1、太阳能组件工艺及常见问题(上）黄飞飞 陈焜 编制中节能太阳能科技（镇江）有限公司二0一二年八月前言近年来，中国光伏企业的综合竞争力在不断提高，整个光伏产业链呈现快速发展态势。中国已经形成了包括多晶硅生产、太阳能电池及组件制造、光伏系统安装及相关配套产业在内的较完整的太阳能光伏产业链。在2009年全球太阳电池产量10.7GWp 中，我国为5.2GWp，占世界产量的48.7；2010年全球太阳电池产量15.8GWp，中国光伏太阳能电池产量更是达到8GWp，占世界生产总量的50%；2011年全球太阳电池产量23GW，而我国光伏组件产量达到11GW，在全球光伏市场低迷、欧债危机和美国“双反”的不利国际
2、环境下，依然占据了近50%的份额，且取得了37%的年增幅。在市场没有启动的情况下，这不能不说是我国光伏产业的骄傲。但是，光环之下也笼罩着阴影。虽然目前中国太阳能光伏产业规模居全球第一，但产业链发展不协调，且产业整体技术薄弱。作为中国第一批专业学习光电知识的本科生，我们感觉到理论知识和实际的应用之间还隔着很宽的一条河。所以我们把大部分业余时间放在了光伏产品的实际应用中，在应用中发挥我们的专业特长，希望为中国光伏技术行业的进步付出一点点的努力。暑假也许是很多学生在家里陪家人的时间，但我们光电专业的四名同学经过不断的努力，顺利进入中国节能太阳能科技（镇江）有限公司实习。在实习的过程中，我们发现公司对
3、新员工的培养很重视，每当有新员工进入公司，公司都会安排专门的指导老师，跟踪指导新员工的学习。作为新员工入职都要经历一个学习成长过程。所以我们写这本书来总结一下技术人员或其他相关人员进入公司所要学习的一些技术活，以此来帮助新员工更快的掌握这些知识，熟悉日常工作的内容。同时也方便光伏组件企业更快的培养一个合格的技术人员。本书共分为十三个章节，这十三个章节是按照光伏组件的工艺流程展开，每个流程为一个章节。在每个章节的开始都会简单的介绍一个这个工艺流程的大概情况，以供新员工能够了解相关的行业知识，更加方便的接受工艺技术。在每个章节的中间部分都是行业中比较新的工艺技术，其中大部分的工艺技术是和中节能太阳
4、能一致的。但是这些技术的本质是一样的，只要我们技术人员稍微的变通就可以应用于其它方面。同时，每个章节的最后部分我们总结了相关流程在日常工作中经常遇到的问题，有些答案是我们在日常实习时总结的，有些是在网络里寻找，并经过我们分析总结的。在第十一个章节描写了组件工艺中常遇到的一些新材料的实验，这些实验也非常重要，想要作为合格的技术人员就必须能掌握这些实验。在第十二章节描写了不合格组件产品的返修工作，返修是一个公司解约成本的重要环节。第十三章节我们总结了光伏组件常见重大质量问题，希望对新员工快速的成长有帮助。这本书的第二，三，四，五，十二章节是由陈焜编写，第一，六，七，八，九，十，十一，十三章节由黄飞
5、飞编写，两人共同对这些章节汇总。最后我们要感谢中节能太阳能科技（镇江）有限公司的组件技术部的何飞，陈善勇，庞伟，陈如意，郑静，贾俊攀，甄武元和实验室的殷克峰，毛建平。何飞对我们这书的编写进行了指导，甄武元，殷克峰对实验部分给与很大的支持。最后感谢中节能太阳能科技（镇江）有限公司给我们学习的机会。由于时间仓促，书中错误在所难免，希望读者指正。编者 于江苏大学2012年8月目录前言2第一章 太阳能组件工艺基础61.1太阳能组件概论61.2组件技术工作的定义61.3太阳能组件工艺流程81.4组件技术发展的现状10第二章 备料132.1备料的基础132.2备料的生产工艺及注意事项152.3备料阶段常见
6、问题及解决方法16第三章 焊接173.1焊接的基础173.2手工焊接工艺及注意事项183.3自动串焊机的生产工艺及注意事项203.4焊接常见问题及解决方法21第四章 叠层254.1叠层的基础254.2叠层的生产工艺及注意事项254.3叠层的问题及解决方法27第五章 EL 检测285.1 EL 检测的重要性285.2 EL 检测的工艺及注意事项285.3 EL 检测阶段常见问题及解决方法29第六章 层压306.1层压机306.2层压的生产工艺及注意事项316.3层压阶段常见问题及解决方法34第七章 装框397.1装框的基础397.2装框的生产工艺及注意事项39第八章 耐压测试428.1耐压测试的
