太陽(yáng)能電池組件制造原理詳細(xì)介紹

?前言

??? 太陽(yáng)能光電池需要被連接（普通為串聯(lián)），然后層迭封裝起來(lái)，以防止受到損壞，這就是所謂的模塊化封裝，同時(shí)，該模塊制程一般將依據(jù)電池種類和模塊應(yīng)用型態(tài)來(lái)決定。

一、電池串聯(lián)
??? 當(dāng)制造太陽(yáng)能光電模塊時(shí)，太陽(yáng)能電池首先必須以串聯(lián)的方式（電池串行）連接，這是因?yàn)槊繂我还杈?yáng)電池的各別電能輸出是很低的。在串接程序里，每一個(gè)電池的前端接點(diǎn)將被焊接到下一個(gè)電池的后端接點(diǎn)之上，以便將每一個(gè)電池的前端負(fù)極連接到下一個(gè)電池的后端正極，也就是將若干電池作串聯(lián)式的連接（圖 1 ）。

??? 然后，每一串序的開始和結(jié)束再向外延伸，以用于隨后的電力連接。在大量生產(chǎn)時(shí)，所謂的 ” Tabber-Stringers” 機(jī)器經(jīng)常被使用于自動(dòng)化焊接。但是，顧客量身定作的電池產(chǎn)品則通常以手工制作。硅晶電池系一個(gè)接一個(gè)地在獨(dú)立的制造工作站被連接；相反地，薄膜電池則借著獨(dú)立層中溝槽的切割來(lái)予以完成，同時(shí)，電力連接則是電池組裝的一主要部分；通常，雷射或機(jī)械線切被使用，將該材料切割成大約 1 公分寬的電池長(zhǎng)條。

??? 圖 2 表示當(dāng)電池被配置在前側(cè)時(shí)，該組裝之序列。此方式系使用在碲化鎘(CdTe) 模塊和大部分的非晶硅模塊上面。首先，透明氧化物導(dǎo)電 (TCO) 層被分離成平行的長(zhǎng)條狀，然后太陽(yáng)能電池層沈積在上面。接著，第二切段（太陽(yáng)能電池層）有點(diǎn)偏離第一切段 (TCO) 來(lái)制作，但是仍然與后者平行。最后，再切割與制作第三切段后接點(diǎn)（金屬層）。此方式制造了從一電池的后接點(diǎn)至下一電池的前接點(diǎn)之間的電力連接，使得各別電池長(zhǎng)條能以串聯(lián)的方式作相互的連接。參見圖 3 ，該結(jié)構(gòu)系以相類似的方式來(lái)成型：從后接點(diǎn)開始，銅銦硒 (CIS) 電池和非晶硅薄膜電池系以相反的順序裝配。

二、電池封裝

??? 為了保護(hù)電池對(duì)抗機(jī)械應(yīng)力、曝曬和濕氣，串接的電池被嵌進(jìn)一透明的封裝材料內(nèi)，該封裝材料同時(shí)能對(duì)該電池產(chǎn)生電絕緣的作用。為了結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定，該封裝系統(tǒng)應(yīng)用一覆板 (superstrate) 。大部分的案例系使用玻璃，但同時(shí)也可使用壓克力、金屬或塑料薄片。視制程而定，太陽(yáng)電池可放在覆板材料之上、之后或之間。在太陽(yáng)電池光感面之上的覆蓋物以透明材料來(lái)制造是很重要的，因?yàn)樵酵该鞯牟牧夏苁垢嗟奶?yáng)能量投射在太陽(yáng)電池之上?；谶@個(gè)理由，低鐵玻璃常當(dāng)作前覆板來(lái)使用，因?yàn)樗軌蜃?91% 的光線通過(guò)。該玻璃系經(jīng)過(guò)回火處理的，以便強(qiáng)化其對(duì)抗高熱能應(yīng)力的特性。最近所開發(fā)的抗反射玻璃，使用燒熔制程或浸染涂布，因而具有抗反射涂層，能達(dá)成 96% 之光穿透率。使用此抗反射玻璃的太陽(yáng)電池模塊所吸收的能量比使用普通玻璃者多出約 3.5% 。目前使用較普遍的封裝方式有三種：

