双面光伏组件用高温定位胶带的发白原因分析及组件可靠性评估

国家电投集团西安太阳能电力有限公司 ■ 杨纯涛 李媛媛

0 引言

图1 高温定位胶带的结构示意图

高温定位胶带具有高温不熔化的特点，主要用于光伏组件内部，起到固定电池串间距及电池与电池间距的作用。目前一些厂家在制作单面光伏组件时会通过调整层压工艺来避免使用高温定位胶带；但对于双面光伏组件来说，由于其一般以聚烯烃弹性体(POE)胶膜作为封装材料，而POE的流动性较好，因此为了保证组件层压后的良率及组件背面的美观，需要使用高温定位胶带进行固定。

本文主要对高温定位胶带应用于双面光伏组件后出现的发白现象进行了分析，并对使用发白的高温定位胶带后光伏组件的可靠性进行了分析。

1 现象

双面光伏组件中的太阳电池使用高温定位胶带固定，在经过层压工艺后，从组件背面可以看见高温定位胶带与栅线接触处有明显的发白现象，如图2所示。

图2 高温定位胶带的发白现象

2 高温定位胶带发白的原因分析

2.1 采用单面M2太阳电池与采用双面PERC太阳电池的2种光伏组件的对比

分别将高温定位胶带粘贴在单面M2太阳电池及双面PERC太阳电池的背面，然后在进行层压流程后观察2种光伏组件的外观，如图3所示。

图3 单面M2太阳电池和双面PERC太阳电池层压后组件背面的高温定位胶带发白试验

由图3可以看出，层压后，采用单面M2太阳电池的组件背面的胶带无明显发白现象；采用双面PERC太阳电池的组件背面的胶带有明显发白现象，且电池与细栅线接触处出现了发白。因此，发白现象可能与双面太阳电池背面的细栅线有关。

2.2 与背面栅线发生反应

为判断发白现象的产生是否是因为胶带与电池背面的栅线发生了反应所致，分别对发白的胶带与未发白的胶带进行了热重分析(TGA)测试，结果如图4、图5所示。

结合图4和图5可以看出，发白胶带的第1个分解温度为424.38℃，第2个分解温度为540.13℃；未发白胶带的第1个分解温度为421.90 ℃，第2个分解温度为541.39 ℃。两者相比无明显差异，且未见发白胶带出现其他的溶解峰，这说明发白胶带未产生其他新的物质，因此排除了发白产生原因是与电池背面栅线发生反应所致的假设。

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图4 发白胶带的TGA测试曲线

图5 未发白胶带的TGA测试曲线

2.3 操作人员的操作原因

为判断是否由于操作人员在粘贴高温定位胶带时手触按压或未按压导致层压时有水分或气体进入，从而出现发白现象，表1为随机选取产线中的1卷胶带，分别在多主栅双面电池、单面M2电池及双面p型电池的正面进行4组试验。

表1 操作人员的操作试验汇总表

由表1可知，高温定位胶带在以上操作中均出现发白现象，因此排除了操作人员操作的原因。

2.4 高温定位胶带自身的原因

2.4.1 耐水白化情况

查阅资料后发现，高温定位胶带所使用的丙烯酸酯压敏胶黏剂易出现遇水白化的现象[1]。为判断是否由于封装材料带入的少量水汽而导致胶带产生发白现象，在组件产线随机选取1卷本公司正在使用的高温定位胶带，并选取1卷3M原厂的高温定位胶带，然后进行水煮试验，以对比这2卷胶带的耐水白化情况。

将以上2卷胶带置于沸水中煮30 min后，对比其外观，未发现发白现象，如图6所示。这说明不是水汽造成的胶带产生发白现象。

图6 水煮试验前、后高温定位胶带的对比

2.4.2 高温定位胶带残留物的影响

经调研及查阅资料后发现，高温定位胶带中的助剂残留越多，越可能影响胶带质量，从而造成胶带产生发白现象。因此，利用测试仪器TGA Q50，在升温至600 ℃、升温速率为10 K/min的测试条件下，分别对3M原厂提供的和从产线随机选取的高温定位胶带进行TGA测试；另外，将2种未进行过任何测试的胶带分别粘贴在电池上，层压后观察组件的外观，结果如表2所示。

