光伏硅片、电池、组件的整体制造流程与主要材料介绍
电池组件是光伏发电系统最重要的组成部件，它主要由电池片、玻璃、EVA胶膜、光伏背板、铝合金边框、接线盒等组成，这些材料和部件对电池组件的质量、性能和使用寿命影响都很大。另外，电池组件在整个光伏发电系统中的成本，占到光伏发电系统建设总成本的50％以上，而且电池组件的质量好坏，直接关系到整个光伏发电系统的质量、发电效率、发电量、使用寿命、收益率等。因此了解构成电池组件的各种原材料和部件的技术特性，熟悉电池组件的制造工艺技术和生产流程非常重要。
![]()
一、 电池组件的主要原材料及部件
为便于大家对电池组件有更多的了解，下面就生产制造电池组件所需的主要原材料及部件的构成、性能参数和基本要求等分别进行介绍。
硅电池片
硅电池片的基片材料是P型的单晶硅或多晶硅，它通过专用切割设备将单晶硅或多晶硅硅棒切割成厚度为180μm左右的硅片后，再经过一系列的加工工序制作而成，硅电池片的生产工艺流程如图2-18所示。
![]()
图2-18 硅电池片的生产工艺流程
（1）硅电池片的特点
硅电池片是电池组件中的主要材料。合格的硅电池片应具有以下特点。
① 具有稳定高效的光电转换效率，可靠性高。
② 采用先进的扩散技术，保证片内各处转换效率的均匀性。
③ 运用先进的PECVD成膜技术，在电池片表面镀上深蓝色的氮化硅减反射膜，颜色均匀美观。
④ 应用高品质的银和银铝金属浆料制作背场和栅线电极，确保良好的导电性、可靠的附着力和很好的电极可焊性。
![]()
⑤ 高精度的丝网印刷图形和高平整度，使得电池片易于自动焊接和激光切割。
（2）硅电池片的分类及外观结构
硅电池片按用途可分为地面用晶体硅电池、海上用晶体硅电池和空间用晶体硅电池，按基片材料的不同分为单晶硅电池和多晶硅电池。硅电池片常见的规格尺寸有125mm×125mm、156mm×156mm、156.75mm×156.75mm等，目前主流应用的大部分是156.75mm×156.75mm的，电池片厚度一般在180～200μm。
从图2-19中可以看到，电池片表面有一层蓝色的减反射膜，还有银白色的电极栅线。其中很多条细的栅线，是电池片表面电极向主栅线汇总的引线，几条宽一点的银白线就是主栅线，也叫电极线或上电极（目前在生产的有4条、5条甚至12条主栅线的电池片）。电池片的背面也有几条与正面相应的间断银白色的主栅线，叫作下电极或背电极。
电池片与电池片之间的连接，就是把互连条焊接到主栅线上实现的。一般正面的电极线是电池片的负极线，背面的电极线是电池片的正极线。太阳电池无论面积大小（整片或切割成小片），单片的正负极间输出峰值电压都是在0.52～0.56V。而电池片的面积大小与输出电流和发电功率成正比，面积越大，输出电流和发电功率越大。
（3）单晶硅与多晶硅电池片的区别
由于单晶硅电池片和多晶硅电池片前期生产工艺的不同，它们从外观到电性能都有一些区别。从外观上看，单晶硅电池片四个角呈圆弧缺角状，表面没有花纹；多晶硅电池片四个角为方角，表面有类似冰花一样的花纹。单晶硅电池片减反射膜绒面表面颜色一般呈现为黑蓝色，多晶硅电池片减反射膜绒面表面颜色一般呈现为蓝色。
对于使用者来说，相同转换效率的单晶硅电池和多晶硅电池是没有太大区别的。单晶硅电池和多晶硅电池的寿命和稳定性都很好。虽然单晶硅电池的平均转换效率比多晶硅电池的平均转换效率高1％左右，但是由于单晶硅太阳电池只能做成准正方形（4个角是圆弧），当组成电池组件时就有一部分面积填不满，而多晶硅电池片是正方形，不存在这个问题，因此对于光伏电池组件的效率来讲几乎是一样的。
另外，由于两种电池材料的制造工艺不一样，多晶硅电池制造过程中消耗的能量要比单晶硅电池少30％左右，所以过去几年多晶硅电池占全球电池总产量的份额越来越大，制造成本也大大小于单晶硅电池，从生产工艺角度看，使用多晶硅电池更节能、更环保。
随着多晶硅电池片制造技术的不断发展，多晶硅电池片的转换效率已经从目前的17％～17.5％，提高到18％以上，也成为高效电池片。该高效多晶电池片与传统的多晶电池片相比，除了表面颜色变成了黑色以为，外观上看不出其它差异。但实际上，这种电池片比传统的电池片，效率高出0.3％～0.7％，而原有多晶硅电池片生产技术，想让其效率提高0.1％都难度很大。
高效多晶电池片的技术原理，就是将原有电池表面较大尺寸的凹坑经过化学刻蚀的方法处理成许多细小的小坑，即在原有电池的纳米结构上生成纳米尺寸小孔，让电池表面的反射率从原来的15％降到5％左右。对太阳光的利用率提高，电池的效率自然也就提升了。通过化学反应后得到的电池片材料在外观上呈现黑色，故得名“黑硅”，该项技术也被称为黑硅技术。
尽管如此，从目前的制造技术看，多晶硅电池片的转换效率已经接近实验室水平，要达到18.5％以上比较困难，上升空间有限。而随着单晶硅电池片制造技术的不断改进，P型和N型单晶硅电池片的转换效率已分别达到19％～19.5％和21％～24％的水平，转换效率的提高，使单晶硅电池片的制造成本逐渐下降，到目前已经基本与多晶硅电池持平，单晶硅电池在光伏发电系统（电站）的发电量、发电成本和发电收益率等方面的优势将逐步显现出来。
根据测算，按照目前行业普遍承诺的25年使用年限来计算，一个相同规模的光伏电站，使用单晶硅电池组件比使用多晶硅电池组件要多13.4％的发电收益。尽管目前每瓦单晶硅电池组件比多晶硅电池组件成本高5％左右，但由于单晶硅组件发电效率高，同样的装机容量占地面积小，基础、支架、电缆等系统周边器材使用量也相应减少，二者的综合投入成本基本相当。在光伏发电系统设计中选择多晶硅电池组件或单晶硅电池组件，与年发电量及投资收益率大小的分析，请参看本章中有关电池组件选型的内容。
（4）硅电池片的等效电路分析
硅电池片的内部等效电路如图2-20所示。为便于理解，我们可以形象地把太阳电池的内部看成是一个光电池和一个硅二极管的复合体，既在光电池的两端并联了一个处于正偏置的二极管，同时电池内部还有串联电阻和并联电阻的存在。由于二极管存在，在外电压的作用下，会产生通过二极管P-N结的漏电流Id，这个电流与光生电流的方向相反，因此会抵消小部分光生电流。
串联电阻主要是由半导体材料本身的体电阻、扩散层横向电阻、金属电极与电池片体的接触电阻及金属电极本身的电阻几部分组成，其中扩散层横向电阻是串联电阻的主要形式。正常电池片的串联电阻一般小于1Ω。并联电阻又称旁路电阻，主要是由于半导体晶体缺陷引起的边缘漏电、电池表面污染等使一部分本来应该通过负载的电流短路形成电流Ir，相当于有一个并联电阻的作用，因此在电路中等效为并联电阻，并联电阻的阻值一般为几千欧。
通过分析说明，光伏电池的串联电阻越小，旁路电阻越大，就越接近于理想的电池，该电池的性能就越好。
![]()
图2-20 光伏电池的等效电路
（5）硅电池片的主要性能参数
硅电池片的性能参数主要有：短路电流、开路电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子、转换效率等。
① 短路电流（Isc）：当将电池片的正负极短路，使U=0时，此时的电流就是电池片的短路电流，短路电流的单位是A（安培），短路电流随着光强的变化而变化。
② 开路电压（Uoc）：当将电池片的正负极不接负载，使I=0时，此时太阳电池正负极间的电压就是开路电压，开路电压的单位是V（伏特），单片太阳电池的开路电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.6～0.7V，当用多个电池片串联连接的时候可以获得较高的电压。
③ 峰值电流（Im）：峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电流。峰值电流是指太阳电池片输出最大功率时的工作电流，峰值电流的单位是A。
④ 峰值电压（Um）：峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电压。峰值电压是指太阳电池片输出最大功率时的工作电压，峰值电压的单位是V。峰值电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.5～0.55V。
⑤ 峰值功率（Pm）：峰值功率也叫最大输出功率或最佳输出功率。峰值功率是指太阳电池片正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积：Pm=Im×Um。峰值功率的单位是Wp（峰瓦）。太阳电池的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和电池片的工作温度，因此太阳电池的测量要在标准条件下进行，测量标准为欧洲委员会的101号标准，其条件是辐照度1kW/m2、光谱AM1.5、测试温度25℃。
⑥ 填充因子（FF）：填充因子也叫曲线因子，是指图2-21中阴影部分的矩形面积（Im×Um）与虚线部分的矩形面积（Isc×Uoc）之比，也就是电池片的峰值输出功率与开路电压和短路电流乘积的比值：FF=Pm/Isc×Uoc。填充因子是一个无单位的量，是评价和衡量电池输出特性好坏的一个重要参数，它的值越高，表明太阳电池输出特性越趋于矩形，太阳电池的光电转换效率越高。
太阳电池内部的串、并联电阻对填充因子有较大影响，太阳电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充因子的系数越大。填充因子的系数一般在0.7～0.85，也可以用百分数表示。
⑦ 转换效率（η）：电池片的转换效率用来表示照射在电池表面的光能量转换成电能量的大小，一般用输出能量与入射能量的比值来表示，也就是指电池受光照时的最大输出功率与照射到电池上的太阳能量功率的比值。即：
η=Pm（电池片的峰值功率）/A（电池片的面积）×Pin（单位面积的入射光功率），其中Pin=1000W/m2=100mW/cm2。
（6）常见硅电池片产品的典型性能参数
常见硅电池片产品的典型性能参数如表2-2、表2-3、表2-4所示。
表2-2 125×125单晶硅电池片典型性能参数（##代表不同生产厂家的代号）
![]()
表2-3 156.75×156.75单晶硅电池片典型性能参数（##代表不同生产厂家的代号）
![]()
表2-4 156.75×156.75多晶硅电池片典型性能参数（##代表不同生产厂家的代号）
![]()
2. 面板玻璃
电池组件采用的面板玻璃是低铁超白绒面或光面钢化玻璃。一般厚度为3.2mm和4mm，建材型电池组件有时要用到5～10mm厚度的钢化玻璃。无论厚薄都要求透光率在91％以上，光谱响应的波长范围为320～1100nm，对大于1200nm的红外光有较高的反射率。
低铁超白就是说这种玻璃的含铁量比普通玻璃要低，含铁量（三氧化二铁）≤150ppm，从而增加了玻璃的透光率。同时从玻璃边缘看，这种玻璃也比普通玻璃白，普通玻璃从边缘看是偏绿色的。
绒面的意思就是说这种玻璃为了减少阳光的反射，在其表面通过物理和化学方法进行减反射处理，使玻璃表面成了绒毛状，从而增加了光线的入射量。有些厂家还利用溶胶凝胶纳米材料和精密涂布技术（如磁控喷溅法、双面浸泡法等技术），在玻璃表面涂布一层含纳米材料的薄膜，这种镀膜玻璃不仅可以显著增加面板玻璃的透光率（2％以上），还可以显著减少光线反射，而且还有自洁功能，可以减少雨水、灰尘等对电池板表面的污染，保持清洁，减少光衰，并提高发电率1.5％～3％。
钢化处理是为了增加玻璃的强度，抵御风沙冰雹的冲击，起到长期保护太阳电池的作用。面板玻璃的钢化处理，是通过水平钢化炉将玻璃加热到700℃左右，利用冷风将其快速均匀冷却，使其表面形成均匀的压应力，而内部则形成张应力，有效提高了玻璃的抗弯和抗冲击性能。对面板玻璃进行钢化处理后，玻璃的强度比普通玻璃可提高4～5倍。
3. EVA胶膜
EVA胶膜是乙烯与醋酸乙烯脂的共聚物，是一种热固性的膜状热熔胶，在常温下无黏性，经过一定条件热压便发生熔融黏结与交联固化，变得完全透明，是目前电池组件封装中普遍使用的黏结材料，EVA胶膜的外形如图2-21所示。太阳电池组件中要加入两层EVA胶膜，两层EVA胶膜夹在面板玻璃、电池片和TPT背板膜之间，将玻璃、电池片和TPT粘接在一起。它和玻璃粘合后能提高玻璃的透光率，起到增透的作用，并对电池组件的功率输出有增益作用。
EVA胶膜具有表面平整、厚度均匀、透明度高、柔性好，热熔粘接性、熔融流动性好，常温下不粘连、易切割、价格较廉等优点。EVA胶膜内含交联剂，能在150℃的固化温度下交联，采用挤压成型工艺形成稳定的胶层。其厚度一般在0.2～0.8mm，常用厚度为0.46mm和0.5mm。
EVA的性能主要取决于其分子量与醋酸乙烯脂的含量，不同的温度对EVA的交联度有比较大的影响，而EVA的交联度直接影响组件的性能和使用寿命。
在熔融状态下，EVA胶膜与太阳电池片、面板玻璃、TPT背板材料产生黏合，此过程既有物理的黏结也有化学的键合作用。为提高EVA的性能，一般都要通过化学交联的方式对EVA进行改性处理，具体方法是在EVA中添加有机过氧化物交联剂，当EVA加热到一定温度时，交联剂分解产生自由基，引发EVA分子之间的结合，形成三维网状结构，导致EVA胶层交联固化，当交联度达到60％以上时能承受正常大气压的变化，同时不再发生热胀冷缩。因此EVA胶膜能有效的保护电池片，防止外界环境对电池片的电性能造成影响，增强电池组件的透光性。
EVA胶膜在电池组件中不仅是起粘接密封作用，而且对太阳电池的质量与寿命起着至关重要的作用。因此用于组件封装的EVA胶膜必须满足以下主要性能指标。
（1）固化条件：快速固化型胶膜，加热至135～140℃，恒温15～20min；常规型胶膜，加热至145℃，恒温30min。
（2）透光率：大于90％。
（3）交联度：快速固化型胶膜大于70％，常规型胶膜大于75％。
