CN113659043A - 光伏组件、光伏组件的加工装置及加工工艺 - Google Patents

光伏组件、光伏组件的加工装置及加工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光伏组件、光伏组件的加工装置及加工工艺，其中，加工装置，包括：电源装置，所述电源装置用于输出直流电流，所述电源装置上设有至少一组正负极；以及至少两根导电线，所述导电线用于连接电源装置和待处理组件，每根导电线分别与所述正负极连接；以及温感控制模组，用于检测待处理组件以及电源装置的温度，并根据检测的温度与设定温度进行对比从而对所述电源装置的电流进行调节；通过该加工装置能够让光伏组件在层压过程中进行电注入，同时在层压的过程中通过检测温度来对电源装置的电流进行调节，这样能够有效的解决层压过程中的衰减问题，同时也解决了光伏组件层压完冷却期间的衰减问题，消除高温暗态对异质结电池效率恶化的影响。

Description

光伏组件、光伏组件的加工装置及加工工艺
技术领域
本发明涉及光伏组件领域，特别涉及一种光伏组件、光伏组件的加工装置及加工工艺。
背景技术
对于HJT电池而言，非晶硅起到钝化、形成p-n结的关键作用，对于HJT电池的转换效率起到决定性作用，因此，制备性能优异的非晶硅薄膜是获得高效HJT电池的关键技术在之前的研究中，氢化非晶硅(a-Si：H)由于所谓的Staebler-Wronski效应(Staebler-Wronski effect)会发生光致衰减，这种现象被认为与a-Si网络中包含大量游离氢密切相关。在硅异质结太阳电池中，由于非晶硅层内含有大量的氢键和硅悬挂键，可以很好地起到钝化晶体硅界面的作用，从而提升太阳电池的开路电压(Voc)和光电转换效率。硅异质结太阳电池的整个制备过程最高温度<250℃, 非晶硅层中沉积后高温将会破坏非晶硅的钝化效果，导致电池转换效率降低。但是，最近的研究表明，光照可以增强a-Si：H的钝化效果。据我们调研结果看，关于强光照对太阳能电池影响的报道很少，对商用HJT太阳能电池的详细研究更是稀少。
伴随着行业中的技术人员对异质结电池高转换效率的追求，各种提效技术也被先后提出。近两年的研究发现，在低于280℃条件下，LED强光照可以改善非晶硅的钝化作用，进而提升异质结电池的转换效率。目前已经有成熟的LED设备和工艺，针对硅异质结太阳电池进行提效。但是，经过系列研究发现，这种效率提升作用在暗态受热时又会发生衰减。也就是说，提升电池端转换效率，并不意味着制作组件后，能获得最优功率。纵观异质结电池从生产到做成组件的整个流程，电池片在层压机中进行层压工艺时，衰减最为严重。批量的重复验证，经过LED光照提效的异质结电池在经过层压机时，会发生效率衰减，基于166尺寸电池片、72版型组件计算，衰减幅度在0.15-0.65%（绝对值）时，对组件功率影响2-10W，相当于功率降幅2%左右，这种大幅度衰减值得重点关注。目前市场上的异质结层压设备还没有兼顾到这个问题，因此在克服暗态衰减的问题上还存在许多缺陷，已经投入使用的层压机构造上也没有兼顾到这个现象，因此光伏市场上迫切需要一种兼容已有设备、操作简单、易于实现的方案，来解决电池暗态衰减的问题。
现有的光伏组件的加工工艺增加电注入的方法是在常规层压机的高温布上设置有正负极导电金属箔，在常规层压机的上料台与抽真空腔、以及抽真空腔与层压腔结合处的金属横梁上设置有工装探针，目的是在层压时同步进行电注入处理。这种加工工艺考虑了在层压时处理组件的情况，离开层压腔后即处理停止。加工工艺忽略了一个重要问题，那就是组件在冷却期间同样也在经历“暗态高温”。我们不仅要克服层压过程中的衰减问题，更要关注组件层压完冷却期间的衰减问题,避免功亏一篑。