掌握太陽光電模組高效率關鍵! 精準CTM Loss分析！
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太陽能電池在封裝成模組後，其實際產生的效率通常會小於理論效率值，稱之為「封裝損失」，CTM Loss (Cell to Module Loss)。在太陽能電池模組產業中，除了不斷發掘太陽能電池新型材料、研發模組新封裝技術、自動化模組設備、模組驗證測試技術等等，亦要擁有精準分析CTM Loss封裝損失的技術，以利持續推進太陽能電池高效率轉換的優勢。 如何精準測量太陽能電池模組CTM Loss：https://goo.gl/B8YxLk
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- 1. 掌握太陽光電模組高效率關鍵! 精準CTM Loss分析！ 光焱科技 ENLI TECHNOLOGY CO., LTD. 影響CTM Loss (Cell to Module Loss)封裝損失的因素有哪些? 光學損失、金屬柵線、電池背板的光學損失分析 獲得精準CTM Loss功率=擁有提高組件的關鍵因素！
- 2. Introduction 1 • 太陽能電池在封裝成模組後，其實際產生的效率通常會小於理論效率值，稱之為 「封裝損失」，CTM Loss (Cell to Module Loss)。 • 在太陽能電池模組產業中，除了不斷發掘太陽能電池新型材料、研發 模組新封裝技術、自動化模組設備、模組驗證測試技術等等，亦要擁 有精準分析CTM Loss封裝損失的技術，以利持續推進太陽能電池高效 率轉換的優勢。
- 3. Outline 2 1 2 3 4 CTM Loss 封裝損失定義 影響CTM Loss 的因素 • 封裝結構 • 光學損失 • 太陽能電池模組光學損失示意圖 光學損失和增益的完整分析 • 光學損失分析 • 柵線產生的光學增益分析 • 電池背板產生的光學增益分析 • 封裝損失總和分析 如何精準測量CTM Loss • S6 全面積太陽能電池光譜響應量測系統 • CTM Loss 計算公式
- 4. Outline 3 1 2 3 4 CTM Loss 封裝損失定義 影響CTM Loss 的因素 • 封裝結構 • 光學損失 • 太陽能電池模組光學損失示意圖 光學損失和增益的完整分析 • 光學損失分析 • 柵線產生的光學增益分析 • 電池背板產生的光學增益分析 • 封裝損失總和分析 如何精準測量CTM Loss • S6 全面積太陽能電池光譜響應量測系統 • CTM Loss 計算公式
- 5. 1 CTM Loss 封裝損失定義 ◥ 封裝損失，CTM Loss (Cell to Module Loss)= • 從太陽能電池至封裝成模組，封裝損失範圍涵蓋太陽能電池製備材料的光電結構與 結構缺陷，製程材料包含玻璃、太陽能電池、封裝膠EVA、電池背板 (Backsheet)， 串接陣列包含串接線、接線盒、焊線等等。 ◼ 當CTM Loss值愈大：表示模組的實際輸出效率比預期轉換效率有較大落差，也就代 表此太陽能模組的品質較差、轉換效率低。 ◼ 當CTM Loss值愈小：表示模組實際輸出效率高，模組內配置的電池片所需的效率可 以減少，亦即間接降低生產成本，帶來更高的經濟效益。 4 理論效率－實際效率 理 論 效 率 X 100 %
- 6. Outline 5 1 2 3 4 CTM Loss 封裝損失定義 影響CTM Loss 的因素 • 封裝結構 • 光學損失 • 太陽能電池模組光學損失示意圖 光學損失和增益的完整分析 • 光學損失分析 • 柵線產生的光學增益分析 • 電池背板產生的光學增益分析 • 封裝損失總和分析 如何精準測量CTM Loss • S6 全面積太陽能電池光譜響應量測系統 • CTM Loss 計算公式
- 7. 2-1 封裝結構 6 • 以一般晶硅太陽能電池組件的封裝結構為例： • 自上而下的封裝結構為：玻璃－封裝膠EVA－晶硅太陽能電池片－背板。封裝之前的單 焊、串焊的焊接技術，將太陽能電池片通過涂錫焊帶連接；模組層壓封裝好後，再組 裝接線盒、邊緣封裝膠和邊框。
- 9. 8 • 太陽能電池模組的封裝流程繁複，因此，造成封裝損失的因素不外乎是太陽能電池和 組件的封裝材料和製備過程。 • CTM Loss 封裝損失的原因依照屬性不同分為兩大類： 本文針對光學損失的影響因素進行探討。 ◼ 光學損失 (Optical Losses) ◼ 電學損失 (Electric Losses)
