术

一般传统方式是采用喷砂或者砂轮磨的方式来实现，将电池周边活性薄膜清除的目的，使电池薄膜与玻璃边缘之间有约10mm～15mm左右宽度的EVA绝缘层<3>，以确保电池组件的有源薄膜和外界形成良好的隔离，有效抵抗外界环境的侵蚀，提高产品的稳定性。

三、边清洗设备研发

非晶硅薄膜太阳能电池在经过传统工艺绝缘后，绝缘边残留了大量的粉尘，如果不经过处理，会直接影响后面EVA封装的效果，边缘EVA粘结不牢，这样的组件封装层压后会降低电池组件的绝缘性能，在实际应用中，由于长期的室外暴露，雨雪侵蚀，会从边缘部分开裂，直接影响绝缘性能。同时电池组件为满足国际电工组织关于太阳电池绝缘的标准，研究设计电池边缘清洗设备十分必要。电池绝缘边清洗设备来清洗电池单片绝缘边的，能有效提高太阳能电池组件的绝缘性能。

下面是为非晶硅电池（635*1245*7mm）设计的边清洗设备，设计要求如下：

1、.支架设计；

1）支架的倾角、高度、颜色、材料设计与现有喷砂设备一致，以保持整体协调；

2）传动电机90-200w，速度连续可调，线速度0-0.8m/s，电机转速 0-100转/分；

3）电池样品运行平稳；

2、清洗部件设计；

1）清洗机专用刷子若干个，清洗玻璃边缘10～15mm；

2）刷子转数 （10-100转/分）， 清洗高度 9-25mm；

3）刷子电机40w-100w；

4）配两个水箱，分别用于粗洗和清洗；

5）水泵水压可调。

3、吹干设计；

1）电池下边缘离开风口处干燥且干净；

2）水顺着水槽流回粗洗水箱中；

设备可以分为传动部分、刷边部分及吸尘部分三部分。其中，传动部分主要是由一定角度倾斜的传动平台及传动电机、传动轮组成；刷边部分由压缩空气管路、电机带动的圆刷组成；吸尘部分由吸尘管路及吸尘设备组成。传动装置运行平稳，开关灵敏，清洗过程中，溅水不超过电池边缘。另外，设备还可配有传感器，刷子红外感应电池板，能自动停启，同时手动开关和自动开关互相不冲突。

设备选用专用刷子(专用定做）,专用驱动电机；毛刷上、下方设有吹、吸尘装置,采用不锈钢制作，且设有灰尘盒,而且易拆卸、清洗；毛刷和电机整体前后可调；刷子数量和转向也根据试验调整，同时整体设备有防尘罩,保护边缘铝膜不受损伤。电气部分采用PLC控制；.机械设计、电气设计符合国家安全标准。

四、产品绝缘效果验证

经过边清洗设备清洗过的组件，边缘明显干净了很多，粉尘明显减少，用黑布擦拭边缘，没有可见粉尘，为了验证效果，我们在室外草地上做实验，分别选取两种组件，因为层压参数对EVA与玻璃的粘结强度有着直接影响<5>，我们选用相同EVA层压条件的组件，一种经过边清洗，一种没有经过边清洗，经过一段时间，我们发现经过边清洗的组件边缘完好，而另一种没有经过边缘清洗的样品，已经明显发现边缘EVA开裂，并且边缘薄膜被腐蚀，并且向中间铝膜过渡，出现了像树枝形状的铝膜脱层。

为更一步验证试验结果，我们将没有经过边清洗设备清洗过的电池板和经过边清洗设备清洗的电池板按照国际标准的试验过程来做实验，下面是试验数据：

上面是10片电池样品，5片是经过边清洗过的，5片是没有经过边清洗过的，按照试验要求，对该样品做双85试验，即将样品放入湿度85%、温度85%的模拟实验箱中n小时，后将样品取出，待置常温后，用耐压测试仪测其绝缘电阻和漏电流，

从上面的结果可以得到结论：经过边清洗设备清洗过的电池板的绝缘电阻大、漏电流小，该清洗设备确实增加了电池绝缘性能。

五、.结论

通过上面的试验，我们看到了边清洗设备的开发确实有意义，他提高了非晶硅太阳电池的可靠性。非晶硅电池所用的材料的回收期为25年，即二氧化锡玻璃、普通玻璃、EVA，接线盒、导线，铝边框等材料的寿命最短为25年，这就要求非晶硅组件综合性能寿命不小于25年，边清洗设备保证了组件的边绝缘性能，使组件边缘粘结的更好，保证能够在室外使用25年，使非晶硅电池的质量得到很大的提高。

边清洗设备也解决了组件认证难题，通过了湿热循环试验。湿热循环试验是在实验室模拟25年室外恶劣环境的试验，对边绝缘性能要求很高，我们之前没有经过边缘清洗的样品，很难达到试验要求，开发了使用清洗设备后，我们公司的非晶硅组件顺利通过了所有的认证试验，通过了IEC61646，和IEC61730安全等级标准规定的所有试验，公司的非晶硅电池组件因此通过了很多国内国际认证，拿到的证书有：TUV,UL,韩国KEMCO认证，国家CQC认证等，公司产品因此得到了众多客户的认可，同时也增加了公司在国际市场上的竞争力。可见开发研制边清洗设备对大幅度提高非晶硅太阳电池的性能有着非常重要的实际意义。

1.D.E.Carlson,C.R.Wronski,Appl.Phys.LETT.28,p.67,1976.

2.Guha and Jeffrey Yang,Science and Technology of Amorphous Silison Allou Photovoltaics,IEEE,Vol.46,No.10,10月，p2080-2085.

3.王宗畔、董贵元等“600mm*1200mm大面积非晶硅薄膜太阳电池研究”，第八届光伏会议论文集，p375-378.

4.地面用薄膜光伏组件设计鉴定和定型-GB/T18911-2002/IEC 61646:1996国家标准.

5.李国雄,许妍,郑智晶,刘耀华;太阳电池EVA胶膜的研究[J];中国胶粘剂;1997年03期