有机硅胶粘剂在光伏组件中的应用及常见问题分析

机硅胶粘剂在太阳能光伏组件上应用太阳能光伏发电是目前可使用能源中最经济、最清洁、最环保的可持续能源。光伏产业已成为我国可再生能源产业中继风力发电之后发展最快的产业，光伏发电技术也是全球研究的热点之一。各国政府推出的极具吸引力的光伏补贴政策，以及光伏模块价格的不断下跌，吸引了众多投资者，从而推动了太阳能光伏产业的迅速发展。

       我国太阳能电池的全球市场占有率从2006年的20%增长到2007年35%，而后逐年扩大，估计2010年约50%，薄膜太阳能电池的产能连续几年成倍增长。

       太阳能电池片是太阳能光伏发电系统的核心部件。由于太阳能电池片存在薄、脆、易氧化等物理、化学缺陷，长期暴露在高湿、高温、低温、强紫外线、臭氧、微生物、风雨等自然条件下很容易造成永久性破坏，难以大规模应用。

        因此，要实现太阳能发电的工业化应用，特别是要求达到20年以上使用寿命，就要求对其进行保护性封装，形成性能稳定的太阳能电池组件。有机硅胶粘剂由于具有良好的耐候性、密封性、电绝缘性以及应用工艺简单、效率高等特点，在电池组件封装生产中广泛应用。有机硅胶粘剂产品繁多，性能各异。用于太阳能组件行业应着重考查以下几方面性能：

1）工艺性：黏度均一，挤出率好，光滑触变，无气泡与结皮；

2）力学性能：硬度中等，伸长率与拉伸强度变化要小；

3）粘接力：与背板、铝合金、接线盒盒体、汇流条的粘接强度应足够高；

4）耐黄变性：硅胶在高温高湿老化后的表面颜色变化小；

5）耐湿热性：湿热老化后硅胶的强度、硬度、电性能损失小；

6）耐紫外线性：在紫外老化箱长时间老化后的性能变化不大。

       有机硅胶粘剂在光伏组件中的应用大致可以分为粘接、密封、灌封3类。层压后的太阳能电池片与铝合金边框的粘接与密封，接线盒与背材的粘接，接线盒的灌封及薄膜电池与金属背轨的结构粘接，是有机硅胶粘剂在太阳能电池中4个重要的使用部位，见图1。

1）层压板和铝边框的组装，除要求胶粘剂对铝材和层压板边缘有良好的粘接力外，胶层还必须具有足够的机械强度，并且在承受外力载荷下有一定的形变和位移能力，防止太阳能电池板组件的刚性破坏。另外，太阳能电池板组装对密封性的要求也很严格，在保证胶粘剂自身固化后均匀无气泡的同时，还应防止液体和气体的渗透，起到很好的阻隔作用。

2）接线盒与背材的固定，主要要求胶粘剂对背材和接线盒材料有足够的粘接力。由于耐候性的需要，长期使用不能脱落，还应有较高的抗撕裂强度。

3）接线盒的灌封多采用双组分有机硅胶粘剂，要求在灌封过程中胶液具有良好的流动性和脱泡性，固化后的胶层应有良好的电绝缘性、导热性和耐候性。

4）薄膜电池与金属导轨之间的粘接，是结构粘接（见图2）。要求胶粘剂必须具有良好的粘接力和耐老化性。如果金属导轨与电池板的接触宽度均超过3 cm，为了保证深层固化效果，推荐用双组分；如果小于3 cm，可以采用单组分。当然，也可采用复合工艺，如道康宁提供的解决方案就是采用双面胶+结构胶。

       组装线上所用单组分有机硅胶粘剂为310 mL圆管包装或55加仑大桶包装。在铝边框组装前，预先在4条铝材的嵌缝槽中均匀注胶。一般采用气动注胶方式，气压为0.6～0.8 MPa。注胶前先对配套的尖嘴进行处理，根据铝材嵌缝槽的宽度，单位用胶量和操作习惯，制作适宜口径的尖嘴。在恒定气压下进行均匀注胶，然后对断胶点进行补胶。常用的单组分大桶硅胶泵设备见图3。

       边框组合好后，对四角溢胶进行处理，装入太阳能电池层压板后再对边框四周进行气动注胶密封。静置约2h后进行检查，对明显的缺陷进行修补处理。

        接线盒与背材的粘接多采用手动注胶，在接线盒与背材接触面上注胶后，固定在指定位置。接线盒的灌封可采用人工和自动设备2种注胶方式，双组分自动注胶设备（见图4）的日益完善，为生产效率的提高提供了保障。

