■ 唐金平 李文新 王忠凱

1 光伏玻璃減反膜質(zhì)量現(xiàn)狀

光伏產(chǎn)業(yè)作為我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展一直牽動著社會的方方面面。2009年，我國相關(guān)部門出臺了實行初始投資補貼的相關(guān)政策，支持項目補貼力度高達初始投資的50%，總投資額過百億。2013年，這種激勵政策在完成了其拉動國內(nèi)光伏市場快速發(fā)展的階段性歷史使命的同時，也為剛開始蹣跚學(xué)步的中國光伏產(chǎn)業(yè)引入了一些問題。

與歐州一直推行的“度電補貼”方式不同，初始投資補貼方式致使國內(nèi)開發(fā)商開始追求大規(guī)?！把b機容量”以獲得更多的補貼，而有限的土地和屋頂資源迫使組件制造企業(yè)開始想盡方法提高光伏組件初始功率(標(biāo)稱功率)，卻忽略了電站長期發(fā)電量。在這種不良的氛圍下，各種提升組件初始發(fā)電量的“新技術(shù)”開始盛行于行業(yè)內(nèi)，光伏玻璃減反膜就是其中一項。在巨大的利益驅(qū)使下，玻璃廠開始推出增加組件透光率的硅基減反膜產(chǎn)品，這些以往常用于建筑行業(yè)和光學(xué)器件領(lǐng)域的產(chǎn)品減反膜層，在引入光伏電站的1～2年內(nèi)，出現(xiàn)了大規(guī)模的質(zhì)量問題；本應(yīng)該幫助電站增發(fā)電量的“創(chuàng)新”技術(shù)，卻反而影響了整個電站的正常、有效運轉(zhuǎn)，進而影響了電站的收益水平。

由于光伏玻璃減反膜產(chǎn)品在大規(guī)模推向市場前，未經(jīng)過充分和有效的論證，減反膜質(zhì)量問題首先被大規(guī)模發(fā)現(xiàn)于已建成1～2年的電站項目現(xiàn)場。經(jīng)過國內(nèi)第三方檢測認證機構(gòu)統(tǒng)計，在對國內(nèi)32個省市，容量3.3 GW的425個包括大型地面電站和分布式光伏電站在內(nèi)的所用設(shè)備進行檢測發(fā)現(xiàn)，光伏組件主要存在熱斑、隱裂、功率衰減等問題；其中甘肅某10 MW光伏電站，抽檢發(fā)現(xiàn)高達58%的光伏組件出現(xiàn)功率明顯衰減。經(jīng)統(tǒng)計，所有電站項目中，約有1/3的電站組件發(fā)電功率衰減是由減反膜層的老化、脫落、霉變等問題引起的。

例如，檢查某西部電站運行1年后，功率衰減超過3%，鍍膜玻璃表面出現(xiàn)均勻且無法消除的發(fā)污現(xiàn)象，分析主要原因為玻璃表面AR膜受砂塵侵蝕發(fā)污使得入射太陽光散射，從而導(dǎo)致透過率降低造成組件功率衰減。

檢查某東部沿海新建電站，安裝半年后達不到合同規(guī)定要求。其中，鍍膜玻璃表面在特定部位出現(xiàn)膜層不均勻，且出現(xiàn)無法消除的白色沉積物，主要原因為鍍膜玻璃遭受水汽侵蝕后使得玻璃基板的水解產(chǎn)物滲透和腐蝕膜層，以致膜層發(fā)污、表面出現(xiàn)白色沉積物。

在這當(dāng)中，即使是由國內(nèi)大型發(fā)電集團作為開發(fā)商、國際排名前10的組件企業(yè)作為制造商的“標(biāo)桿”電站項目，仍發(fā)現(xiàn)了嚴重的減反膜問題。

