邊緣密封劑如何提高太陽能光伏晶體模塊的性能

大型太陽能投資者不斷尋求更高水平的質量保證，以幫助他們和大眾更相信投資光伏領域將獲得持續可觀的回報。可融資性便是一個關鍵指標。 它表明市場對您的產品充滿信心，並且越來越成為光伏組件購買者做出決策的衡量標準。 提供長壽命、可靠性和耐用性的光伏（PV）模塊可以向投資者和客戶證明他們的公司及其產品是值得信賴的。

在本文中，我們將探討防潮技術——特別是乾燥的聚異丁烯/丁基 (PIB) 邊緣密封劑——如何以及為何能夠幫助創造比沒有密封劑保護的模塊擁有更高的可靠性。 雖然人們通常認為晶體矽 (c-Si) 面板從長期來看對濕氣侵入不敏感，但 Quanex 技術團隊進行的測試表明，這種通俗認知不一定是正確的。Quanex團隊的測試方法已經證明，邊緣密封劑能夠提供高水平的防潮保護，超出 c-Si 面板中當前的設計方法，有助於減少與濕氣相關的功率衰減，並在更長的使用壽命內實現更多的功率輸出。

為什麼新興的太陽能技術（光伏模組）可以從防潮中受益

與更傳統的乙烯醋酸乙烯酯 (EVA) 密封劑相比，幾種新興的密封劑技術已顯示出有望提高 c-Si 模塊的整體性能。 考慮到 EVA 有可能形成酸，並且隨著時間的推移、水分帶動酸物質入侵導致腐蝕，該酸會削弱面板的功率。 這個缺點並沒有阻止 EVA 密封劑成為一種流行的密封材料選擇，但一些製造商已經在尋找替代品。 熱塑性聚烯烴 (TPO) 是這些替代品之一，與 EVA 相比，它具有更高的抗潮潛力（見圖 1）。

圖 1：Quanex 實驗室結果使用 MOCON PERMATRAN-W 設備，方法 ASTM F1249，在 37.8 °C，100% RH 下歸一化 1.52 mm 薄膜。 各種材料供應商。

聚乙烯醇縮丁醛 (PVB) 密封劑是 EVA 的另一種替代品。 與 EVA 相比，TPO 和 PVB 可能都有優勢，但是這些替代密封劑可能要貴得多，並且在組裝過程中更難處理。 此外，水分與銀金屬的互相反應仍然會產生腐蝕。

由於其他新興的替代電池結構，如鈣鈦礦材料 (PSC) 和異質結 (HTJ) 技術，已顯示出提高模塊效率的潛力和必要性。但這些技術顯示出更高的濕度敏感性——因此需要更高級別的防潮保護。

總括而言，這些潛在問題表明整個 光伏模組（PV） 市場對更高水平防潮保護是存在必要性。 並且通過長時間驗證的的可用技術有助於保護薄膜光伏組件免受濕氣侵入。

實驗團隊展示邊緣密封劑如何提供保護

Quanex 進行的研究表明，邊緣密封劑能夠為 c-Si 模塊提供高水平的防潮保護，有助於減少與水分相關的功率退化，並在更長的時間範圍內實現更多的功率輸出。 通過以這種方式使用邊緣密封劑，模塊製造商可以繼續使用經過實地驗證過的 EVA c-Si 模塊，而不會產生因使用非 EVA 密封劑而造成額外的費用和處理問題，同時在較長的使用壽命內保持較高水平的能量輸出。 此外，我們的工作表明合適的邊緣密封劑可以幫助延長所有類型模塊的壽命。

為了證明邊緣密封劑的保護優勢，我們試圖將使用 EVA 密封劑的典型 c-Si 模塊與使用 EVA 和我們的 SolarGain 邊緣密封劑的測試單元進行比較，能夠作為國際電工委員會 (IEC) 允許的黏合劑膠注接頭（Cemented Joint） 規範 61730-1，第 5.6.4 節。 （見圖 2）。 該規範允許使用固體絕緣來隔離 PV 模塊中的電力。 根據設計的不同，邊緣密封膠可以作為固體絕緣或“膠合接頭 Cemented Joint”（即利用黏合膠材料密封灌注的管道連接處），同時為 EVA 密封劑提供更高水平的防潮保護。 通過採用這種方法，模塊的內部帶電部件可以比沒有固體絕緣的更靠近玻璃邊緣。 我們的團隊將電池放置位置從 38 毫米（通常在 60 和 72 電池 1500V 模塊中）減少到距玻璃邊緣 13 毫米。 這包括 10 毫米的膠帶寬度，滿足絕緣穿透距離 (DTI) 要求。

