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光伏组件变色与蜗牛纹产生原因及处理办法!

发布时间:2016-10-31浏览量:233

近年来,太阳能行业一直有一个难以解释的现象,由于其不寻常的外观而被专家们称作蜗牛纹。经过一段时间,从安装始几个月到几年不等,太阳能组件的电池出现变色, 大约一个手指粗的狭窄交错的暗线开始出现在组件的表面。

蜗牛纹已经广泛出现,来自世界各地的超过13个组件生产商正面临类似的技术障碍。虽然进行了广泛的研究,但还没有找出确切的罪魁祸首。然而,阿特斯(加拿大研究中心)---世界顶级五大组件制造商之一,将确定原因并采取适当的措施处理蜗牛纹。

  在阿特斯组件的制造经验中, 很少发现蜗牛纹,仅影响到极少的组件。并且好消息是, 蜗牛纹看来并不影响输出功率。阿特斯组件蜗牛纹的测试在内部阿特斯光伏测试实验室和外部第三方德国研究机构Frauenhofer同步展开。Frauenhofer是一个太阳能系统及电站研究所。经过大量的测试,输出性能显示无显著的功率下降,并且少数组件呈现的下降是电池的破损造成的,而不是蜗牛纹。同时,内部和外部也进行了加速老化试验。报告显示蜗牛纹在老化后不会蔓延,它不会影响组件的长期输出功率和可靠性, 这与其他的独立研究的发现相同。

  那么,是什么导致了蜗牛纹?在组件中, 是用乙烯-醋酸乙烯聚物(EVA)封装电池。为了找到原因, 阿特斯从组件中取出了表面受黑线影响的太阳能电池碎片,为了更好的观察,将其放置在高倍电子扫描显微镜下, 并切割样品观察其横截面。获得的图像显示,变色部分正位于电池的银浆和封装聚合物的界面之间。银浆本身没有颜色/金属结构的变化,因此组件的导电率仍然完好。变色层出现在银浆表面正上方, 所以电池表面不会有阴影。试验的结果证明交错的暗线对于输出功率没有直接的负面影响。在变色区域的横向和纵向做元素分析,并在变色区与正常区域分析比较某些过渡金属元素及其氧化聚合。

  然而,为了充分理解此调查,我们需要知道,蜗牛纹不是近几年突然出现的新现象。如果你仔细查看关于封装材料的文献数据库并细读过去的文章,你会发现它的第一次出现是近30年前。1983,研究人员发现, 接触电池栅线的EVA类封装材料变成了深棕色。他们还发现褐变的网格线只发生在栅线上,而焊带区域仍然有光泽。以上描述与蜗牛纹完全一致。基于以上发现,研究员当时就推测栅线上的过渡金属氧化物催化了EVA中发生的反应并带来栅线上聚合物的颜色变化。

  基于以往的研究,阿特斯继续调查蜗牛纹,并发现使用某些类型银浆的电池比其他类型的电池更易发生蜗牛纹。太阳能电池的生产是在其表面印刷银浆,然后高温烧结。银浆烧蚀表面减反层与底层硅实现电气接触。传统银浆含有熔玻璃体,用来保证印刷和烧结的过程平稳进行。熔玻璃体的内部添加金属氧化物,并且此类金属氧化物被高度怀疑为开启EVA内部变色反应的罪魁祸首。

  阿特斯就此过程化学反应做出以下假设:含银浆的熔玻璃体内的过渡金属氧化物、过氧化物交联剂、紫外线吸收剂和抗氧化剂都参与化学反应。过渡金属氧化物帮助分解某些环境中的抗氧化剂。抗氧化剂的消失使剩余过氧化交联剂与紫外线吸收剂发生反应,生成深色材料。为了验证此假设,首先改变EVA里添加剂的浓度,然后实验不同级别的添加剂用在不同银浆类型的电池上。实验结果正验证了阿特斯的假设。既然金属氧化物在栅线中, 反应只在栅线区域且不随时间的改变而蔓延。

  总之,蜗牛纹是一个较老的现象,不影响组件的功率输出。阿特斯研究发现的证据表明蜗牛纹主要是由于银浆的玻璃体及EVA中的添加剂互相反应造成。通过更换对电池片及其银浆后此现象不在产生。为避免此类现象发生组件厂应该深入了解银浆的构成以及封装材料(EVA)的添加剂构成。

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