?乙烯醋酸乙烯共聚物 (EVA) 封裝
?鐵氟龍（ Teflon R ）封裝
?鑄造樹脂封裝

■乙烯醋酸乙烯聚合物 (EVA) 封裝

??? 當(dāng)以 EVA 封裝時(shí)，該電池串行在真空腔內(nèi)系以正負(fù)壓加溫的方式進(jìn)行層迭制程（真空層迭制程）。該 EVA 在此制程里被熔解，并將整個(gè)太陽(yáng)電池包圍起來(lái)。該 EVA 在正面需要抗紫外線的功能。在大部分的應(yīng)用例中，這是一片高透明白色的回火玻璃（太陽(yáng)玻璃），而其背櫬可為一傳統(tǒng)的硬化玻璃薄片或不透明薄膜。 EVA 封裝大部分使用于制造標(biāo)準(zhǔn)和特殊之模塊，最大所能裝配的尺寸為2 公尺乘 3 公尺。隨著模塊尺寸的加大，在迭層期間該等電池將開始漂浮，這將使得在該等電池之間的間隙很難保持相等。然而，不同基板的使用將能夠裝配不同的迭層構(gòu)型。（請(qǐng)參考圖 4-7 ）

■鐵氟龍（ Teflon R ）封裝

??? 此制程，類似 EVA 封裝，是將太陽(yáng)電池封閉在一特殊的含氟聚合物（ Teflon ）當(dāng)中。不同于 EVA封裝的是：該被鐵氟龍封閉的太陽(yáng)電池系放置在一基板平面之上，并且在正面不需要額外的覆蓋（請(qǐng)參考圖 8 ）。鐵氟龍是一種抗紫外線、高透明、不沾灰塵且不會(huì)褪色的材料，更重要的是其具有無(wú)反射的表面。在此類模塊當(dāng)中，鐵氟龍層在太陽(yáng)電池上的厚度僅有 0.5 毫米，并且是一種良好的熱導(dǎo)體，所以，既使沒有隔熱，鐵氟龍層也能確保該電池受到良好的冷卻作用。至于基板材料，傳統(tǒng)硬化玻璃可被使用，只要其具備其它不透明材料（例如，金屬、石板、混凝土和陶瓷）的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度即可。鐵氟龍封裝大部分使用于小尺寸的特殊模塊（例如，太陽(yáng)能屋瓦）。


■鑄造樹脂封裝??

????請(qǐng)參考圖 9 ，樹脂封裝系運(yùn)用一鑄造程序：首先，黏著墊將該等太陽(yáng)電池固定在兩片玻璃之間，然后，在兩側(cè)利用具有黏性的透明分隔物，將該等薄片在邊緣固定起來(lái)；上層系由一高透明硬化白玻璃所構(gòu)成；下層則由符合結(jié)構(gòu)上需求的傳統(tǒng)硬化玻璃所構(gòu)成；形成的空腔以高透明度的鑄造樹脂來(lái)填充，并使其硬化。

??? 樹脂的型態(tài)將決定是否需使用紫外線來(lái)實(shí)施硬化的程序，這對(duì)于后面玻璃層的設(shè)計(jì)占有重要的角色。如果所使用的樹脂沒用紫外線來(lái)硬化，則不可能在背面使用染色玻璃，因?yàn)樘?yáng)電池和染色層之間的樹脂會(huì)因?yàn)槿狈ψ贤饩€而無(wú)法硬化。使用鑄造樹脂封裝，將可裝配 2.50 公尺乘 3.80 公尺之模塊。此類封裝的優(yōu)點(diǎn)之一為：復(fù)數(shù)個(gè)電池能精確地被定位，這是因?yàn)樵阼T造時(shí)，它們的位置仍然保持一定，既使在大尺寸模塊當(dāng)中，仍能保持均勻的電池間隙。樹脂封裝通常使用在建筑一體的特殊模塊使用設(shè)計(jì)之中（例如，帷幕、透明屋頂和太陽(yáng)遮蔭裝置）。該使用于制造模塊的樹脂可同時(shí)當(dāng)作窗戶上的隔音玻璃。因此，一封裝著鑄造樹脂的模塊先天上就具有隔音的特性。

■薄膜電池模塊封裝的特色

??? 薄膜電池的封裝與硅晶電池的封裝具有少許的不同點(diǎn)。首先，薄膜電池的初始模塊已經(jīng)具有一玻璃層（基板），其上面為半導(dǎo)體材料所涂布，而這些基板不可使用退火玻璃，因?yàn)槭褂糜诎雽?dǎo)體涂布的高溫將破壞玻璃的強(qiáng)度。
如果完工的薄膜模塊需要符合類似韌性與脆性的特殊要求（諸如當(dāng)其被使用在一冷帷幕的時(shí)候），該初始模塊必須額外地加裝一強(qiáng)化安全玻璃 (Toughened Safety Glass, TSG) 。所以，一具有 TSG 的薄膜模塊總是由兩層玻璃所構(gòu)成。
??? 因?yàn)槭褂迷诒∧る姵貥?gòu)裝的是另一種涂布技術(shù)，其中，半導(dǎo)體材料不是涂布在基板的上面就是涂布在基板的后面，所以其位置乃依據(jù)該基板是當(dāng)作前側(cè)或者后側(cè)而定（請(qǐng)參考圖 2 與圖 3 ）。同時(shí)，該半導(dǎo)體材料將影響到該模塊的可能結(jié)構(gòu)。

