太陽電池封裝材料技術發展趨勢(上)

 

刊登日期:2013/6/21
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太陽光電模組結構
一般太陽光電模組的主要結構包括前板玻璃、封裝材料、太陽電池、背板、邊框膠及接線盒等(圖四),其中前板玻璃技術發展有開發低鐵含量(增加透光度)、高強度、薄型化(輕量化)、抗反射、自潔功能、紫外線濾過及製造表面微結構(提高太陽電池效率)等。目前亦有開發輕量化的材料以取代前板玻璃,如Mitsubishi Rayon公司開發的壓克力材料取代傳統玻璃。而背板材料及結構也是有相當多樣性的發展,其主要結構有TPT、TPE、APA、AAA及TALT等,T一般代表DuPont的氟系材料Tedlar、P代表PET、A代表聚醯胺(Polyamide)、E代表EVA、AL代表鋁箔等。
 

圖三、太陽電池和模組使用之化學試劑與材料趨勢圖
 
太陽光電模組封裝材料需求特性
封裝材料對整個太陽光電模組的效能扮演著重要的角色。A.W. Czanderna與F.J. Pern分析模組各層材料可能影響太陽能效率的原因,發現影響效率的因素大部分與封裝材料有所關聯(圖五),這些現象包括①封裝材與玻璃、電池介面老化後,因黏著性下降而造成脫層,導致水、氧等侵入電池而降低電力輸出;③封裝材料長時間受太陽光線中UV照射及酷冷、熱的環境,導致封裝材料發生光及熱氧化反應而產生質變,進而影響電池效率。
 
在諸多限制要求下,封裝材料於太陽光電模組中可說是相當關鍵與困難的技術。適合的太陽光電模組封裝材料須具備的特性有①接著性:與前板(玻璃)及背板需有很好的黏著力,以阻擋水氣及氧氣侵入電池而造成電池及封裝材劣化;⑥市場性:模組廠可降低成本且容易加工的特性;⑦可認證性:能通過國際規範認證,如通過IEC61215、61646等認證。
 
太陽光電模組封裝材料專利概況
而DuPont公司除了EVA材料專利外,也分別針對離子型聚合物封裝材料進行布局;三井化學主要是針對EVA膜進行布局。其他如Asahi Kasei E-Materials公司與大日本印刷(Dai Nippon Printing; DNP)公司則針對聚烯烴材料進行布局;SANVIC公司主要針對摻雜在EVA的銪(Eu)螢光錯合物,以提升太陽光電模組效率進行專利布局;Kuraray公司則同時有PVB及EVA的產品。因為檢索策略或資料庫不同,結果可能會有些許差異,不過由此可以看到專利件數與封裝材料產能的正相關趨勢,顯示主要供應商透過專利布局的方法來穩固其市占率。
 

圖十 、
三井化學EVA膜的固化條件與Gel Content%關係
 
太陽光電模組封裝材料技術發展現況
2. 電位誘發衰減測試影響
在JPL早期的研究中發現,將太陽能模組通以600V的負電壓時,當水分滲透進封裝材料,材料的電阻會改變而導致漏電流隨著溫濕度的增加而提高,並且使太陽電池輸出功率降低。因此建立了電位誘發衰減測試(Potential Induced Degradation; PID)方法,以檢驗封裝材料的優劣。PID測試裝置如圖十一所示,一般PID測試條件有下列三項:①85˚C/85%的相對濕度,外加1,000V的負向電壓,測試48小時;②60˚C/85%的相對濕度,外加1,000V的負向電壓,測試96小時;③常溫環境下,外加1,000V的負向電壓,測試168小時。目前PID議題發酵,因此各家封裝材料商競相推出抗PID現象的產品,普利司通(Bridgestone)公司於2013年2月26日宣布,在「EVASKY」系列太陽電池封裝材料(EVA薄膜)產品中,追加提高了抗PID性能的新產品。該產品在位於靜岡縣磐田市的磐田工廠生產,現已開始量產供貨……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文
 
作者:關旻宗、王思淋 / 工研院材化所,李文貴、黃中騰 / 工研院綠能所,黃健利、邱俊嘉 / 國新科技 
★本文節錄自「工業材料雜誌318期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=11119

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