（4）剥离强度：玻璃/胶膜大于30 N/cm，TPT/胶膜大于20 N/cm。
（5）耐温性：高温85℃，低温−40℃，不热胀冷缩，尺寸稳定性较好。
（6）耐紫外光老化性能（1000h，83℃）：黄变指数小于2，长时间紫外线照射下不龟裂、不老化、不黄变。
（7）耐热老化性能（1000h，85℃）：黄变指数小于3。
（8）湿热老化性能（1000h，相对湿度90％，85℃）：黄变指数小于3。
为使EVA胶膜在电池组件中充分发挥应有的作用，在使用过程中，要注意防潮防尘，避免与带色物体接触；不要将脱去外包装的整卷胶膜暴露在空气中；分切成片的胶膜如不能当天用完，应遮盖紧密。EVA胶膜若吸潮，会影响胶膜和玻璃的粘接力；若吸尘，会影响透光率；和带色、不洁的物体接触，由于EVA胶膜的吸附能力强，容易被污染。
4. 背板材料
根据电池组件使用要求的不同，背板材料可以有多种选择。一般有钢化玻璃、有机玻璃、铝合金、TPT类复合胶膜等。钢化玻璃背板主要用于制作双面透光建材型的电池组件，用于光伏幕墙、光伏屋顶等，价格较高，组件重量也大。除此以外目前使用最广的就是TPT复合膜。通常见到的电池组件背面的白色覆盖物大多就是这类复合膜，外形如图2-22所示。根据电池组件使用要求的不同，背板膜可以有多种选择。背板膜主要分为含氟背板与不含氟背板两大类。
其中含氟背板又分双面含氟（如TPT、KPK等）与单面含氟（如TPE、KPE等）两种；而不含氟的背板则多通过胶黏剂将多层PET胶粘接复合而成。目前，电池组件的使用寿命要求为25年，而背板作为直接与外环境大面积接触的光伏封装材料，应具备卓越的耐长期老化（湿热、干热、紫外）、耐电气绝缘、水蒸气阻隔等性能。
因此，如果背板膜在耐老化、耐绝缘、耐水气等方面无法满足电池组件25年的环境考验，最终将导致太阳电池的可靠性、稳定性与耐久性无法得到保障，使电池组件在普通气候环境下使用8～10年或在特殊环境状况下（高原、海岛、湿地）下使用5～8年即出现脱层、龟裂、起泡、黄变等不良状况，造成电池模块脱落、电池片移滑、电池有效输出功率降低等现象；更危险的是电池组件会在较低电压和电流值的情况下出现电打弧现象，引起电池组件燃烧并促发火灾，造成人员安全损害和财产损失。
目前，有些背板膜和组件生产企业考虑到双面含氟材料给整个背板膜和组件产品造成的成本压力，采用了EVA材料（或其他烯烃聚合物）替代双面含氟的“氟材料—聚酯—氟材料”结构的背板膜内层的氟材料，推出了由“氟材料—聚酯—EVA”三层材料构成的单面含氟的复合胶膜。
此类结构的背膜在与组件封装用的EVA胶膜黏结后，由于其光照面无对背板膜的PET主体基材进行有效保护的含氟材料，组件安装后背膜无法经受长期的紫外线照射，在几年之内组件就会出现背膜变黄、脆化老化等不良现象，严重影响组件的长期发电效能。但由于这类背板膜少用一层氟材料，其性能虽然不及TPT，但成本约为TPT的2/3，与EVA黏合性能也较好，故常用于一些小组件的封装。
TPT（KPK）是“氟膜—聚酯（PET）薄膜—氟膜”复合材料的简称。这种复合膜集合了“塑料王”氟塑料的耐老化、耐腐蚀、防潮抗湿性好的优点，和聚酯薄膜优异的机械性能、高绝缘性能和水汽阻隔性能，因此复合而成的TPT（KPK）胶膜具有不透气、强度好、耐候性好、使用寿命长、层压温度下不起任何变化、与粘接材料结合牢固等特点。这些特点正适合封装光伏电池组件，作为电池组件的背板材料能够有效地防止各种介质尤其是水、氧、腐蚀性气体等对EVA和电池片的侵蚀与影响。
常见复合材料除TPT（KPK）以外，还有TAT（即Tedlar与铝膜（aluminum）的复合膜）和TIT（即Tedlar与铁膜（iron）的复合膜）等中间带有金属膜夹层结构的复合膜。这些复合膜具有高强、阻燃、耐久、自洁、散热好等特性，白色的复合膜还可对阳光起反射作用，能提高电池组件的转换效率，且对红外线也有较强的反射性能，可降低电池组件在强阳光下的工作温度。
目前，双面含氟背板根据生产工艺的不同分为覆膜型和涂覆型两大类，覆膜型背板是将PVF（聚氟乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）、ECTFE（三氟氯乙烯-乙烯共聚物）和THV（四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物）等氟塑料膜通过胶黏剂与作为基材的PET聚酯胶膜粘接复合而成。而涂覆型背板是以含氟树脂如PTFE（聚四氟乙烯）树脂、CTFE（三氟氯乙烯）树脂、PVDF树脂和FEVE（氟乙烯-乙烯基醚共聚物）为主体树脂的涂料采用涂覆方式涂覆在PET聚酯胶膜上复合固化而成。
常用TPT（KPK）覆膜背板的基本性能指标如表2-5所示，供参考。
表2-5 常用TPT（KPK）覆膜背板基本性能指标性能指标
![]()
5. 铝合金边框
电池组件的边框材料主要采用铝合金，也有用不锈钢和增强塑料的。电池组件安装边框主要作用：一是为了保护层压后的组件玻璃边缘；二是结合硅胶打边加强了组件的密封性能；三是大大提高电池组件整体的机械强度；四是方便电池组件的运输、安装。电池组件无论是单独安装还是组成光伏方阵都要通过边框与电池组件支架固定。一般都是在边框适当部位打孔，同时支架的对应部位也打孔，然后通过螺栓固定连接，也有通过专用压块压在组件边框进行固定。
铝合金边框材料一般采用国际通用牌号为6063T6的铝合金材料，其成分构成如表2-6所示。电池组件边框的铝合金材料表面通常要进行表面氧化处理，氧化处理分为阳极氧化、喷砂氧化和电泳氧化三种。
表2-6 铝合金边框材料成分构成表
![]()
阳极氧化是对铝合金材料的电化学氧化，是将铝合金的型材作为阳极置于相应电解液（如硫酸、铬酸、草酸等）中，在特定条件和外加电流作用下，进行电解。阳极的铝合金氧化，表面上形成氧化铝薄膜层，其厚度为5～20μm，硬质阳极氧化膜可达6～200μm。金属氧化物薄膜改变了铝合金型材的表面状态和性能，如改变表面着色，提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面等。
喷砂氧化是将铝合金型材经喷砂处理，表面的氧化物全被处理，并经过喷砂撞击后，表面层金属被压迫而致密排列，且金属晶体变小，在铝合金表面形成牢固致密、硬度较高的氧化层。
电泳氧化就是利用电解原理在铝合金表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀时，镀层金属做阳极，被氧化成阳离子进入电镀液；待镀的铝合金制品做阴极，镀层金属的阳离子在铝合金表面被还原形成镀层。为排除其他阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。
电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸。电镀能增强金属的抗腐蚀性（镀层金属多采用耐腐蚀的金属）、增加硬度、防止磨耗，增强了铝合金型材的润滑性、耐热性和表面美观性。来源出版社人民邮电出版社有限公司作者李钟实。
铝合金边框型材常用规格有17mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm等，部分铝合金边框及角铝外形如图2-19所示。铝合金边框的四个角有两种固定方法，一种是在框架四个角中插入齿状角铝（俗称角码），然后用专用撞角机撞击固定或用自动组框机组合固定；另一种方法是用不锈钢螺栓对边框四角进行固定。图2-24、图2-25是常用铝合金边框型材的规格尺寸。
![]()
图2-24 角铝镶嵌式边框铝型材规格尺寸
![]()
图2-25 螺栓固定式边框铝型材规格尺寸
铝合金型材边框应放在恒温、恒湿的仓库内储存，其储存温度在20～30℃，相对湿度小于60％。要避免阳光直照和风吹。保存时间最长不超过一年。
6. 接线盒
接线盒是电池组件内部输出线路与外部线路连接的部件，常用接线盒外形如图2-26所示。从电池板内引出的正负极汇流条（较宽的互连条），进入接线盒内，插接或用焊锡焊接到接线盒中的相应位置，外引线也通过插接、焊接和螺丝压接等方法与接线盒连接。接线盒内还留有旁路二极管的安装位置或直接安装有旁路二极管，用以对电池组件进行旁路保护。接线盒除了上述作用以外，还要最大限度地减少其本身对电池组件输出功率的消耗，最大限度地减少本身发热对电池组件转换效率造成的影响，最大限度地提高电池组件的安全性和可靠性。
有些接线盒还直接带有输出电缆引线和电缆连接器插头，方便电池组件或方阵的快速连接。当引线长度不够时，还可以使用带连接器插头的延长电缆进行连接。
除了规格尺寸外接线盒的规格型号还包括适用功率范围，选用时要和组件功率的大小相匹配，另外还要结合组件的引出线数量（是两条、三条或四条）以及是否接旁路二极管等来确定所采用接线盒的规格尺寸和内部构造。
在电池组件生产中，为了保证电池组件的性能和效率，选择接线盒时不仅仅要选择接线盒的规格尺寸、承载功率、工作电流和工作电压等，还要考虑接线盒本身的接触电阻和散热性能以及接线盒内旁路二极管的导通压降、结点温度、热阻系数等。下面分析接线盒各种性能参数对电池组件性能的影响，供选择应用时参考。
① 接线盒连接接触电阻对电池组件输出功率的影响。目前，电池组件的引线和接线盒的连接以及旁路二极管与接线盒的连接方式大部分采用压接方式，这种方式会产生较大的接触电阻，因而要消耗一小部分组件的输出功率，同时产生一定的热量。
由于接线盒正好安装在电池组件某一两片电池片的背面，接触电阻所产生的热量以及旁路二极管工作时所产生的热量，一部分通过接线盒向空气中散发，另一部分热量传递到了背靠的电池片上。电池片的转换效率随着温度的升高而降低，温度每升高10℃，转换效率就降低5％，由于电池组件的电池片一般都是串联连接，某一两片电池片转换效率降低势必造成整个组件输出功率的减少。
另外，随着电池组件使用年限的增长，压接部位的电镀层可能会出现锈蚀、脱皮等现象（表面镀镍的保证年限一般为15～20年），这样会导致接触电阻的不断增加、功耗增加、电池转换效率降低，加剧输出功率的下降。因此选择接线盒时最好选用焊接连接（也叫欧姆连接）方式的产品。
② 接线盒旁路二极管的导通压降对电池组件输出功率的影响。二极管中不但存在着PN结电阻，而且存在着结电容等等，因此二极管在导通时会产生一定的正向电压降。不同型号的二极管正向压降是不一样的，一般小功率肖特基二极管的正向压降在0.3V左右，大功率肖特基二极管的正向压降在0.55V左右，而普通整流二极管的正向压降都在0.7～0.9V。由于不同的二极管正向压降差别较大，因此当旁路二极管工作时，对电池组件所产生的功率消耗也有较大差别。例如，某电池组件使用156×156的电池片，其电流是8A的话，上述三种二极管如果被旁路工作，则产生的功耗分别为：
小功率肖特基二极管P=IU=8×0.3=2.4W
大功率肖特基二极管P=IU=8×0.55=4.4W
普通整流二极管P=IU=8×（0.7～0.9）=5.6～7.2W
由此可见，尽管二极管导通的正向压降最大只差0.6V，但功耗可差了4～5W。
③ 接线盒旁路二极管结点温度对电池组件可靠性的影响。旁路二极管的结点温度越高，说明二极管的工作温度越高，其安全性、可靠性越好。因此，在选用接线盒时，要选用结点温度高的二极管产品。
④ 接线盒的散热性对电池组件的影响。前面已经说过温度对电池片转换效率的影响，因此在选择接线盒时，不但要求接线盒内的二极管热阻系数要小，而且还要选择散热性好的接线盒。目前，有些厂家已经开发出了铝合金接线盒、集成汇流带式接线盒等，其散热性较好。特别是集成汇流带式接线盒，由于采用印制电路板结构，电路板的线路铜箔导热性非常好，很容易散发热量，且在安装时不和电池片重叠，热量不容易传递到电池片上，使热量对电池组件的影响减少到最小。电池组件接线盒中常用的旁路二极管性能参数见表2-7。
表2-7 电池组件接线盒常用旁路二极管性能参数
![]()
7. 互连条
互连条也叫涂锡铜带、涂锡带，宽一些的互连条也叫汇流条，外形如图2-27所示。它是电池组件中电池片与电池片连接的专用引线。它以纯铜铜带为基础，在铜带表面均匀的涂镀了一层焊锡。纯铜铜带是含铜量99.99％的无氧铜或紫铜，焊锡涂层成分分为含铅焊锡和无铅焊锡两种，焊锡单面涂层厚度为0.01～0.05mm，熔点为160～230℃，要求涂层均匀，表面光亮、平整。互连条的规格根据其宽度和厚度的不同有20多种，宽度可从0.08mm到30mm，厚度可从0.04mm到0.8mm。
8. 有机硅胶
有机硅胶是一种具有特殊结构的密封胶材料，具有较好的耐老化、耐高低温、耐紫外线性能，抗氧化、抗冲击、防污防水、高绝缘；主要用于电池组件边框的密封，接线盒与电池组件的粘接密封，接线盒的浇注与灌封等。有机硅胶固化后将形成高强度的弹性橡胶体，在外力的作用下具有变形的能力，外力去除后又恢复原来的形状。因此，电池组件采用有机硅胶密封，将兼具有密封、缓冲和防护的功能。
一般用于电池组件的有机硅胶有两种，一种是用于组件与铝型材边框及接线盒粘接密封的中性单组分有机硅密封胶，它的主要性能特点：①室温中性固化，深层固化速度快，使组件的表面清洗清洁工作可以在3小时后进行；②密封性好，对铝材、玻璃、TPT、TPE背板材料、接线盒塑料等有良好的粘附性；③胶体耐高温、耐黄变，独特的固化体系，与各类EVA有良好的相容性。④可提高组件抗机械震动和外力冲击的能力。
另一种是用于接线盒灌封的双组分有机硅导热胶。这种硅胶是以有机硅合成的新型导热绝缘材料，其主要性能特点：①室温固化，固化速度快，固化时不发热、无腐蚀、收缩率小；②可在很宽的温度范围（−60～200℃）内保持橡胶弹性，电性能优异，导热性能好；③防水防潮，耐化学介质，耐黄变，耐气候老化25年以上；④与大部分塑料、橡胶、尼龙等材料粘附性良好。常见的有机硅胶如图2-28所示。