由表2可以看出，残留物较多的胶带的发白现象较为严重。

表2 高温定位胶带残留物对比表

2.5 栅线高低的影响

将高温定位胶带粘贴在主栅与细栅上，层压后发现主栅处未产生发白现象，而细栅处可见明显发白，如图7所示。

图7 主栅与细栅处粘贴高温定位胶带并层压后的对比

由图7可以看出，栅线越细，高温定位胶带的发白现象越明显。经查阅文献得知，这可能与聚合物材料受应力的影响有关，高温定位胶带在层压时受到压力及抽真空的影响，由于细栅的存在，细栅周围的胶带受到拉伸及挤压，导致产生了大量的微裂纹聚集区，使此区域折光指数降低而呈现发白的现象[2]。

将高温定位胶带粘贴在双面电池背面(有细栅)，模拟双面光伏组件层压后，将发白的高温定位胶带取下，使用显微镜对其进行观察。结果发现，细栅线周围有微裂纹，如图8所示。

图8 发白的高温定位胶带的显微镜图

将高温定位胶带粘贴在单面电池背面(无细栅)，模拟单面光伏组件层压后，将高温定位胶带取下，使用显微镜对其进行观察。结果发现，胶带表面平整，未发现微裂纹区，如图9所示。

图9 单面电池层压后高温定位胶带的显微镜图

2.6 小结

高温定位胶带发白的主要原因是由于细栅的存在，细栅周围的胶带在层压时受到拉伸及挤压两个力，导致产生了大量的微裂纹聚集区，使此区域折光指数降低，从而呈现出一种发白现象。此外，胶带发白还与胶带中残留物的含量有关，含量越小发白现象越轻微[3]。

3 高温定位胶带发白对组件的影响

3.1 对透光率的影响

由于几乎所有的高温定位胶带粘贴在双面电池上进行层压后均会出现发白现象，所以对比了在380～1000 nm波段下，不粘贴高温定位胶带与粘贴高温定位胶带的POE胶膜的透光率数据，如图10所示。

图10 POE胶膜的透光率数据箱体图

由图10可以看出，粘贴高温定位胶带的POE胶膜的透光率在89%～90%之间，而不粘贴高温定位胶带的POE胶膜的透光率在91.5%～92.5%之间。由此可知，高温定位胶带虽小，但不建议多粘，除会影响组件外观外，还会造成双面组件背面的透光率下降，影响组件功率。

3.2 对交联度的影响

用于测试交联度的POE胶膜是从成品组件上取下来的，若采用常规交联度测试方法，误差较大，因此采用差示扫描量热法(DSC)进行对比测试。 分别对POE胶膜上胶带边缘、胶带正下方及其他无胶带粘贴的这3个位置进行测试，结果如图11所示。

图11 DSC测试结果

由图11可以看出，3个位置的测试曲线的分解温度及助剂残留相差不大，这说明发白胶带处的交联度暂未受到影响。

虽然胶带发白对初始组件POE胶膜的交联度未产生影响，但还需观察加速老化测试对其交联度的影响，因此模拟了组件封装，并进行了加速老化测试(Hast)，判断POE胶膜上无胶带粘贴位置和胶带边缘位置在不同老化时间下交联度的变化情况，结果如图12所示。

图12 不同老化时间下2种样品交联度的区间图

由图12可以看出，无胶带粘贴位置的胶膜随着老化时间的增加，交联度变化不明显；胶带边缘位置的胶膜随着老化时间的增加，交联度下降，可能是因为粘贴有高温定位胶带的位置更易有水汽进入，而随着水汽的进入，交联度下降。

因此，即使粘贴有发白胶带的胶膜初始时交联度未受到影响，但是随着老化时间的增加，胶带边缘位置的胶膜的交联度呈下降趋势。

3.3 对组件可靠性的影响

对粘贴有高温定位胶带的组件进行可靠性测试，不同测试条件下功率的衰减情况如图13所示。

图13 不同测试条件下组件的功率衰减率情况

由图13可知，在不同测试条件下，组件功率的衰减率都在5%以内，说明组件的可靠性未受到影响。

4 结论

本文对高温定位胶带用于双面光伏组件后产生发白现象的原因进行了分析，结果表明：高温定位胶带的发白原因主要是因为细栅的存在，细栅周围的胶带层压时受到拉伸及挤压2个力，导致产生了大量的微裂纹聚集区，使此区域折光指数降低而呈现一种发白的现象。同时，该现象也与胶水中残留物的含量有关，残留物少，发白现象轻微。从环境测试的结果来看，高温定位胶带发白主要影响组件的外观，但对组件的可靠性无影响。