封装对CdTe太阳能电池性能的影响

内容摘要： 阅读提示：本文通过对CdTe电池封装前后光照I-V和光谱响应测试，研究了封装工艺对CdTe太阳能电池性能的影响，发现在130℃和140℃封装后，电池的性能参数略有提高。通过对封装后的CdTe太阳能电池半年多的观测，发现不论是在光照还是在室内避光条件下，电池器件的性能参数Voc、Isc、FF、η呈波动变化，并未出现明显的下降趋势。这种稳定性无疑有利于以后CdTe太阳能电池的使用。

前言

    太阳能电池是太阳能利用途径中的一项新技术，阳光发电是基于太阳光与半导体材料的作用而形成的光伏效应，直接把太阳的可见光能转变为电能。可是，如果薄膜玻璃基片直接暴露于大气中，其光电转换机制将发生衰降。为此采用透明、耐老化、粘结性好，能承受大气变化而具弹性的胶层将薄膜基片包封，并和保护材料玻璃或TPT（聚氟乙烯复合膜）粘为一体，构成太阳能电池板。
    光伏器件要达到30年的寿命，就需要器件具有很好的稳定性而不具有效率衰减的可行性。Rosenthal曾报道了在Las Cruces,New Mexico来自三个厂家生产的装在屋顶上的pc-Si和a-Si太阳能电池的连续17年的衰减特性，找出了电池的不同的衰减速率和用于封装EVA膜由黄色到褐色的颜色进一步变化规律。Faiman group系统监测到放置在沙漠中的1kW pc-Si带有反射镜的光伏器件的效率每年减小1%～2%，同时EVA变成棕色。如果去掉反射镜，器件衰减效率降低到0.5%［2～4］。因此，选用适当的封装材料，探索使用的封装工艺对太阳能电池的实际应用具有重要的意义。
    本文主要研究了CdTe太阳能电池的封装工艺对其性能的影响和CdTe光伏器件的稳定性变化。

实验

    采用秦皇岛奥瑞特公司生产的封装机，利用我们自己研制的CdTe薄膜太阳能电池进行封装。电池器件结构为：玻璃衬底CdTe薄膜电池/EVA/保护层材料玻璃（或TPT），如图1所示。
      

图1 封装后CdTe太阳能电池的结构图

    用于试验观测的电池分三批按130℃、140℃、150℃三个温度进行封装。每批电池封装时所用的参数为：抽真空时间为10min，充压时间为 6.5min，充气时间为80s。

  结果与讨论

    1. 封装工艺对电池性能的影响
    把封装完毕的电池从封装机真空室取出，可以看到经过熔化-固化后的EVA无色透明；在150℃封装的电池内部出现气泡，在130℃和140℃封装的电池，电池内部没有气泡。说明在150℃封装电池，电池容易出现次品。这主要是因为在150℃，EVA熔化太快，电池和外层覆盖物玻璃间的空气还未抽走，EVA已经完全熔化，并把电池和外层覆盖物玻璃粘合在一起。
    为了研究封装工艺对CdTe太阳能电池性能的影响，我们分别在电池封装前后进行了光照I-V和光谱响应测试，以便对电池性能进行研究分析。下表为CdTe太阳能电池在封装前后Voc、Isc、FF、η性能参数的对比表。

     从表中可以看出，CdTe太阳能电池在封装后Voc、Isc、FF等性能参数都有了不同程度的提高，从而提高了转换效率η。
    图2为CdTe太阳能电池封装前后的光谱响应曲线。从图中可以看出，封装后电池增强了短波响应。

图2   封装前后光谱响应图

     2．封装后CdTe太阳能电池的稳定性
    我们把封装后的CdTe太阳能电池分别置于室温避光和光照环境中（光照下的CdTe太阳能电池贴在窗户上），进行长期的跟踪观察，得出性能参数Voc、Isc、FF、η的变化规律，如图3、4、5、6所示，其中B4、D16、HH12电池是在室温避光下放置，D12电池贴在窗户上，室温光照下放置。

 

    图3    CdTe太阳能电池封装后Isc随时间的变化图

 
      图4   CdTe太阳能电池封装后Voc随时间的变化图

       图5   CdTe太阳能电池封装后FF随时间的变化图

图6    CdTe太阳能电池封装后转换效率随时间的变化图

    通过上面分析研究可以得出：
      1．130℃、140℃是比较理想的CdTe薄膜太阳能电池封装温度。
      2．CdTe薄膜太阳能电池器件封装后比封装前增强了短波响应，电池器件的性能参数Voc、Isc、FF、η略有提高。
       3．CdTe太阳能电池器件在封装后将近半年的观测中，性能参数Voc、Isc、FF、η呈波动变化，并未出现明显的下降趋势。