太阳能电池组件失效原因分析与工艺优化改进研究

论文摘要

影响太阳能电池组件失效的因素很多,其中原材料的质量、组件制造工艺的不成熟等带来的隐患对组件失效有显著的影响。而随着国内太阳能发电技术的迅速发展,组件制造商面临的组件各类失效现象带来的投诉与经济损失越来越严重。研究分析典型组件失效的原因,优化改进制造工艺方案,对于提升太阳能电池组件的使用可靠性起到关键性的作用。本文针对某组件制造商0.45MW晶体硅电池组件出现的电池隐藏、裂片等失效问题展开原因分析；另外,依据组件热斑现象、二极管烧坏、EVA黄变、脱层等典型组件户外长期使用中出现的失效问题,结合生产制造中典型组件不良现象对组件制造工艺进行了优化改进研究,提出了更好的工艺方案,通过大批量生产实验验证了方案的可行性、优越性。首先,介绍了本课题的研究背景,太阳能电池、组件的制造工艺等,着重阐述了晶体硅电池碳(C)、氧(O)等杂质元素的基本性质、形核理论,随后对本文的主要研究内容及总体结构进行了概括。其次,对于某晶体硅电池组件制造商0.45MW组件出现的隐裂、裂片等失效问题,从硅电池制造工艺、电池组件制造工艺、模拟风、雪、覆冰等自然载荷计算,硅电池材料纯度等方面,结合相关测试分析方法进行了原因分析；着重研究了氧(O)、碳(C)等杂质元素对硅电池机械性能的影响。依据硅电池杂质元素GDMS、SIMS数据测试结果分析及生产实验测试,发现了电池焊接翘曲程度与硅电池杂质元素含量之间的关系；给出了不同单晶硅电池片的纯度及杂质元素含量对比计算结论。最后,对组件典型不良、失效现象从制造工艺角度进行了原因分析,优化改进了晶体硅电池组件制造工艺方案。通过大批量组件生产实验,统计计算了生产实验过程中的几种典型组件不良现象比例,与已有的工艺方案比较表明：采用优化改进后的组件工艺方案更具有可行性及优越性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 太阳能电池概述及其制造工艺
• 1.2.1 太阳能电池概述
• 1.2.2 标准硅太阳能电池制造工艺
• 1.3 硅电池中杂质元素概述
• 1.3.1 氧的基本性质
• 1.3.2 氧沉淀的形核理论
• 1.3.3 杂质原子对氧的影响
• 1.4 太阳能电池组件封装材料及其制造工艺
• 1.4.1 晶体硅电池组件封装材料
• 1.4.2 晶体硅电池组件制造工艺介绍
• 1.5 本课题的主要研究内容及总体结构
• 1.5.1 主要研究内容
• 1.5.2 论文总体结构
• 第二章 单晶硅电池组件失效原因分析
• 2.1 引言
• 2.2 硅电池表面一次缺陷的存在
• 2.3 层压工艺对组件失效的影响
• 2.4 自然载荷对组件失效的影响
• 2.5 杂质元素对组件失效的影响
• 2.5.1 位错理论的形成与发展
• 2.5.2 辉光放电质谱（GDMS）与二次离子质谱（SIMS）简介
• 2.5.3 实验测试
• 2.5.4 碳对氧沉淀形成的影响
• 2.5.5 氧元素对硅电池机械性能的影响
• 2.6 硅电池高温焊接生产实验
• 2.7 硅电池杂质元素含量对比与纯度计算
• 2.8 本章小结
• 第三章 太阳能电池组件制造工艺优化改进研究
• 3.1 引言
• 3.2 组件制造工艺典型不良现象与原因分析
• 3.2.1 锡丝和异物
• 3.2.2 边框划伤与撞伤
• 3.2.3 背板划伤与鼓包
• 3.2.4 电池片裂片与碎片
• 3.2.5 组件气泡分析
• 3.3 组件典型失效现象
• 3.3.1 热斑现象
• 3.3.2 EVA脱层与黄变
• 3.3.3 旁路二极管烧坏与灌封硅胶黄变
• 3.4 硅电池组件制造工艺优化改进
• 3.5 本章小结
• 第四章 生产实验验证
• 4.1 引言
• 4.2 生产实验验证
• 4.2.1 实验安排
• 4.2.2 实验数据统计
• 4.3 实验结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与研究展望
• 5.1 本文研究工作的总结
• 5.2 以后工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文