雙玻 光伏組件邊緣為何會產(chǎn)生氣泡？該怎么解決？

針對雙玻光伏組件量產(chǎn)工藝中所出現(xiàn)的邊緣氣泡問題進行研究，通過對比分析得出邊 緣氣泡問題主要由組件在層壓過程中邊緣過壓導(dǎo)致，根據(jù)實驗和相關(guān)數(shù)據(jù)得到邊緣氣泡析出的規(guī)律，通過使用層壓工裝，可有效解決氣泡問題，為后續(xù)雙玻光伏組件批量生產(chǎn)提供一種技術(shù)支持。

引言

在光伏制造領(lǐng)域中，高可靠性、高通用性、高發(fā)電量的組件，一直是市場的寵兒，同樣也是無數(shù)光伏研發(fā)人員為之努力和奮斗的目標。隨著各類定制化和互補型電站的興起，以及一些光伏建筑一體化 (BIPV，Building Integrated Photovoltaic) 建筑設(shè)計的使用，雙玻光伏組件的市場需求度逐漸越來越高。

1 結(jié)構(gòu)差異分析

　　1.1 常規(guī)光伏組件結(jié)構(gòu)

　　常規(guī)光伏組件是由玻璃、上層EVA、電池片、下層EVA、背板敷設(shè)而成。

　　1.2 雙玻光伏組件結(jié)構(gòu)

　　雙玻光伏組件是由上層玻璃、上層EVA、電池片、下層EVA、下層玻璃敷設(shè)而成。

　　1.3 差異化分析

兩種類型的光伏組件在組成結(jié)構(gòu)上的較大差異在于背面材質(zhì)的不同。傳統(tǒng)光伏組件的背面材質(zhì)采用柔韌性較好的多層PET復(fù)合背板，使用鋁邊框進行固定和密封；而雙玻光伏組件背面則采用壓延鋼化玻璃替代背板，根據(jù)實際需求決定是否加裝邊框。

　　由于玻璃本身的特性與背板存在較大的差異，相比背板更薄更柔韌，玻璃的厚度較大和剛性較強的特性都給層壓工序帶來了新的問題。在組件層壓過程中，層壓皮緊緊包裹在組件上，利用真空泵創(chuàng)造的真空環(huán)境使熔化的EVA中的氣泡順利排出。常規(guī)光伏組件背板的柔性較好，在層壓皮的作用下，EVA中的氣泡在真空環(huán)境中可較為輕松地被擠壓出；而雙玻光伏組件在實際生產(chǎn)中，使用傳統(tǒng)的工藝和參數(shù)卻不能達到該效果，具體表現(xiàn)是層壓后有氣泡產(chǎn)生，這給目前光伏組件制造過程帶來了新的問題和挑戰(zhàn)。

　　光伏組件在制造過程中，不允許組件內(nèi)有任何大小、形態(tài)和數(shù)量的氣泡存在。傳統(tǒng)雙玻光伏組件在生產(chǎn)過程中，層壓工序未針對雙玻光伏組件制定特殊的層壓工藝，導(dǎo)致氣泡頻現(xiàn)，嚴重時甚至出現(xiàn)直徑超過15 mm、數(shù)量多達30個以上的情況發(fā)生，且一旦出現(xiàn)氣泡，雙玻光伏組件無法進行修復(fù)，導(dǎo)致雙玻光伏組件在生產(chǎn)過程中良率很難保證。

2 氣泡產(chǎn)生原理

　　傳統(tǒng)光伏組件在層壓過程中產(chǎn)生氣泡的原因主要為原材料異常和設(shè)備異常。原材料庫存時間過長、材料發(fā)生老化或到貨批次不合格、內(nèi)部雜質(zhì)較多時都易引起層壓氣泡的產(chǎn)生；而設(shè)備運行異常、抽真空能力不足等，也會引起氣泡問題。

　　而雙玻光伏組件產(chǎn)生氣泡除了上述常規(guī)因素外，其固有的背面玻璃結(jié)構(gòu)特性，在層壓腔體內(nèi)受到邊緣過壓和出腔冷卻時背面玻璃彎曲應(yīng)力的恢復(fù)，都可引起氣泡問題[4]。

　　在實際制造過程中，對上述雙玻光伏組件非常規(guī)因素產(chǎn)生的氣泡進行分析和研究發(fā)現(xiàn)，雙玻光伏組件層壓后邊緣氣泡可分為兩種類型:殘留氣泡和析出氣泡。

　　2.1 殘留氣泡

　　由于雙玻光伏組件的厚度遠高于常規(guī)光伏組件，在層壓機內(nèi)抽真空過程中，層壓皮緊壓玻璃四邊，上層玻璃的邊緣受力明顯大于其他部位，結(jié)果導(dǎo)致上層玻璃受力不均而發(fā)生形變，邊緣玻璃向下部變形，成“凸”形狀態(tài)，導(dǎo)致EVA內(nèi)部的空氣不能及時排出而在上層玻璃邊緣處聚集，形成殘留氣泡。

　　2.2 析出氣泡

　　在層壓過程中，由于雙玻光伏組件背面玻璃四邊壓力過大，在層壓腔體內(nèi)形成四周低中部高的“凸”形狀態(tài)；在開蓋的過程中，由于EVA尚未完全固化，玻璃本身的彈性會使四周玻璃重新復(fù)原，這時，邊緣玻璃將會回彈，在四周逐漸析出真空氣泡。

