光伏组件用网格玻璃釉层的可靠性分析报告

张文瑞

摘 要：网格玻璃应用于双玻组件的后板玻璃，是按照电池片的排布，在片间距、串间距之间印刷上一层的白色釉面，其目的就是把电池片间隙未利用的10%左右的太阳光经白色釉层再次反射到电池片的正反面形成二次吸收利用，从而提升组件的功率，本文主要针对釉料进行分析，对釉料的选择给出建议。

关键词：网格玻璃釉层;釉层的厚度;反射率;制程碎片率;微观形貌

1 研究背景

网格玻璃印刷使用的釉料一般为无机物氧化物，通常釉料由基釉、色料和油剂混合而成，根据需要加入不同色料可以制成不同颜色的釉料。其中基釉又叫熔块，其实质就是低熔点的玻璃，与玻璃的成分相同，主要包括二氧化硅、三氧化硼、氧化钠、氧化钙、氧化铅与三氧化二铝等。色料是金属氧化物或化合物，色料在釉料中起到着色的作用，在釉料烧结时，色料、熔块和玻璃相互黏结在一起，形成有色层，其色料的种类很多，但在光伏网格玻璃用玻璃颜料一般采用白色二氧化钛。其油剂为松节油、松油醇、松香、乙基纤维等，其中松节油和松油醇比例占90%，油剂借助其黏性，将釉料黏附于玻璃表面，当釉料被加热一定温度时，油剂会挥发氧化掉，然后釉料才开始与玻璃烧结。基釉、色料必须与油剂充分混合才能使用。

2 釉层性能分析

网格玻璃釉层相关性能的分析样品选取行业内主流的三家。

2.1 釉层稳定性

为了评估釉层的稳定性，对上述三家网格玻璃进行HAST湿热老化测试，温度为130℃，湿度85%，时间48小时，试验结果如下：

由上图可以看出，在HAST48h后A厂家的白色釉层边缘部位出现晕染现象，存在有机溶剂析出的现象，其它两家未出现。

目前市场上釉料根据固化类型分为低温釉料和高温釉料，除过配方不同外，两者主要的差异就是制备工艺不同，低温釉料的工艺流程为先钢化后印刷再烘干，烘干温度为300°左右;高温釉料则是先印刷后烘干再钢化，其烘干温度为200℃左右，但烘干后需经钢化温度为700℃高温继续固化，在高温作用下可将金属氧化物与玻璃更好融为一体，因此高温釉牢固、耐腐蚀、耐摩擦，而低温釉料相对不太牢固，容易脱落。

因此从低温和高温釉层工艺的特点分析，玻璃釉层的稳定性关键是控制温度，温度较低不能将油性溶剂完全气化，在受热条件下出现析出，是造成晕染的主要原因。相比两种工艺下高温釉更可靠，因此针对网格玻璃的釉层应使用高温釉。

2.2 釉层附着力

涂层附着力是指漆膜与被涂物体表面之间通过物理或化学作用相互黏结的能力，是一种界面作用力，包括涂层与基体表面的黏附力及涂层本身的内聚力。涂料发挥作用的前提是涂层能牢固地附着在物体表面上，良好的涂层附着力能够保证底材与涂层之间的牢靠程度，因此附着力是衡量涂料性能的一项重要指标，对上述三家玻璃进行附着力测试结果如下：

A厂家的涂层使用百格刀划割后表面掉粉严重，其它两家涂层牢固，未产生掉粉现象。掉粉原因可能为固化温度低，金属氧化物与玻璃未很好黏结，导致釉层固化不牢固，因此出现掉粉的现象。

2.3 釉层与封装胶膜的粘接力

双玻组件通常与POE搭配使用，网格玻璃釉层与POE的粘接力将影响组件的可靠性，衡量粘接力的大小通常由剥离强度来表征，剥离强度越大，则粘接越牢固，组件脱层的风险越小，下图对比了三家网格玻璃釉层与POE初始和HAST48h老化后的剥离强度。