来源：光伏君
电池组件是光伏发电系统最重要的组成部件，它主要由电池片、玻璃、EVA胶膜、光伏背板、铝合金边框、接线盒等组成，这些材料和部件对电池组件的质量、性能和使用寿命影响都很大。另外，电池组件在整个光伏发电系统中的成本，占到光伏发电系统建设总成本的50％以上，而且电池组件的质量好坏，直接关系到整个光伏发电系统的质量、发电效率、发电量、使用寿命、收益率等。因此了解构成电池组件的各种原材料和部件的技术特性，熟悉电池组件的制造工艺技术和生产流程非常重要。
![]()
一、 电池组件的主要原材料及部件
为便于大家对电池组件有更多的了解，下面就生产制造电池组件所需的主要原材料及部件的构成、性能参数和基本要求等分别进行介绍。
硅电池片
硅电池片的基片材料是P型的单晶硅或多晶硅，它通过专用切割设备将单晶硅或多晶硅硅棒切割成厚度为180μm左右的硅片后，再经过一系列的加工工序制作而成，硅电池片的生产工艺流程如图2-18所示。
![]()
图2-18 硅电池片的生产工艺流程
（1）硅电池片的特点
硅电池片是电池组件中的主要材料。合格的硅电池片应具有以下特点。
① 具有稳定高效的光电转换效率，可靠性高。
② 采用先进的扩散技术，保证片内各处转换效率的均匀性。
③ 运用先进的PECVD成膜技术，在电池片表面镀上深蓝色的氮化硅减反射膜，颜色均匀美观。
④ 应用高品质的银和银铝金属浆料制作背场和栅线电极，确保良好的导电性、可靠的附着力和很好的电极可焊性。
![]()
⑤ 高精度的丝网印刷图形和高平整度，使得电池片易于自动焊接和激光切割。
（2）硅电池片的分类及外观结构
硅电池片按用途可分为地面用晶体硅电池、海上用晶体硅电池和空间用晶体硅电池，按基片材料的不同分为单晶硅电池和多晶硅电池。硅电池片常见的规格尺寸有125mm×125mm、156mm×156mm、156.75mm×156.75mm等，目前主流应用的大部分是156.75mm×156.75mm的，电池片厚度一般在180～200μm。
从图2-19中可以看到，电池片表面有一层蓝色的减反射膜，还有银白色的电极栅线。其中很多条细的栅线，是电池片表面电极向主栅线汇总的引线，几条宽一点的银白线就是主栅线，也叫电极线或上电极（目前在生产的有4条、5条甚至12条主栅线的电池片）。电池片的背面也有几条与正面相应的间断银白色的主栅线，叫作下电极或背电极。
电池片与电池片之间的连接，就是把互连条焊接到主栅线上实现的。一般正面的电极线是电池片的负极线，背面的电极线是电池片的正极线。太阳电池无论面积大小（整片或切割成小片），单片的正负极间输出峰值电压都是在0.52～0.56V。而电池片的面积大小与输出电流和发电功率成正比，面积越大，输出电流和发电功率越大。
（3）单晶硅与多晶硅电池片的区别
由于单晶硅电池片和多晶硅电池片前期生产工艺的不同，它们从外观到电性能都有一些区别。从外观上看，单晶硅电池片四个角呈圆弧缺角状，表面没有花纹；多晶硅电池片四个角为方角，表面有类似冰花一样的花纹。单晶硅电池片减反射膜绒面表面颜色一般呈现为黑蓝色，多晶硅电池片减反射膜绒面表面颜色一般呈现为蓝色。
对于使用者来说，相同转换效率的单晶硅电池和多晶硅电池是没有太大区别的。单晶硅电池和多晶硅电池的寿命和稳定性都很好。虽然单晶硅电池的平均转换效率比多晶硅电池的平均转换效率高1％左右，但是由于单晶硅太阳电池只能做成准正方形（4个角是圆弧），当组成电池组件时就有一部分面积填不满，而多晶硅电池片是正方形，不存在这个问题，因此对于光伏电池组件的效率来讲几乎是一样的。
另外，由于两种电池材料的制造工艺不一样，多晶硅电池制造过程中消耗的能量要比单晶硅电池少30％左右，所以过去几年多晶硅电池占全球电池总产量的份额越来越大，制造成本也大大小于单晶硅电池，从生产工艺角度看，使用多晶硅电池更节能、更环保。
随着多晶硅电池片制造技术的不断发展，多晶硅电池片的转换效率已经从目前的17％～17.5％，提高到18％以上，也成为高效电池片。该高效多晶电池片与传统的多晶电池片相比，除了表面颜色变成了黑色以为，外观上看不出其它差异。但实际上，这种电池片比传统的电池片，效率高出0.3％～0.7％，而原有多晶硅电池片生产技术，想让其效率提高0.1％都难度很大。
高效多晶电池片的技术原理，就是将原有电池表面较大尺寸的凹坑经过化学刻蚀的方法处理成许多细小的小坑，即在原有电池的纳米结构上生成纳米尺寸小孔，让电池表面的反射率从原来的15％降到5％左右。对太阳光的利用率提高，电池的效率自然也就提升了。通过化学反应后得到的电池片材料在外观上呈现黑色，故得名“黑硅”，该项技术也被称为黑硅技术。
尽管如此，从目前的制造技术看，多晶硅电池片的转换效率已经接近实验室水平，要达到18.5％以上比较困难，上升空间有限。而随着单晶硅电池片制造技术的不断改进，P型和N型单晶硅电池片的转换效率已分别达到19％～19.5％和21％～24％的水平，转换效率的提高，使单晶硅电池片的制造成本逐渐下降，到目前已经基本与多晶硅电池持平，单晶硅电池在光伏发电系统（电站）的发电量、发电成本和发电收益率等方面的优势将逐步显现出来。
根据测算，按照目前行业普遍承诺的25年使用年限来计算，一个相同规模的光伏电站，使用单晶硅电池组件比使用多晶硅电池组件要多13.4％的发电收益。尽管目前每瓦单晶硅电池组件比多晶硅电池组件成本高5％左右，但由于单晶硅组件发电效率高，同样的装机容量占地面积小，基础、支架、电缆等系统周边器材使用量也相应减少，二者的综合投入成本基本相当。在光伏发电系统设计中选择多晶硅电池组件或单晶硅电池组件，与年发电量及投资收益率大小的分析，请参看本章中有关电池组件选型的内容。
（4）硅电池片的等效电路分析
硅电池片的内部等效电路如图2-20所示。为便于理解，我们可以形象地把太阳电池的内部看成是一个光电池和一个硅二极管的复合体，既在光电池的两端并联了一个处于正偏置的二极管，同时电池内部还有串联电阻和并联电阻的存在。由于二极管存在，在外电压的作用下，会产生通过二极管P-N结的漏电流Id，这个电流与光生电流的方向相反，因此会抵消小部分光生电流。
串联电阻主要是由半导体材料本身的体电阻、扩散层横向电阻、金属电极与电池片体的接触电阻及金属电极本身的电阻几部分组成，其中扩散层横向电阻是串联电阻的主要形式。正常电池片的串联电阻一般小于1Ω。并联电阻又称旁路电阻，主要是由于半导体晶体缺陷引起的边缘漏电、电池表面污染等使一部分本来应该通过负载的电流短路形成电流Ir，相当于有一个并联电阻的作用，因此在电路中等效为并联电阻，并联电阻的阻值一般为几千欧。
通过分析说明，光伏电池的串联电阻越小，旁路电阻越大，就越接近于理想的电池，该电池的性能就越好。
![]()
图2-20 光伏电池的等效电路
（5）硅电池片的主要性能参数
硅电池片的性能参数主要有：短路电流、开路电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子、转换效率等。
① 短路电流（Isc）：当将电池片的正负极短路，使U=0时，此时的电流就是电池片的短路电流，短路电流的单位是A（安培），短路电流随着光强的变化而变化。
② 开路电压（Uoc）：当将电池片的正负极不接负载，使I=0时，此时太阳电池正负极间的电压就是开路电压，开路电压的单位是V（伏特），单片太阳电池的开路电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.6～0.7V，当用多个电池片串联连接的时候可以获得较高的电压。
③ 峰值电流（Im）：峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电流。峰值电流是指太阳电池片输出最大功率时的工作电流，峰值电流的单位是A。
④ 峰值电压（Um）：峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电压。峰值电压是指太阳电池片输出最大功率时的工作电压，峰值电压的单位是V。峰值电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.5～0.55V。
⑤ 峰值功率（Pm）：峰值功率也叫最大输出功率或最佳输出功率。峰值功率是指太阳电池片正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积：Pm=Im×Um。峰值功率的单位是Wp（峰瓦）。太阳电池的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和电池片的工作温度，因此太阳电池的测量要在标准条件下进行，测量标准为欧洲委员会的101号标准，其条件是辐照度1kW/m2、光谱AM1.5、测试温度25℃。
⑥ 填充因子（FF）：填充因子也叫曲线因子，是指图2-21中阴影部分的矩形面积（Im×Um）与虚线部分的矩形面积（Isc×Uoc）之比，也就是电池片的峰值输出功率与开路电压和短路电流乘积的比值：FF=Pm/Isc×Uoc。填充因子是一个无单位的量，是评价和衡量电池输出特性好坏的一个重要参数，它的值越高，表明太阳电池输出特性越趋于矩形，太阳电池的光电转换效率越高。
太阳电池内部的串、并联电阻对填充因子有较大影响，太阳电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充因子的系数越大。填充因子的系数一般在0.7～0.85，也可以用百分数表示。
⑦ 转换效率（η）：电池片的转换效率用来表示照射在电池表面的光能量转换成电能量的大小，一般用输出能量与入射能量的比值来表示，也就是指电池受光照时的最大输出功率与照射到电池上的太阳能量功率的比值。即：
η=Pm（电池片的峰值功率）/A（电池片的面积）×Pin（单位面积的入射光功率），其中Pin=1000W/m2=100mW/cm2。
（6）常见硅电池片产品的典型性能参数
常见硅电池片产品的典型性能参数如表2-2、表2-3、表2-4所示。
表2-2 125×125单晶硅电池片典型性能参数（##代表不同生产厂家的代号）
![]()
表2-3 156.75×156.75单晶硅电池片典型性能参数（##代表不同生产厂家的代号）
![]()
表2-4 156.75×156.75多晶硅电池片典型性能参数（##代表不同生产厂家的代号）
![]()
2. 面板玻璃
电池组件采用的面板玻璃是低铁超白绒面或光面钢化玻璃。一般厚度为3.2mm和4mm，建材型电池组件有时要用到5～10mm厚度的钢化玻璃。无论厚薄都要求透光率在91％以上，光谱响应的波长范围为320～1100nm，对大于1200nm的红外光有较高的反射率。
低铁超白就是说这种玻璃的含铁量比普通玻璃要低，含铁量（三氧化二铁）≤150ppm，从而增加了玻璃的透光率。同时从玻璃边缘看，这种玻璃也比普通玻璃白，普通玻璃从边缘看是偏绿色的。
绒面的意思就是说这种玻璃为了减少阳光的反射，在其表面通过物理和化学方法进行减反射处理，使玻璃表面成了绒毛状，从而增加了光线的入射量。有些厂家还利用溶胶凝胶纳米材料和精密涂布技术（如磁控喷溅法、双面浸泡法等技术），在玻璃表面涂布一层含纳米材料的薄膜，这种镀膜玻璃不仅可以显著增加面板玻璃的透光率（2％以上），还可以显著减少光线反射，而且还有自洁功能，可以减少雨水、灰尘等对电池板表面的污染，保持清洁，减少光衰，并提高发电率1.5％～3％。
钢化处理是为了增加玻璃的强度，抵御风沙冰雹的冲击，起到长期保护太阳电池的作用。面板玻璃的钢化处理，是通过水平钢化炉将玻璃加热到700℃左右，利用冷风将其快速均匀冷却，使其表面形成均匀的压应力，而内部则形成张应力，有效提高了玻璃的抗弯和抗冲击性能。对面板玻璃进行钢化处理后，玻璃的强度比普通玻璃可提高4～5倍。
3. EVA胶膜
EVA胶膜是乙烯与醋酸乙烯脂的共聚物，是一种热固性的膜状热熔胶，在常温下无黏性，经过一定条件热压便发生熔融黏结与交联固化，变得完全透明，是目前电池组件封装中普遍使用的黏结材料，EVA胶膜的外形如图2-21所示。太阳电池组件中要加入两层EVA胶膜，两层EVA胶膜夹在面板玻璃、电池片和TPT背板膜之间，将玻璃、电池片和TPT粘接在一起。它和玻璃粘合后能提高玻璃的透光率，起到增透的作用，并对电池组件的功率输出有增益作用。
EVA胶膜具有表面平整、厚度均匀、透明度高、柔性好，热熔粘接性、熔融流动性好，常温下不粘连、易切割、价格较廉等优点。EVA胶膜内含交联剂，能在150℃的固化温度下交联，采用挤压成型工艺形成稳定的胶层。其厚度一般在0.2～0.8mm，常用厚度为0.46mm和0.5mm。
EVA的性能主要取决于其分子量与醋酸乙烯脂的含量，不同的温度对EVA的交联度有比较大的影响，而EVA的交联度直接影响组件的性能和使用寿命。
在熔融状态下，EVA胶膜与太阳电池片、面板玻璃、TPT背板材料产生黏合，此过程既有物理的黏结也有化学的键合作用。为提高EVA的性能，一般都要通过化学交联的方式对EVA进行改性处理，具体方法是在EVA中添加有机过氧化物交联剂，当EVA加热到一定温度时，交联剂分解产生自由基，引发EVA分子之间的结合，形成三维网状结构，导致EVA胶层交联固化，当交联度达到60％以上时能承受正常大气压的变化，同时不再发生热胀冷缩。因此EVA胶膜能有效的保护电池片，防止外界环境对电池片的电性能造成影响，增强电池组件的透光性。
EVA胶膜在电池组件中不仅是起粘接密封作用，而且对太阳电池的质量与寿命起着至关重要的作用。因此用于组件封装的EVA胶膜必须满足以下主要性能指标。
（1）固化条件：快速固化型胶膜，加热至135～140℃，恒温15～20min；常规型胶膜，加热至145℃，恒温30min。
（2）透光率：大于90％。