7、基础428.2耐压测试工艺及注意事项43第九章 电性能测试469.1电性能测试的原理及光能特点469.2电性能测试工艺及注意事项48第十章 打包5110.1打包的基础5110.2打包的生产工艺及注意事项51第十一章 实验53第十二章 返修5612.1返修的重要性5612.2返修的主要工艺及注意事项5612.3返修过程中出现的问题及解决方法57第十三章 太阳能光伏组件常见重大质量问题汇总解析61第一章 太阳能组件工艺基础1.1 太阳能组件概论具有外部封装及内部连接、能单独提供直流电输出的最小不可分割的太阳能电池组合装置，叫太阳能电池组件，即多个单体太阳能电池互联封装后成为组件。 单个太阳能电池往
8、往因为输出电压太低，输出电流不合适，晶体硅太阳能电池本身又比较脆，不能独立抵御外界恶劣条件，因而在实际使用中需要把单体太阳能电池进行串、并联，并加以封装，接出外连电线，成为可以独立作为光伏电源使用的太阳能电池组件(Solar Module 或 PV Module，也称光伏组件)。太阳能电池组件通过吸收阳光，将太阳的光能直接变成用户所需的电能输出。太阳能电池组件分为，单晶硅太阳能电池组件，多晶硅太阳能电池组件，刚性衬底薄膜太阳能电池组件，柔性薄膜太阳能电池组件。晶体硅太阳能电池组件由于大面积(如面积200200mm 2，200mm，厚度 =0.20.3mm)的硅片比较脆，而单体电池的输出电压又仅
9、在0.450.60V 之间，因而需要首先将若干个单体电池进行串(并)联以获得必要的输出电压、电流(功率)，然后再根据实际用途的需要进行封装。组件的封装结构、封装材料和封装工艺与组件的工作寿命、可靠性和成本，有着密切的关系，但有时会被忽视。（太阳能电池组件是太阳能照明设备和发电设备能够正常工作的源头。)1.2 组件技术工作的定义 组件技术，在企业中已并非单纯学术性的技术范畴，大体可以分为组件生产工艺技术和组件研发两各部分。在此想说明下，很多企业往往把组件生产工艺技术的改善直接定义为了组件研发，这实际上是对技术研发的错误理解。 组件技术工作若要深究在一般企业中的具体内容，主要可分为以下几个部分：
10、a、产品设计开发 就大多数企业来说，此项技术工作内容大都还停留在互相“借鉴”的层面。不过可以肯定的是， “借鉴”往来多了以后，对行业产品的标准化起到了很大的推动作用。要做好组件产品的设计开发，需要对系统运用要求、原辅材料性能、设备发展状态、生产工艺技术以及公司发展方向有相当的认识和理解。 常规的组件产品有： 单晶（125）36片、48片、60片、72片和96片组件 多晶（156）48片、60片、72片组件 单晶（156）48片、60片、72片组件 划片小组件 BIPV 组件 b、组件相关技术文件的编制和管理 这是在工艺设计、结合生产实际的基础上完成的，需要长时间的改善和积淀。做得好的企业差不多
11、能达到标准化作业程度，对于企业的管理和发展起到了基石的作用。打个比方，企业好比一个国家，技术文件的编制就如同法律的制定，然后由生产执行（公民） 、品管监督（警察） 。在这个方面来说，其他成熟行业已有很多管理体系和方法可以借鉴。对于企业定位较高者，建议可参考TS 16949关于 APQP 的内容。 c、原辅材料技术 组件生产用到的主要材料有七八种，加上辅材，一共不下20种。这就要求组件技术人具备相当的材料技术功底。因暂时没有相对完整的行业标准，组件原材料技术相关工作主要包括材料选型、材料标准的制定、原辅材料检验试验和原辅材料日常质量问题分析处理。 d、生产现场工艺 组件生产现场工艺主要是生产工艺