　　2.3 解決方法

　　前文重點介紹了雙玻光伏組件氣泡產(chǎn)生的主要原因是由工藝過程中組件邊緣過壓引起的受力不均導(dǎo)致。層壓時抽真空不完全導(dǎo)致的殘留氣泡和組件冷卻時玻璃恢復(fù)造成的析出氣泡，均會對雙玻光伏組件的可靠性造成影響。因此，應(yīng)在基于雙玻光伏組件可靠性設(shè)計的前提下，對其量產(chǎn)化工藝路線進行設(shè)計研究，從層壓工裝的設(shè)計進行實驗，尋求解決量產(chǎn)雙玻光伏組件層壓氣泡問題的工藝方法。

　　2.3.1 層壓工裝實驗研究

　　層壓工裝是在雙玻光伏組件層壓過程中，當(dāng)上腔體充氣時，為防止組件邊緣受壓不均或過大的輔助裝置。

  該工裝與雙玻光伏組件為左右水平關(guān)系放置，工裝包圍在雙玻光伏組件四周。在層壓機的上硅膠板加壓過程中，硅膠板的壓力突變發(fā)生在工裝四周，雙玻光伏組件的邊緣由于受到工裝的保護，其受到的硅膠板的壓力大小及方向基本與組件中心一致。 層壓工裝保證了雙玻光伏組件層壓時的表面受力均勻性。

　　但是，層壓工裝僅是雙玻光伏組件層壓無氣泡的必要非充分條件，其本身的高度H與雙玻光伏組件高度h，擺放時與組件邊緣的距離D以及與層壓壓力之間同樣存在一定的匹配關(guān)系，如圖6所示。

　　以下針對層壓工裝的尺寸H和D進行參數(shù)化實驗，探討不同工裝參數(shù)下，雙玻光伏組件層壓氣泡與層壓參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。

　　1) 當(dāng)h>H時 (高度差為2 mm左右) 。如圖7所示，統(tǒng)計層壓后雙玻光伏組件內(nèi)的氣泡數(shù)量繪制對應(yīng)圖形。邊緣氣泡隨著壓力的增大呈現(xiàn)出先減少后增加的趨勢，前段氣泡的減少與壓力排除氣泡相關(guān)，后端氣泡的增加與過壓倒吸氣泡相關(guān)，但該情況下，始終未找到不出氣泡的平衡點。同等層壓壓力下，邊緣氣泡嚴重程度隨距離D的減小而增加，說明層壓工裝效果隨D的降低而減弱。由以上分析可知，無論怎么調(diào)節(jié)層壓參數(shù)均不能避免出現(xiàn)氣泡。

　　2) 當(dāng)h=H時。如圖8所示，統(tǒng)計層壓后雙玻光伏組件內(nèi)的氣泡數(shù)量繪制對應(yīng)圖形。邊緣氣泡隨著壓力的增大呈現(xiàn)出先減少，而后保持穩(wěn)定，后再增加的趨勢，前段氣泡的減少與壓力排除氣泡相關(guān)，直至壓力達到某壓力區(qū)間內(nèi)，不出現(xiàn)氣泡，后端氣泡的增加與過壓倒吸氣泡相關(guān)。該情況下，存在氣泡為零的壓力窗口，其中D=0時壓力窗口最大。當(dāng)壓力大于壓力窗口值的上限時，同等壓力下，氣泡嚴重程度隨D的增大而增加，說明組件邊緣過壓情況與D成正比。由此可知，存在一定的壓力窗口，當(dāng)D=0時窗口最大，但該情況下，存在組件邊緣溢膠與工裝粘接后導(dǎo)致邊緣氣泡無法排出等問題。

　　3) 當(dāng)h

　　2.3.2 小結(jié)

　　根據(jù)對層壓工裝與雙玻光伏組件距離和高度差的研究發(fā)現(xiàn)，若要達到消除殘留氣泡和內(nèi)析氣泡，需選取合適規(guī)格的層壓工裝來匹配對應(yīng)的雙玻光伏組件，否則無論如何調(diào)試都不能達到徹底消除氣泡的問題。

3 結(jié)論

　　本文就雙玻光伏組件層壓工藝中所出現(xiàn)的邊緣氣泡問題，開展了層壓工裝幾何參數(shù)與層壓工藝參數(shù)關(guān)于雙玻光伏組件層壓氣泡良率的匹配性實驗，探討層壓工裝幾何參數(shù)對應(yīng)下的層壓工藝窗口，得到結(jié)論如下:

　　1) 當(dāng)h>H時，不存在零氣泡的層壓工藝窗口。該情況下，層壓工裝不能起到避免雙玻光伏組件邊緣過壓的作用。

　　2) 當(dāng)h=H時，氣泡為零的層壓工藝窗口隨著工裝與組件之間距離D的減小而增大，當(dāng)D趨于零時，層壓工藝窗口達到最大。在上述情況下，雖然可以尋找到大范圍的層壓工藝窗口，但是距離D的減小，會增加組件邊緣膠膜與工裝粘結(jié)后導(dǎo)致氣泡無法排出的風(fēng)險。

　　3) 當(dāng)h

　　綜上所述，層壓工裝的厚度H應(yīng)控制在高于組件高度h約2 mm合適，組件邊緣距層壓工裝的距離D控制在5~10 mm時較為理想，如此情況下，雙玻光伏組件的層壓工藝窗口可以得到有效的控制，既可避免邊緣氣泡的產(chǎn)生，又不會出現(xiàn)因?qū)訅簤毫^大導(dǎo)致的電池片隱裂的現(xiàn)象。