（3）交联度：快速固化型胶膜大于70％，常规型胶膜大于75％。
（4）剥离强度：玻璃/胶膜大于30 N/cm，TPT/胶膜大于20 N/cm。
（5）耐温性：高温85℃，低温−40℃，不热胀冷缩，尺寸稳定性较好。
（6）耐紫外光老化性能（1000h，83℃）：黄变指数小于2，长时间紫外线照射下不龟裂、不老化、不黄变。
（7）耐热老化性能（1000h，85℃）：黄变指数小于3。
（8）湿热老化性能（1000h，相对湿度90％，85℃）：黄变指数小于3。
为使EVA胶膜在电池组件中充分发挥应有的作用，在使用过程中，要注意防潮防尘，避免与带色物体接触；不要将脱去外包装的整卷胶膜暴露在空气中；分切成片的胶膜如不能当天用完，应遮盖紧密。EVA胶膜若吸潮，会影响胶膜和玻璃的粘接力；若吸尘，会影响透光率；和带色、不洁的物体接触，由于EVA胶膜的吸附能力强，容易被污染。
4. 背板材料
根据电池组件使用要求的不同，背板材料可以有多种选择。一般有钢化玻璃、有机玻璃、铝合金、TPT类复合胶膜等。钢化玻璃背板主要用于制作双面透光建材型的电池组件，用于光伏幕墙、光伏屋顶等，价格较高，组件重量也大。除此以外目前使用最广的就是TPT复合膜。通常见到的电池组件背面的白色覆盖物大多就是这类复合膜，外形如图2-22所示。根据电池组件使用要求的不同，背板膜可以有多种选择。背板膜主要分为含氟背板与不含氟背板两大类。
其中含氟背板又分双面含氟（如TPT、KPK等）与单面含氟（如TPE、KPE等）两种；而不含氟的背板则多通过胶黏剂将多层PET胶粘接复合而成。目前，电池组件的使用寿命要求为25年，而背板作为直接与外环境大面积接触的光伏封装材料，应具备卓越的耐长期老化（湿热、干热、紫外）、耐电气绝缘、水蒸气阻隔等性能。
因此，如果背板膜在耐老化、耐绝缘、耐水气等方面无法满足电池组件25年的环境考验，最终将导致太阳电池的可靠性、稳定性与耐久性无法得到保障，使电池组件在普通气候环境下使用8～10年或在特殊环境状况下（高原、海岛、湿地）下使用5～8年即出现脱层、龟裂、起泡、黄变等不良状况，造成电池模块脱落、电池片移滑、电池有效输出功率降低等现象；更危险的是电池组件会在较低电压和电流值的情况下出现电打弧现象，引起电池组件燃烧并促发火灾，造成人员安全损害和财产损失。
目前，有些背板膜和组件生产企业考虑到双面含氟材料给整个背板膜和组件产品造成的成本压力，采用了EVA材料（或其他烯烃聚合物）替代双面含氟的“氟材料—聚酯—氟材料”结构的背板膜内层的氟材料，推出了由“氟材料—聚酯—EVA”三层材料构成的单面含氟的复合胶膜。
此类结构的背膜在与组件封装用的EVA胶膜黏结后，由于其光照面无对背板膜的PET主体基材进行有效保护的含氟材料，组件安装后背膜无法经受长期的紫外线照射，在几年之内组件就会出现背膜变黄、脆化老化等不良现象，严重影响组件的长期发电效能。但由于这类背板膜少用一层氟材料，其性能虽然不及TPT，但成本约为TPT的2/3，与EVA黏合性能也较好，故常用于一些小组件的封装。
TPT（KPK）是“氟膜—聚酯（PET）薄膜—氟膜”复合材料的简称。这种复合膜集合了“塑料王”氟塑料的耐老化、耐腐蚀、防潮抗湿性好的优点，和聚酯薄膜优异的机械性能、高绝缘性能和水汽阻隔性能，因此复合而成的TPT（KPK）胶膜具有不透气、强度好、耐候性好、使用寿命长、层压温度下不起任何变化、与粘接材料结合牢固等特点。这些特点正适合封装光伏电池组件，作为电池组件的背板材料能够有效地防止各种介质尤其是水、氧、腐蚀性气体等对EVA和电池片的侵蚀与影响。
常见复合材料除TPT（KPK）以外，还有TAT（即Tedlar与铝膜（aluminum）的复合膜）和TIT（即Tedlar与铁膜（iron）的复合膜）等中间带有金属膜夹层结构的复合膜。这些复合膜具有高强、阻燃、耐久、自洁、散热好等特性，白色的复合膜还可对阳光起反射作用，能提高电池组件的转换效率，且对红外线也有较强的反射性能，可降低电池组件在强阳光下的工作温度。
目前，双面含氟背板根据生产工艺的不同分为覆膜型和涂覆型两大类，覆膜型背板是将PVF（聚氟乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）、ECTFE（三氟氯乙烯-乙烯共聚物）和THV（四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物）等氟塑料膜通过胶黏剂与作为基材的PET聚酯胶膜粘接复合而成。而涂覆型背板是以含氟树脂如PTFE（聚四氟乙烯）树脂、CTFE（三氟氯乙烯）树脂、PVDF树脂和FEVE（氟乙烯-乙烯基醚共聚物）为主体树脂的涂料采用涂覆方式涂覆在PET聚酯胶膜上复合固化而成。
常用TPT（KPK）覆膜背板的基本性能指标如表2-5所示，供参考。
表2-5 常用TPT（KPK）覆膜背板基本性能指标性能指标
![]()
5. 铝合金边框
电池组件的边框材料主要采用铝合金，也有用不锈钢和增强塑料的。电池组件安装边框主要作用：一是为了保护层压后的组件玻璃边缘；二是结合硅胶打边加强了组件的密封性能；三是大大提高电池组件整体的机械强度；四是方便电池组件的运输、安装。电池组件无论是单独安装还是组成光伏方阵都要通过边框与电池组件支架固定。一般都是在边框适当部位打孔，同时支架的对应部位也打孔，然后通过螺栓固定连接，也有通过专用压块压在组件边框进行固定。
铝合金边框材料一般采用国际通用牌号为6063T6的铝合金材料，其成分构成如表2-6所示。电池组件边框的铝合金材料表面通常要进行表面氧化处理，氧化处理分为阳极氧化、喷砂氧化和电泳氧化三种。
表2-6 铝合金边框材料成分构成表
![]()
阳极氧化是对铝合金材料的电化学氧化，是将铝合金的型材作为阳极置于相应电解液（如硫酸、铬酸、草酸等）中，在特定条件和外加电流作用下，进行电解。阳极的铝合金氧化，表面上形成氧化铝薄膜层，其厚度为5～20μm，硬质阳极氧化膜可达6～200μm。金属氧化物薄膜改变了铝合金型材的表面状态和性能，如改变表面着色，提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面等。
喷砂氧化是将铝合金型材经喷砂处理，表面的氧化物全被处理，并经过喷砂撞击后，表面层金属被压迫而致密排列，且金属晶体变小，在铝合金表面形成牢固致密、硬度较高的氧化层。
电泳氧化就是利用电解原理在铝合金表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀时，镀层金属做阳极，被氧化成阳离子进入电镀液；待镀的铝合金制品做阴极，镀层金属的阳离子在铝合金表面被还原形成镀层。为排除其他阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。
电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸。电镀能增强金属的抗腐蚀性（镀层金属多采用耐腐蚀的金属）、增加硬度、防止磨耗，增强了铝合金型材的润滑性、耐热性和表面美观性。来源出版社人民邮电出版社有限公司作者李钟实。
铝合金边框型材常用规格有17mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm等，部分铝合金边框及角铝外形如图2-19所示。铝合金边框的四个角有两种固定方法，一种是在框架四个角中插入齿状角铝（俗称角码），然后用专用撞角机撞击固定或用自动组框机组合固定；另一种方法是用不锈钢螺栓对边框四角进行固定。图2-24、图2-25是常用铝合金边框型材的规格尺寸。
![]()
图2-24 角铝镶嵌式边框铝型材规格尺寸
![]()
图2-25 螺栓固定式边框铝型材规格尺寸
铝合金型材边框应放在恒温、恒湿的仓库内储存，其储存温度在20～30℃，相对湿度小于60％。要避免阳光直照和风吹。保存时间最长不超过一年。
6. 接线盒
接线盒是电池组件内部输出线路与外部线路连接的部件，常用接线盒外形如图2-26所示。从电池板内引出的正负极汇流条（较宽的互连条），进入接线盒内，插接或用焊锡焊接到接线盒中的相应位置，外引线也通过插接、焊接和螺丝压接等方法与接线盒连接。接线盒内还留有旁路二极管的安装位置或直接安装有旁路二极管，用以对电池组件进行旁路保护。接线盒除了上述作用以外，还要最大限度地减少其本身对电池组件输出功率的消耗，最大限度地减少本身发热对电池组件转换效率造成的影响，最大限度地提高电池组件的安全性和可靠性。
有些接线盒还直接带有输出电缆引线和电缆连接器插头，方便电池组件或方阵的快速连接。当引线长度不够时，还可以使用带连接器插头的延长电缆进行连接。
除了规格尺寸外接线盒的规格型号还包括适用功率范围，选用时要和组件功率的大小相匹配，另外还要结合组件的引出线数量（是两条、三条或四条）以及是否接旁路二极管等来确定所采用接线盒的规格尺寸和内部构造。
在电池组件生产中，为了保证电池组件的性能和效率，选择接线盒时不仅仅要选择接线盒的规格尺寸、承载功率、工作电流和工作电压等，还要考虑接线盒本身的接触电阻和散热性能以及接线盒内旁路二极管的导通压降、结点温度、热阻系数等。下面分析接线盒各种性能参数对电池组件性能的影响，供选择应用时参考。
① 接线盒连接接触电阻对电池组件输出功率的影响。目前，电池组件的引线和接线盒的连接以及旁路二极管与接线盒的连接方式大部分采用压接方式，这种方式会产生较大的接触电阻，因而要消耗一小部分组件的输出功率，同时产生一定的热量。
由于接线盒正好安装在电池组件某一两片电池片的背面，接触电阻所产生的热量以及旁路二极管工作时所产生的热量，一部分通过接线盒向空气中散发，另一部分热量传递到了背靠的电池片上。电池片的转换效率随着温度的升高而降低，温度每升高10℃，转换效率就降低5％，由于电池组件的电池片一般都是串联连接，某一两片电池片转换效率降低势必造成整个组件输出功率的减少。
另外，随着电池组件使用年限的增长，压接部位的电镀层可能会出现锈蚀、脱皮等现象（表面镀镍的保证年限一般为15～20年），这样会导致接触电阻的不断增加、功耗增加、电池转换效率降低，加剧输出功率的下降。因此选择接线盒时最好选用焊接连接（也叫欧姆连接）方式的产品。
② 接线盒旁路二极管的导通压降对电池组件输出功率的影响。二极管中不但存在着PN结电阻，而且存在着结电容等等，因此二极管在导通时会产生一定的正向电压降。不同型号的二极管正向压降是不一样的，一般小功率肖特基二极管的正向压降在0.3V左右，大功率肖特基二极管的正向压降在0.55V左右，而普通整流二极管的正向压降都在0.7～0.9V。由于不同的二极管正向压降差别较大，因此当旁路二极管工作时，对电池组件所产生的功率消耗也有较大差别。例如，某电池组件使用156×156的电池片，其电流是8A的话，上述三种二极管如果被旁路工作，则产生的功耗分别为：
小功率肖特基二极管P=IU=8×0.3=2.4W
大功率肖特基二极管P=IU=8×0.55=4.4W
普通整流二极管P=IU=8×（0.7～0.9）=5.6～7.2W
由此可见，尽管二极管导通的正向压降最大只差0.6V，但功耗可差了4～5W。
③ 接线盒旁路二极管结点温度对电池组件可靠性的影响。旁路二极管的结点温度越高，说明二极管的工作温度越高，其安全性、可靠性越好。因此，在选用接线盒时，要选用结点温度高的二极管产品。
④ 接线盒的散热性对电池组件的影响。前面已经说过温度对电池片转换效率的影响，因此在选择接线盒时，不但要求接线盒内的二极管热阻系数要小，而且还要选择散热性好的接线盒。目前，有些厂家已经开发出了铝合金接线盒、集成汇流带式接线盒等，其散热性较好。特别是集成汇流带式接线盒，由于采用印制电路板结构，电路板的线路铜箔导热性非常好，很容易散发热量，且在安装时不和电池片重叠，热量不容易传递到电池片上，使热量对电池组件的影响减少到最小。电池组件接线盒中常用的旁路二极管性能参数见表2-7。
表2-7 电池组件接线盒常用旁路二极管性能参数
![]()
7. 互连条
互连条也叫涂锡铜带、涂锡带，宽一些的互连条也叫汇流条，外形如图2-27所示。它是电池组件中电池片与电池片连接的专用引线。它以纯铜铜带为基础，在铜带表面均匀的涂镀了一层焊锡。纯铜铜带是含铜量99.99％的无氧铜或紫铜，焊锡涂层成分分为含铅焊锡和无铅焊锡两种，焊锡单面涂层厚度为0.01～0.05mm，熔点为160～230℃，要求涂层均匀，表面光亮、平整。互连条的规格根据其宽度和厚度的不同有20多种，宽度可从0.08mm到30mm，厚度可从0.04mm到0.8mm。
8. 有机硅胶
有机硅胶是一种具有特殊结构的密封胶材料，具有较好的耐老化、耐高低温、耐紫外线性能，抗氧化、抗冲击、防污防水、高绝缘；主要用于电池组件边框的密封，接线盒与电池组件的粘接密封，接线盒的浇注与灌封等。有机硅胶固化后将形成高强度的弹性橡胶体，在外力的作用下具有变形的能力，外力去除后又恢复原来的形状。因此，电池组件采用有机硅胶密封，将兼具有密封、缓冲和防护的功能。
一般用于电池组件的有机硅胶有两种，一种是用于组件与铝型材边框及接线盒粘接密封的中性单组分有机硅密封胶，它的主要性能特点：①室温中性固化，深层固化速度快，使组件的表面清洗清洁工作可以在3小时后进行；②密封性好，对铝材、玻璃、TPT、TPE背板材料、接线盒塑料等有良好的粘附性；③胶体耐高温、耐黄变，独特的固化体系，与各类EVA有良好的相容性。④可提高组件抗机械震动和外力冲击的能力。
另一种是用于接线盒灌封的双组分有机硅导热胶。这种硅胶是以有机硅合成的新型导热绝缘材料，其主要性能特点：①室温固化，固化速度快，固化时不发热、无腐蚀、收缩率小；②可在很宽的温度范围（−60～200℃）内保持橡胶弹性，电性能优异，导热性能好；③防水防潮，耐化学介质，耐黄变，耐气候老化25年以上；④与大部分塑料、橡胶、尼龙等材料粘附性良好。常见的有机硅胶如图2-28所示。