圖1 南部某光伏電站項目出現(xiàn)大規(guī)模減反膜霉變白斑

圖2 某光伏電站項目出現(xiàn)的組件邊緣膜層分解脫落

國際上，國際電工委員會下的TC82工作組早于2011年開始發(fā)布IEC 61853光伏組件性能測試及能量等級系列標(biāo)準(zhǔn)。歐美開發(fā)商已使用此系列標(biāo)準(zhǔn)評價結(jié)果取代IEC 60904-1和IEC 61215中的最大功率測試結(jié)果來衡量組件的發(fā)電性能，即使用發(fā)電量評價取代最大功率(標(biāo)稱功率)評價方法作為采購依據(jù)。

在我國，隨著項目經(jīng)驗愈加豐富，開發(fā)商們也逐步向歐美靠攏。如今，在光伏上網(wǎng)電價落定之后，補貼方式從初投資補貼向度電補貼方式的轉(zhuǎn)變，使得光伏電站的發(fā)電量越來越受到重視。開發(fā)商越來越重視光伏組件的能量效率與長期的發(fā)電量收益，從本質(zhì)上追求電池片轉(zhuǎn)化效率的提升，從整體上追求電池組件的整體質(zhì)量。這與國家能源局要求的通過科技提升光伏組件效率、降低光伏電站建設(shè)成本趨向一致，因此，越來越多的業(yè)主開始反思組件質(zhì)量及工藝問題之一——減反射膜的實際作用與質(zhì)量問題。

中電建、三峽、中電投等開發(fā)商，紛紛在其企業(yè)技術(shù)規(guī)范和招標(biāo)技術(shù)要求中提出禁止使用硅基減反膜的技術(shù)要求。

然而，今年國家能源局等三部委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于促進先進光伏技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)升級的意見》，提出實施“領(lǐng)跑者”計劃，要求光伏行業(yè)“領(lǐng)跑者”先進技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)達到單晶硅光伏電池組件轉(zhuǎn)換效率17%以上，多晶硅光伏電池組件轉(zhuǎn)換效率16.5%以上。雖然此項舉措在一定程度上有利于促進行業(yè)技術(shù)進步，但“計劃”一出，卻也令本已逐漸偃旗息鼓的SiO2減反膜層制造業(yè)又鉆了空子。因為計劃內(nèi)項目需要達到組件轉(zhuǎn)換效率要求，在真正靠電池效率達到指標(biāo)要求的優(yōu)秀組件制造商供貨壓力大、各種高效組件供不應(yīng)求的情況下，開發(fā)商不得不被迫接受使用硅基減反膜的組件產(chǎn)品，這非常不利于行業(yè)的健康發(fā)展。

2 SiO2減反膜出現(xiàn)如此多質(zhì)量問題的原因

目前，常用的3.2 mm厚的超白壓花鋼化玻璃在可見光范圍內(nèi)的透過率大于91.5%，約有8%的光因為反射而損失。減反射膜可通過相消干涉，減少光伏組件玻璃表面的反射光，從而增加透光量，提高光伏組件的發(fā)電量。為了達到可見光寬光譜減反射目的，目前光伏玻璃上使用的減反膜絕大部分是以SiO2為主要成分的單層膜。使用減反射鍍膜玻璃可將光伏組件的發(fā)電效率提高2.5%，進而可提高晶體硅光伏電池組件轉(zhuǎn)換效率。

光伏減反膜鋼化玻璃在行業(yè)內(nèi)一直存在兩種工藝：一種是先鋼化后鍍膜，即將玻璃原片先鋼化處理，再將SiO2溶膠涂于玻璃表面，經(jīng)過干燥、固化而成；另一種是先鍍膜后鋼化，即將SiO2溶膠涂于玻璃原片表面，經(jīng)過干燥、固化后進入鋼化爐鋼化。

