晶体硅太阳电池粘合固化的研究

晶体硅太阳电池粘合固化的研究用铜线栅网作为引出电极对电池碎片进行封装时，要使铜栅线与电池碎片表面的银栅收集级形成良好的导电接触，同时还要将电池碎片粘结成一个完整形装的电池片。最常用的粘结材料是各种树脂材料。一、采用环氧树脂材料的粘台固化研究环氧树脂是使用最广泛的树脂，环氧树脂由树脂和固化剂组成，使用时将树脂与固化剂混合后，在常温条件下固化，环氧树脂具有粘结强度高，固化后收缩变形小的特点。很多的导电胶就是用环氧树脂加银粉制成。在实验中，我们采用环氧树脂将铜线栅网与电池碎片粘结在一起，为了使铜线栅网与电池碎片表面的银栅有良好的导电接触，从粘结到固化的整个过程中始终给封装件保持一定的压力，在常温下固化24小时，取出电池片进行测试，它的I-v特性曲线基本上是一条直线，如图1所示。图1：采用环氧树脂常温固化后的测量结果经过分析，主要是因为电池碎片正面的收集级银栅与铜线栅网之间没有形成良好的导电接触。将电池片切开，剥离铜线，在显微镜下观察，可以看到铜线与银栅之间的缝隙中，只有很少的地方有着很小的接触点。为了得到良好的导电接触，必须将铜线栅网与电池表面的银栅收集级很好的焊接在一起，因此，我们将铜线表面浸锡，然后将铜线栅网与电池碎片压紧，加热至200℃左右，冷却后再用环氧树脂进行粘结，固化后对电池封装片进行测量，结果并没有得到明显的改善。经过对实验过程的仔细分析，我们发现尽管加热到200℃，超过了焊锡的熔点(标准焊锡熔点是183℃)，但是由于铜线表面在浸锡的过程中挂上的锡量很少，锡层很薄，铜线与银栅交叉接触点很小。尽管铜线与银栅之间形成了焊接点，但其焊接点很小，强度很低，在后续使用环氧树腊进行粘结的操作过程中焊接点又极易被剥离：有些焊接点比较牢固的地方，后续操作动作又使得电池碎片的收集级银栅与硅体剥离，依然没有形成良好的导电接触。通过实验我们得出结论是，铜线栅网引出极与电池碎片必须由焊接、粘结一次性完成，才能得到良好的导电接触。此外，环氧树脂需要24小时固化，即使在加热的条件下，也要4~6小时才能完全固化，加工的周期太长是环氧树脂不能在本实验封装中使用的另一个主要原因。二、PET粘合固化胶膜的选取通过对采用环氧树脂材料进行粘合固化封装的研究后，我们知道要得到良好的导电接触，必须对铜线栅网引出极与电池碎片做到焊接、粘结一次性完成，才能不至于造成焊接不上或焊接良好后又由于后续动作使得焊接点被剥离。为了做到焊接良好，封装时的温度必须要达到焊锡的熔点以上，也就是说选取的封装胶膜材料的熔化温度要能达到或高于所选焊锡的熔点，使得胶膜熔化的同时使焊锡熔化后将铜丝栅网和电池碎片焊接。对于选取的胶膜材料的熔化温度要达到或高于焊锡材料的熔点，并能够在熔化后起到优良的粘合固化效果，热塑型树脂是一种比较好的选择方向。热塑型树脂加热到一定温度后具有一定的粘性，冷却后又重新回到原来的状态，由于热塑型树脂没有挥发性溶剂，也不需要长时间固化，它是一种无污染的绿色环保材料，近年来的得到了越来越广泛的应用。在太阳能组件封装中采用的EVA树脂就是一种热塑型树脂，但EVA树脂的软化温度只有120℃，达不到焊锡熔化的温度。表1给出了几种常用的热塑型材料，其中PET的熔点在250℃左右，高于焊锡的熔点温度，PET薄膜还具有其它比较突出的性能，包括良好的耐高温性、电绝缘性以及优良的透明性等。也是一种光伏电池的封装材料。表1：几种常用热塑型材料的特性1、ET热塑型树脂的性能PET，即聚对苯二甲酸乙二醇酯，它是热塑性聚酯中最主要的品种之一，英文名为Polythyleneterephthalate，简称PET或PETP。它是由对苯二甲酸和乙二醇直接酯化，并产生副产物水反应得到的。PET的玻璃化转化温度在165℃左右，材料结晶温度范围是120-220℃，熔点在250℃左右。PET薄膜具有非常良好的各项性能：(1)PET是一种结晶性好，无色透明，有玻璃的外观，对可见光的透过率为100%。无臭、无味、无毒。(2)电绝缘性能好，受温度影响小，但耐电晕性较差。PET介电常数为3.0，体积电阻率1016Q．cm。(3)PET的膨胀系数小，成型收缩率低，仅0．2%，是聚烯烃的十分之一，较PVC和尼龙小，故制品的尺寸稳定。(4)热变形温度和长期使用温度是热塑性通用工程塑料中最高的。因为耐热高，增强PET在250℃的焊锡浴中浸渍10s，几乎不变形也不变色。(5)机械强度高，其扩张程度与铝相似，薄膜强度为聚乙烯的9倍、聚碳酸酯和尼龙的3倍，冲击强度是一般薄膜的3～5倍。(6)PET的化学性质很稳定，PET薄膜抗碱性稍弱，但抗酸性极强。PET薄膜在一般有机溶剂中不溶解。(7)耐气候性好，吸水率低，而其薄膜气密性良好又有防潮性能。2、PET薄膜的特性研究（1）结晶特性为了确定PET材料在层压过程中的受热变化的情况，确定加热过程对PET材料的影响，我们对升温过程、恒温过程和降温过程进行了实验研究。升温过程主要是起始温度和升温速率对材料的影响，实验发现，起始温度在180℃以下，对PET材料没有影响；起始温度超过180℃时，PET薄膜会有变形，膜会变的不平整，但这种变化在温度达到250℃以上就消失了；在250℃时，PET膜开始熔化，当温度达到270℃以上时，PET材料的流动性增加，在压力作用下，可以渗透到细小的缝隙中。实验中，升温速率对材料性能没有影响。但是，降温速率对PET材料的影响较大。PET树脂具有结晶特性，材料结晶温度范围是120～220℃，结晶的PET薄膜变成不透明的乳白色，而且薄膜变的很脆，极易碎裂。降温速度越慢，越容易出现结晶现象。为了避免PET材料的结晶，必须快速降温，迅速降到结晶温度以下，这样才能保持薄膜的柔韧性和透明性。实验中，我们采用风冷和水冷降温的方法，对于小的样片，可以采用风冷的方式降温；对于大的样片采用水冷降温的方式更为有效。由于PET的耐水性极好，水冷不会对PET材料以及压合的电池片产生影响。（2）封装特性用PET薄膜对电池碎片进行封装制作，在层压的过程中，当温度达到200℃左右，焊锡熔化，对铜线栅网和电池碎片进行焊接，随着温度的进一步升高，PET薄膜发生熔化将铜线栅网和电池碎片粘结在一起，温度达到280℃后停止加热，快速对压制的电池片进行降温，得到冷却成型的封装片。我们对封装片进行试验，即使从高处落下，也不会造成电池片的破碎；而且还可以用刀具对封装片进行裁剪，电池片也不会破碎。正是由于PET材料具有上述各种优良的性能，所以在本电池的层压工艺中选取PET薄膜作为粘合固化胶膜使用，应该是比较理想的。