层压前电池片隐裂因素分析

摘要：光伏组件层压前通过EL测试将半成品组件中的缺陷及时进行排查，并进行返工，是光伏组件生产中的关键环节。常见的返工缺陷有隐裂、虚焊和其它。其中，电池片隐裂导致的返工比例最高。引起电池片隐裂的因素包括：电池片晶体类型、环境温湿度、焊接机固定台温度、洁净度、敷设手法等，全方位进行关注并采取相应措施，是降低电池片隐裂的有效途径。

光伏组件生产过程中，会因为成品组件(或半成品组件)存在某种异常或缺陷而进行返工。发现异常或缺陷的质控点主要分为：层压前EL测试、层压后目测、后道EL终测三个工序点。层压后，玻璃、EVA、电池片、EVA、背板在高温高压的作用下会结合成一个整体，常规下很难进行拆分，返工困难很大。因此，层压前通过EL测试将半成品组件中的缺陷及时进行排查、发现并更改，显得尤为重要。

层压前的工序包括电池片焊接和敷设，由于设备、人、材料、方法、环境等因素，每道工序都可能产生不良现象。焊接工序造成的常见不良现象包括：电池片隐裂、虚焊、焊带偏移、锡丝、锡渣、铺锡、助焊剂结晶残留等。敷设工序造成的常见不良现象包括：电池片隐裂、异物、并片、串间距小大、背板不良、背板小条不居中、汇流条间距小大、汇流条弯曲、汇流条虚焊、汇流条长短不一、条码粘贴不良、极反等。根据层压前EL测试出现不良现象的频次，将以上不良造成的返工，大致归为三类：

第一类：隐裂返工。频次最高，焊接、敷设两工序都可能造成电池片隐裂。

第二类：虚焊返工。虚焊是焊接工序出现的不良，需要及时发现并调整自动焊接机设备。

第三类：人为返工。其他不良现象的总称，由于每种不良出现的频次较少、且多为人为粗心大意造成，因此，统称为人为返工。

图1是笔者所在公司2016年5月份某段时期内生产单晶组件层压前EL测试不同类别返工比例折线图。可以看出，隐裂造成的返工比例最高，人为造成的返工比例次之，虚焊造成的返工比例最低。

本文针对层压前半成品组件造成返工的隐裂因素进行分析与研究，并提出整改措施。引起层压前电池片隐裂的原因是多方面的，下面逐项进行分析。

1单多晶类型

单晶电池片中，硅的所有原子排列短程有序、长程也有序;多晶电池片中，硅原子排列仅短程有序，存在晶界(如图2所示)[1]。由于多晶体晶界之间存在一定的作用力，当受到外力时，在晶界之间的相互作用力下，多晶电池片一定程度上不会破碎。相比之下，单晶电池片会比多晶电池片易碎，隐裂比例高。

对于自动焊接来说，由于电池片受力比较均匀，单多晶电池片隐裂比例区别不大;但对于手动焊接来说，由于人为力度的差异，单晶隐裂比例偏高。这是由单、多晶电池片内部结构的差异引起的。

2环境温湿度

笔者所在公司所用焊接机使用说明中指出，环境温度过低，会造成碎片率增加;湿度增大时，将会造成绝缘裂化，控制元件受损，而且湿度增大会造成凝露。另一方面，当湿度增大时，会增大电池片的翘曲度，进而增大隐裂的比例。最高温度为﹢40℃时，空气的相对湿度不超过50%;在较低的温度下可以允许有较高的湿度，例如：20℃时达到90%。建议运转时，周围空气温度为：10~40℃，24h，其平均值不超过﹢35℃;湿度为30%~75%，对于由于温度变化偶尔产生的凝露应采取特殊的措施，不得有结露。

3焊接机

与手工焊接相比，自动焊接降低了对电池片的操作次数，实现了单焊、串焊的同步进行[2]。但是，当焊接机各参数、各零部件调节不当时，也会引起电池片的隐裂。主要包括以下几方面：