目前市场上的异质结层压设备还没有兼顾到这个问题，因此在克服暗态衰减的问题上还存在许多缺陷，已经投入使用的层压机构造上也没有兼顾到这个现象，因此光伏市场上迫切需要一种兼容已有设备、操作简单、易于实现的方案，来解决电池暗态衰减的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种解决光伏组件高温暗态衰减的装置及光伏组件的加工工艺，涉及一种简易、高效的解决方案，来解决组件层压工艺及其他高温暗态条件带来的效率衰减问题。通过引入一种特定的装置，来消除高温暗态对异质结电池效率恶化的影响，最大限度上保证太阳能电池的转换效率，还具有提高太阳电池的转换效率的功能，解决因焊接和层压高温对太阳电池钝化效果和转换效率带来的劣化问题，从而提升太阳电池组件的输出功率，相比于其他方法，这种方式可以在现有设备上实现，具有兼容性高、电池效率高、能耗少等优点。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种光伏组件的加工装置，包括：
电源装置，所述电源装置用于输出直流电流，所述电源装置上设有至少一组正负极；以及至少两根导电线，所述导电线用于连接电源装置和待处理组件，每根导电线分别与所述正负极连接；以及温感控制模组，用于检测待处理组件以及电源装置的温度，并根据检测的温度与设定温度进行对比从而对所述电源装置的输出电流进行调节。
作为优选的技术方案，所述电源装置的输出电压为10-380V，输出电流0.5-20A。
作为优选的技术方案，所述温感控制模组的设定温度为40-320℃。
作为优选的技术方案，该加工装置还包括：隔热保温模组，所述隔热保温模组用于承装、包裹所述电源装置、导电线和温感控制模组。
另一方面，本发明还一种光伏组件的加工方法，其特征在于，包括：
将多个太阳电池进行串并联形成电池串；
在所述电池串上下铺设组件封装材料，经过校准定位形成堆叠物，并焊接组件汇流条；所述堆叠物从下到上依次是正面封装玻璃、封装胶膜、硅异质结太阳电池串、封装胶膜、背板或背面封装玻璃；
将上述加工装置中的电源装置的正负极连接到汇流条引出线上；
将连接电源的堆叠物放入层压机中，完成层压工艺；在层压过程中，层压加热温度为40-320℃，层压时间5-100min，当上述加工装置中的温感控制模组检测到堆叠物的温度不在该范围时，控制所述电源装置断电；
将电源装置卸载，并将光伏组件继续完成后续组装工序，形成光伏组件成品。
作为优选的技术方案，所述太阳能电池包括但不限于异质结太阳能电池，包括基底为N型的太阳能电池和基底为P型的太阳能电池。
作为优选的技术方案，所述太阳能电池的正面封装玻璃或背面封装玻璃为钢化玻璃、半钢化玻璃或常规玻璃中的一种或多种，所述正面封装玻璃或背面封装玻璃的厚度为0.2-4mm。
作为优选的技术方案，所述串并联方式包括焊接、导电胶粘结、导电胶膜粘结、smartwire和叠瓦串联中的一种或多种。
作为优选的技术方案，所述封装胶膜的材质包括乙烯醋酸乙烯共聚物、乙烯—辛烯共聚物和热塑性聚烯轻中的一种或多种；所述背板为白色背板、黑色背板或透明背板中的一种或多种。
另一方面，本发明还提供一种光伏组件，所述光伏组件由权利要求5-9中任意一项所述的光伏组件的加工方法加工而成。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
1、该光伏组在层压过程中进行电注入，同时在层压的过程中通过检测温度来对电源装置的输出电流进行调节，这样能够有效的解决层压过程中的衰减问题，同时也解决了光伏组件层压完冷却期间的衰减问题，消除高温暗态对异质结电池效率恶化的影响，实现组件功率提升，已有数据显示，使用所述电源装置后，组件功率增益为1.5-9W，收益非常可观。
2、市场上已经大量投入层压机，设备结构固定，工艺成熟，设备成本低，所以不适合在已有机台上做大的改造，本发明提出的电源装置便于在已有机台上安装使用，当电源装置为外接电源时，电流输出稳定，可以通过简单改造实现功率提升；当电源装置为可拆卸、可移动、体积小的便携装置时，可以直接连接在组件上，随着组件移动，在不改变层压设备原有设计的基础上，大幅提升组件功率，可操作性强，操作简单，适合直接批量导入。
