太阳能电池生产工艺改进措施的分析
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作者:刘红军 张峰
摘 要：光伏发电的核心组件——太阳能电池，这个核心组件的工作状态直接决定着光伏发电系统能否成功正常运行的关键。我们可以从太阳能电池组的材料、设计以及生产工艺上几方面着手分析，只有不断在生产过程中发现和改进太阳能电池出现的缺陷，才能提升太阳能电池在光伏发电系统中的工作效率。本文以太阳能电池的生产工艺和生产过程中可能出现的缺陷，并就分析结果提出改进措施。
关键词：电池;太阳能;缺陷;改进
太阳能电池是在光能转化电能过程中扮演重要角色的一种光电转换器件，目前世界上主要的太阳能电池材料有主要有5种，分别是晶体硅、非晶/单晶异质结、非晶硅薄膜、碲化镉薄膜及铜铟硒薄膜等。目前我国生产的的太阳能电池材料多为单晶，光伏电池技术水平仍处于发展阶段[1]。采用其它新型材料、技术生产的太阳能电池也不断的在市场推出。太阳能电池组在生产中尚存在一些缺陷，如何发现并及时改进工艺上的缺陷是太阳能电池行业重要课题之一。
1 太阳能电池研发生产现状
当前，我国太阳能市场上出售的电池材料以单晶硅为主。但是单晶硅电池在生产过程中能耗较大，有些专家更是直言生产单晶硅电池产生的能耗大于单晶硅能转化的太阳能资源，认为单晶硅没有应用价值。相关的研究做过估计，单晶硅的服务年限大于10年的时候，其捕获太阳能的能量才能大于生产时所消耗的能量[2]。单晶硅的制作需要还原石英砂，将石英砂融化后拉单晶便可以获得。整个生产过程消耗大量能量，并产生较多的有毒有害物质，对环境损害较大。
2 组件中的主要缺陷分析及改进措施
太阳能转化为电能主要是通过光电转换来完成的，其使用寿命主要取决于组件封装的质量，Si片基本特点是易碎，已经破损的电池单元直接影响着电池板的输出功率与使用寿命，大大降低电池组件的可靠性。
2.1 断栅
断栅的产生引起电流效率降低，光谱响应受到了严重影响，电池片的转换效率明显降低。在层压流程中假如未分选出断栅电池片，电池片完成层压工序之后，会沿着栅线方向出现严重断栅现象。轻微的断栅对电池组件产生影响不大，可以降低电池组的销售价格、档次来进行出售。当断栅十分严重时，直接影响了电池片的输出电流，引起电池片的热斑效应，就会对整个组件电性能造成影响。
断栅的出现有两种原因，第一是由于电池片自身的缺陷引起的，第二是电池片受到外力因素破坏，例如在分选电池片的流程中，工作人员甩动电池片的力度过大或者使电池片之间产生了较大程度摩擦[3]。
当出现断栅时，需要将相关的缺陷信息及时向生产部门反映，并对材料的配比做出相应的调整，同时根据需要调整或者更换网版。电池片分选作业需要更为专业化，规范相关的生产工艺。
2.2 气泡
生产中出现的气泡分为两种，第一中出现在层压过程中，第二种出现在组件使用过程中。层压中的气泡会对太阳能电池组的外观与寿命造成影响。气泡在外界热量的作用下膨胀，使得很多气泡逐渐连通在一起。一段时间后，扩大的脱层缺陷影响到了电池组件寿命。电池材料的质量以及操作工艺的问题均会使得电池组件出现组层压气泡。
改善的主要方法选购原材料品牌较好生产方，确定好EVA的每日用量，做好材料的防潮、防尘。在生产过程中如果发现电池组件存在缺陷，则需及时与管理者联系，调整层压的相关参数。适当调整抽真空时间与温度，及时维护好层压机运行状态。严格控制助焊剂和焊带在浸泡工序中的各种参数，保证助焊剂在发挥效用的时候不出现白斑[4]。
2.3 短路
电池片组件发生短路时会引起太阳能系统电压降低，系统的实际功率与额定功率不一致，很大程度上减少了组件的输出功率及填充因子FF。
引起太阳能电池板发生短路缺陷主要有是三方面因素引起的：一方面是串焊过程接反电池片正负极所致;另一方面是焊接过程中，过多的焊锡用量而使得电池片正负极意外连接而引发的短路;第三个因素就是导电物质进入电池组内，将电池组内的正负极连接在一起而导致的电池组短路缺陷。
改善措施是提升半成品的检查严格程度，在半成品阶段就排除电池组短路的组件。同时需要在进行焊接过程中控制焊接用锡量，以及完善规范焊后的检查程序。
2.4 裂片
铺设工序中的镜检是发现组件裂片的主要途径，通常也会采取EL来检测裂片。裂片中的显裂多为电池片受到外界较大应力所造成的。而隐裂一般较小，但也会一定程度上影响电池的电流传输。当外界存在机械应力时，会进一步扩大电池片中隐裂的分布范围，使得电池片发生开路性缺陷。隐裂如果达到一定程度，便会出现热斑效应，使得完整的电池片局部失去效用，加速了电池性能衰退。生产过程中，受到电池组生产工艺自身的弊端与焊接技术的因素，以及后续工序中受力情况均会对电池片造成裂片的隐患[5]。
主要的改善方法是对焊接质量环节进行嚴格控制，焊接参数也需要仔细分析，特别是一些重要的参数的设定要特别注意，采取针对性的业务培训。电池组的除静电工作也需要做到认真细致，尤其是电池组的焊接平台、车间地面的重要部位铺设防静电橡胶毯等物品，保持地面的平整度。消除异物进入到电池组件内。为了防止车间的蚊蝇，需要在车间安装灭蚊灯。不断提升生产过程的自动化水准，由此可以降低人为因素导致的断片现象。
3 结语
目前太阳能的开发利用方式主要为太阳能电池的光电转换，经过短短几十年的发展，太阳能电池已具备相当成熟的技术并应用于人们生产生活的方方面面。而在生产太阳能电池组件时，常会出现断栅、气泡、短路及裂片等缺陷，因此需要针对出现的缺陷及时采取改进措施，提升太阳能电池的生产质量。在不远的将来，太阳能产品的科技含量将不断提升，与建筑物屋顶、墙体材料如玻璃幕墙融为一体，既可并网发电又能节约建筑材料、美化环境。为人们提供更为优质和清洁的能源。
参考文献：
[1]刘建华.试论太阳能多晶硅的制备生产工艺[J].化工管理，2018，492（21）：134.
[2]胡文平，李云峰.太阳能电池工艺存在问题及设计方法浅析[J].物流工程与管理，2012，34（6）：127-128.
[3]刘雄飞，苗磊，范振红，等.无机硅电池生产缺陷及其改进措施[J].能源与节能，2015（1）：72-74.
[4]王森涛，焦朋府，张波.对单晶硅太阳能电池生产工艺的研究[J].化工管理，2017（11）.
[5]多晶硅太阳能电池制作工艺概述[J].有机硅氟资讯，2004（10）：37-39.
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