来源：光伏君
电池组件是光伏发电系统最重要的组成部件，它主要由电池片、玻璃、EVA胶膜、光伏背板、铝合金边框、接线盒等组成，这些材料和部件对电池组件的质量、性能和使用寿命影响都很大。另外，电池组件在整个光伏发电系统中的成本，占到光伏发电系统建设总成本的50％以上，而且电池组件的质量好坏，直接关系到整个光伏发电系统的质量、发电效率、发电量、使用寿命、收益率等。因此了解构成电池组件的各种原材料和部件的技术特性，熟悉电池组件的制造工艺技术和生产流程非常重要。
![]()
一、 电池组件的主要原材料及部件
为便于大家对电池组件有更多的了解，下面就生产制造电池组件所需的主要原材料及部件的构成、性能参数和基本要求等分别进行介绍。
硅电池片
硅电池片的基片材料是P型的单晶硅或多晶硅，它通过专用切割设备将单晶硅或多晶硅硅棒切割成厚度为180μm左右的硅片后，再经过一系列的加工工序制作而成，硅电池片的生产工艺流程如图2-18所示。
![]()
图2-18 硅电池片的生产工艺流程
（1）硅电池片的特点
硅电池片是电池组件中的主要材料。合格的硅电池片应具有以下特点。
① 具有稳定高效的光电转换效率，可靠性高。
② 采用先进的扩散技术，保证片内各处转换效率的均匀性。
③ 运用先进的PECVD成膜技术，在电池片表面镀上深蓝色的氮化硅减反射膜，颜色均匀美观。
④ 应用高品质的银和银铝金属浆料制作背场和栅线电极，确保良好的导电性、可靠的附着力和很好的电极可焊性。
![]()
⑤ 高精度的丝网印刷图形和高平整度，使得电池片易于自动焊接和激光切割。
（2）硅电池片的分类及外观结构
硅电池片按用途可分为地面用晶体硅电池、海上用晶体硅电池和空间用晶体硅电池，按基片材料的不同分为单晶硅电池和多晶硅电池。硅电池片常见的规格尺寸有125mm×125mm、156mm×156mm、156.75mm×156.75mm等，目前主流应用的大部分是156.75mm×156.75mm的，电池片厚度一般在180～200μm。
从图2-19中可以看到，电池片表面有一层蓝色的减反射膜，还有银白色的电极栅线。其中很多条细的栅线，是电池片表面电极向主栅线汇总的引线，几条宽一点的银白线就是主栅线，也叫电极线或上电极（目前在生产的有4条、5条甚至12条主栅线的电池片）。电池片的背面也有几条与正面相应的间断银白色的主栅线，叫作下电极或背电极。
电池片与电池片之间的连接，就是把互连条焊接到主栅线上实现的。一般正面的电极线是电池片的负极线，背面的电极线是电池片的正极线。太阳电池无论面积大小（整片或切割成小片），单片的正负极间输出峰值电压都是在0.52～0.56V。而电池片的面积大小与输出电流和发电功率成正比，面积越大，输出电流和发电功率越大。
（3）单晶硅与多晶硅电池片的区别
由于单晶硅电池片和多晶硅电池片前期生产工艺的不同，它们从外观到电性能都有一些区别。从外观上看，单晶硅电池片四个角呈圆弧缺角状，表面没有花纹；多晶硅电池片四个角为方角，表面有类似冰花一样的花纹。单晶硅电池片减反射膜绒面表面颜色一般呈现为黑蓝色，多晶硅电池片减反射膜绒面表面颜色一般呈现为蓝色。
对于使用者来说，相同转换效率的单晶硅电池和多晶硅电池是没有太大区别的。单晶硅电池和多晶硅电池的寿命和稳定性都很好。虽然单晶硅电池的平均转换效率比多晶硅电池的平均转换效率高1％左右，但是由于单晶硅太阳电池只能做成准正方形（4个角是圆弧），当组成电池组件时就有一部分面积填不满，而多晶硅电池片是正方形，不存在这个问题，因此对于光伏电池组件的效率来讲几乎是一样的。
另外，由于两种电池材料的制造工艺不一样，多晶硅电池制造过程中消耗的能量要比单晶硅电池少30％左右，所以过去几年多晶硅电池占全球电池总产量的份额越来越大，制造成本也大大小于单晶硅电池，从生产工艺角度看，使用多晶硅电池更节能、更环保。
随着多晶硅电池片制造技术的不断发展，多晶硅电池片的转换效率已经从目前的17％～17.5％，提高到18％以上，也成为高效电池片。该高效多晶电池片与传统的多晶电池片相比，除了表面颜色变成了黑色以为，外观上看不出其它差异。但实际上，这种电池片比传统的电池片，效率高出0.3％～0.7％，而原有多晶硅电池片生产技术，想让其效率提高0.1％都难度很大。
高效多晶电池片的技术原理，就是将原有电池表面较大尺寸的凹坑经过化学刻蚀的方法处理成许多细小的小坑，即在原有电池的纳米结构上生成纳米尺寸小孔，让电池表面的反射率从原来的15％降到5％左右。对太阳光的利用率提高，电池的效率自然也就提升了。通过化学反应后得到的电池片材料在外观上呈现黑色，故得名“黑硅”，该项技术也被称为黑硅技术。
尽管如此，从目前的制造技术看，多晶硅电池片的转换效率已经接近实验室水平，要达到18.5％以上比较困难，上升空间有限。而随着单晶硅电池片制造技术的不断改进，P型和N型单晶硅电池片的转换效率已分别达到19％～19.5％和21％～24％的水平，转换效率的提高，使单晶硅电池片的制造成本逐渐下降，到目前已经基本与多晶硅电池持平，单晶硅电池在光伏发电系统（电站）的发电量、发电成本和发电收益率等方面的优势将逐步显现出来。
根据测算，按照目前行业普遍承诺的25年使用年限来计算，一个相同规模的光伏电站，使用单晶硅电池组件比使用多晶硅电池组件要多13.4％的发电收益。尽管目前每瓦单晶硅电池组件比多晶硅电池组件成本高5％左右，但由于单晶硅组件发电效率高，同样的装机容量占地面积小，基础、支架、电缆等系统周边器材使用量也相应减少，二者的综合投入成本基本相当。在光伏发电系统设计中选择多晶硅电池组件或单晶硅电池组件，与年发电量及投资收益率大小的分析，请参看本章中有关电池组件选型的内容。
（4）硅电池片的等效电路分析
硅电池片的内部等效电路如图2-20所示。为便于理解，我们可以形象地把太阳电池的内部看成是一个光电池和一个硅二极管的复合体，既在光电池的两端并联了一个处于正偏置的二极管，同时电池内部还有串联电阻和并联电阻的存在。由于二极管存在，在外电压的作用下，会产生通过二极管P-N结的漏电流Id，这个电流与光生电流的方向相反，因此会抵消小部分光生电流。
串联电阻主要是由半导体材料本身的体电阻、扩散层横向电阻、金属电极与电池片体的接触电阻及金属电极本身的电阻几部分组成，其中扩散层横向电阻是串联电阻的主要形式。正常电池片的串联电阻一般小于1Ω。并联电阻又称旁路电阻，主要是由于半导体晶体缺陷引起的边缘漏电、电池表面污染等使一部分本来应该通过负载的电流短路形成电流Ir，相当于有一个并联电阻的作用，因此在电路中等效为并联电阻，并联电阻的阻值一般为几千欧。
通过分析说明，光伏电池的串联电阻越小，旁路电阻越大，就越接近于理想的电池，该电池的性能就越好。
![]()
图2-20 光伏电池的等效电路
（5）硅电池片的主要性能参数
硅电池片的性能参数主要有：短路电流、开路电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子、转换效率等。
① 短路电流（Isc）：当将电池片的正负极短路，使U=0时，此时的电流就是电池片的短路电流，短路电流的单位是A（安培），短路电流随着光强的变化而变化。
② 开路电压（Uoc）：当将电池片的正负极不接负载，使I=0时，此时太阳电池正负极间的电压就是开路电压，开路电压的单位是V（伏特），单片太阳电池的开路电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.6～0.7V，当用多个电池片串联连接的时候可以获得较高的电压。
③ 峰值电流（Im）：峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电流。峰值电流是指太阳电池片输出最大功率时的工作电流，峰值电流的单位是A。
④ 峰值电压（Um）：峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电压。峰值电压是指太阳电池片输出最大功率时的工作电压，峰值电压的单位是V。峰值电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.5～0.55V。
⑤ 峰值功率（Pm）：峰值功率也叫最大输出功率或最佳输出功率。峰值功率是指太阳电池片正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积：Pm=Im×Um。峰值功率的单位是Wp（峰瓦）。太阳电池的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和电池片的工作温度，因此太阳电池的测量要在标准条件下进行，测量标准为欧洲委员会的101号标准，其条件是辐照度1kW/m2、光谱AM1.5、测试温度25℃。
⑥ 填充因子（FF）：填充因子也叫曲线因子，是指图2-21中阴影部分的矩形面积（Im×Um）与虚线部分的矩形面积（Isc×Uoc）之比，也就是电池片的峰值输出功率与开路电压和短路电流乘积的比值：FF=Pm/Isc×Uoc。填充因子是一个无单位的量，是评价和衡量电池输出特性好坏的一个重要参数，它的值越高，表明太阳电池输出特性越趋于矩形，太阳电池的光电转换效率越高。
太阳电池内部的串、并联电阻对填充因子有较大影响，太阳电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充因子的系数越大。填充因子的系数一般在0.7～0.85，也可以用百分数表示。
⑦ 转换效率（η）：电池片的转换效率用来表示照射在电池表面的光能量转换成电能量的大小，一般用输出能量与入射能量的比值来表示，也就是指电池受光照时的最大输出功率与照射到电池上的太阳能量功率的比值。即：
η=Pm（电池片的峰值功率）/A（电池片的面积）×Pin（单位面积的入射光功率），其中Pin=1000W/m2=100mW/cm2。
（6）常见硅电池片产品的典型性能参数
常见硅电池片产品的典型性能参数如表2-2、表2-3、表2-4所示。
表2-2 125×125单晶硅电池片典型性能参数（##代表不同生产厂家的代号）
![]()
表2-3 156.75×156.75单晶硅电池片典型性能参数（##代表不同生产厂家的代号）
![]()
表2-4 156.75×156.75多晶硅电池片典型性能参数（##代表不同生产厂家的代号）
![]()
2. 面板玻璃
电池组件采用的面板玻璃是低铁超白绒面或光面钢化玻璃。一般厚度为3.2mm和4mm，建材型电池组件有时要用到5～10mm厚度的钢化玻璃。无论厚薄都要求透光率在91％以上，光谱响应的波长范围为320～1100nm，对大于1200nm的红外光有较高的反射率。
低铁超白就是说这种玻璃的含铁量比普通玻璃要低，含铁量（三氧化二铁）≤150ppm，从而增加了玻璃的透光率。同时从玻璃边缘看，这种玻璃也比普通玻璃白，普通玻璃从边缘看是偏绿色的。
绒面的意思就是说这种玻璃为了减少阳光的反射，在其表面通过物理和化学方法进行减反射处理，使玻璃表面成了绒毛状，从而增加了光线的入射量。有些厂家还利用溶胶凝胶纳米材料和精密涂布技术（如磁控喷溅法、双面浸泡法等技术），在玻璃表面涂布一层含纳米材料的薄膜，这种镀膜玻璃不仅可以显著增加面板玻璃的透光率（2％以上），还可以显著减少光线反射，而且还有自洁功能，可以减少雨水、灰尘等对电池板表面的污染，保持清洁，减少光衰，并提高发电率1.5％～3％。
钢化处理是为了增加玻璃的强度，抵御风沙冰雹的冲击，起到长期保护太阳电池的作用。面板玻璃的钢化处理，是通过水平钢化炉将玻璃加热到700℃左右，利用冷风将其快速均匀冷却，使其表面形成均匀的压应力，而内部则形成张应力，有效提高了玻璃的抗弯和抗冲击性能。对面板玻璃进行钢化处理后，玻璃的强度比普通玻璃可提高4～5倍。
3. EVA胶膜
EVA胶膜是乙烯与醋酸乙烯脂的共聚物，是一种热固性的膜状热熔胶，在常温下无黏性，经过一定条件热压便发生熔融黏结与交联固化，变得完全透明，是目前电池组件封装中普遍使用的黏结材料，EVA胶膜的外形如图2-21所示。太阳电池组件中要加入两层EVA胶膜，两层EVA胶膜夹在面板玻璃、电池片和TPT背板膜之间，将玻璃、电池片和TPT粘接在一起。它和玻璃粘合后能提高玻璃的透光率，起到增透的作用，并对电池组件的功率输出有增益作用。
EVA胶膜具有表面平整、厚度均匀、透明度高、柔性好，热熔粘接性、熔融流动性好，常温下不粘连、易切割、价格较廉等优点。EVA胶膜内含交联剂，能在150℃的固化温度下交联，采用挤压成型工艺形成稳定的胶层。其厚度一般在0.2～0.8mm，常用厚度为0.46mm和0.5mm。
EVA的性能主要取决于其分子量与醋酸乙烯脂的含量，不同的温度对EVA的交联度有比较大的影响，而EVA的交联度直接影响组件的性能和使用寿命。
在熔融状态下，EVA胶膜与太阳电池片、面板玻璃、TPT背板材料产生黏合，此过程既有物理的黏结也有化学的键合作用。为提高EVA的性能，一般都要通过化学交联的方式对EVA进行改性处理，具体方法是在EVA中添加有机过氧化物交联剂，当EVA加热到一定温度时，交联剂分解产生自由基，引发EVA分子之间的结合，形成三维网状结构，导致EVA胶层交联固化，当交联度达到60％以上时能承受正常大气压的变化，同时不再发生热胀冷缩。因此EVA胶膜能有效的保护电池片，防止外界环境对电池片的电性能造成影响，增强电池组件的透光性。
EVA胶膜在电池组件中不仅是起粘接密封作用，而且对太阳电池的质量与寿命起着至关重要的作用。因此用于组件封装的EVA胶膜必须满足以下主要性能指标。
（1）固化条件：快速固化型胶膜，加热至135～140℃，恒温15～20min；常规型胶膜，加热至145℃，恒温30min。
（2）透光率：大于90％。