??? 請(qǐng)參考圖 10 ，當(dāng)薄膜電池為非晶硅和 CdTe 類型時(shí)，半導(dǎo)體材料系涂布在基板玻璃的后方，該基板玻璃將同時(shí)放在模塊前側(cè)，以具有防止被陽(yáng)光曝曬的功能。在 EVA 封裝當(dāng)中，當(dāng)有如上述的特殊應(yīng)用時(shí)，此類初始模塊能使用 Tedlar 薄膜涂布在任何玻璃的后面，或者涂布在 TSG 之后。

??? 當(dāng)封裝銅銦硒 (CIS) 電池模塊和由金屬薄膜所制成的非晶硅薄膜電池模塊時(shí)，半導(dǎo)體薄膜系分別地涂布在基板玻璃和基板薄膜之上（圖 11 ）。該銅銦硒 (CIS) 電池模塊前側(cè)另外有裝置一防止被陽(yáng)光曝曬的玻璃，如果需要的話，可同時(shí)使用一 TSG 層。

??? 雖然 CIS 模塊總是由兩層玻璃所構(gòu)成，但是薄膜形式的非晶硅模塊并不需要任何的玻璃。若干小型初始模塊單位的前側(cè)系內(nèi)鑲在一含有 EVA 的含氟聚合物之中， ( 請(qǐng)參考上文 ' 鐵氟龍 ' 上之通道 ) ，后面則以涂漆鋼片來(lái)保持穩(wěn)定。
??? 當(dāng)以樹脂封裝來(lái)裝配薄膜模塊時(shí)，前面或后面模塊玻璃皆不可當(dāng)作薄膜電池的基板玻璃來(lái)使用，因?yàn)榇说缺∑涤蔁釓?qiáng)化玻璃（ HSG ）所制成。

??? 如同單晶硅和非晶硅電池封裝一般，該薄膜初始模塊系放置和鑄造于兩模塊玻璃片之間（圖 12 ），因此，此類玻璃 - 玻璃模塊系由三薄片所構(gòu)成，并且厚度比單晶硅或多晶硅電池以樹脂鑄造封裝的玻璃 - 玻璃模塊要來(lái)得厚。

三、模塊種類

??????? 商業(yè)上有使用各式各樣的模塊區(qū)分。該一般名詞 ' 模塊 ' （或面板）的更精確定義在于強(qiáng)調(diào)該模塊的特定數(shù)量。模塊可依據(jù)下列原則來(lái)歸類：?電池種類：?jiǎn)尉Ч枘K，多晶硅模塊，薄膜電池（非晶硅、 CdTe 和 CIS 模塊）

?封裝材料（該 'EVA 模塊 ' 分類一般并不使用）： 鐵氟龍模塊，鑄造樹脂模塊
?封裝技術(shù)：迭層 ( 使用 EVA 或鐵氟龍 ) 1
?基板： 薄膜模塊， 玻璃 - 薄膜模塊（或玻璃 -Tedlar 模塊）， 金屬 - 薄膜模塊， 壓克力塑料薄膜，玻璃 - 玻璃模塊
?框架結(jié)構(gòu)： 有框架的模塊，無(wú)框架的模塊（如前述的迭層模塊）
?特定結(jié)構(gòu)或額外功能： 強(qiáng)化安全玻璃模塊，迭層安全玻璃模塊，隔熱玻璃模塊，用于過(guò)熱窗裝玻璃的隔熱玻璃模塊， 階段隔熱玻璃模塊

??????? 另外，我們將就下類區(qū)分，作更詳細(xì)地說(shuō)明：


■標(biāo)準(zhǔn)模塊

??????? 所謂標(biāo)準(zhǔn)模塊系在每單位面積以最小成本達(dá)到最大能源產(chǎn)量所制造的模塊者。這些模塊大部分為EVA 封裝玻璃 - 薄膜迭層，可提供固定尺寸和電力輸出。這些標(biāo)準(zhǔn)模塊可具有或不具有鋁質(zhì)框架（圖13 表示該裝框的步驟）。標(biāo)準(zhǔn)模塊安裝的地點(diǎn)為形狀與尺寸無(wú)特殊要求的地點(diǎn)，它們不是附著于標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)框架，就是與特殊的外型系統(tǒng)相配合，例如，建筑一體系統(tǒng)。一標(biāo)準(zhǔn)模塊系由 36 至 72 個(gè)電池所組成，所具有的電力輸出為 50-140Wp( 晶硅電池 ) 。該等電池時(shí)常以四連續(xù)列來(lái)安裝，所造成的矩形模塊尺寸，將例如， 1.0 公尺乘 0.5 公尺。節(jié)省材料、簡(jiǎn)單安裝、新型系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及美觀需求表示：今天的標(biāo)準(zhǔn)模塊所提供標(biāo)稱的電力功率可高達(dá) 340Wp(220 顆電池 ) ，并具有 2.5 公尺乘1.25 公尺之尺寸。

