一種環保型CIGS柔性電池組件的製作方法
2023-05-05 05:44:52
本發明屬於光伏電池板技術領域，具體涉及一種環保型CIGS柔性電池組件。
背景技術：
太陽能屬於可再生清潔能源，在環境保護面前與化石能源相比，具有綠色、環保、無噪聲、無汙染，且取之不盡用之不竭的優點。但同時太陽能又存在能量密度低，隨著季節、晝夜與氣候條件的變化而變化，不連續，難以攜帶與運輸等問題。目前解決這個問題最成熟的方案就是通過太陽能組件將太陽能轉化成電能，然後通過電網將電能傳輸到電力需求的地方，或將電能儲存於蓄電池，可以攜帶運輸、隨時使用。
現有的太陽能組件主要分為晶矽太陽能電池組件和薄膜太陽能電池組件兩大類。薄膜太陽能電池組件分為非晶矽薄膜太陽能電池組件、碲化鎘(CdTe)薄膜太陽能電池組件和銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽能電池組件三類：
晶矽太陽能電池組件的封裝結構為鋼化玻璃/EVA膠膜/晶矽電池片/EVA膠膜/背板/鋁邊框/接線盒；
薄膜太陽能電池組件封裝結構分為兩類：第1類為鋼化玻璃/EVA膠膜/薄膜電池片/EVA膠膜/鋼化玻璃/鋁邊框/接線盒，第2類為含氟隔水膜/EVA膠膜/薄膜電池片/EVA膠膜/背板，/接線盒，第2類封裝中因為沒有採用玻璃、鋁邊框類的剛性材料，故其封裝的組件又被稱為柔性太陽能電池組件(以下簡稱：柔性組件)；
現有太陽能電池組件封裝方面存在的問題：
問題1：目前晶矽及薄膜太陽能電池組件所用背板分為塗覆型與複合型兩類。塗覆型背板是在PET聚酯薄膜兩面塗覆氟樹脂，經乾燥固化成膜；複合型背板是在PET聚酯薄膜兩面複合含氟膜或者其中一面複合PE/EVA膠膜，常見類型有TPT、TPE、KPK、KPE等。另外，非晶矽太陽能電池組件含氟聚合物背板，由於聚合物中含有滷族元素，在太陽能電池組件報廢后，含氟聚合物回收處理會面臨非常大的困難，由此帶來的環境汙染問題未來將會凸顯。鑑於業內目前尚無有效的回收方案和技術，加之碳氟化合物異常牢固的化學結構，通常的掩埋處理方法在1000年內都無法降解該成分。同時也因氟在燃燒後會釋放出有毒有害的氣體，所以也無法用焚燒的方法處理，含氟背板材料中含滷阻燃劑，燃燒時釋放出大量煙霧和有毒、有腐蝕性的滷化氫氣體，這些氣體的擴散速度遠大於火焰的傳播速度，這會妨礙人員在火災中的逃生和滅火工作，並可能腐蝕儀器和設備，使人員生命財產蒙受巨大損失，據國內外的火災統計數據表明，火災中的死亡事故，有70％以上是由於有毒氣體和煙的窒息造成的。特別是近些年來經常光伏電站火災有報導，在裝有光伏系統的屋頂因配電設備走火導致組件自燃和房屋火災事件，一旦發生火災整個屋頂基本上只能被燃燒殆盡，更為重要的是，在火災過程中除明火燃燒破壞外，含氟聚合物的背板在燃燒過程中會產生一種有劇毒的氟化氫氣體，不但破環環境而且危害人員生命安全，給國家的經濟建設及和人民的生產財產造成巨大損失。
問題2：柔性組件除含氟聚合物背板外，其所用的含氟隔水膜也同樣存在問題1中的問題(即含氟聚合物回收處理困難及燃燒時產劇毒生氟化氫氣體的危害)；
問題3：目前晶矽及薄膜太陽能電池組件所用的封裝膠膜為EVA(乙烯和醋酸乙烯的共聚物)，EVA在固化過程中會發生交聯反應，形成一種三維網狀結構，對太陽能電池板起到很好的密封作用，但是在太陽電池組件的使用過程中,這種結構會在紫外線、高溫、溼氣和氧氣的作用下緩慢的發生變化,EVA性能不斷下降,從而導致太陽電池組件的性能降低。其主要表現在3個方面，①EVA變色，會降低光學透光率，從而降低組件的輸出功率；②脫層，是指EVA與背板、含氟隔水膜、電池片等之間失去粘合性,相互分離，不但會影響組件的外觀,而且脫層處形成的界面還會增加光學的損失,從而影響組件的效率。另外脫層發生在組件的邊緣時,空氣會順著脫層處的界面進入到內部,使EVA被氧化。③產生乙酸、腐蝕電極，EVA老化產生的乙酸會腐蝕電池組件內電池片的電極和焊帶等金屬部分,從而形成「蝸牛紋、柵線氧化」等外觀不良現象，該現象進一步擴展將導致組件性能降低；
太陽能電池組件帶來的環境汙染問題十分嚴峻，現有的太陽能電池組件設計中，還沒有出現在環境保護、防止火災等方面的研究。
技術實現要素：