（3）交联度：快速固化型胶膜大于70％，常规型胶膜大于75％。
（4）剥离强度：玻璃/胶膜大于30 N/cm，TPT/胶膜大于20 N/cm。
（5）耐温性：高温85℃，低温−40℃，不热胀冷缩，尺寸稳定性较好。
（6）耐紫外光老化性能（1000h，83℃）：黄变指数小于2，长时间紫外线照射下不龟裂、不老化、不黄变。
（7）耐热老化性能（1000h，85℃）：黄变指数小于3。
（8）湿热老化性能（1000h，相对湿度90％，85℃）：黄变指数小于3。
为使EVA胶膜在电池组件中充分发挥应有的作用，在使用过程中，要注意防潮防尘，避免与带色物体接触；不要将脱去外包装的整卷胶膜暴露在空气中；分切成片的胶膜如不能当天用完，应遮盖紧密。EVA胶膜若吸潮，会影响胶膜和玻璃的粘接力；若吸尘，会影响透光率；和带色、不洁的物体接触，由于EVA胶膜的吸附能力强，容易被污染。
4. 背板材料
根据电池组件使用要求的不同，背板材料可以有多种选择。一般有钢化玻璃、有机玻璃、铝合金、TPT类复合胶膜等。钢化玻璃背板主要用于制作双面透光建材型的电池组件，用于光伏幕墙、光伏屋顶等，价格较高，组件重量也大。除此以外目前使用最广的就是TPT复合膜。通常见到的电池组件背面的白色覆盖物大多就是这类复合膜，外形如图2-22所示。根据电池组件使用要求的不同，背板膜可以有多种选择。背板膜主要分为含氟背板与不含氟背板两大类。
其中含氟背板又分双面含氟（如TPT、KPK等）与单面含氟（如TPE、KPE等）两种；而不含氟的背板则多通过胶黏剂将多层PET胶粘接复合而成。目前，电池组件的使用寿命要求为25年，而背板作为直接与外环境大面积接触的光伏封装材料，应具备卓越的耐长期老化（湿热、干热、紫外）、耐电气绝缘、水蒸气阻隔等性能。
因此，如果背板膜在耐老化、耐绝缘、耐水气等方面无法满足电池组件25年的环境考验，最终将导致太阳电池的可靠性、稳定性与耐久性无法得到保障，使电池组件在普通气候环境下使用8～10年或在特殊环境状况下（高原、海岛、湿地）下使用5～8年即出现脱层、龟裂、起泡、黄变等不良状况，造成电池模块脱落、电池片移滑、电池有效输出功率降低等现象；更危险的是电池组件会在较低电压和电流值的情况下出现电打弧现象，引起电池组件燃烧并促发火灾，造成人员安全损害和财产损失。
目前，有些背板膜和组件生产企业考虑到双面含氟材料给整个背板膜和组件产品造成的成本压力，采用了EVA材料（或其他烯烃聚合物）替代双面含氟的“氟材料—聚酯—氟材料”结构的背板膜内层的氟材料，推出了由“氟材料—聚酯—EVA”三层材料构成的单面含氟的复合胶膜。
此类结构的背膜在与组件封装用的EVA胶膜黏结后，由于其光照面无对背板膜的PET主体基材进行有效保护的含氟材料，组件安装后背膜无法经受长期的紫外线照射，在几年之内组件就会出现背膜变黄、脆化老化等不良现象，严重影响组件的长期发电效能。但由于这类背板膜少用一层氟材料，其性能虽然不及TPT，但成本约为TPT的2/3，与EVA黏合性能也较好，故常用于一些小组件的封装。
TPT（KPK）是“氟膜—聚酯（PET）薄膜—氟膜”复合材料的简称。这种复合膜集合了“塑料王”氟塑料的耐老化、耐腐蚀、防潮抗湿性好的优点，和聚酯薄膜优异的机械性能、高绝缘性能和水汽阻隔性能，因此复合而成的TPT（KPK）胶膜具有不透气、强度好、耐候性好、使用寿命长、层压温度下不起任何变化、与粘接材料结合牢固等特点。这些特点正适合封装光伏电池组件，作为电池组件的背板材料能够有效地防止各种介质尤其是水、氧、腐蚀性气体等对EVA和电池片的侵蚀与影响。
常见复合材料除TPT（KPK）以外，还有TAT（即Tedlar与铝膜（aluminum）的复合膜）和TIT（即Tedlar与铁膜（iron）的复合膜）等中间带有金属膜夹层结构的复合膜。这些复合膜具有高强、阻燃、耐久、自洁、散热好等特性，白色的复合膜还可对阳光起反射作用，能提高电池组件的转换效率，且对红外线也有较强的反射性能，可降低电池组件在强阳光下的工作温度。
目前，双面含氟背板根据生产工艺的不同分为覆膜型和涂覆型两大类，覆膜型背板是将PVF（聚氟乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）、ECTFE（三氟氯乙烯-乙烯共聚物）和THV（四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物）等氟塑料膜通过胶黏剂与作为基材的PET聚酯胶膜粘接复合而成。而涂覆型背板是以含氟树脂如PTFE（聚四氟乙烯）树脂、CTFE（三氟氯乙烯）树脂、PVDF树脂和FEVE（氟乙烯-乙烯基醚共聚物）为主体树脂的涂料采用涂覆方式涂覆在PET聚酯胶膜上复合固化而成。
常用TPT（KPK）覆膜背板的基本性能指标如表2-5所示，供参考。
表2-5 常用TPT（KPK）覆膜背板基本性能指标性能指标
![]()
5. 铝合金边框
电池组件的边框材料主要采用铝合金，也有用不锈钢和增强塑料的。电池组件安装边框主要作用：一是为了保护层压后的组件玻璃边缘；二是结合硅胶打边加强了组件的密封性能；三是大大提高电池组件整体的机械强度；四是方便电池组件的运输、安装。电池组件无论是单独安装还是组成光伏方阵都要通过边框与电池组件支架固定。一般都是在边框适当部位打孔，同时支架的对应部位也打孔，然后通过螺栓固定连接，也有通过专用压块压在组件边框进行固定。
铝合金边框材料一般采用国际通用牌号为6063T6的铝合金材料，其成分构成如表2-6所示。电池组件边框的铝合金材料表面通常要进行表面氧化处理，氧化处理分为阳极氧化、喷砂氧化和电泳氧化三种。
表2-6 铝合金边框材料成分构成表
![]()
阳极氧化是对铝合金材料的电化学氧化，是将铝合金的型材作为阳极置于相应电解液（如硫酸、铬酸、草酸等）中，在特定条件和外加电流作用下，进行电解。阳极的铝合金氧化，表面上形成氧化铝薄膜层，其厚度为5～20μm，硬质阳极氧化膜可达6～200μm。金属氧化物薄膜改变了铝合金型材的表面状态和性能，如改变表面着色，提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面等。
喷砂氧化是将铝合金型材经喷砂处理，表面的氧化物全被处理，并经过喷砂撞击后，表面层金属被压迫而致密排列，且金属晶体变小，在铝合金表面形成牢固致密、硬度较高的氧化层。
电泳氧化就是利用电解原理在铝合金表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀时，镀层金属做阳极，被氧化成阳离子进入电镀液；待镀的铝合金制品做阴极，镀层金属的阳离子在铝合金表面被还原形成镀层。为排除其他阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。
电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸。电镀能增强金属的抗腐蚀性（镀层金属多采用耐腐蚀的金属）、增加硬度、防止磨耗，增强了铝合金型材的润滑性、耐热性和表面美观性。来源出版社人民邮电出版社有限公司作者李钟实。
铝合金边框型材常用规格有17mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm等，部分铝合金边框及角铝外形如图2-19所示。铝合金边框的四个角有两种固定方法，一种是在框架四个角中插入齿状角铝（俗称角码），然后用专用撞角机撞击固定或用自动组框机组合固定；另一种方法是用不锈钢螺栓对边框四角进行固定。图2-24、图2-25是常用铝合金边框型材的规格尺寸。
![]()
图2-24 角铝镶嵌式边框铝型材规格尺寸
![]()
图2-25 螺栓固定式边框铝型材规格尺寸
铝合金型材边框应放在恒温、恒湿的仓库内储存，其储存温度在20～30℃，相对湿度小于60％。要避免阳光直照和风吹。保存时间最长不超过一年。
6. 接线盒
接线盒是电池组件内部输出线路与外部线路连接的部件，常用接线盒外形如图2-26所示。从电池板内引出的正负极汇流条（较宽的互连条），进入接线盒内，插接或用焊锡焊接到接线盒中的相应位置，外引线也通过插接、焊接和螺丝压接等方法与接线盒连接。接线盒内还留有旁路二极管的安装位置或直接安装有旁路二极管，用以对电池组件进行旁路保护。接线盒除了上述作用以外，还要最大限度地减少其本身对电池组件输出功率的消耗，最大限度地减少本身发热对电池组件转换效率造成的影响，最大限度地提高电池组件的安全性和可靠性。
有些接线盒还直接带有输出电缆引线和电缆连接器插头，方便电池组件或方阵的快速连接。当引线长度不够时，还可以使用带连接器插头的延长电缆进行连接。
除了规格尺寸外接线盒的规格型号还包括适用功率范围，选用时要和组件功率的大小相匹配，另外还要结合组件的引出线数量（是两条、三条或四条）以及是否接旁路二极管等来确定所采用接线盒的规格尺寸和内部构造。
在电池组件生产中，为了保证电池组件的性能和效率，选择接线盒时不仅仅要选择接线盒的规格尺寸、承载功率、工作电流和工作电压等，还要考虑接线盒本身的接触电阻和散热性能以及接线盒内旁路二极管的导通压降、结点温度、热阻系数等。下面分析接线盒各种性能参数对电池组件性能的影响，供选择应用时参考。
① 接线盒连接接触电阻对电池组件输出功率的影响。目前，电池组件的引线和接线盒的连接以及旁路二极管与接线盒的连接方式大部分采用压接方式，这种方式会产生较大的接触电阻，因而要消耗一小部分组件的输出功率，同时产生一定的热量。
由于接线盒正好安装在电池组件某一两片电池片的背面，接触电阻所产生的热量以及旁路二极管工作时所产生的热量，一部分通过接线盒向空气中散发，另一部分热量传递到了背靠的电池片上。电池片的转换效率随着温度的升高而降低，温度每升高10℃，转换效率就降低5％，由于电池组件的电池片一般都是串联连接，某一两片电池片转换效率降低势必造成整个组件输出功率的减少。
另外，随着电池组件使用年限的增长，压接部位的电镀层可能会出现锈蚀、脱皮等现象（表面镀镍的保证年限一般为15～20年），这样会导致接触电阻的不断增加、功耗增加、电池转换效率降低，加剧输出功率的下降。因此选择接线盒时最好选用焊接连接（也叫欧姆连接）方式的产品。
② 接线盒旁路二极管的导通压降对电池组件输出功率的影响。二极管中不但存在着PN结电阻，而且存在着结电容等等，因此二极管在导通时会产生一定的正向电压降。不同型号的二极管正向压降是不一样的，一般小功率肖特基二极管的正向压降在0.3V左右，大功率肖特基二极管的正向压降在0.55V左右，而普通整流二极管的正向压降都在0.7～0.9V。由于不同的二极管正向压降差别较大，因此当旁路二极管工作时，对电池组件所产生的功率消耗也有较大差别。例如，某电池组件使用156×156的电池片，其电流是8A的话，上述三种二极管如果被旁路工作，则产生的功耗分别为：
小功率肖特基二极管P=IU=8×0.3=2.4W
大功率肖特基二极管P=IU=8×0.55=4.4W
普通整流二极管P=IU=8×（0.7～0.9）=5.6～7.2W
由此可见，尽管二极管导通的正向压降最大只差0.6V，但功耗可差了4～5W。
③ 接线盒旁路二极管结点温度对电池组件可靠性的影响。旁路二极管的结点温度越高，说明二极管的工作温度越高，其安全性、可靠性越好。因此，在选用接线盒时，要选用结点温度高的二极管产品。
④ 接线盒的散热性对电池组件的影响。前面已经说过温度对电池片转换效率的影响，因此在选择接线盒时，不但要求接线盒内的二极管热阻系数要小，而且还要选择散热性好的接线盒。目前，有些厂家已经开发出了铝合金接线盒、集成汇流带式接线盒等，其散热性较好。特别是集成汇流带式接线盒，由于采用印制电路板结构，电路板的线路铜箔导热性非常好，很容易散发热量，且在安装时不和电池片重叠，热量不容易传递到电池片上，使热量对电池组件的影响减少到最小。电池组件接线盒中常用的旁路二极管性能参数见表2-7。
表2-7 电池组件接线盒常用旁路二极管性能参数
![]()
7. 互连条
互连条也叫涂锡铜带、涂锡带，宽一些的互连条也叫汇流条，外形如图2-27所示。它是电池组件中电池片与电池片连接的专用引线。它以纯铜铜带为基础，在铜带表面均匀的涂镀了一层焊锡。纯铜铜带是含铜量99.99％的无氧铜或紫铜，焊锡涂层成分分为含铅焊锡和无铅焊锡两种，焊锡单面涂层厚度为0.01～0.05mm，熔点为160～230℃，要求涂层均匀，表面光亮、平整。互连条的规格根据其宽度和厚度的不同有20多种，宽度可从0.08mm到30mm，厚度可从0.04mm到0.8mm。
8. 有机硅胶
有机硅胶是一种具有特殊结构的密封胶材料，具有较好的耐老化、耐高低温、耐紫外线性能，抗氧化、抗冲击、防污防水、高绝缘；主要用于电池组件边框的密封，接线盒与电池组件的粘接密封，接线盒的浇注与灌封等。有机硅胶固化后将形成高强度的弹性橡胶体，在外力的作用下具有变形的能力，外力去除后又恢复原来的形状。因此，电池组件采用有机硅胶密封，将兼具有密封、缓冲和防护的功能。
一般用于电池组件的有机硅胶有两种，一种是用于组件与铝型材边框及接线盒粘接密封的中性单组分有机硅密封胶，它的主要性能特点：①室温中性固化，深层固化速度快，使组件的表面清洗清洁工作可以在3小时后进行；②密封性好，对铝材、玻璃、TPT、TPE背板材料、接线盒塑料等有良好的粘附性；③胶体耐高温、耐黄变，独特的固化体系，与各类EVA有良好的相容性。④可提高组件抗机械震动和外力冲击的能力。
另一种是用于接线盒灌封的双组分有机硅导热胶。这种硅胶是以有机硅合成的新型导热绝缘材料，其主要性能特点：①室温固化，固化速度快，固化时不发热、无腐蚀、收缩率小；②可在很宽的温度范围（−60～200℃）内保持橡胶弹性，电性能优异，导热性能好；③防水防潮，耐化学介质，耐黄变，耐气候老化25年以上；④与大部分塑料、橡胶、尼龙等材料粘附性良好。常见的有机硅胶如图2-28所示。
