太阳能电池组件制造原理详细介绍
前言
太阳能光电池需要被连接（普通为串联），然后层迭封装起来，以防止受到损坏，这就是所谓的模块化封装，同时，该模块制程一般将依据电池种类和模块应用型态来决定。
一、电池串联
当制造太阳能光电模块时，太阳能电池首先必须以串联的方式（电池串行）连接，这是因为每单一硅晶太阳电池的各别电能输出是很低的。在串接程序里，每一个电池的前端接点将被焊接到下一个电池的后端接点之上，以便将每一个电池的前端负极连接到下一个电池的后端正极，也就是将若干电池作串联式的连接（图1）。
然后，每一串序的开始和结束再向外延伸，以用于随后的电力连接。在大量生产时，所谓的”Tabber-Stringers”机器经常被使用于自动化焊接。但是，顾客量身定作的电池产品则通常以手工制作。硅晶电池系一个接一个地在独立的制造工作站被连接；相反地，薄膜电池则借着独立层中沟槽的切割来予以完成，同时，电力连接则是电池组装的一主要部分；通常，雷射或机械线切被使用，将该材料切割成大约1公分宽的电池长条。
图2表示当电池被配置在前侧时，该组装之序列。此方式系使用在碲化镉(CdTe)模块和大部分的非晶硅模块上面。首先，透明氧化物导电(TCO)层被分离成平行的长条状，然后太阳能电池层沈积在上面。接着，第二切段（太阳能电池层）有点偏离第一切段(TCO)来制作，但是仍然与后者平行。最后，再切割与制作第三切段后接点（金属层）。此方式制造了从一电池的后接点至下一电池的前接点之间的电力连接，使得各别电池长条能以串联的方式作相互的连接。参见图3，该结构系以相类似的方式来成型：从后接点开始，铜铟硒(CIS)电池和非晶硅薄膜电池系以相反的顺序装配。
二、电池封装
为了保护电池对抗机械应力、曝晒和湿气，串接的电池被嵌进一透明的封装材料内，该封装材料同时能对该电池产生电绝缘的作用。为了结构上的稳定，该封装系统应用一覆板(superstrate)。大部分的案例系使用玻璃，但同时也可使用压克力、金属或塑料薄片。视制程而定，太阳电池可放在覆板材料之上、之后或之间。在太阳电池光感面之上的覆盖物以透明材料来制造是很重要的，因为越透明的材料能使更多的太阳能量投射在太阳电池之上。基于这个理由，低铁玻璃常当作前覆板来使用，因为它能够让91%的光线通过。该玻璃系经过回火处理的，以便强化其对抗高热能应力的特性。最近所开发的抗反射玻璃，使用烧熔制程或浸染涂布，因而具有抗反射涂层，能达成96%之光穿透率。使用此抗反射玻璃的太阳电池模块所吸收的能量比使用普通玻璃者多出约3.5%。目前使用较普遍的封装方式有三种：
‧乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)封装
‧铁氟龙（TeflonR）封装
‧铸造树脂封装
■乙烯醋酸乙烯聚合物(EVA)封装
当以EVA封装时，该电池串行在真空腔内系以正负压加温的方式进行层迭制程（真空层迭制程）。该EVA在此制程里被熔解，并将整个太阳电池包围起来。该EVA在正面需要抗紫外线的功能。在大部分的应用例中，这是一片高透明白色的回火玻璃（太阳玻璃），而其背榇可为一传统的硬化玻璃薄片或不透明薄膜。EVA封装大部分使用于制造标准和特殊之模块，最大所能装配的尺寸为2公尺乘3公尺。随着模块尺寸的加大，在迭层期间该等电池将开始漂浮，这将使得在该等电池之间的间隙很难保持相等。然而，不同基板的使用将能够装配不同的迭层构型。（请参考图4-7）
■铁氟龙（TeflonR）封装