12、纪律的检查，生产现场突发工艺事件的处理，以及工艺工装的改进。现场工艺可借鉴美国和日本的成功管理经验，结合 IE 理念，在已有的技术基础上不断提高此部分的技术工作成果。e、销售技术支持 针对客户的要求，结合自己企业实际情况，设计实际可行的整套技术解决方案。在这个部分理念是各行业相通，但须结合本行业的特点。这部分工作需要具备相当的技术功底的同时，需要对生产实际运作和品质控制充分熟悉。 f、技术研发 技术研发首先就得有相应的软硬件基础，对于组件来说，至少需要有一个相对完整的组件实验室（一般来说是基于国际标准 IEC - 61215） ，有一个具备相当组件技术功底的技术团队。 太阳能组件的研发主要的方
13、向是：已有产品性能的提升，新产品的开发设计，新材料的开发运用、新设备新工艺技术的运用、技术难点的攻关。 以大家比较关注的组件输出功率为例，如何通过材料性能改良或更替，结合工艺改善，大幅降低组件 NOCT，以提高组件实际运用中的功率输出（相关详细内容参见 GB/T 9535、组件温度系数以及 CEC 认证中提到的 PTC 的定义） 。 对于企业发说，研发活动需要为企业构建一个强有力的核心技术体系，并不断提高产品的性价比，以提升企业的核心竞争力和收益 d、产品认证技术支持 TUV、UL、NRE、CEC、MCS、JET、CGC 等等相关认证组件技术支持。产品认证的宗旨是对一个企业长期批量产品生产能力
14、以及其产品的质量保证能力的鉴定，而非几块特制样件的认可。所以说如何真正做到产品符合认证要求，这对组件生产企业实属相当大的一个挑战。1.3 太阳能组件工艺流程组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。 流程：1、电池检测(分片)2、正面焊接检验3、背面串接检验4、叠层（玻璃清洗、材料（TPT、EVA）检验、玻璃预处理、敷设） 5、层前EL 检测6、层压（去毛边）7、层后 EL 检测8、装边框（涂
15、胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）9、焊接接线盒10、高压测试11、组件测试12、外观检验13、包装入库。电池检验：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件 。正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应） 。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的
16、电池片的背面电极相连。 背面串接：背面焊接是将60片电池串接在一起形成一个组件串，我们目前采用的工艺是手动焊接和自动串焊机焊接，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有60个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极（正极）上，这样依次将72片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。叠层：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、钢化玻璃和切割好的EVA、背板（TPT）按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和 EVA 的粘接强度。
17、敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。 （敷设层次：由下向上：玻璃、EVA、电池、EVA、背板 TPT） 。组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使 EVA 熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据 EVA 的性质决定。我们使用快速固化 EVA 时，层压循环时间约为22分钟。固化温度为145 左右，层压时 EVA 熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除。装框：类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加组件的强度，进一步的密封电池组件
