一種新型輕質柔性光伏組件介紹

所謂輕質柔性組件，是一種重量更輕、厚度更薄且柔韌性更佳的新型組件，可以直接黏貼于輕荷載和曲面屋頂上，不需要支架或者其他安裝系統。

柔性薄膜太陽電池組件內部集連

研究內容

晶體硅輕質柔性組件的工藝難點主要在于前板柔性封裝材料的選用及生產過程中的質量控制，以滿足輕質、柔性及低隱裂的需求。

目前替代玻璃制作輕質柔性組件的前板封裝材料一般選用高分子含氟材料，之所以選用高分子含氟材料，是因為光伏組件主要應用在戶外，紫外線等對封裝膠膜及電池片有損害，需要使用材料加以保護。

由于氟元素的電負性*大，原子半徑很小且形成的C-F鍵短，鍵能大，F原子和全氟基團對主鏈起保護作用，所以含氟高分子材料具有耐熱、耐高溫、抗紫外、耐磨等諸多優點，可以滿足光伏組件戶用應用條件。

高分子材料的結構示意圖如圖2所示。

下文主要基于兩種封裝方案進行分析與討論：一種是ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物），ETFE膜材的厚度通常在0.05~0.25mm，隨著厚度的增加undefined膜材將更硬更脆undefined難以加工，在制作輕質柔性組件時，由于其厚度較薄，一般需要搭配玻纖復合材料作為襯底；一種是采用含氟透明前板，由強化PET芯材和含氟薄膜構成，含氟薄膜一般選用PVDF薄膜。

根據圖3透光率測試結果，含氟透明前板的透光率為85.16%，ETFE+復合材料的透光率為80.09%。ETFE+復合材料的透光率相比含氟透明背板的透光率約5.07%。

由于輕質柔性組件前板材料一般選用含氟高分子材料，其抗紫外性能相比常規組件用玻璃要低，所以其抗紫外性能是主要評價之一。采用溫度60℃，波長范圍為280~400nm，分別以UV30、60、90、120、150、180、210、240、270、300 kWh/m2的輻照量照射ETFE+復合材料及含氟透明前板，進行以下對比測試分析。

經測試（如圖5所示），ETFE+復合材料由于采用玻纖預浸布作為基底，強度較高，初始拉伸強度已達到500MPa，經過300kWh/m2紫外老化測試后機械性能仍能保持在400 MPa以上。

含氟透明前板相比ETFE+復合材料拉伸強度較低，初始拉伸強度為180 MPa，經過300 kWh/m2紫外老化測試后拉伸強度為140MPa。

采用紅外測試法，在溫度(38±2)℃、濕度100%的條件下測試不同紫外劑量后的水汽透光率，水汽透過率兩種材料差異不明顯，測試數據接近，結果如圖6所示。

采用掃描電鏡對ETFE+復合材料、含氟透明前板兩種材料經300kWh/m2老化后的微觀結構進行對比，結果如圖7所示。

經觀察，含氟透明前板的斷面緊密平整，ETFE+復合材料的斷面出現分層，可能由于紫外老化后復合材料中的玻纖出現斷裂造成。

圖7 兩種封裝材料紫外老化后微觀結構

分別采用ETFE+復合材料、含氟透明前板兩種封裝工藝制備2塊60片版型輕質柔性組件，在輻照度1000W/m2、溫度25℃、AM1.5的測試條件下，使用功率測試儀測試功率數據，對比其表1功率數據發現，ETFE+復合材料封裝的組件相比含氟透明前板封裝的組件功率降低4.2W。

表1 兩種封裝方案組件功率對比

分別采用ETFE+復合材料、含氟透明前板兩種封裝工藝制備2塊輕質柔性組件，按照400mm曲率半徑保持48h后測試，兩種材料均無新增缺陷，抗彎曲強度基本一致，測試結果如圖8、圖9所示。

圖8 含氟透明前板EL圖

分別采用ETFE+復合材料、含氟透明前板制作2塊60片版型輕質柔性組件進行濕熱老化測試及紫外老化測試。

測試條件為溫度85℃、濕度85%，測試1000h。由圖11看出，經測試ETFE+復合材料功率衰減為4.03%，含氟透明前板功率衰減為2.36%。ETFE+復合材料衰減

大主要原因為濕熱老化測試后組件表面發黃，透光率降低，造成功率衰減大。

采用溫度60℃，波長范圍為280~400nm的紫外老化環境實驗箱，分別對兩種封裝方案制作的組件進行輻照量120kWh/m2的測試，由圖12看出，經測試ETFE+復合材料功率衰減為4.89%，含氟透明前板功率衰減為1.98%，ETFE+復合材料測試后出現發黃現象。