来源：光伏君
电池组件是光伏发电系统最重要的组成部件，它主要由电池片、玻璃、EVA胶膜、光伏背板、铝合金边框、接线盒等组成，这些材料和部件对电池组件的质量、性能和使用寿命影响都很大。另外，电池组件在整个光伏发电系统中的成本，占到光伏发电系统建设总成本的50％以上，而且电池组件的质量好坏，直接关系到整个光伏发电系统的质量、发电效率、发电量、使用寿命、收益率等。因此了解构成电池组件的各种原材料和部件的技术特性，熟悉电池组件的制造工艺技术和生产流程非常重要。
一、 电池组件的主要原材料及部件
为便于大家对电池组件有更多的了解，下面就生产制造电池组件所需的主要原材料及部件的构成、性能参数和基本要求等分别进行介绍。
硅电池片
硅电池片的基片材料是P型的单晶硅或多晶硅，它通过专用切割设备将单晶硅或多晶硅硅棒切割成厚度为180μm左右的硅片后，再经过一系列的加工工序制作而成，硅电池片的生产工艺流程如图2-18所示。
图2-18 硅电池片的生产工艺流程
（1）硅电池片的特点
硅电池片是电池组件中的主要材料。合格的硅电池片应具有以下特点。
① 具有稳定高效的光电转换效率，可靠性高。
② 采用先进的扩散技术，保证片内各处转换效率的均匀性。
③ 运用先进的PECVD成膜技术，在电池片表面镀上深蓝色的氮化硅减反射膜，颜色均匀美观。
④ 应用高品质的银和银铝金属浆料制作背场和栅线电极，确保良好的导电性、可靠的附着力和很好的电极可焊性。
⑤ 高精度的丝网印刷图形和高平整度，使得电池片易于自动焊接和激光切割。
（2）硅电池片的分类及外观结构
硅电池片按用途可分为地面用晶体硅电池、海上用晶体硅电池和空间用晶体硅电池，按基片材料的不同分为单晶硅电池和多晶硅电池。硅电池片常见的规格尺寸有125mm×125mm、156mm×156mm、156.75mm×156.75mm等，目前主流应用的大部分是156.75mm×156.75mm的，电池片厚度一般在180～200μm。
从图2-19中可以看到，电池片表面有一层蓝色的减反射膜，还有银白色的电极栅线。其中很多条细的栅线，是电池片表面电极向主栅线汇总的引线，几条宽一点的银白线就是主栅线，也叫电极线或上电极（目前在生产的有4条、5条甚至12条主栅线的电池片）。电池片的背面也有几条与正面相应的间断银白色的主栅线，叫作下电极或背电极。
电池片与电池片之间的连接，就是把互连条焊接到主栅线上实现的。一般正面的电极线是电池片的负极线，背面的电极线是电池片的正极线。太阳电池无论面积大小（整片或切割成小片），单片的正负极间输出峰值电压都是在0.52～0.56V。而电池片的面积大小与输出电流和发电功率成正比，面积越大，输出电流和发电功率越大。
（3）单晶硅与多晶硅电池片的区别
由于单晶硅电池片和多晶硅电池片前期生产工艺的不同，它们从外观到电性能都有一些区别。从外观上看，单晶硅电池片四个角呈圆弧缺角状，表面没有花纹；多晶硅电池片四个角为方角，表面有类似冰花一样的花纹。单晶硅电池片减反射膜绒面表面颜色一般呈现为黑蓝色，多晶硅电池片减反射膜绒面表面颜色一般呈现为蓝色。
对于使用者来说，相同转换效率的单晶硅电池和多晶硅电池是没有太大区别的。单晶硅电池和多晶硅电池的寿命和稳定性都很好。虽然单晶硅电池的平均转换效率比多晶硅电池的平均转换效率高1％左右，但是由于单晶硅太阳电池只能做成准正方形（4个角是圆弧），当组成电池组件时就有一部分面积填不满，而多晶硅电池片是正方形，不存在这个问题，因此对于光伏电池组件的效率来讲几乎是一样的。
另外，由于两种电池材料的制造工艺不一样，多晶硅电池制造过程中消耗的能量要比单晶硅电池少30％左右，所以过去几年多晶硅电池占全球电池总产量的份额越来越大，制造成本也大大小于单晶硅电池，从生产工艺角度看，使用多晶硅电池更节能、更环保。
随着多晶硅电池片制造技术的不断发展，多晶硅电池片的转换效率已经从目前的17％～17.5％，提高到18％以上，也成为高效电池片。该高效多晶电池片与传统的多晶电池片相比，除了表面颜色变成了黑色以为，外观上看不出其它差异。但实际上，这种电池片比传统的电池片，效率高出0.3％～0.7％，而原有多晶硅电池片生产技术，想让其效率提高0.1％都难度很大。
高效多晶电池片的技术原理，就是将原有电池表面较大尺寸的凹坑经过化学刻蚀的方法处理成许多细小的小坑，即在原有电池的纳米结构上生成纳米尺寸小孔，让电池表面的反射率从原来的15％降到5％左右。对太阳光的利用率提高，电池的效率自然也就提升了。通过化学反应后得到的电池片材料在外观上呈现黑色，故得名“黑硅”，该项技术也被称为黑硅技术。
尽管如此，从目前的制造技术看，多晶硅电池片的转换效率已经接近实验室水平，要达到18.5％以上比较困难，上升空间有限。而随着单晶硅电池片制造技术的不断改进，P型和N型单晶硅电池片的转换效率已分别达到19％～19.5％和21％～24％的水平，转换效率的提高，使单晶硅电池片的制造成本逐渐下降，到目前已经基本与多晶硅电池持平，单晶硅电池在光伏发电系统（电站）的发电量、发电成本和发电收益率等方面的优势将逐步显现出来。
根据测算，按照目前行业普遍承诺的25年使用年限来计算，一个相同规模的光伏电站，使用单晶硅电池组件比使用多晶硅电池组件要多13.4％的发电收益。尽管目前每瓦单晶硅电池组件比多晶硅电池组件成本高5％左右，但由于单晶硅组件发电效率高，同样的装机容量占地面积小，基础、支架、电缆等系统周边器材使用量也相应减少，二者的综合投入成本基本相当。在光伏发电系统设计中选择多晶硅电池组件或单晶硅电池组件，与年发电量及投资收益率大小的分析，请参看本章中有关电池组件选型的内容。
（4）硅电池片的等效电路分析
硅电池片的内部等效电路如图2-20所示。为便于理解，我们可以形象地把太阳电池的内部看成是一个光电池和一个硅二极管的复合体，既在光电池的两端并联了一个处于正偏置的二极管，同时电池内部还有串联电阻和并联电阻的存在。由于二极管存在，在外电压的作用下，会产生通过二极管P-N结的漏电流Id，这个电流与光生电流的方向相反，因此会抵消小部分光生电流。
串联电阻主要是由半导体材料本身的体电阻、扩散层横向电阻、金属电极与电池片体的接触电阻及金属电极本身的电阻几部分组成，其中扩散层横向电阻是串联电阻的主要形式。正常电池片的串联电阻一般小于1Ω。并联电阻又称旁路电阻，主要是由于半导体晶体缺陷引起的边缘漏电、电池表面污染等使一部分本来应该通过负载的电流短路形成电流Ir，相当于有一个并联电阻的作用，因此在电路中等效为并联电阻，并联电阻的阻值一般为几千欧。
通过分析说明，光伏电池的串联电阻越小，旁路电阻越大，就越接近于理想的电池，该电池的性能就越好。
图2-20 光伏电池的等效电路
（5）硅电池片的主要性能参数
硅电池片的性能参数主要有：短路电流、开路电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子、转换效率等。
① 短路电流（Isc）：当将电池片的正负极短路，使U=0时，此时的电流就是电池片的短路电流，短路电流的单位是A（安培），短路电流随着光强的变化而变化。
② 开路电压（Uoc）：当将电池片的正负极不接负载，使I=0时，此时太阳电池正负极间的电压就是开路电压，开路电压的单位是V（伏特），单片太阳电池的开路电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.6～0.7V，当用多个电池片串联连接的时候可以获得较高的电压。
③ 峰值电流（Im）：峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电流。峰值电流是指太阳电池片输出最大功率时的工作电流，峰值电流的单位是A。
④ 峰值电压（Um）：峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电压。峰值电压是指太阳电池片输出最大功率时的工作电压，峰值电压的单位是V。峰值电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.5～0.55V。
⑤ 峰值功率（Pm）：峰值功率也叫最大输出功率或最佳输出功率。峰值功率是指太阳电池片正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积：Pm=Im×Um。峰值功率的单位是Wp（峰瓦）。太阳电池的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和电池片的工作温度，因此太阳电池的测量要在标准条件下进行，测量标准为欧洲委员会的101号标准，其条件是辐照度1kW/m2、光谱AM1.5、测试温度25℃。
⑥ 填充因子（FF）：填充因子也叫曲线因子，是指图2-21中阴影部分的矩形面积（Im×Um）与虚线部分的矩形面积（Isc×Uoc）之比，也就是电池片的峰值输出功率与开路电压和短路电流乘积的比值：FF=Pm/Isc×Uoc。填充因子是一个无单位的量，是评价和衡量电池输出特性好坏的一个重要参数，它的值越高，表明太阳电池输出特性越趋于矩形，太阳电池的光电转换效率越高。
太阳电池内部的串、并联电阻对填充因子有较大影响，太阳电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充因子的系数越大。填充因子的系数一般在0.7～0.85，也可以用百分数表示。
⑦ 转换效率（η）：电池片的转换效率用来表示照射在电池表面的光能量转换成电能量的大小，一般用输出能量与入射能量的比值来表示，也就是指电池受光照时的最大输出功率与照射到电池上的太阳能量功率的比值。即：
η=Pm（电池片的峰值功率）/A（电池片的面积）×Pin（单位面积的入射光功率），其中Pin=1000W/m2=100mW/cm2。
（6）常见硅电池片产品的典型性能参数
常见硅电池片产品的典型性能参数如表2-2、表2-3、表2-4所示。
表2-2 125×125单晶硅电池片典型性能参数（##代表不同生产厂家的代号）
表2-3 156.75×156.75单晶硅电池片典型性能参数（##代表不同生产厂家的代号）
表2-4 156.75×156.75多晶硅电池片典型性能参数（##代表不同生产厂家的代号）
2. 面板玻璃
电池组件采用的面板玻璃是低铁超白绒面或光面钢化玻璃。一般厚度为3.2mm和4mm，建材型电池组件有时要用到5～10mm厚度的钢化玻璃。无论厚薄都要求透光率在91％以上，光谱响应的波长范围为320～1100nm，对大于1200nm的红外光有较高的反射率。
低铁超白就是说这种玻璃的含铁量比普通玻璃要低，含铁量（三氧化二铁）≤150ppm，从而增加了玻璃的透光率。同时从玻璃边缘看，这种玻璃也比普通玻璃白，普通玻璃从边缘看是偏绿色的。
绒面的意思就是说这种玻璃为了减少阳光的反射，在其表面通过物理和化学方法进行减反射处理，使玻璃表面成了绒毛状，从而增加了光线的入射量。有些厂家还利用溶胶凝胶纳米材料和精密涂布技术（如磁控喷溅法、双面浸泡法等技术），在玻璃表面涂布一层含纳米材料的薄膜，这种镀膜玻璃不仅可以显著增加面板玻璃的透光率（2％以上），还可以显著减少光线反射，而且还有自洁功能，可以减少雨水、灰尘等对电池板表面的污染，保持清洁，减少光衰，并提高发电率1.5％～3％。
钢化处理是为了增加玻璃的强度，抵御风沙冰雹的冲击，起到长期保护太阳电池的作用。面板玻璃的钢化处理，是通过水平钢化炉将玻璃加热到700℃左右，利用冷风将其快速均匀冷却，使其表面形成均匀的压应力，而内部则形成张应力，有效提高了玻璃的抗弯和抗冲击性能。对面板玻璃进行钢化处理后，玻璃的强度比普通玻璃可提高4～5倍。
3. EVA胶膜
EVA胶膜是乙烯与醋酸乙烯脂的共聚物，是一种热固性的膜状热熔胶，在常温下无黏性，经过一定条件热压便发生熔融黏结与交联固化，变得完全透明，是目前电池组件封装中普遍使用的黏结材料，EVA胶膜的外形如图2-21所示。太阳电池组件中要加入两层EVA胶膜，两层EVA胶膜夹在面板玻璃、电池片和TPT背板膜之间，将玻璃、电池片和TPT粘接在一起。它和玻璃粘合后能提高玻璃的透光率，起到增透的作用，并对电池组件的功率输出有增益作用。
EVA胶膜具有表面平整、厚度均匀、透明度高、柔性好，热熔粘接性、熔融流动性好，常温下不粘连、易切割、价格较廉等优点。EVA胶膜内含交联剂，能在150℃的固化温度下交联，采用挤压成型工艺形成稳定的胶层。其厚度一般在0.2～0.8mm，常用厚度为0.46mm和0.5mm。
EVA的性能主要取决于其分子量与醋酸乙烯脂的含量，不同的温度对EVA的交联度有比较大的影响，而EVA的交联度直接影响组件的性能和使用寿命。
在熔融状态下，EVA胶膜与太阳电池片、面板玻璃、TPT背板材料产生黏合，此过程既有物理的黏结也有化学的键合作用。为提高EVA的性能，一般都要通过化学交联的方式对EVA进行改性处理，具体方法是在EVA中添加有机过氧化物交联剂，当EVA加热到一定温度时，交联剂分解产生自由基，引发EVA分子之间的结合，形成三维网状结构，导致EVA胶层交联固化，当交联度达到60％以上时能承受正常大气压的变化，同时不再发生热胀冷缩。因此EVA胶膜能有效的保护电池片，防止外界环境对电池片的电性能造成影响，增强电池组件的透光性。
EVA胶膜在电池组件中不仅是起粘接密封作用，而且对太阳电池的质量与寿命起着至关重要的作用。因此用于组件封装的EVA胶膜必须满足以下主要性能指标。
（1）固化条件：快速固化型胶膜，加热至135～140℃，恒温15～20min；常规型胶膜，加热至145℃，恒温30min。
（2）透光率：大于90％。
（3）交联度：快速固化型胶膜大于70％，常规型胶膜大于75％。
（4）剥离强度：玻璃/胶膜大于30 N/cm，TPT/胶膜大于20 N/cm。