3、采用本发明提出的装置、技术处理组件以后，可以有效抑制基体材料中杂质和缺陷的不良复合，减少后续使用过程中因缺陷复合导致的衰减情况。
附图说明
图1本本发明一实施例提供的太阳能电池结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的一种太阳能组件示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种太阳能组件示意图；
图4为本发明一实施例提供的电源装置连接在太阳能组件上的示意图；
图5为本发明一实施例提供的电源装置连接在太阳能组件上的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例首先提供一种光伏组件的加工装置，该加工装置包括电源模组、导电线、隔热保温模组及温感控制模组等。
所述电源模组可以输出直流电流，电压控制在10-380V，输出电流0.5-20A，如图4所示，电源模组上设有三组正负极；所述正负极可以连接1-10块待处理组件，所述到处理组件可以叠放，也可平铺；
在此应当说明的是，本发明中提及的电源模组可以为机台的外接电源，也可以为独立的电流输出装置；在本实施中，电源模组采用外接电源。
所述导电线用于连接电源模组和待处理组件，通过导电线连接后，电源模组-待处理组件间形成闭合回路；所述电源模组至少可以连接两根导电线，同样的，所述电源模组可以至少形成一个电源模组-待处理组件回路；
所述隔热保温模组用于承装、包裹所述电源模组、导电线和温感控制模组，保证电源及其他装置在真空、高温、施压条件下不被破坏；在本实施例中，隔热保温模组通过隔热保温的材料制备而成，具体的结构和形状可以由实际需求所决定，例如聚苯乙烯、SiO2气凝胶和漂珠等等。
所述温感控制模组可以准确探测组件及所述电源模组的温度，一方面，在高于设定高温状态下断电，以达到保护电源装置的目的，确保使用安全；另一方面，在低于设定温度条件下自动断电，减少无效输出，提高该装置的使用寿命；通过引入所述温感控制模组，可以设定通电、断电条件，使得整个工艺过程变得可控、高效，很好的应对层压机内存在的连续暗态高温环境。只要涉及到通过温度感应来控制电源与组件通电、断电或者对输出电流进行调节的处理方法，均应视为本专利所保护的范围；例如，在本实施例中，温感控制模组可以采用市面上常规的温控器，电流调节可以通过电流调节器进行调节，也可以通过温度传感器加上单片机以及继电器这种低成本的设计来实现，由于这些技术属于本领域的现有技术手段的，具体的结构也不是本发明所要保护的内容，故在此不再赘述。
下面介绍一种光伏组件的加工工艺，该加工工艺是利用上述加工装置加工光伏组件的方法。
实施例1
本实施例涉及一种光伏组件的加工方法，包括以下步骤：
1）首先制备异质结太阳能电池
以166尺寸N型单晶硅片为衬底，制备背发射异质结太阳能电池，正面为n型，背面为p型，从光入射的正面到背面依次为：正面金属栅线电极、透明导电氧化物(TCO)层、N型非晶硅层(n-Si：H)、本征非晶硅层(i-Si：H)、N型晶体硅(c-Si)、本征非晶硅层(i-Si：H)、P型非晶硅层(p- Si：H)、透明导电氧化物(TCO)层、背面金属栅线电极，电池结构参见图1。将得到的硅异质结太阳电池进行光注入处理，此步骤可以提升电池片的转换效率。
2）将硅异质结太阳电池进行串并联形成硅异质结太阳电池串：将异质结太阳电池切成半片，进行焊接串并联，所述焊接可以采用手工焊接或红外机器焊接，焊接底板加热温度150-160℃, 焊接温度230℃, 时间2-5s。所述金属焊带为可以为常规锡铅焊带，也可以为锡铅柲、锡柲银、锡柲制等低温合金涂层焊带，焊带形状为圆形、扁平、三角，但不限于该焊带形状。作为优选，电池焊接采用红外灯管机器焊接，焊接底板加热温度150℃, 焊接温度200℃, 时间2s,所采用的焊带为铜带包覆有锡铅柲低温合金的焊带；