由上图可知，随着老化时间的延长其粘接力降低，在PCT48h后网格玻璃釉层与POE具有较好的粘接力，按照剥离强度≥40N/cm要求，其結果均可满足。但各家的网格玻璃釉层与POE粘接力对比A厂家表现最低。玻璃釉层与POE的粘接是异质物体表面用胶粘剂连接在一起的技术，其间主要靠机械力粘接，即釉层表面存在大量的细小孔隙，胶粘剂分子靠扩散、渗透作用进入被粘物体内部，使两者黏结，当釉层的分子结构越密实与胶膜黏结强度就越高，反之釉层的附着力低，釉层疏松，即表现内聚力低，在剥离时会很容易破坏内聚力，造成剥离力偏低。

2.4 釉层反射率

网格玻璃的釉层是依靠TiO2的反射作用从而增加组件光的利用率来提升组件功率，因此釉层的反射率越高越好，以下对比测试了两家网格玻璃釉层的反射率，如下所示：

由上述数据看出，网格玻璃釉层的反射率在紫外和可见光波段均表现有较大差异。在釉层中起反射作用的主要为TiO2，其反射率在常见的白色物质中是最高的，反射率随物质的化学组成、晶体结构以及光的波长不同而改变，因此釉层中选择的TiO2类型是主要影响反射率大小的因素。除此之外，釉层的厚度对反射率也是有影响，根据研究数据其厚度与反射率呈现线性关系，如下所示：

由上图可以看出，随着釉层厚度的增加，其反射率逐渐增大，但当釉层厚度在25μm以上时，随着厚度的增加，反射率趋于平稳，不会继续上升，所以釉层的厚度控制在25μm时即可保证网格玻璃反射率。

2.5 釉层厚度

釉层的厚度除影响反射率之外，当釉层厚度较厚时，由于釉层与玻璃底板存在高度差，在层压时易导致电池出现隐裂，因此釉层的厚度不宜太厚，其釉层厚度主要与工艺的管控有关，以下为不同厂家使用SEM测试的厚度数据：

从上述数据，各家釉层的厚度差异较大，A厂家釉层厚度表现较厚，分别使用A、B厂家玻璃制作组件，统计使用过程中的电池破片率数据，如下所示：

网格玻璃釉层的厚度对反射率和生产过程的破片率均有影响，从上述釉层厚度与反射率数据看，达到一定厚度后反射率趋于平稳，因此为了避免釉层较厚出现电池隐裂，需要对釉层的厚度进行管控，调研行业内釉层管控如下所示：

通过上表数据及厚度与反射率的关系，网格玻璃釉层厚度宜控制25μm±5μm，可保证反射率在80%。

2.6 釉层微观形貌

下图是各厂家玻璃微观形貌图：

从上图看A厂家釉层微裂纹多、B厂家釉层的孔洞多、C厂家釉层较为致密。釉层表面有很多缺陷，如气孔，斑点和微裂纹。气孔是在烧结过程中釉料中的有机材料挥发残留的排气气孔，气孔大小不一，分布也不规则。一般认为微观层面的微裂纹和斑点、孔洞越少，则基釉、色料和玻璃本身的融合程度越高，主要取决于釉料本身质量，所以可通过釉层的SEM扫描图来管控釉层的质量。

3 总结

3.1 通过对不同厂家网格玻璃釉层的稳定性进行评估，经老化测试后各家存在差异，存在釉层晕染现象，其原因主要为固化时釉层温度低未将有机油剂完全气化，在受热时油剂析出产生晕染，可通过使用高温釉进行改善。

3.2 釉层的附着力与POE的粘接力表明，当釉层不牢固时会产生掉粉现象，从而影响与封装胶膜的粘接力。

3.3 釉层的厚度与反射率及制程碎片率有关，釉层的厚度控制在25μm±5μm，可保证反射率在80%以上，且制程碎片率少。

3.4 根据各家网格玻璃的微观形貌看出，不同厂家网格玻璃釉层表现出不同的孔洞、微裂纹特点，主要与釉料原料有关，所以可通过釉层的SEM扫描图来管控釉层的质量。

参考文献：

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