圖 2：我們的測試裝置採用膠合接頭邊緣密封劑設計（底部），模擬全尺寸 1500V 模塊的角電池，以滿足絕緣穿透距離 (DTI) 要求。

兩個測試單元（典型的 c-Si 模塊和 黏合劑灌注接頭單元）都配備了氯化鈷試紙，以直觀地顯示測試條件下的水分進入情況。 一般來說，濕度過大的測試程序被認為對於現場暴露是不現實的——但通過使用鈷指示劑跟踪時間來檢測低但可測量的水分含量，我們能夠記錄水分進入活性區域並開始測試的時間 降解過程。 指示器在低水分含量下變色後不久就會開始斷電。

我們使用 Hirayama HAST PC-422R7 試驗箱在 120 °C 和 100% 相對濕度 (RH) 下對每個進行高加速壓力測試 (HAST)。 我們的團隊使用在 8% RH 時會變色的氯化鈷試紙跟踪 EVA 中的水分進入情況。 最後，我們測量了 IV 曲線並拍攝了電致發光 (EL) 圖像來記錄我們的發現。 模塊暴露的水分密度 (g/m3) 是濕熱條件下的五倍。 模塊經受了 1,000 HAST 小時。

檢測證明密封膠延遲濕氣導致的降解
我們的測試結果很明確：使用乾燥的密封膠可以使濕氣引起的降解延遲一倍時間發生。

每個裝置的氯化鈷指示劑（圖 3）指示的水分進入表明，傳統測試裝置早在暴露 100 個 HAST 小時後就顯示出水分滲透。 這些單元在 500 小時後完全飽和。 相比之下，用邊緣密封劑建造的單元在 400 小時內基本保持乾燥，直到暴露約 800 小時才變得飽和。

圖 3：與使用邊緣密封劑的模塊（底部）相比，傳統模塊（頂部）在 HAST 測試期間表明水分進入的速度要快得多。

重要的是，結果表明，與沒有邊緣密封劑的模塊相比，具有邊緣密封劑的模塊在加速暴露 1,000 小時後產生的功率要大得多。 帶有邊緣密封劑的模塊在整個曝光過程中也保持了更穩定的填充係數。

值得注意的是，在電致發光（EL）中使用和不使用邊緣密封劑的模塊在 500 小時時表現出相似的陰影。 然而，在 500 到 1,000 小時之間，EL 測試表明，傳統模塊在 EL 外觀、功率損耗和填充因子方面出現了明顯的變暗，並且表現出與使用了 30 年的室外模塊類似的行為。 我們相信邊緣密封劑的應用可能會延遲這種類型的退化，並可能在 30 年內產生比傳統 c-Si 模塊結構更多的功率。 測試結果表明，如果乾燥的封邊膠可以幫助延遲濕氣作為EVA模塊的應力因素，則模塊故障的時間和機制也可能會延遲。

最後，由於我們的用灌封膠灌注接頭的配置改變了電池的位置，使我們能夠將模塊面積減少 4% 以上，從而提高孔徑效率； 通過減少玻璃放置面積來抵消成本； 並降低整體模塊重量。

總而言之，我們的測試證明，在傳統 C-Si 模塊中應用邊緣密封劑具有以下潛力：

✅ 延遲水分進入
✅ 通過顯著延遲與水分相關的退化機制，幫助防止模塊在整個生命週期內斷電
✅ 在高溫條件下保持優異的環保性能
✅ 允許設計最大化單元面積，提高孔徑效率

在不對現有設計進行任何其他更改的情況下，帶有邊緣密封劑的面板可能會將其使用壽命再延長 10 至 15 年。 我們相信，進一步的研究將證實，無論電池設計或使用的密封劑類型如何，乾燥的邊緣密封劑都有助於 c-Si 模塊中更長、更可靠的模塊性能。 此外，我們預計需要加入邊緣密封劑才能使鈣鈦礦電池模塊更加可行。

Quanex 的 SolarGain® Edge Sealant，在本文所述的整個測試過程中使用，是當今太陽能組件製造商可用的此類解決方案之一。 它是一種集成乾燥劑的聚異丁烯丁基橡膠粘合劑，用作光伏組件的邊緣密封劑，在過去 20 年的薄膜光伏組件應用中已證明其性能。 正如我們的研究和測試所證實的那樣，Solar Gain Edge Sealant 還可以幫助 c-Si 模塊更好地保護電池、連接和透明導電氧化物塗層免受腐蝕和降解，從而減緩模塊功率隨時間的下降。

採用此類創新措施確保光伏組件的長期性能可能有助於提高投資者和客戶眼中的可融資性。 邊緣密封劑就是這樣一種解決方案，值得深思熟慮。