晶体硅柔性电池封装材料以及应用

2012-08-22张辉天津市力神电池股份有限公司天津邮编300384

资源节约与环保 2012年4期

张辉天津市力神电池股份有限公司天津，邮编：300384

一、引言

首先，现在我们面临着能源危机：据专家估算,以现在的能源消耗速度,可开采的石油资源将在几十年后耗尽,煤炭资源也只能供应人类约200年。进入21世纪能源问题已成为世界关注的一个重大问题。同时,随着环境污染的日趋严重,也促使人们努力去开发新能源,特别是可再生能源。风能潮汐能等虽属可再生能源,但受地理环境等条件的限制。唯有太阳能辐射到地球的每个角落,因而成为21世纪最具大规模开发潜力的新能源之一。

其次，现代社会应是节约型的社会，而社会生活也应是节约能耗的生活。温家宝总理也于2005年6月30日提出并强调加快建设节约型社会的方针。而太阳能作为一种“取之不尽，用之不竭”的新型环保能源已成为世界各国能源研究工作中的一个重要课题。

第三柔性电池具有很大的开发前景。如今量产的太阳能电池里,95%以上是硅基的,而剩下的不到5%是由其它材料制成的,柔性太阳能电池便是其中一部分。柔性太阳能电池的优势包括:成本低、重量轻、可弯曲。为满足柔性太阳能电池日益扩大的市场需求,大部分厂商都在计划提高产能,包括美国First Solar、富士电机,美国Nanosolar、三洋电机、美国United Solar Ovonic,LLC、英国G24 Innovations Limited在内的多家公司,均计划建设发电量在100M W以上的工厂。本文主要分析了传统电池和柔性电池的制备工艺之间的区别，柔性电池的具有的优势以及柔性电池的应用。

二、传统封装技术和柔性电池的对比—整理一下结构图最好自己重画一下

经过太阳能电池的实际使用，各国研究人员逐渐意识到太阳能电池的封装材料对电池的光电转换效率、使用寿命都有很大的影响。未来寻找理想的封装材料，人们做了大量的研究工作，目前在太阳能晶体硅封装已经形成了相对成熟的封装工艺，在原材料的选用上也相对成熟。

普通硬衬晶体硅组件的封装原材料：

钢化玻璃

采用低铁钢化绒面玻璃(又称为白玻璃）,厚度3.2mm,在光伏电池光谱响应的波长范围内(320n m-1100n m）透光率达91%以上，对于大于1200n m的红外光有较高的反射率。玻璃同时能耐太阳紫外光线的辐射，透光率不下降。抗机械冲击强度好，防冰雹、抗风压良好，表面透光性≧91%，弯曲度不超过0.2%。

EVA

一种热融胶粘剂，常温下无粘性而具抗粘性，以便操作，经过一定条件热压便发生熔融粘接与交联固化。透光性能和耐侯性能要求比较高，作用：封装的电池片，防止外界环境对电池片的电性能造成影响，同时增强组件的透光性，将电池片，钢化玻璃，TPT粘接在一起，具有一定的粘接强度，具有良好的抗紫外线能力。

TPT

用在组件背面，作为背面保护封装材料，对阳光起反射作用，对组件的效率略有提高，其材料的特点电气绝缘、阻燃性，卓越的耐候性，增强组件的抗渗水性，与EVA、接线盒有良好的粘接性能。

铝合金边框

铝合金表面必须经过钝化处理——阳极氧化，表面氧化层厚度大于12μm。用于封装的边框应无变型，表面无划伤，要保证长达25a的使用寿命。

接线盒

组件的正、负极从TPT引出后需要一个专门的接线盒来实现与负载的连接运行。具有防老化和抗紫外辐射特性，能确保组件在室外使用25a以上不出现老化破裂现象。其主要功能是保护玻璃边缘，铝合金结合硅胶打边加强了组件的密封性能，大大提高了组件整体的机械强度(抗风压,雪压要求），便于组件的安装，运输(设计要便于安装,与建筑一体化）。

封装示意图：

由于非晶硅太阳能电池做成柔性的组件是很常见的，美国UNI-SOLAR公司，目前的国内的津能-unisolar都在做非晶硅柔性电池的封装，但是目前存在的成本问题，其成本及售价还是相对比较高，因为电池片是通过国外进口才能购得，而最近几年随着晶体硅的快速发展，以及产业链的成熟度越来越高，所以相对于硅片的价格持续走低，用晶体硅做柔性电池的趋势越来越受到关注，晶体硅的转换效率比非晶硅要高的多，如果能实现柔性封装的技术，将来在柔性太阳能的领域将是会有很大的发展空间。

但是基于晶体硅电池的特点，电池片薄而脆的，只有0.18m m厚，容易断裂，对于做成柔性电池的是很大的挑战，但是通过技术上是能实现的，那么在工艺与原材料的选择与普通的晶体硅封装和非晶硅的柔性电池的封装是有很大区别的。

晶体硅柔性太阳能组件的封装材料：

ETFE

ETFE的化学名称是乙烯-四氟乙烯共聚物，是一种独特的热塑性氟聚合物。ETFE综合了优良的机械性质、良好的加工性、以及杰出的绝缘性和耐化学性。它不含有任何增塑剂或粘合剂，因此，能够完全体现出氟树脂的优异性能。ETFE具有杰出的耐候和抗老化能力，抗拉强度强，拉伸率在420，透光率高96%，与EVA的粘接强度好，优良的耐热性、耐化学性、不粘性和杰出的绝缘。作为太阳能电池封装材料的窗口，非常适合。

EVA

其性能同晶体硅的封装使用的EVA，各项性能指标如下，良好的抗拉强度，可见光透射率≥87%，断裂伸长率良好≥650；粘接强度良好，耐辐照性好，吸水率低；耐热性、耐湿性、抗冲击性、霰弹袋冲击性能、紫外线截止率98.5%。背板：环氧树脂版

此种材料具有良好的粘附力，环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。收缩性低，环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水或其它挥发性副产物放出。力学性能好。电性能，固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料。化学稳定性，通常，固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。适当地选用环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。具有突出的尺寸稳定性和耐久性。耐霉菌性能好，可以在苛刻的热带条件下使用。

迷彩布

迷彩布材料成分：65%棉和35%聚乙烯，结构组成：毛线/斜纹织物，其特点：防水，防油，防缩水，防火设计，防皱，抗菌，防辐射以及抗静电。用于太阳能电池组件的辅材封装，可以起到便携，按照设计裁剪，使组件组合形式多样化，并适合军事装备使用。

三、柔性电池在军事装备中的应用

太阳能作为一种新型能源受到各国不变的重视而发展迅猛，但在军事装备中应用则起步较晚，这主要是因为太阳能电池的转换率较低，造价居高不下，电池板笨重易碎。随着技术上的飞跃，太阳能电池性能不断提高，价格也不断下降，使其可能成为数字化部队装备的立项电源。而晶体硅做成柔性电池，可不但提高了转换效率，同时也提高了便携性，成本偏低，避免了电池片从国外采购的瓶颈。

目前国内的军队也大力推进信息化建设，数字化装备开始装备部队，美军所面临的单军作战负载过重的问题也正是我们军队所面临的，甚至难度更大，如果完全依赖充电电池作为数字化装备，这种的负重不适合中国士兵的体质。柔性电池组件在军队中的使用前景光明，并能解决负载过重的瓶颈。