3）铺设组件封装材料形成堆叠物，如图2所示，所述堆叠物从下到上依次是正面封装玻璃、封装胶膜、硅异质结太阳电池串、封装胶膜、背板或背面封装玻璃；铺设正面封装玻璃、封装胶膜，在封装胶膜上定位摆放硅异质结太阳电池串，并采用汇流条进行电池串的串并联，共有三组汇流条。然后在硅异质结太阳电池串上依次铺放封装胶膜，背板或背面封装玻璃。其中，正面封装玻璃或背面封装玻璃为钢化玻璃、半钢化玻璃或常规玻璃，所述正面封装玻璃或背面封装玻璃的厚度为0.2-0.4mm, 玻璃可以具有压花锁膜超白特性或没有此特性；封装胶膜的材质包括乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯—辛烯共聚物(POE)和热塑性聚烯轻(TPO)中的至少一种；背板为白色背板、黑色背板或透明背板；
4）为了解决层压机内存在的连续暗态高温环境导致的衰减问题，将所述电源装置的正负极分别连接到三组汇流条引出线上，如图4所示，设定电源装置的输出电流为8A；设定断电温度为65℃；
5）上述连接电源的堆叠物放入层压机中，完成层压工艺；层压温度控制在150℃；对上真空室和下真空室进行抽真空，抽真空时间8min；对上真空室进行充气，下真空室保持真空状态，使上真空室对下真空室保持50KPa的压差，层压时间30min；对上真空室进行抽真空，对下真空室进行充气至大气压；
6）取出层压件，当组件温度降低至设定断电温度后，所用电源装置自动断电；将电源装置卸载，并将异质结组件继续完成后续组装工序，形成异质结组件成品。
7）按此工艺处理5块组件，对所得组件量测其功率数据，实验测得数据见表1。
实施例2
本实施例涉及一种光伏组件的加工方法，本实施例与实施例1的不同之处在于,在步骤1）中，异质结太阳能电池片不经过光注入处理。按此工艺处理5块组件，对所得组件量测其功率数据，实验测得数据见表1。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于,在步骤2）中，异质结太阳能电池片不经过切片，通过整片电池片进行串焊，组件外形如图3所示。按此工艺处理5块组件，对所得组件量测其功率数据，实验测得数据见表1。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于,在步骤4）中，异质结太阳能电池组件堆叠层的汇流条引出线有一组，将所述电源装置的一组正负极连接到一组汇流条引出线上，如图5所示。按此工艺处理5块组件，对所得组件量测其功率数据，实验测得数据见表1。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于,在步骤4）中设定电源装置的输出电流为10A。按此工艺处理5块组件，对所得组件量测其功率数据，实验测得数据见表1。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处在于,在步骤4）中设定电源装置的断电温度为60℃。按此工艺处理5块组件，对所得组件量测其功率数据，实验测得数据见表1。
实施例7
本实施例与实施例1的不同之处在于，所用电源装置为固定在层压机台上的外接电源，通过导电线将电源装置的正负极分别连接到三组汇流条引出线上。按此工艺处理5块组件，对所得组件量测其功率数据，实验测得数据见表1。
对比例1
本对比例选用和实施例1一致的异质结电池及效率档位，制备组件时不经过本专利所述电源装置处理，具体组件制备方法为：
1）首先制备异质结太阳能电池
以166尺寸N型单晶硅片为衬底，制备背发射异质结太阳能电池，正面为n型，背面为p型，从光入射的正面到背面依次为：正面金属栅线电极、透明导电氧化物(TCO)层、N型非晶硅层(n-Si：H)、本征非晶硅层(i-Si：H)、N型晶体硅(c-Si)、本征非晶硅层(i-Si：H)、P型非晶硅层(p- Si：H)、透明导电氧化物(TCO)层、背面金属栅线电极，电池结构参见图1。将得到的硅异质结太阳电池进行光注入处理，此步骤可以提升电池片的转换效率。