18、，延长电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂（1527硅胶）填充。焊接接线盒：在组件背面引线处焊接一个盒子，以利于电池与其他设备或电池间的连接。焊接面积大于总面积的80%，接线盒用1521(A、B)硅胶一定比例填充。组件清洗：好的产品不仅有好的质量和好的性能，而且要有好的外观，所以次工序保证组件清洁度，铝边框边上的毛刺要去掉，确保组件在使用减少对人体的损伤。组件测试：测试的目的是对电池的输出功率等参数进行标定，测试其输出特性，确定组件的质量等级。成品检验：为了使组件产品质量满足相关要求，使组件的最终检验操作过程规范化，主要对组件成品的全面检验：型号、类别、清洁度、各种电性能的参数的确认
19、，以及对组件优劣等级的判定和区分。包装入库：对产品信息的记录和归纳，便于使用和今后查找和数据调用。（电性能检测图） （EL 检测图）1.4 组件技术发展的现状 组件的特点： 光伏组件作为光伏发电最核心的产品，发展至今，在具备光伏行业特点的背景下，也同时具备众多独有的特点： 组件承担着25以上年的质量保证。 组件拥有光伏行业最多的产品标准和认证要求。 组件是电池、硅片、甚至硅料质量及工艺的结合体，众多问题最终都可能从组件的实际运用中表现了出来。 组件是晶体硅太阳能产业链中材料最多最杂的生产段。组件是晶体硅太阳能产业链中产品系列最多的生产段。 组件是晶体硅太阳能产业链中客户要求最多、最杂的生产段。
20、 组件是晶体硅太阳能产业链中出现质量事故最多生产段。 组件是晶体硅太阳能行业扩产最快，规模最大的生产段。 组件是光伏行业，企业最多、企业实力悬殊最大的生产段。 正是晶体硅太阳能电池组件拥有有了这些特点，所以组件的可靠性、成本和回收问题已成为业界广为关注的焦点。 光伏行业正处于快速发展时期，国内组件生产企业的队伍也是飞速的发展壮大。相比较而言，组件技术的发展却要缓慢得多。现在组件生产的主工艺路线仍然与十几年没有什么大的变化，只是设备和原辅材料方面有了相对明显的突破。在电池效率不断刷新、各种高效电池和薄膜电池不断推陈出新的今天，组件为什么没有突破性的发展？难道组件的生产工艺和技术水平已经达到了相对
21、成熟高度了？ 实际并非组件技术已足够成熟了，只是组件生产工艺技术已基本满足了批量工业化生产的要求。加之组件企业利润低下，研发时效性低，导致大家对组件技术进步的重视力度较弱，实际投入的资源也相对较少。光伏组件技术发展至今年已基本稳定，但离成熟还有相当的距离。眼下我们就面对许多组件技术相关问题需要解决、突破： a、组件生产与系统运用相对脱节，如何保证生产的组件与系统运用要求保持一致，以尽可能减少资源浪费。 b、如何保证组件25年以上的寿命，同时如何保证组件长期有效的输出。并将相关的技术指标落实到组件生产的各个细微的环节上 c、如何处理已经投入使用的问题组件（据不完全统计，市面上约有30%左右的组件
22、存在质量隐患 ） 。 d、如何尽可能的从组件设计阶段就开始降低组件的生产制造成本，以推动光伏平价上网。 e、如何降低组件封装过程中的功率损失，以不断提高组件效率，减少光伏用地。 f、如何保证组件产品的一致性，以提高组件的批量使用的稳定性，减少后续的维修、维护。 g、如何做好产业链纽带作用，将系统运用和电池、硅片、硅料等工厂生产结合起来，以最大限度的利用各项资源，降低整产业链的能耗、减少污染。 h、如何有机结合组件相关产业的发展，如材料、建筑、电子行业等，不断拓展组件的运用领域，如 BIPV、BAPV、电动汽车、光伏地板砖等。以不推进光伏多元化发展。 i、如何结合最前沿的科技成果，不断提高组件的技术水平，如SolarMagic 芯片的推出。j、如何将组件做到无铅化，真正做到清洁能源。k、如何解决组件回收问题等。第二章 备料
