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【技术干货】解析蜗牛纹的产生机理及如何预防?

2016/07/15

内容提要:大多数报道中出现的蜗牛纹(闪电纹)出现在隐裂或者电池破坏处。蜗牛纹沿着电池隐裂处形成,从而使电池隐裂可见,但并非所有的隐裂均会产生闪电纹。目前没有什么手段能快速分析出蜗牛纹是什么原因造成的。


一、产生机理分析


蜗牛纹的外观特征

 
100倍放大

行业专家分析结果隐裂处在多种环境因素的综合作用下发生电化学腐蚀,进而有银的化合物或其他金属化合物的生成。闪电纹是在多种环境因素的综合作用之下产生的; 更换封装材料(EVA)是避免这一现象的普遍解决方式。



(一)、蜗牛纹的产生,在组件端或者电池片端、硅片端均可能是隐裂后产生蜗牛纹的诱因



1.1 硅片裂纹

 
硅片的微裂纹

由于硅片生产中也会产生微裂纹,实际出厂中还是很多被通过了,在电池片表面镀上氮化硅膜后,很难检测出这种细小的裂纹缺陷。


1.2 组件端隐裂

 
电池片生产、组件生产、运输途中、安装系统造成的组件隐裂

 


(二)电池片隐裂部位发生蜗牛纹的产生原因分析




层压时造成的电池片隐裂部位以 EVA融化/固化填充,隐裂周围不会形成空洞。但是生产完的组件因外部因素造成电池片隐裂,周围会形成空洞,在此条件下通过背板渗透的水分和氧会积累起来。 


通过背板渗透的水分、氧和EVA胶膜内残留的极小量交联剂成分(自由基)扩散,会积累在隐裂部分周围的空洞。 


组件发电时电池片隐裂部位集中产生高温电阻热和电磁,电池片隐裂部周围积累的 H2O 和 O2与某些物质发生化学反应。 


2.1 EVA 胶膜特性和金属氧化反应的影响性


【 EVA交联反应结构】

 

【交联开始剂的分解产生物和金属氧化反应的关联性】

 

EVA胶膜内的交联开始剂通过层压工艺开始热分解,产生自由基。产生的自由基参与交联,其他副产物随抽真空排气排出。 


但是已产生的自由基不能100% 参与交联,极小量会残留在组件里面。残留的自由基量和副产物量随不同的层压机性能和排气能力有区别。 


残留的自由基在化学方面不太稳定,有可能导致产品的黄变或促进其他金属成分的氧化。 

 

【以金属Ag离子(电池片Ag浆)为例,电池片隐裂后的金属氧化反应 】

 

随残留成分促进氧化反应 


→ 交联剂原来物质残留 


→ 随残留的自由基分解


→ 不可彻底消耗残留物质 (不可进行100% 交联) 


→ 交联效果与层压机的层压参数和性有密切关系 

 

3.1 测试分析


电池片表面分析



正常部位和变色部位的化学结合没有区别。 


但是只考虑化学结合因素,metal oxide 结合后发生变色的可能性最大。 


3.2 现状


【EVA现状】


由于EVA厂商竞争激烈,利润进一步的缩小(从先前的3-4美金,到现在的1.4-1.6美金),他们采取了许多降本的方案


a:抗氧化剂


b:藕联剂


c:其他添加剂


以上纯度上从最初的99% ,更改到现在的80%左右杂质中包含,S,P,等,还有许多重金属的离子。


在上述环境条件下,不同的组合将产生不同的化合物,Ag2s,Ag3PO4,Ag2O,以及其他不同杂质的化合物不同化合物将会是不同的颜色。

 

【背板现状(中间层PET)】


PET在经过长期老化后将产生水解,到时水汽将通过裂缝大量进入,需要导入耐水解的背板,HAST以及DH2000后,撕裂强度高的背板


二、预防措施

(一)EVA方面



配方(impact factor 最小化) 


A. 减量 - radical generating(减少自由基物质) 


B. 增量 - radical scavenging( 清除自由基) 



(二)水汽透过率(MVTR)



MVTR(g/m2/day, T=38℃)小于17,MVTR(g/m2/day, T=60℃)小于40

水汽透过率(g/m2-day) ,小于2。


闪电纹的形成过程中背板MVTR作为影响因素起到了一定的作用,但是EVA在该过程中有更显著的影响。



(三)组件工艺以及电池片、硅片工艺



需要减少隐裂的发生,做到如下:


A. 加强工厂内部控制组件,电池片的EL


B. 包装方式,控制由于运输引起的隐裂


C. 组件强度评估(玻璃,铝框,安装方式等)


D. 使用体积电阻率高的EVA(提高组件湿绝缘)


E. EVA厂商添加剂纯度的控制


F. 背板引入耐水解的背板