攻克DH2000衰減難題 中來(lái)新材全鋼化單玻封裝方案樹(shù)立高可靠性新標(biāo)桿

依據(jù)光伏行業(yè)數(shù)據(jù)，“濕熱老化”問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)構(gòu)成了單玻封裝方案在高端組件應(yīng)用中的技術(shù)限制，單玻封裝組件于嚴(yán)苛的耐濕熱測(cè)試（DH2000）中存在功率衰減超過(guò) 5%的行業(yè)困境。近期，中來(lái)新材研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)單玻封裝方案影響其耐濕熱性能的相關(guān)因素展開(kāi)了深入探究，并據(jù)此提出了可顯著提升單玻封裝方案組件耐濕熱性能的解決策略。

基于對(duì)光伏材料老化機(jī)理的深度剖析，中來(lái)新材技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)不僅精準(zhǔn)鎖定了影響耐濕熱性能的核心要素，更通過(guò)“膠膜-電池-背板”三位一體的協(xié)同優(yōu)化，成功構(gòu)建了高可靠性的全鋼化單玻組件一站式封裝解決方案。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，該方案成功將DH2000測(cè)試后的組件功率衰減穩(wěn)定控制在5%以內(nèi)，較傳統(tǒng)方案降低了60%以上的功率損失，標(biāo)志著單玻組件在極端環(huán)境適應(yīng)性領(lǐng)域邁出了里程碑式的一步。

抽絲剝繭

探尋“濕熱衰減”背后的科學(xué)機(jī)理  

中來(lái)新材研發(fā)團(tuán)隊(duì)結(jié)合前期深厚的研究基礎(chǔ)，從封裝膠膜、電池漿料及背板材料三個(gè)維度，對(duì)單玻組件在高溫高濕環(huán)境下的失效機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)性溯源：

01膠膜技術(shù)：引入極性無(wú)機(jī)物 主動(dòng)“中和”酸性腐蝕

普通EVA膠膜在水汽侵入后會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)，生成醋酸等酸性物質(zhì)。這些酸性物質(zhì)是腐蝕電池柵線漿料、破壞柵線接觸、導(dǎo)致串聯(lián)電阻增大及功率下降的“元兇”。

中來(lái)團(tuán)隊(duì)通過(guò)在膠膜配方中創(chuàng)新性地通過(guò)堿性無(wú)機(jī)金屬氧化物和有機(jī)的抗酸助劑的協(xié)同作用，降低EVA水解速度的同時(shí)，中和EVA水解產(chǎn)生的醋酸。PCT快速老化試驗(yàn)（圖1）證實(shí)，這種“低酸膠膜”能顯著降低老化測(cè)試后膠膜中的酸性物質(zhì)的量，有效抑制了酸性環(huán)境對(duì)電池柵線的侵蝕。

圖1. 不同PCT老化后常規(guī)膠膜和低酸膠膜的酸值

02電池漿料：微觀元素分析，揭示金屬化衰減路徑

針對(duì)主流n型TOPCon單玻封裝組件，團(tuán)隊(duì)對(duì)比了DH2000測(cè)試前后的微觀元素變化（表1/圖2）。研究發(fā)現(xiàn)，濕熱環(huán)境下鋁（Al）和鉛（Pb）元素的流失是性能下降的關(guān)鍵。

鋁的氧化： 鋁的化學(xué)活性強(qiáng)于銀，且容易失去電子，因此鋁會(huì)更容易發(fā)生氧化還原反應(yīng)，鋁氧化層（Al?O?）的增厚，會(huì)導(dǎo)致接觸電阻攀升，進(jìn)一步影響組件功率。

鉛的遷移： 乙酸作為鉛離子的弱螯合劑，會(huì)與電池漿料中的氧化鉛反應(yīng)生成醋酸鉛。醋酸鉛溶于水后的析出和遷移不僅破壞了太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)和電氣完整性，更惡化了金屬接觸與硅基底的界面性能。基于此，團(tuán)隊(duì)明確了“低Al/Pb漿料”的優(yōu)化方向，以從源頭提升電池的耐腐蝕能力。

圖2. 電池正面柵線截面在DH2000測(cè)試前(a)和(b)后表面形貌及元素分析

表1 電池正面柵線截面在DH2000測(cè)試前后元素EDS分析

03背板材料：發(fā)揮“呼吸”優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建動(dòng)態(tài)平衡

與雙玻組件“只進(jìn)不出”的密封結(jié)構(gòu)不同，透明背板賦予了單玻組件獨(dú)特的“呼吸性”（圖3）。在戶外運(yùn)行中，單玻組件能隨環(huán)境溫濕度變化實(shí)現(xiàn)“日間排氣、夜間吸氣”，這種相對(duì)動(dòng)態(tài)平衡機(jī)制允許水汽及內(nèi)部產(chǎn)生的醋酸及時(shí)向外擴(kuò)散排出。相比之下，雙玻組件內(nèi)部積聚的醋酸濃度遠(yuǎn)高于單玻，極易導(dǎo)致持續(xù)性腐蝕。中來(lái)研發(fā)的透明網(wǎng)格背板正是利用這一特性，有效避免了腐蝕性物質(zhì)的累積。

圖3. (a)呼吸性原理圖及(b)單玻組件在不同DH測(cè)試時(shí)間后的含水量

系統(tǒng)重構(gòu)

全鋼化單玻封裝方案的“3+1”優(yōu)勢(shì)   

基于上述研究發(fā)現(xiàn)，中來(lái)新材研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)整合創(chuàng)新，提出了“低酸膠膜 + 低Al/Pb漿料TOPCon電池 + 透明網(wǎng)格背板”的系統(tǒng)級(jí)封裝方案。

在雙倍于IEC 61215-2標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)苛DH2000測(cè)試中，采用該方案的TOPCon 25.1%效率電池組件表現(xiàn)優(yōu)異（見(jiàn)表2）：

低衰減

經(jīng)多輪測(cè)試結(jié)果顯示功率衰減率為 -3.87% 至 -4.29%；

高可靠

EL測(cè)試顯示組件內(nèi)部連接完好，無(wú)明顯隱裂或斷柵；

抗老化

成功攻克了單玻組件在高溫高濕環(huán)境下功率加速衰減的核心痛點(diǎn)。

表2. 單玻封裝方案組件DH2000后功率衰減及EL圖像  

此次n型TOPCon單玻組件抗?jié)駸峒夹g(shù)取得突破，不僅證實(shí)了中來(lái)新材在光伏材料體系優(yōu)化方面具備深厚的專業(yè)能力，而且為全鋼化單玻組件在全球范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用排除了阻礙。未來(lái)，中來(lái)將持續(xù)專注于全鋼化單玻封裝技術(shù)的深入研發(fā)與迭代，把材料科學(xué)領(lǐng)域的每一項(xiàng)進(jìn)展轉(zhuǎn)化為組件性能的顯著改善，為全球客戶提供更高效、更可靠且更具長(zhǎng)期價(jià)值的光伏封裝解決方案。