2）将硅异质结太阳电池进行串并联形成硅异质结太阳电池串：将异质结太阳电池切成半片，进行焊接串并联，所述焊接可以采用手工焊接或红外机器焊接，焊接底板加热温度150-160℃, 焊接温度230℃, 时间2-5s。所述金属焊带为可以为常规锡铅焊带，也可以为锡铅柲、锡柲银、锡柲制等低温合金涂层焊带，焊带形状为圆形、扁平、三角，但不限于该焊带形状。作为优选，电池焊接采用红外灯管机器焊接，焊接底板加热温度150℃, 焊接温度200℃, 时间2s,所采用的焊带为铜带包覆有锡铅柲低温合金的焊带；
3）铺设组件封装材料形成堆叠物，如图2所示，所述堆叠物从下到上依次是正面封装玻璃、封装胶膜、硅异质结太阳电池串、封装胶膜、背板或背面封装玻璃；铺设正面封装玻璃、封装胶膜，在封装胶膜上定位摆放硅异质结太阳电池串，并采用汇流条进行电池串的串并联，共有三组汇流条。然后在硅异质结太阳电池串上依次铺放封装胶膜，背板或背面封装玻璃。其中，正面封装玻璃或背面封装玻璃为钢化玻璃、半钢化玻璃或常规玻璃，所述正面封装玻璃或背面封装玻璃的厚度为0.2-0.4mm, 玻璃可以具有压花锁膜超白特性或没有此特性；封装胶膜的材质包括乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯—辛烯共聚物(POE)和热塑性聚烯轻(TPO)中的至少一种；背板为白色背板、黑色背板或透明背板；
4）上述堆叠物放入层压机中，完成层压工艺；层压温度控制在150℃；对上真空室和下真空室进行抽真空，抽真空时间8min；对上真空室进行充气，下真空室保持真空状态，使上真空室对下真空室保持50KPa的压差，层压时间30min；对上真空室进行抽真空，对下真空室进行充气至大气压；
5）取出层压件，并将异质结组件继续完成后续组装工序，形成异质结组件成品。
6）按此工艺处理5块组件，对所得组件量测其功率数据，实验测得数据见表1。
对比例2
本对比例是为了论证温控模块存在的必要性，本对比例与对实施例1的不同之处在于,在步骤6）中，取出层压件后，立即将电源装置断电卸载，并将异质结组件继续完成后续组装工序，形成异质结组件成品。按此工艺处理5块组件，对所得组件量测其功率数据，实验测得数据见表1。
对比例3
本对比例与对比例1的不同之处在于,在步骤2）中，异质结太阳能电池片不经过切片，通过整片电池片进行串焊，组件外形如图3所示。按此工艺处理5块组件，对所得组件量测其功率数据，实验测得数据见表1。
表1
Figure 596081DEST_PATH_IMAGE001
表1给出了实施例1-7、对比例1-3相应的组件功率数据。表1中所示：PM为组件的功率（W），Voc为开路电压（V），Vpm为最大工作电压（V），Isc为短路电流（mA），Ipm为最大工作电压（V），FF为组件的填充因子（%）。从测试数据可以看出，实施例1-2、实施例4-7与对比组1相比，组件功率均值可以提升5W左右，主要来自Voc和FF的显著提升。实施例3与对比组3相比，同样存在功率提升的优势。对比组2与对比组1相比，在堆叠物进行层压过程中增加了电源连接装置，但是缺少实施例中的温控模块，对比组2中的层压件出层压机后立即将电源断电卸载（此时层压件的温度有70-100℃）。从测试数据上看，对比组2与对比组1的组件功率接近，没有起到预防衰减、功率提升的效果，也就是说，只连接电源，而不连接温控模块进行冷却降温期间电流控制，并不能解决异质结电池组件高温条件下的低光强/暗态衰减问题，证实了本发明中温控模块存在的必要性。也就是说，本发明提出的装置和异质结电池组件的制备方法，可以消除高温暗态对异质结电池效率恶化的影响，实现组件功率提升，收益非常可观。
另外，本实施例还提供一种光伏组件，该光伏组件通过上述实施例1-7中的任意一个所制备出来，由于具体该光伏组件具体的结构以及加工方法在上述实施例中已经详细的阐述过，故在此不再赘述。