使用先鋼化后鍍膜工藝，玻璃表面含有少量有機物，有一定的疏水性和防污性能；但鍍膜硬度低、膜層附著力差、易被刮擦，性能測試結(jié)果見表1。

造成這種問題的關(guān)鍵原因在于玻璃鋼化和膜層退火熱處理步驟的不匹配。由于光伏鈉鈣玻璃的成分固定，其鋼化曲線比較統(tǒng)一，基本是均勻升溫到約720 ℃，維持幾分鐘后進行風(fēng)冷降溫；之后再進行鍍膜時，由于考慮玻璃的退火溫度影響，熱處理溫度只能保持在300 ℃以下，因此造成膜層的不牢固，附著力差。較少數(shù)的企業(yè)采用此種工藝制作減反膜。

表1 SiO2減反膜附著力測試

針對先鋼化后鍍膜工藝，為了滿足光伏玻璃制造的產(chǎn)業(yè)化需求，控制成本，所有企業(yè)均采取玻璃的鋼化和膜層熱處理同時進行的方式，即加溫至720 ℃。SiO2膜屬于無機膜，溫度越高越有利于其與玻璃基板的結(jié)合，因此這種工藝下制造的膜層相對具有更好的附著力。但高溫下制造的多孔SiO2材料膜層卻暴露出了表面易吸水、易沾塵的問題。

目前使用的光伏玻璃鍍膜方法為溶膠-凝膠法，該方法生產(chǎn)工藝簡單，設(shè)備價格低廉，膜層折射率可在1.15～1.45 范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，非常適合工業(yè)生產(chǎn)。溶膠凝膠法制SiO2膜所用的前驅(qū)物一般為Si的醇鹽[1]，常用到的是正硅酸乙酯(TEOS)和正硅酸甲酯(TMOS)。TEOS性質(zhì)穩(wěn)定，利于存放，最為常用；TEOS的溶膠-凝膠過程主要基于以下水解縮聚反應(yīng)：

一般情況下，為了達到相消干涉的折射率條件，需較大SiO2孔隙，膜層孔隙和表現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 SiO2薄膜橫截面的SEM圖片膜層表面結(jié)構(gòu)示意圖

多孔SiO2膜的結(jié)構(gòu)較為疏松，導(dǎo)致膜層的耐磨性和耐劃傷等性能下降。膜層的致密性降低也容易導(dǎo)致膜層表面的孔隙被水分子和其他有機物污染物小分子填充，不易清潔，且由于這些物質(zhì)與SiO2的折射率不同，影響了后續(xù)使用的透過性能[2]。由于SiO2顆粒表面具有較高的表面能，膜層受外界環(huán)境特別是濕度影響巨大，在高濕條件下極易吸附水分子，以及粘附空氣中的灰塵、污漬和其他有機物，我們觀察到的膜層白色霉變現(xiàn)象，即為此原因造成。

通過精確控制PH值、H2O/Si比、水解溫度和時間等條件，可控制水解縮聚產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)、膠粒尺寸以及溶膠的穩(wěn)定性，從而得到制備多孔SiO2減反膜所需的溶膠。最近，企業(yè)也在溶膠中添加各種成分以對膜層進行改性。但由于原料成分和配比不同時，熱處理工藝曲線的差別很大，無法統(tǒng)一，其工藝曲線不可能與玻璃鋼化曲線完全一致，所以廠家針對不同類型減反膜鍍膜溶液采用統(tǒng)一的鋼化工藝，會造成膜層熱處理后很難同時達到良好的透光率和可靠性性能要求的問題。

3 結(jié)語

減反膜使用在光伏玻璃上時，從原理及生產(chǎn)工藝上就決定了會存在易老化、脫落、霉變等與生俱來的問題。隨著減反膜被越來越多的應(yīng)用在光伏組件中，將來，其對電站質(zhì)量的影響不可小覷。

[1] 羅伍文， 畢文躍. 用于溶膠-凝膠法的主要原料-金屬醇鹽[J]. 中國建材科技 ， 1993， (2)： 17 － 23.

[2] Gombert A， Heck M， Kübler V， et al. Results of durability testing of antirefl ective glazing[A]. Glass Processing Days， the 9th International Conference on Architectural and Automotive Glas [C]，Tampere， Finland， 2005.