图3 单组分大桶硅胶泵

图4 双组分自动计量灌胶机

       单组分有机硅边框密封胶的密封性是太阳能电池板质量保证的关键指标之一。影响胶粘剂密封性的因素很多，其中气泡及鼓泡是生产过程中常见的问题。

气泡产生原因

       气泡通常是由硅胶生产灌装时的工艺不当导致，例如，使用过程中管子和尾塞不紧密导致气泡产生，见图5。如果采用静态混合生产会极大减少气泡产生。

图5 管子与尾塞匹配不严导致气泡

鼓泡产生原因

       鼓泡通常是由于施胶工艺不当导致。

（1）组装过程中产生鼓泡

       太阳能电池板经过热层压后立刻与施过胶的铝合金边框进行组装，然后再进行边框密封胶的作业。由于不能保证对边框嵌缝的施胶量大于（且需均匀大于）层压板与边框嵌缝后的间隙，在随后的边框密封胶的作业过程中，会使得少量未达到溢胶配合的部分出现气体被封在边框里。由于层压板经热处理后的温度较环境温度高很多，使得被封住的气泡膨胀产生气泡。由此原因产生的气泡可从组装工艺上进行规范，在热处理后经过自然冷却或人工冷却处理，使得层压板和边框的温度和与环境温度相当；另外，可以加大施胶量，保证施胶均匀条件下，施胶量大于层压板与边框配合后的间隙所需填充量，进而杜绝鼓泡现象。

（2）放置环境的改变产生鼓泡

       在完成太阳能电池板的初步组装与密封后，需要放置数小时，使其固化较完全。在此过程中，如果在放置初期由温度较高环境移至温度较低环境（如夏季组装后放置于制冷空调风口处等），也会使密封胶产生鼓泡。出现该情况，需对放置环境进行调节，使施胶作业温度与放置温度保持基本一致。

（3）施胶面的不规则性产生鼓泡

       由于铝材边框等组件存在一定比例的不规则品，粘接面不能达到完全水平，存在一定的弧度，在均匀施胶后，粘接面互相接触，平均施压后有些部位的气体不能完全排出，因而产生鼓泡。由此原因产生的鼓泡应通过减少或消除不规则品的比例来控制；另外，对于已经采用的不规则粘接材料，应做好特殊部位的补胶工作，在组装过程中去不断修正。

（4） 补胶过程中产生鼓泡

       由于人工施胶过程中不可避免的偏差以及其他客观原因，在施胶的每道工序都要对断胶处、缺胶点等进行补胶；对于基本固化后的半成品施胶点有些也需要进行修补处理。在此过程中，也会由于补胶工艺不当，新旧胶层的界面接触不完全等产生气泡。

        此原因产生的鼓泡可以从规范施胶工艺，尽量减少断胶、缺胶现象的产生加以解决；对于必须补胶处理的情况，应换用小口径注胶嘴进行，使后补胶能够与已施胶形成完美的界面接触。总之，鼓泡和气泡的产生存在各种原因。通过对各种原因的分析，加强生产过程中各个环节的控制，可以减少和杜绝气泡的产生，从而提高生产效率。

       胶体黄变主要是因为氨基增粘剂分子所含的氨基引起的。通常情况下，氨基在空气中经紫外线或高温作用，易被氧化为重氮结构。这种结构中的双键吸收某一特定波长的可见光后，显现出黄色。可以通过配方设计，尽量减少硅胶黄变。市面上性能较好的产品，耐黄变性较好。虽然硅胶易黄变，但不影响产品的强度和耐老化性等性能。

       有机硅密封胶一般是吸收空气中的湿气进行固化的。固化速度除与配方有很大关系外，还与环境温湿度有关。温度、湿度越高，越有利于胶体固化。在寒冷的冬天，特别是干燥的环境下，胶体固化较慢。为此，除了改变环境和选择固化性能更好的产品外，也可以考虑选用双组分胶粘剂。

       随着光伏产业的产能不断扩张，有机硅胶粘剂在光伏产业组件中的应用日益广泛。通过对有机硅胶粘剂性能的持续改进以及应用工艺的不断完善，以满足各种条件下的使用需要，为光伏产业的高速发展提供有力的技术支持。

桐立新材料