此制程，类似EVA封装，是将太阳电池封闭在一特殊的含氟聚合物（Teflon）当中。不同于EVA封装的是：该被铁氟龙封闭的太阳电池系放置在一基板平面之上，并且在正面不需要额外的覆盖（请参考图8）。铁氟龙是一种抗紫外线、高透明、不沾灰尘且不会褪色的材料，更重要的是其具有无反射的表面。在此类模块当中，铁氟龙层在太阳电池上的厚度仅有0.5毫米，并且是一种良好的热导体，所以，既使没有隔热，铁氟龙层也能确保该电池受到良好的冷却作用。至于基板材料，传统硬化玻璃可被使用，只要其具备其它不透明材料（例如，金属、石板、混凝土和陶瓷）的结构强度即可。铁氟龙封装大部分使用于小尺寸的特殊模块（例如，太阳能屋瓦）。
■铸造树脂封装
请参考图9，树脂封装系运用一铸造程序：首先，黏着垫将该等太阳电池固定在两片玻璃之间，然后，在两侧利用具有黏性的透明分隔物，将该等薄片在边缘固定起来；上层系由一高透明硬化白玻璃所构成；下层则由符合结构上需求的传统硬化玻璃所构成；形成的空腔以高透明度的铸造树脂来填充，并使其硬化。
树脂的型态将决定是否需使用紫外线来实施硬化的程序，这对于后面玻璃层的设计占有重要的角色。如果所使用的树脂没用紫外线来硬化，则不可能在背面使用染色玻璃，因为太阳电池和染色层之间的树脂会因为缺乏紫外线而无法硬化。使用铸造树脂封装，将可装配2.50公尺乘3.80公尺之模块。此类封装的优点之一为：复数个电池能精确地被定位，这是因为在铸造时，它们的位置仍然保持一定，既使在大尺寸模块当中，仍能保持均匀的电池间隙。树脂封装通常使用在建筑一体的特殊模块使用设计之中（例如，帷幕、透明屋顶和太阳遮荫装置）。该使用于制造模块的树脂可同时当作窗户上的隔音玻璃。因此，一封装着铸造树脂的模块先天上就具有隔音的特性。
■薄膜电池模块封装的特色
薄膜电池的封装与硅晶电池的封装具有少许的不同点。首先，薄膜电池的初始模块已经具有一玻璃层（基板），其上面为半导体材料所涂布，而这些基板不可使用退火玻璃，因为使用于半导体涂布的高温将破坏玻璃的强度。
如果完工的薄膜模块需要符合类似韧性与脆性的特殊要求（诸如当其被使用在一冷帷幕的时候），该初始模块必须额外地加装一强化安全玻璃(ToughenedSafetyGlass,TSG)。所以，一具有TSG的薄膜模块总是由两层玻璃所构成。
因为使用在薄膜电池构装的是另一种涂布技术，其中，半导体材料不是涂布在基板的上面就是涂布在基板的后面，所以其位置乃依据该基板是当作前侧或者后侧而定（请参考图2与图3）。同时，该半导体材料将影响到该模块的可能结构。
请参考图10，当薄膜电池为非晶硅和CdTe类型时，半导体材料系涂布在基板玻璃的后方，该基板玻璃将同时放在模块前侧，以具有防止被阳光曝晒的功能。在EVA封装当中，当有如上述的特殊应用时，此类初始模块能使用Tedlar薄膜涂布在任何玻璃的后面，或者涂布在TSG之后。
当封装铜铟硒(CIS)电池模块和由金属薄膜所制成的非晶硅薄膜电池模块时，半导体薄膜系分别地涂布在基板玻璃和基板薄膜之上（图11）。该铜铟硒(CIS)电池模块前侧另外有装置一防止被阳光曝晒的玻璃，如果需要的话，可同时使用一TSG层。
虽然CIS模块总是由两层玻璃所构成，但是薄膜形式的非晶硅模块并不需要任何的玻璃。若干小型初始模块单位的前侧系内镶在一含有EVA的含氟聚合物之中，(请参考上文'铁氟龙'上之通道)，后面则以涂漆钢片来保持稳定。
当以树脂封装来装配薄膜模块时，前面或后面模块玻璃皆不可当作薄膜电池的基板玻璃来使用，因为此等薄片系由热强化玻璃（HSG）所制成。
如同单晶硅和非晶硅电池封装一般，该薄膜初始模块系放置和铸造于两模块玻璃片之间（图12），因此，此类玻璃-玻璃模块系由三薄片所构成，并且厚度比单晶硅或多晶硅电池以树脂铸造封装的玻璃-玻璃模块要来得厚。
三、模块种类
商业上有使用各式各样的模块区分。该一般名词'模块'（或面板）的更精确定义在于强调该模块的特定数量。模块可依据下列原则来归类：‧电池种类：单晶硅模块，多晶硅模块，薄膜电池（非晶硅、CdTe和CIS模块）
‧封装材料（该'EVA模块'分类一般并不使用）：铁氟龙模块，铸造树脂模块
