太阳能电池封装光学损失研究

太阳电池封装成组件后，其实际功率通常会小于理论功率，称之为功率损失或封装损失。太阳电池组件的封装结构自上而下的顺序分别是钢化玻璃-胶膜-电池片-胶膜-背板；封装之前的单焊、串焊工艺将电池片通过涂锡焊带连接；组件层压封装好后，再组装上接线盒、边缘密封胶和边框。因此，造成组件封装损失的可能因素无外乎是太阳电池和组件的封装材料。其中光学损失是封装损失的一大重要类别。

典型太阳能电池封装结构示意图

光学损失 

从理论上讲，太阳电池不能将所有光线都吸收转换成电能，地面用硅太阳电池的光谱响应范围一般为300nm-1100nm，因此，任何使这一波段的光进入电池减少的因素都会造成光学上的损失，可以从光的透射和反射两方面进行分析。光从组件表面到电池表面依次要经过玻璃、胶膜（一般为EVA或POE），所以玻璃和胶膜会对光吸收产生影响， 玻璃和胶膜的透射率越高，组件的封装损失也就越小。

常规超白钢化玻璃的透射率为92%左右，而具有增透膜的镀膜玻璃，透射率可高达96%，镀膜玻璃一般可提高组件1%的输出功率增益。选取四个不同厂家3.2mm布纹钢化玻璃的透射率随波长（波长范围从300nm到 1100nm）的变化，其中D样品为镀膜玻璃，其他三种为普通钢化玻璃。从图中可以看出，不同厂家的玻璃的透射率有很大区别，透射率越高则进入到电池中的光也就越多，而电池的输出功率与光强成正比的。在电池和其他辅材不变的情况下，使用透射率高的钢化玻璃，组件的输出功率增大， 封装损失减小。

不同玻璃透射率曲线（厚度3.2mm）

胶膜用于粘结钢化玻璃、电池和背板，常见的胶膜材料包括EVA（乙烯-醋酸乙烯聚合酯）和POE（聚氧乙烯）。以EVA为例，由于它是紫外不稳定的，约占太阳光6%的紫外线长时间的照射可造成EVA胶膜的老化、龟裂、变黄，继而降低其透光率，因此有些厂家的EVA中会添加抗紫外剂，这样就会引起EVA在短波段的透射率的下降。选取四款不同厂家EVA 在交联后透射率曲线图，其中D样品未添加紫外吸收剂，300nm波长光的透射较高。

相较于EVA，POE胶膜更加轻薄、耐高温、耐老化、耐腐蚀性更强，得到更多的青睐。

不同EVA的透射率曲线

太阳能电池的组件光学性能离不开相关仪器的检测，安捷伦科技（中国）有限公司为太阳能电池的生产与研发提供包括光学性能和化学性能在内的整体解决方案。紫外可见近红外光谱仪是材料光学性能测试的基准方法,安捷伦科技（中国）有限公司推出的Cary5000紫外可见近红外光谱仪是一款高性能 UV-Vis 和 NIR 分光光度计，在 175-3300 nm 范围内具有优异的光度测量性能。Cary5000可用于太阳能电池组件中各核心部件的光学性能测试，主要包括：

1） 光伏玻璃的透过率；

2） 胶膜的透过率、色度雾度和黄变指数；

3） 电池片表面的反射率以及镀膜工艺监控与评估；

4） 背板以及背板覆膜的透过率和反射率；

5） 半导体材料的能隙；   

安捷伦同时还可以提供傅里叶变换红外光谱仪、等离子体发射光谱及质谱仪、气相色谱、液相色谱、气质联用、液质联用等产品，为太阳能电池生产和研发中聚合物材料的鉴别、元素杂质的定量以及有机杂质的定量为太阳能电池的原料管控、生产工艺控制和成品检测提供完整解决方案。

信息来源：太阳电池组件封装损失的研究

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Cary5000紫外可见近红外光谱仪是光学性能测试的基准型仪器，广泛应用于各电池组件厂和太阳能电池核心部件厂，包括光伏玻璃、胶膜和背板材料等，是生产和研发的行业基准。测试范围主要包括：

1） 光伏玻璃的透过率；

2） 胶膜的透过率、色度雾度和黄变指数；

3） 电池片表面的反射率以及镀膜工艺监控与评估；

4） 背板以及背板覆膜的透过率和反射率；

5） 半导体材料的能隙；

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4） 各类电池中聚合物材料的鉴别；

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审核编辑：刘清