矽晶太陽光電模組製程技術

專家專欄

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謝心心資深研究員

工業技術研究院

隨著經濟快速發展，全球對於能源的需求逐年增加，考量到石化資源有限以及環保意識抬頭下，太陽能相當符合乾淨、環保、安全的能源發展需求，因此成為重要的再生能源之一。相對於早期著重於太陽光電發電元件的效率與可行性，近年來更積極推動太陽光電發電設備的規畫設置，政府於105年7月積極推動「太陽光電2年推動計畫」，預定2025年時國內將累積安裝20 GW太陽光電模組系統。其中地面型規劃設置17 GW，屋頂型為3 GW[1]，屆時許多的建築、屋頂、灌溉滯洪池等，將鋪設太陽能板，提供長達至少20年的發電時間。然而，一般矽晶太陽能電池厚度約180 um[2]，質地硬、脆，拿取不當容易破損，且電池表面的銀電極在大氣下容易受濕氣而氧化，導致發電功率下降，因此，電池需要經由適當的封裝製程以維持其發電功率，同時於發電時維護環境及人員安全。

常見的矽晶太陽光電模組製程技術可分為4步驟：

1.材料選用：選用適當的銅箔焊料進行焊接以便與下一片電池串聯，而銅箔焊料主要是厚度(150~250) um的銅箔，經由熱浸鍍錫後所製程，其中，銅箔主要作為電路傳導，而以錫成分為主的焊料作後續焊接製程。

2.焊接製程：依選用的焊料，在高溫製程下進行焊接，常見的焊接方式為：熱風焊接、紅外線焊接等。適當的焊接溫度非常重要，太高溫容易造成電池晶片破裂，而溫度過低容易造成空焊等接著不良。為了增加實用性，一般太陽光電模組是由60片(6x10組成)或72片(6x12組成)太陽能電池串聯而成。

3.層壓製程：將材料依：高透光玻璃/封裝材料/太陽能電池/封裝材料/背板材料，疊層後放進層壓機進行層壓。層壓過程主要是使高分子封裝材料在高溫150度時進行交連反應，反應後的封裝材料可緊密接合玻璃與電池，而達到保護電池的目的，同時具有高透光度、抗水氣的特性。模組的正、負電極出線端會導引至接線盒(junction box)，模組邊緣亦會夾上陽極處理的鋁邊框。

4.產品測試：製備完成的太陽光電模組需經過國際電工法規(International Electrotechnical Commission. 簡稱, IEC)公告的測試規範進行產品測試驗證，確保太陽光電模組發電的穩定與安全。

製備完成的太陽光電模組包含導電元件(如：電池、銅箔焊料導電帶)，以及絕緣材料(如：前板玻璃、封裝高分子材料、背板高分子複合層材料)。為了確保太陽光電模組的發電性能即基本安全性能，模組成品須通過符合國際電工法規的測試驗證，而測試法規編號IEC 61215:2016是最為熟知的性能驗證測試標準[3]，大致的測試流程如下圖所示。一般而言，完整的測試共有19項，模擬太陽光電模組在戶外使用時之環境條件，因此，測試的控制變因包含：機械、溫度、濕度、UV光等劣化因子。測試的目的主要是為了瞭解模組在一般操作條件下的發電性能與基本安全特性，而針對特殊環境(如：高鹽害、氨氣環境等)亦有相關的測試標準可作為引用參考，希望透過適當的測試流程及方法，確保發電設備能維持其發電穩定性以及安全性，達到使用壽命20年的目標。