总上所述，本发明提供一种光伏组件、光伏组件的加工装置以及加工工艺不仅能够最大限度地解决异质结电池组件高温条件下的低光强/暗态衰减问题，而且能实现组件功率提升，同时，还能减少后续使用过程中因缺陷复合导致的衰减情况。有以上实施例可以看出，使用所述电源装置后，组件功率增益明显，收益可观。本发明提出的装置具有低投入、高回报、兼容性强、可靠性高的特点。本专利所述的提升异质结组件功率的装置及通过所述装置制备光伏组件的方法不仅适用于异质结电池组件，还适用于异质结-IBC结构电池组件、IBC、TOPCON、PERC等其他光伏产品上。
应指出的是，以上描述中包括的大量细节仅是对本发明的示例性说明，而不是对本发明的限制。在本发明的其他实施例中，该方法可具有更多、更少或不同的步骤，且各步骤之间的顺序、包含、功能等关系可以与所描述和图示的不同。

Claims (10)

1.一种光伏组件的加工装置，其特征在于，包括：
电源装置，所述电源装置用于输出直流电流，所述电源装置上设有至少一组正负极；以及
至少两根导电线，所述导电线用于连接电源装置和待处理组件，每根导电线分别与所述正负极连接；以及
温感控制模组，用于检测待处理组件以及电源装置的温度，并根据检测的温度与设定温度进行对比从而对所述电源装置的输出电流进行调节。
2.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，所述电源装置的输出电压为10-380V，输出电流0.5-20A。
3.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于：所述温感控制模组的设定温度为40-320℃。
4.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，还包括：隔热保温模组，所述隔热保温模组用于承装、包裹所述电源装置、导电线和温感控制模组。
5.一种光伏组件的加工方法，其特征在于，包括：
将多个太阳电池进行串并联形成电池串；
在所述电池串上下铺设组件封装材料，经过校准定位形成堆叠物，并焊接组件汇流条；所述堆叠物从下到上依次是正面封装玻璃、封装胶膜、硅异质结太阳电池串、封装胶膜、背板或背面封装玻璃；
将权利要求1-3中任意一项所述的电源装置的正负极连接到汇流条引出线上；
将连接电源的堆叠物放入层压机中，完成层压工艺；在层压过程中，层压加热温度为40-320℃，层压时间5-100min，当权利要求1-3中任意一项所述温感控制模组检测到堆叠物的温度不在该范围时，控制所述电源装置断电；
将电源装置卸载，并将光伏组件继续完成后续组装工序，形成光伏组件成品。
6.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于：所述太阳能电池包括但不限于异质结太阳能电池，包括基底为N型的太阳能电池和基底为P型的太阳能电池。
7.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于：所述太阳能电池的正面封装玻璃或背面封装玻璃为钢化玻璃、半钢化玻璃或常规玻璃中的一种或多种，所述正面封装玻璃或背面封装玻璃的厚度为0.2-4mm。
8.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于：所述串并联方式包括焊接、导电胶粘结、导电胶膜粘结、smartwire和叠瓦串联中的一种或多种。
9.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于：所述封装胶膜的材质包括乙烯醋酸乙烯共聚物、乙烯—辛烯共聚物和热塑性聚烯轻中的一种或多种；所述背板为白色背板、黑色背板或透明背板中的一种或多种。
10.一种光伏组件，其特征在于：所述光伏组件由权利要求5-9中任意一项所述的光伏组件的加工方法加工而成。
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