■特殊模塊
??????? 特殊模塊為用于特殊用途的大量制造者。在這些使用例，特殊材料或特殊框架可被使用。特殊模塊的范例可包括：輕型模塊，其所有小尺寸皆可應(yīng)用和使用于太陽(yáng)能車、船舶、露營(yíng)或太陽(yáng)能瓦者；太陽(yáng)能瓦，其所需要的框架為能夠確保屋頂不漏水和防下雪者。

■客戶定作模塊
??????? 客戶定作的模塊系用于特定地點(diǎn)的特殊裝配。這將可能是冷或熱帷幕、窗裝玻璃的屋頂或遮陽(yáng)裝置。該安裝地點(diǎn)將決定模塊的結(jié)構(gòu)、尺寸和形狀；客戶定作的設(shè)計(jì)可能性將在下章節(jié)詳細(xì)說(shuō)明。

四、 PV 模塊的設(shè)計(jì)方向

??????? 太陽(yáng)能光電模塊主要是安裝在建筑物里面或外表。基于此理由，太陽(yáng)光電模塊不應(yīng)該考慮僅是一用于發(fā)電的技術(shù)組件，同時(shí)應(yīng)該視為一多樣化的建材，讓它們能與建筑相和諧地成為一體。所以，針對(duì)不同的建筑和應(yīng)用領(lǐng)域，這將要求模塊具有多樣化的外表和功能。同時(shí)該 PV 市場(chǎng)將提供廣泛的設(shè)計(jì)方案，來(lái)符合太陽(yáng)模塊可當(dāng)作建筑產(chǎn)品之要求。

??????? 大量且多樣的標(biāo)準(zhǔn)和特殊模塊可針對(duì)市場(chǎng)作事先的配裝。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模塊，設(shè)計(jì)者可在不同的電池種類、尺寸和框架結(jié)構(gòu)之間作一選擇。視不同的應(yīng)用而定，其同時(shí)存在許多特殊的模塊。此兩種模塊型態(tài)的共通點(diǎn)為：兩者皆以完工產(chǎn)品來(lái)銷售同時(shí)給予設(shè)計(jì)者若干選擇，但是不允許設(shè)計(jì)者來(lái)影響外觀。相反地，客戶定作模塊系依據(jù)訂單來(lái)制作。 PV 模塊成型的兩個(gè)主要組件 — 太陽(yáng)能電池和玻璃（或薄膜） — 提供設(shè)計(jì)者許多的可能性。除了電池和它們的安裝選擇之外，不同類型的裝框玻璃的產(chǎn)品屬性可彼此相互混合以制造多功能的模塊，該多功能模塊能夠解決建筑上的特殊要求。

??????? 客戶定作的模塊設(shè)計(jì)因素可包括：
??????? ? 電池種類
??????? ? 電池覆蓋面
??????? ? 電池形狀
??????? ? 電池接觸
??????? ? 電池背襯
??????? ? 玻璃尺寸
??????? ? 玻璃形式
??????? ? 玻璃種類

??????? 這些參數(shù)組合的方式將決定模塊的外型。因此，與模塊制造商的溝通，設(shè)計(jì)者所制造的各別模塊可具有下述的不同點(diǎn)：

??????? ? 顏色；將視電池的種類、電池背襯、電池接觸和玻璃種類而定。
??????? ? 透明性（參考電池安裝）。
??????? ??可撓性：具有 0.9 公尺最小半徑的彎曲模塊可從硅晶太陽(yáng)能電池中制造，其中，內(nèi)鑲在彎曲薄片或完成模塊之間的電池系可彎曲的；如果是放置在柔軟的基板上面，薄膜模塊系永遠(yuǎn)可撓或可曲的。
??????? ? 晶格型態(tài) ( 硅結(jié)晶 )

??????? 附注 1 ：以層迭制程 (EVA 和鐵氟龍封裝 ) 所制造的模塊同時(shí)可稱作迭層。依據(jù)模塊結(jié)構(gòu)的其余組件而定，這些模塊可為習(xí)知的薄膜迭層、玻璃 - 薄膜迭層或玻璃 - 玻璃迭層。如果該名詞 ” 迭層 ”自己本身來(lái)使用，則一般系指玻璃 - 薄膜迭層。然而，迭層同時(shí)可一般地當(dāng)作模塊來(lái)說(shuō)明。該名詞 ”迭層 ” 同常與無(wú)框架模塊系相等意義的，但是，事實(shí)上，它僅在于說(shuō)明該封裝技術(shù)。一般而言，迭層可以有框架或無(wú)框架來(lái)提供。