（5）耐温性：高温85℃，低温−40℃，不热胀冷缩，尺寸稳定性较好。
（6）耐紫外光老化性能（1000h，83℃）：黄变指数小于2，长时间紫外线照射下不龟裂、不老化、不黄变。
（7）耐热老化性能（1000h，85℃）：黄变指数小于3。
（8）湿热老化性能（1000h，相对湿度90％，85℃）：黄变指数小于3。
为使EVA胶膜在电池组件中充分发挥应有的作用，在使用过程中，要注意防潮防尘，避免与带色物体接触；不要将脱去外包装的整卷胶膜暴露在空气中；分切成片的胶膜如不能当天用完，应遮盖紧密。EVA胶膜若吸潮，会影响胶膜和玻璃的粘接力；若吸尘，会影响透光率；和带色、不洁的物体接触，由于EVA胶膜的吸附能力强，容易被污染。
4. 背板材料
根据电池组件使用要求的不同，背板材料可以有多种选择。一般有钢化玻璃、有机玻璃、铝合金、TPT类复合胶膜等。钢化玻璃背板主要用于制作双面透光建材型的电池组件，用于光伏幕墙、光伏屋顶等，价格较高，组件重量也大。除此以外目前使用最广的就是TPT复合膜。通常见到的电池组件背面的白色覆盖物大多就是这类复合膜，外形如图2-22所示。根据电池组件使用要求的不同，背板膜可以有多种选择。背板膜主要分为含氟背板与不含氟背板两大类。
其中含氟背板又分双面含氟（如TPT、KPK等）与单面含氟（如TPE、KPE等）两种；而不含氟的背板则多通过胶黏剂将多层PET胶粘接复合而成。目前，电池组件的使用寿命要求为25年，而背板作为直接与外环境大面积接触的光伏封装材料，应具备卓越的耐长期老化（湿热、干热、紫外）、耐电气绝缘、水蒸气阻隔等性能。
因此，如果背板膜在耐老化、耐绝缘、耐水气等方面无法满足电池组件25年的环境考验，最终将导致太阳电池的可靠性、稳定性与耐久性无法得到保障，使电池组件在普通气候环境下使用8～10年或在特殊环境状况下（高原、海岛、湿地）下使用5～8年即出现脱层、龟裂、起泡、黄变等不良状况，造成电池模块脱落、电池片移滑、电池有效输出功率降低等现象；更危险的是电池组件会在较低电压和电流值的情况下出现电打弧现象，引起电池组件燃烧并促发火灾，造成人员安全损害和财产损失。
目前，有些背板膜和组件生产企业考虑到双面含氟材料给整个背板膜和组件产品造成的成本压力，采用了EVA材料（或其他烯烃聚合物）替代双面含氟的“氟材料—聚酯—氟材料”结构的背板膜内层的氟材料，推出了由“氟材料—聚酯—EVA”三层材料构成的单面含氟的复合胶膜。
此类结构的背膜在与组件封装用的EVA胶膜黏结后，由于其光照面无对背板膜的PET主体基材进行有效保护的含氟材料，组件安装后背膜无法经受长期的紫外线照射，在几年之内组件就会出现背膜变黄、脆化老化等不良现象，严重影响组件的长期发电效能。但由于这类背板膜少用一层氟材料，其性能虽然不及TPT，但成本约为TPT的2/3，与EVA黏合性能也较好，故常用于一些小组件的封装。
TPT（KPK）是“氟膜—聚酯（PET）薄膜—氟膜”复合材料的简称。这种复合膜集合了“塑料王”氟塑料的耐老化、耐腐蚀、防潮抗湿性好的优点，和聚酯薄膜优异的机械性能、高绝缘性能和水汽阻隔性能，因此复合而成的TPT（KPK）胶膜具有不透气、强度好、耐候性好、使用寿命长、层压温度下不起任何变化、与粘接材料结合牢固等特点。这些特点正适合封装光伏电池组件，作为电池组件的背板材料能够有效地防止各种介质尤其是水、氧、腐蚀性气体等对EVA和电池片的侵蚀与影响。
常见复合材料除TPT（KPK）以外，还有TAT（即Tedlar与铝膜（aluminum）的复合膜）和TIT（即Tedlar与铁膜（iron）的复合膜）等中间带有金属膜夹层结构的复合膜。这些复合膜具有高强、阻燃、耐久、自洁、散热好等特性，白色的复合膜还可对阳光起反射作用，能提高电池组件的转换效率，且对红外线也有较强的反射性能，可降低电池组件在强阳光下的工作温度。
目前，双面含氟背板根据生产工艺的不同分为覆膜型和涂覆型两大类，覆膜型背板是将PVF（聚氟乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）、ECTFE（三氟氯乙烯-乙烯共聚物）和THV（四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物）等氟塑料膜通过胶黏剂与作为基材的PET聚酯胶膜粘接复合而成。而涂覆型背板是以含氟树脂如PTFE（聚四氟乙烯）树脂、CTFE（三氟氯乙烯）树脂、PVDF树脂和FEVE（氟乙烯-乙烯基醚共聚物）为主体树脂的涂料采用涂覆方式涂覆在PET聚酯胶膜上复合固化而成。
常用TPT（KPK）覆膜背板的基本性能指标如表2-5所示，供参考。
表2-5 常用TPT（KPK）覆膜背板基本性能指标性能指标
5. 铝合金边框
电池组件的边框材料主要采用铝合金，也有用不锈钢和增强塑料的。电池组件安装边框主要作用：一是为了保护层压后的组件玻璃边缘；二是结合硅胶打边加强了组件的密封性能；三是大大提高电池组件整体的机械强度；四是方便电池组件的运输、安装。电池组件无论是单独安装还是组成光伏方阵都要通过边框与电池组件支架固定。一般都是在边框适当部位打孔，同时支架的对应部位也打孔，然后通过螺栓固定连接，也有通过专用压块压在组件边框进行固定。
铝合金边框材料一般采用国际通用牌号为6063T6的铝合金材料，其成分构成如表2-6所示。电池组件边框的铝合金材料表面通常要进行表面氧化处理，氧化处理分为阳极氧化、喷砂氧化和电泳氧化三种。
表2-6 铝合金边框材料成分构成表
阳极氧化是对铝合金材料的电化学氧化，是将铝合金的型材作为阳极置于相应电解液（如硫酸、铬酸、草酸等）中，在特定条件和外加电流作用下，进行电解。阳极的铝合金氧化，表面上形成氧化铝薄膜层，其厚度为5～20μm，硬质阳极氧化膜可达6～200μm。金属氧化物薄膜改变了铝合金型材的表面状态和性能，如改变表面着色，提高耐腐蚀性、增强耐磨性及硬度，保护金属表面等。
喷砂氧化是将铝合金型材经喷砂处理，表面的氧化物全被处理，并经过喷砂撞击后，表面层金属被压迫而致密排列，且金属晶体变小，在铝合金表面形成牢固致密、硬度较高的氧化层。
电泳氧化就是利用电解原理在铝合金表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀时，镀层金属做阳极，被氧化成阳离子进入电镀液；待镀的铝合金制品做阴极，镀层金属的阳离子在铝合金表面被还原形成镀层。为排除其他阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。
电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸。电镀能增强金属的抗腐蚀性（镀层金属多采用耐腐蚀的金属）、增加硬度、防止磨耗，增强了铝合金型材的润滑性、耐热性和表面美观性。来源出版社人民邮电出版社有限公司作者李钟实。
铝合金边框型材常用规格有17mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm等，部分铝合金边框及角铝外形如图2-19所示。铝合金边框的四个角有两种固定方法，一种是在框架四个角中插入齿状角铝（俗称角码），然后用专用撞角机撞击固定或用自动组框机组合固定；另一种方法是用不锈钢螺栓对边框四角进行固定。图2-24、图2-25是常用铝合金边框型材的规格尺寸。
图2-24 角铝镶嵌式边框铝型材规格尺寸
图2-25 螺栓固定式边框铝型材规格尺寸
铝合金型材边框应放在恒温、恒湿的仓库内储存，其储存温度在20～30℃，相对湿度小于60％。要避免阳光直照和风吹。保存时间最长不超过一年。
6. 接线盒
接线盒是电池组件内部输出线路与外部线路连接的部件，常用接线盒外形如图2-26所示。从电池板内引出的正负极汇流条（较宽的互连条），进入接线盒内，插接或用焊锡焊接到接线盒中的相应位置，外引线也通过插接、焊接和螺丝压接等方法与接线盒连接。接线盒内还留有旁路二极管的安装位置或直接安装有旁路二极管，用以对电池组件进行旁路保护。接线盒除了上述作用以外，还要最大限度地减少其本身对电池组件输出功率的消耗，最大限度地减少本身发热对电池组件转换效率造成的影响，最大限度地提高电池组件的安全性和可靠性。
有些接线盒还直接带有输出电缆引线和电缆连接器插头，方便电池组件或方阵的快速连接。当引线长度不够时，还可以使用带连接器插头的延长电缆进行连接。
除了规格尺寸外接线盒的规格型号还包括适用功率范围，选用时要和组件功率的大小相匹配，另外还要结合组件的引出线数量（是两条、三条或四条）以及是否接旁路二极管等来确定所采用接线盒的规格尺寸和内部构造。
在电池组件生产中，为了保证电池组件的性能和效率，选择接线盒时不仅仅要选择接线盒的规格尺寸、承载功率、工作电流和工作电压等，还要考虑接线盒本身的接触电阻和散热性能以及接线盒内旁路二极管的导通压降、结点温度、热阻系数等。下面分析接线盒各种性能参数对电池组件性能的影响，供选择应用时参考。
① 接线盒连接接触电阻对电池组件输出功率的影响。目前，电池组件的引线和接线盒的连接以及旁路二极管与接线盒的连接方式大部分采用压接方式，这种方式会产生较大的接触电阻，因而要消耗一小部分组件的输出功率，同时产生一定的热量。
由于接线盒正好安装在电池组件某一两片电池片的背面，接触电阻所产生的热量以及旁路二极管工作时所产生的热量，一部分通过接线盒向空气中散发，另一部分热量传递到了背靠的电池片上。电池片的转换效率随着温度的升高而降低，温度每升高10℃，转换效率就降低5％，由于电池组件的电池片一般都是串联连接，某一两片电池片转换效率降低势必造成整个组件输出功率的减少。
另外，随着电池组件使用年限的增长，压接部位的电镀层可能会出现锈蚀、脱皮等现象（表面镀镍的保证年限一般为15～20年），这样会导致接触电阻的不断增加、功耗增加、电池转换效率降低，加剧输出功率的下降。因此选择接线盒时最好选用焊接连接（也叫欧姆连接）方式的产品。
② 接线盒旁路二极管的导通压降对电池组件输出功率的影响。二极管中不但存在着PN结电阻，而且存在着结电容等等，因此二极管在导通时会产生一定的正向电压降。不同型号的二极管正向压降是不一样的，一般小功率肖特基二极管的正向压降在0.3V左右，大功率肖特基二极管的正向压降在0.55V左右，而普通整流二极管的正向压降都在0.7～0.9V。由于不同的二极管正向压降差别较大，因此当旁路二极管工作时，对电池组件所产生的功率消耗也有较大差别。例如，某电池组件使用156×156的电池片，其电流是8A的话，上述三种二极管如果被旁路工作，则产生的功耗分别为：
小功率肖特基二极管P=IU=8×0.3=2.4W
大功率肖特基二极管P=IU=8×0.55=4.4W
普通整流二极管P=IU=8×（0.7～0.9）=5.6～7.2W
由此可见，尽管二极管导通的正向压降最大只差0.6V，但功耗可差了4～5W。
③ 接线盒旁路二极管结点温度对电池组件可靠性的影响。旁路二极管的结点温度越高，说明二极管的工作温度越高，其安全性、可靠性越好。因此，在选用接线盒时，要选用结点温度高的二极管产品。
④ 接线盒的散热性对电池组件的影响。前面已经说过温度对电池片转换效率的影响，因此在选择接线盒时，不但要求接线盒内的二极管热阻系数要小，而且还要选择散热性好的接线盒。目前，有些厂家已经开发出了铝合金接线盒、集成汇流带式接线盒等，其散热性较好。特别是集成汇流带式接线盒，由于采用印制电路板结构，电路板的线路铜箔导热性非常好，很容易散发热量，且在安装时不和电池片重叠，热量不容易传递到电池片上，使热量对电池组件的影响减少到最小。电池组件接线盒中常用的旁路二极管性能参数见表2-7。
表2-7 电池组件接线盒常用旁路二极管性能参数
7. 互连条
互连条也叫涂锡铜带、涂锡带，宽一些的互连条也叫汇流条，外形如图2-27所示。它是电池组件中电池片与电池片连接的专用引线。它以纯铜铜带为基础，在铜带表面均匀的涂镀了一层焊锡。纯铜铜带是含铜量99.99％的无氧铜或紫铜，焊锡涂层成分分为含铅焊锡和无铅焊锡两种，焊锡单面涂层厚度为0.01～0.05mm，熔点为160～230℃，要求涂层均匀，表面光亮、平整。互连条的规格根据其宽度和厚度的不同有20多种，宽度可从0.08mm到30mm，厚度可从0.04mm到0.8mm。
8. 有机硅胶
有机硅胶是一种具有特殊结构的密封胶材料，具有较好的耐老化、耐高低温、耐紫外线性能，抗氧化、抗冲击、防污防水、高绝缘；主要用于电池组件边框的密封，接线盒与电池组件的粘接密封，接线盒的浇注与灌封等。有机硅胶固化后将形成高强度的弹性橡胶体，在外力的作用下具有变形的能力，外力去除后又恢复原来的形状。因此，电池组件采用有机硅胶密封，将兼具有密封、缓冲和防护的功能。
一般用于电池组件的有机硅胶有两种，一种是用于组件与铝型材边框及接线盒粘接密封的中性单组分有机硅密封胶，它的主要性能特点：①室温中性固化，深层固化速度快，使组件的表面清洗清洁工作可以在3小时后进行；②密封性好，对铝材、玻璃、TPT、TPE背板材料、接线盒塑料等有良好的粘附性；③胶体耐高温、耐黄变，独特的固化体系，与各类EVA有良好的相容性。④可提高组件抗机械震动和外力冲击的能力。
另一种是用于接线盒灌封的双组分有机硅导热胶。这种硅胶是以有机硅合成的新型导热绝缘材料，其主要性能特点：①室温固化，固化速度快，固化时不发热、无腐蚀、收缩率小；②可在很宽的温度范围（−60～200℃）内保持橡胶弹性，电性能优异，导热性能好；③防水防潮，耐化学介质，耐黄变，耐气候老化25年以上；④与大部分塑料、橡胶、尼龙等材料粘附性良好。常见的有机硅胶如图2-28所示。
来源：光伏君
免责声明：《全球光伏》公众号原创或转载文章仅代表作者本人观点，公众号平台对文中观点不持态度。如内容有不实或者侵权，请留言与本站联系。
往期精彩内容