3.1固定台温度

固定台划分为：预热台、焊接台、第一降温区、第二降温区、第三降温区五个区域。电池片焊接前经预热区，进入施焊工位，运用高频感应式焊接头进行焊接，焊接时升温速度、保温时间、降温速度均予以严格梯度控制，施焊前经三段梯度升温预热，焊后经四段梯度缓降温。建议预热台温度：50~60℃，焊接台温度110~140℃，降温区一温度：90~100℃，降温区二的温度低于降温区一，降温区三的温度低于降温区二的温度。电池片脆性大、易碎，急速升温或降温，造成电池片受热、受冷，引起热胀冷缩裂，再加上焊接施加一定的作用力，电池片很容易破碎。因此，加强预热台、焊接台、降温区的温度检测，是降低电池片隐裂的途径之一。

3.2洁净度

移动台面、焊接台面、真空吸盘、传送皮带等，但凡电池片接触的位置，只要有异物，都有可能粘附在电池表面，造成隐裂。主要的异物除了电池片碎渣，就是助焊剂结晶残留。因此，定时对焊头(包括前焊头、中焊头、后焊头)烟雾结晶进行清理，时刻保持焊接机工作台面的洁净度，显得尤为重要。

另外，焊接台上粘有特氟龙胶布。当焊接一段时间后，粘接的特氟龙胶布边侧有翅屈时，就必须更换掉。粘贴时，不得有空气残留在胶布底下。

3.3基面不平、气嘴吸力不均

焊接平台高低不平、或吸附电池片的气嘴力度不均，同样会引起电池片隐裂。此两项不良因素，如在排版机上发生，也会引起电池片隐裂。

4敷设手法

电池片单焊、串焊好以后，要经过敷设工序。敷设即按照玻璃、EVA、电池串、EVA、背板的顺序依次将上述各物进行叠放。叠放的过程中，为避免电池串偏移，要用高温胶带对电池串进行固定。另一方面，为了汇集电流，要用烙铁头将汇流带和电池串引出线进行焊接。在这个过程中，由于力度、手法等原因，可能会对电池片造成一定的损伤。笔者对所在公司2016年6月份某段时间内生产9211块单晶组件(6x12)中708片裂片位置进行了分析，如图3所示。可以看出，裂片的位置主要集中在D1、C1、E12、A1、D11、E3、B10、A12、D5、B1，共10个位置。通过对隐裂比例高、原因突出的位置进行细致分析，找出相关隐裂原因及针对性对策，如表1所示。

通过分析发现，隐裂比例高的位置，均为人为接触频次较多的地方，因此，提高员工标准化作业、加强手法力度的培训，突出注意项，是今后的方向。

5原材料

引起电池片隐裂的原材料，包括焊带和电池片本身。

5.1焊带扭曲

机器焊接安装的是轴装焊带，当焊带上存在个别扭曲现象时，肯定会造成电池片隐裂。因此，加强焊带供货商的产品要求，加强检验，是很有必要的，要做好上料记录。

5.2电池片本身隐裂比例大

实际生产中发现，确实存在某一批次、某一箱体电池片隐裂比例偏高的情况。因此，实时对电池片来料进行EL隐裂抽测，加强电池片来料管理，做好上料记录，及时与供货商沟通，进行上料批次更换或单独箱体更换，也是降低层压前隐裂返工的有效途径。

降低层压前半成品组件隐裂返工比例，需要从多方面着手。首先，严格检验电池片、焊带等来料的质量，尽可能减少来料问题对半成品组件带来隐裂的隐患。其次，加强对环境温湿度的控制、焊接机固定台温度的控制、洁净度的处理，及焊接机机台平整度、吸嘴力度的管理。再次，关注敷设环节操作工的手法，加强培训，位置准确、力度柔和，培养良好的操作习惯及质量意识，也是必不可少的。

参考文献

[1]魏平.从内部结果分析单、多晶电池性能差异[J].视角,2016-07-19.

[2]申燕.降低光伏组件生产损耗的研究[J].新材料产业,2016(3):56-59.