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图3 不同厂家EVA的透射率曲线(膜厚1.5毫米)
图4 常规电池高高方阻电池的内量子效率曲线
图5 白色TPT的反射率曲线
封装损失的分析
常规晶体硅太阳电池组件的封装结构如图1所示,自上而下的顺序分别是钢化玻璃-密封胶-晶体硅太阳电池-密封胶-背板;封装之前的单焊、串焊工艺将电池片通过涂锡焊带连接;组件层压封装好后,再组装上接线盒、边缘密封胶和边框。因此,造成组件封装损失的可能因素无外乎是太阳电池和组件的封装材料。
我们把封装损失的原因按照属性不同分为两大类:光学损失、电学损失。下面详细讨论这两类中的各种影响因素。
光学损失
从理论上讲,单结硅系太阳电池不能将所有光线都吸收转换成电能,地面用硅太阳电池的光谱相应范围一般为300nm-1100nm,因此,任何使这一波段的光进入电池减少的因素都会造成光线上的损失,可以从光的投射和反射两方面进行分析。
光从光伏组件表面到硅体内要依次经过玻璃、密封胶(一般为EVA),所以玻璃和EVA会对光吸收产生影响,玻璃和EVA的透射率越高,组件的封装损失也就越小。常规超白钢化玻璃的透射率为92%左右,目前市场上已推出具有增透膜的镀膜玻璃,透射率可高达96%,镀膜玻璃一般可提高组件1%的输出功率增益,但其长期稳定性和可靠性需要进一步的研究。图2为不同厂家3.2mm布纹钢化玻璃的透射率随波长(波长范围从300nm到1100nm)的变化,其中D样品为镀膜玻璃,其他三种为普通钢化玻璃。从图中可以看出,不同厂家的玻璃的透射率有很大区别,透射率越高则进入到电池中的光也就越多,而电池的输出功率与光强成正比的。在电池和其他辅材不变的情况下,使用透射率高的钢化玻璃,组件的输出功率增大,封装损失减少。
EVA(乙烯-醋酸乙烯聚合脂)用于粘结钢化玻璃、电池和背板,由于它是紫外不稳定的,约占太阳光6%的紫外线长时间的照射可造成EVA胶膜的老化、龟裂、变黄,继而降低其透光率,因此有些厂家的EVA中会添加抗紫外剂,这样就会引起EVA的段波段的透射率的下降。图3为四款不同厂家EVA在交联后投射率曲线图,其中D样品未添加紫外吸收剂,300nm波长的透射率为37.1%,而其他三种加入抗紫外剂的EVA对在360nm波长以下范围内的光是截止的。但现在电池厂家为提高太阳电池的转换效率,开始采用高方阻、密栅的工艺,高方阻电池和常规的P型电池的光谱响应是不相同的,图4显示的是效率相近的常规电池(CellⅠ)和高方阻(CellⅡ)的内量子效率曲线对比图,可以看出,高方阻电池在段波段(<450nm)的IQE是要高于常规电池的,而如果采用对短波长光截止的EVA,则会造成这部分光不能被高方阻电池吸收,那么封装损失肯定比同效率常规电池制作的组件的封装损失要大。因此,使用不同工艺制作的太阳电池需要选择与之相匹配的EVA,在透光率和抗紫外两者之间找到折衷点,在不影响可靠性的基础上降低组件的封装损失。另外,有公司提出使用化学性质稳定、耐紫外、透射率高的透明硅胶作为组件的密封胶,可以有效避免密封胶黄化和电池不能接受到短波长光线的问题。
太阳电池的表面沉积了一层氮化硅结构的减反射膜,折射率约为2.1,其上有EVA和钢化玻璃(两者的折射率约为1.48左右),为使组件的透射率达到最大的减反效果,还需要是SiNx膜的厚度、EVA和玻璃厚度得到最好的匹配结果和最佳的光学上的减反射效果,可以有效增加组件的输出功率。
太阳电池组件的背板用来防止水汽进入组件,长采用TPT(Tedler-PET-Tedler)膜。常规白色TPT其与EVA接触面的反射率曲线见图5,可见在中长波具有高达80%左右的反射率。白色的TPT膜对入射到太阳电池间未被电池吸收的太阳光具有反射作用,这部分光在空气与玻璃的界面处被反射向太阳电池,增加入射到太阳电池组件上的光的利用率。一般的,使用白色的TPT比黑色的TPT能增加组件1%的输出功率增益,有利于降低组件的封装损失。
太阳电池被焊带覆盖部分无法吸收太阳光,某些焊带公司推出了反光焊带,焊带的正面镀银并压延出纵向沟槽状结构,这种结构能将入射到焊带上的光线以一定角度反射到组件的玻璃层内表面,在玻璃-空气界面上全反射后投射回电池表面。捕捉到的光能让组件产生额外增加的功率,理论上可以提高组件效率2%左右。
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