‧封装技术：迭层(使用EVA或铁氟龙)1
‧基板：薄膜模块，玻璃-薄膜模块（或玻璃-Tedlar模块），金属-薄膜模块，压克力塑料薄膜，玻璃-玻璃模块
‧框架结构：有框架的模块，无框架的模块（如前述的迭层模块）
‧特定结构或额外功能：强化安全玻璃模块，迭层安全玻璃模块，隔热玻璃模块，用于过热窗装玻璃的隔热玻璃模块，阶段隔热玻璃模块
另外，我们将就下类区分，作更详细地说明：
■标准模块
所谓标准模块系在每单位面积以最小成本达到最大能源产量所制造的模块者。这些模块大部分为EVA封装玻璃-薄膜迭层，可提供固定尺寸和电力输出。这些标准模块可具有或不具有铝质框架（图13表示该装框的步骤）。标准模块安装的地点为形状与尺寸无特殊要求的地点，它们不是附着于标准基础框架，就是与特殊的外型系统相配合，例如，建筑一体系统。一标准模块系由36至72个电池所组成，所具有的电力输出为50-140Wp(晶硅电池)。该等电池时常以四连续列来安装，所造成的矩形模块尺寸，将例如，1.0公尺乘0.5公尺。节省材料、简单安装、新型系统设计以及美观需求表示：今天的标准模块所提供标称的电力功率可高达340Wp(220颗电池)，并具有2.5公尺乘1.25公尺之尺寸。
■特殊模块
特殊模块为用于特殊用途的大量制造者。在这些使用例，特殊材料或特殊框架可被使用。特殊模块的范例可包括：轻型模块，其所有小尺寸皆可应用和使用于太阳能车、船舶、露营或太阳能瓦者；太阳能瓦，其所需要的框架为能够确保屋顶不漏水和防下雪者。
■客户定作模块
客户定作的模块系用于特定地点的特殊装配。这将可能是冷或热帷幕、窗装玻璃的屋顶或遮阳装置。该安装地点将决定模块的结构、尺寸和形状；客户定作的设计可能性将在下章节详细说明。
四、pV模块的设计方向
太阳能光电模块主要是安装在建筑物里面或外表。基于此理由，太阳光电模块不应该考虑仅是一用于发电的技术组件，同时应该视为一多样化的建材，让它们能与建筑相和谐地成为一体。所以，针对不同的建筑和应用领域，这将要求模块具有多样化的外表和功能。同时该pV市场将提供广泛的设计方案，来符合太阳模块可当作建筑产品之要求。
大量且多样的标准和特殊模块可针对市场作事先的配装。针对标准模块，设计者可在不同的电池种类、尺寸和框架结构之间作一选择。视不同的应用而定，其同时存在许多特殊的模块。此两种模块型态的共通点为：两者皆以完工产品来销售同时给予设计者若干选择，但是不允许设计者来影响外观。相反地，客户定作模块系依据订单来制作。pV模块成型的两个主要组件—太阳能电池和玻璃（或薄膜）—提供设计者许多的可能性。除了电池和它们的安装选择之外，不同类型的装框玻璃的产品属性可彼此相互混合以制造多功能的模块，该多功能模块能够解决建筑上的特殊要求。
客户定作的模块设计因素可包括：
•电池种类
•电池覆盖面
•电池形状
•电池接触
•电池背衬
•玻璃尺寸
•玻璃形式
•玻璃种类
这些参数组合的方式将决定模块的外型。因此，与模块制造商的沟通，设计者所制造的各别模块可具有下述的不同点：
•颜色；将视电池的种类、电池背衬、电池接触和玻璃种类而定。
•透明性（参考电池安装）。
•可挠性：具有0.9公尺最小半径的弯曲模块可从硅晶太阳能电池中制造，其中，内镶在弯曲薄片或完成模块之间的电池系可弯曲的；如果是放置在柔软的基板上面，薄膜模块系永远可挠或可曲的。
•晶格型态(硅结晶)
附注1：以层迭制程(EVA和铁氟龙封装)所制造的模块同时可称作迭层。依据模块结构的其余组件而定，这些模块可为习知的薄膜迭层、玻璃-薄膜迭层或玻璃-玻璃迭层。如果该名词”迭层”自己本身来使用，则一般系指玻璃-薄膜迭层。然而，迭层同时可一般地当作模块来说明。该名词”迭层”同常与无框架模块系相等意义的，但是，事实上，它仅在于说明该封装技术。一般而言，迭层可以有框架或无框架来提供。