- 10. 2-3 光學損失 (Optical Losses) • 由於一般地面用單結硅系太陽能電池的光譜響應範圍為300 nm~1100 nm，理論上 是無法將所有太陽光能吸收轉換成電能，故只要是造成此光譜波段的光進入電池減 少的因素，都會造成光學上的損失。 • 太陽能電池模組陣列排列可分為兩大區域：電池主動區域 (Active Area)、無電池非 主動區域 (Non-active Area)。 • 依照此兩個區域的不同特性，進行封裝材料最佳化的改善，以降低CTM Loss封裝損 失，獲得高效率的轉換。 9
- 11. ➢ 電池主動區域 (Active Area) 10 ① Reflection loss air/glass 空氣/玻璃界面反射損失 ② Absorption loss glass 玻璃材料吸收 ③ Reflection loss glass/ EVA 玻璃/EVA界面反射損失 ④ Absorption loss EVA 封裝膠EVA材料吸收 ⑤ Coupling gain EVA/cell 封裝膠與電池界面的光增益 ⑧ Shading loss of ribbon 電池金屬柵線遮蔽損失 ⑨ Light redirection gain from ribbon 金屬柵線的光增益
- 12. ➢ 無電池非主動區域 (Non-active Area) 11 ⑥ Loss on module border and cell spacing 在無電池區域內產生的損失 ⑦ Redirection gain from inactive areas 電池間隙與鋁框區域，可利用背板的散射或反射 來增加光捕捉效果。 ⑩ Ohmic losses in the interconnection 電阻損失
- 13. Outline 12 1 2 3 4 CTM Loss 封裝損失定義 影響CTM Loss 的因素 • 封裝結構 • 光學損失 • 太陽能電池模組光學損失示意圖 光學損失和增益的完整分析 • 光學損失分析 • 柵線產生的光學增益分析 • 電池背板產生的光學增益分析 • 封裝損失總和分析 如何精準測量CTM Loss • S6 全面積太陽能電池光譜響應量測系統 • CTM Loss 計算公式
- 14. 3-1 整體太陽能電池模組封裝的光學損失和增益分析 (Analysis of Optical loss and gain in CTM) • 運用光焱科技S6 全面積太陽能電池光譜響應量測系統 ( S6 Solar Cell Full-Area Spectral Response Measurement System)，進行太陽能電池模組的CTM Loss封裝 損失分析，如下圖： 13
- 15. • 為了能更清楚了解太陽能電池封裝微模組所產生的CTM Loss封裝損失，運用 • S6 全面積太陽能電池光譜響應量測系統，可進行以下分析： 分別測量出太陽能電池封裝前與封裝模組後，所產生的封裝損失和增益的數據。 14 ◼ 光學損失分析 (Optical Losses) ◼ 柵線產生的光學增益分析 (Busbar Coupling Gain) ◼ 電池背板產生的光學增益分析 (Backsheet Gain) ◼ 封裝損失總和 (CTM Total Losses) 項目 Poly (Cell-01647, Module-01637) Poly (Cell-01686, Module-01638) Optical Losses 1.98 % (4.98 %) 3.09 % (4.98%) Busbar Coupling Gain 0.81 % (5.3 %) 0.84 % (5.3 %) Backsheet Gain 2.03 % (2 %) 2.16 % (2 %) CTM Total Losses 1.60 % (1.2 %) 2.58 % (1.2 %)
- 16. ➢ 光學損失分析 (Optical Losses) • 太陽能電池封裝前與封裝後的光學損失分析，可量測出的以下光學損失項目之總和： 15 ① Reflection loss air/glass 空氣/玻璃界面反射損失 ② Absorption loss glass 玻璃材料吸收 ③ Reflection loss glass/ EVA 玻璃/EVA界面反射損失 ④ Absorption loss EVA 封裝膠EVA材料吸收 電池片 封裝後 Loss = 0.78 mA/cm2 ~ 2 %
