米乐m6官方网站【会长中钵良二】（以下简称“AIST”）光伏研究中心【研究中心主任松原幸二】组件可靠性小组【研究小组组长增田厚】原小次郎高级首席研究员兼信越化学株式会社【社长齐藤泰彦】（以下简称“信越化学”）硅胶橡胶制成的片状材料封装材料8403_8412晶硅太阳能电池开发了一个模块。
8476_8728智能家居的使用净零能耗之家 (ZEH)
该技术的详细信息将于2016年9月13日至16日在土岐展览馆（新泻县新泻市）举行的第77届日本应用物理学会秋季学术会议上公布。
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| 开发的太阳能电池模块的外观（左）、燃烧测试期间的状态（右上）、测试后的背面（右下） |
由于2012年7月推出的可再生能源上网电价制度，太阳能发电系统迅速普及，太阳能组件和系统的长期可靠性和安全性在未来将变得越来越重要。例如，在住宅太阳能发电系统中，人们认为通过提高组件的阻燃性并防止损坏，可以进一步提高发生火灾时的安全性。然而，太阳能电池组件面临着严峻的成本竞争，目前的情况是，开发新的高可靠组件和引入阻燃组件等新组件普遍困难，导致成本较高。
AIST光伏研究中心组件可靠性团队一直与民间企业、大学和公共机构合作，阐明现有太阳能组件的劣化机制，开发高可靠性组件和组件，开发可靠性评估技术，以提高太阳能组件的可靠性和寿命，长期维持发电，降低发电成本。
有机硅封装材料在20世纪80年代制造的早期商用太阳能电池模块中已有使用记录，有报道称，从那时起使用有机硅封装材料的太阳能电池模块即使在户外安装约30年后仍能保持稳定的发电。信越化学开发了一种可与传统组件制造设备和工艺一起使用的太阳能电池用硅橡胶板封装材料，与产业技术研究院合作生产太阳能电池组件，并进行了可靠性评估。结果，使用所开发的有机硅封装材料的模块是室内环境测试中表现出出色的可靠性2015 年 6 月 22 日 AIST 新闻稿）。然而，通常使用有机硅封装剂EVA引入有机硅封装剂一直很困难，因为它比封装剂相对更昂贵，并且更换EVA封装剂会增加模块成本。
因此，两家公司决定共同开发并评估新型太阳能电池组件的可靠性，该组件利用有机硅的阻燃性等特性，同时抑制因使用有机硅封装材料而导致的组件成本增加，旨在探索太阳能电池的新用途、安装和使用方法。
图1为传统晶体硅太阳能电池组件和新开发的新型组件的示意图。典型的常规组件由晶体硅太阳能电池、约3毫米厚的白色钢化玻璃制成的表面材料、EVA封装材料、背板附有（背面材料）超直结构相比之下，我们这次制作的模块由约500μm厚的硅橡胶片封装材料、约50μm厚的阻燃聚合物薄膜表面材料以及经过绝缘处理的铝合金板背面材料组成，并且没有使用玻璃表面材料。基板结构
新模块不使用铝框架，可以使用铝合金背材直接轻松固定和安装。通过减少传统模块中使用的组件数量，例如玻璃、背板和铝框架，目的是在使用成本相对较高的有机硅密封剂时降低模块的总体成本。
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| 图1 传统模块(a)与新开发模块(b)示意图 |
另外，通过采用阻燃有机硅封装胶和聚合物薄膜表面材料，以及金属铝合金背材，可以使整个组件具有阻燃性，并且通过减少铝合金板的厚度，还可以使其变得更轻（该原型组件的重量约为相同尺寸常规组件的一半）。例如，利用太阳能电池的阻燃、轻质、不易破碎等新特性，可应用于车辆、集成到屋顶材料、安装在墙壁上等，并有助于扩大在智能家居中的应用和实现ZEH。接下来，我们使用新开发的模块进行了评估测试，以确认高温高湿条件下的耐冲击性、耐负载性、可燃性以及长期可靠性。
首先，为了评估所开发模块的冲击强度，我们进行了钢球跌落测试。将钢球（直径38mm，重量约225g）从1m高处跌落至组件表面共3次，计算测试前后的输出。电致发光评估特性（图 2）。结果，传统组件在跌落测试中出现电池破裂，输出功率下降至初始值的87%。另一方面，对于新模块，由于钢球落下的冲击，局部观察到轻微的暗区，但几乎没有观察到输出下降。这是硅胶密封剂橡胶弹性，钢球的冲击没有扩散到电池的整个表面。
虽然测试是在小型模块（40cm见方）上进行的，但当进行负载测试时，即使在模块表面施加约88kg的负载（相当于约5400Pa的压力），测试后也没有观察到由于电池破裂而导致的输出下降。从这些结果来看，原型模块具有足够的抗冲击性和抗负载能力，并且通过未来的优化，即使长期户外安装也有可能充分利用它。
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图2 传统模块(a)和新模块(b)
钢球跌落测试前后的相对输出和电致发光图像 |
接下来，评估新模块的可燃性《建筑标准法》第 63 条在每个模块上燃烧火花（木制，尺寸80毫米×80毫米×60毫米），检查部件的燃烧、熔化和损坏等外观变化（图3）。在由白色钢化玻璃、EVA封装胶和背板组成的传统组件中，测试发现玻璃破裂，火花下方的EVA封装胶和背板被烧毁，这对玻璃和可燃有机组件产生了显着影响（图3（a））。相比之下，在新模块中，火花产生的灰烬和树脂成分附着在表面，但硅酮密封剂、薄膜表面材料和铝合金板没有观察到重大变化（图3（b））。传统组件在其安装环境中也有防火措施，但使用具有优异阻燃性的新型组件可以进一步提高发生火灾时的安全性。
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| 图3 传统模块(a)和新模块(b)燃烧测试期间和测试后的外观照片 |
此外，为了评估新模块在高温高湿条件下的长期可靠性，在温度85℃、湿度85%的条件下进行了测试高温/高湿（DH）测试完成了。结果，即使在3000小时的DH测试结束时，输出也没有下降，在高温高湿条件下表现出优异的长期稳定性。另外，在由有机硅封装材料、玻璃面材和背板构成的玻璃型组件中，即使进行8000小时的DH测试，输出也没有下降，并且测试前后的有机硅封装材料之间的差异红外吸收光谱进行测量，未观察到化学结构变化。这是因为形成有机硅分子的硅-氧键(Si-O)或硅-碳键(Si-C)具有比常见有机化合物的碳-碳键(C-C)和碳-氧键(C-O)更高的键能，使得有机硅封装材料即使在长期高温高湿条件下也具有化学稳定性，这被认为导致了组件具有优异的长期稳定性。
从上述结果来看，我们认为原型太阳能电池组件展示了太阳能电池新用途以及安装和使用方法多样化的可能性。
未来，我们希望根据目前正在进行的温度循环测试（-40℃至85℃）和紫外线照射测试等可靠性评估结果来开发实际使用的模块。例如，我们计划与制造公司合作，优化组件尺寸、结构和组件，并进行必要的可靠性测试，假设应用包括电动汽车等车辆的太阳能电池组件、集成屋顶和建筑材料以及可安装在房屋外墙上的太阳能电池组件等。