- 17. ➢ 光學損失_實驗流程 16
- 18. ➢ 柵線產生的光學增益分析 (Busbar Coupling Gain) • 太陽能電池封裝前： 下圖為比較光斑照射在柵線上和電池片上（非柵線上)的EQE外部量子效率。當光斑照 射在柵線上，會產生柵線反射(Busbar reflection)和柵線散射(Busbar Scattering)，大 幅降低EQE轉換效率。 17 Loss= 32.55 mA/cm2 ~83.1 % Hit Busbar
- 19. ➢ 柵線產生的光學增益分析 (Busbar Coupling Gain) 18 Loss= 32.23 mA/cm2 ~83.9 % • 太陽能電池封裝後： 下圖為比較比較光斑照射在柵線上和電池片上（非柵線上)的EQE外部量子效率。 當光斑透過太陽能電池模組表面玻璃和封裝膠EVA照射到太陽能電池上時，除了產生柵 線反射(Busbar reflection)和柵線散射(Busbar Scattering)外，在封裝膠EVA/玻璃界面 的反射中，再次產生光學增益效果。 Hit Busbar
- 21. ➢ 電池背板產生的光學增益分析 (Backsheet Gain) • 運用兩種大光斑尺寸：160 mm x 160mm、162 mm x 162 mm測量電池播板產生 的光學增益效果約為2.03 % 20 Loss= 32.55 mA/cm2 ~83.1 % ◼ Jsc=37.468 (160 mm * 160 mm) ◼ Jsc=38.228 (162 mm * 162 mm) 160 mm * 160 mm162 mm * 162 mm
- 23. ➢ 封裝損失總和分析 (Total Loss) • S6可精準的測量出太陽能電池封裝前與封裝後的封裝損失總和，如下圖： 22 Loss= 0.6092 mA/cm2 ~1.6 % 電池片 封裝後
- 24. ➢ 封裝損失總和_實驗流程 23
- 25. Outline 24 1 2 3 4 CTM Loss 封裝損失定義 影響CTM Loss 的因素 • 封裝結構 • 光學損失 • 太陽能電池模組光學損失示意圖 光學損失和增益的完整分析 • 光學損失分析 • 柵線產生的光學增益分析 • 電池背板產生的光學增益分析 • 封裝損失總和分析 如何精準測量CTM Loss • S6 全面積太陽能電池光譜響應量測系統 • CTM Loss 計算公式
- 26. 4-1 如何精準測量CTM Loss 25 • 運用光焱科技S6 全面積太陽能電池光譜響應量測系統 ( S6 Solar Cell Full-Area Spectral Response Measurement System)，可進行太陽能電池模組的CTM Loss封 裝損失分析。 • 全世界第一套模組化的156 ×156 mm2 均勻光 大面積量測設備 • 可量測矽晶電池的光譜響應，解決當前僅能測得 電池局部光譜響應的問題 • 依據國際電工法規(IEC)進行光譜不合致度因子 (Spectral Mismatch Factor)的修正 • 知名指標研究中心及光電大廠指定使用
- 27. 26 ➢ 全面積太陽能電池光譜響應量測系統 • 光譜系統測試範圍為 300-1200 nm • 與一般小光斑相比，不需掃描樣品，測量時間比傳統小光斑快10倍以上 • 可進行CTM Loss量測分析 可運用大小光斑測量EQE →更多應用方案：www.enlitechnology.com
- 28. • 量子效率/光譜響應/IPCE 測量科學儀器研發生產 • 鈣鈦礦太陽能電池(Perovskite Solar Cell)應用服務 • ISO/IEC 17025 (TAF) 校正實驗室QE/SR/Jsc認證服務 • 太陽能電池、發光材料/器件測樣服務 • R&D 創新研發、技術整合、客戶端解決方案 Visit our website: www.enlitechnology.com 台灣總公司：高雄市路竹區路科五路96號1樓 TEL/ +886-7-6955669 qeservice@enli.com.tw