根據以上現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是提出一種環保型CIGS柔性電池組件，通過對太陽能電池板兩側的封裝材料進行改進，改善環境汙染問題。
為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為：一種環保型CIGS柔性電池組件，包括隔水膜、POE膠膜層、電池模塊和背板，電池模塊包括CIGS電池片、雙面導電銅箔和裸銅帶，CIGS電池片的一個側面附有雙面導電銅箔，裸銅帶製作的正、負極焊接於雙面導電銅箔表面，POE膠膜層設置於電池模塊的上下表面，隔水膜和背板分別設置在POE膠膜層外側，所述背板層設有接線盒。
作為本發明方案的優選實施方式,所述隔水膜為PET材質，在隔水膜外層添加有抗水解劑、抗氧劑、光穩定劑和紫外線吸收劑。所述背板包括外層、第一中間層、第二中間層和內層，外層為添加有抗水解劑、抗氧劑、光穩定劑和紫外線吸收劑的PET材質，第一中間層為鋁箔，第二中間層為PET材質，內層為PE膜。所述柔性電池組件在155～165℃溫度下進行4～6min抽真空處理。所述抽真空處理的真空度為-1Mp。所述柔性電池組件在1Mp下進行10～12min的固化處理。
本發明有益效果是:本發明提供的太陽能電池組件，採用了綠色環保無汙染的材料，在發生火災組件燃燒時也不會產生有毒氣體；組件原材料不含氟元素，作廢棄處理時既可以做深埋地下降解處理，又可以進行燃燒處理；傳統的柔性組件因其封裝膠膜EVA存在變色、脫層、乙酸腐蝕電極的問題。該問題影響組件發電效率及使用壽命，降低了光伏電站的收益回報率，同時由於組件性能下降而增加了光伏電站的安全隱患。本發明的太陽能電池組件封裝採用了POE封裝膠膜替代EVA膠膜，使組件更加安全可靠。
附圖說明
下面對本說明書附圖所表達的內容及圖中的標記作簡要說明：
圖1是本發明的具體實施方式的柔性電池組件爆炸圖。
圖2是本發明的具體實施方式的柔性電池組件的俯視圖。
其中，1隔水膜，2、CIGS電池片、3雙面導電銅箔、4裸銅帶、5POE膠膜層、6背板、7接線盒。
具體實施方式
下面對照附圖，通過對實施例的描述，本發明的具體實施方式如所涉及的各構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關係、各部分的作用及工作原理、製造工藝及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領域技術人員對本發明的發明構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解。
如圖1-2所示，為本發明提供的CIGS柔性組件的結構示意圖，由上至下，依次為隔水膜1、第一POE膠膜層5、CIGS電池片2、雙面導電銅箔3、裸銅帶4、第二POE膠膜層5和背板6，背板6層設有接線盒7。上述隔水膜1材料不含氟，是由兩層高質量的PET以及粘劑組成，在PET中添加了抗水解劑、抗氧劑、光穩定劑、紫外線吸收劑等功能助劑，使外層PET具有優異的耐紫外、耐溼熱老化、耐氨、耐鹽、耐磨損等性能其表面的保護層具有抗強紫外線的性能確保組件內部其他材料不受紫外線破壞，使組件具有更優異的可靠性。
背板6採用高防潮APYE(A指鋁箔、PYE指改性PET聚對苯二甲酸乙二醇酯)背板6，APYE背板6採用PET材料，APYE背板6包括外層(空氣面)、第一中間層、第二中間層和內層，外層採用了白色防水解抗紫外的PET替代含氟材料(聚對苯二甲酸乙二醇酯，俗稱滌綸樹脂)，在PET中添加了劑抗水解劑、抗氧劑、光穩定劑、紫外線吸收劑等功能助，使外層PET具有優異的耐紫外、耐溼熱老化、耐氨、耐鹽、耐磨損等性能；第一中間層採用了超薄的高防水滲透鋁箔，保證了很高的隔汽性，使環境中的水汽無法滲透背板6進入組件內部腐蝕損傷太陽能電池片及其他材料；第二中間層採用了高電氣絕緣性能的PET，確保組件長期戶外工作中具有安全絕緣性能；內層(靠近電池片面)採用了PE(PE：聚乙烯)膜，在組件層壓過程中與組件封裝膠膜保證高度粘合。本發明的背板6報廢后可回收做深埋處理或燃燒處理，在燃燒時不會產生有毒氣體，不會對人員生命安全及環境造成危害。
本發明專利所述的新環保型柔性組件，將隔水膜1、第一POE膠膜層5、CIGS電池片2、雙面導電銅箔3、裸銅帶4、第二POE膠膜層5和APYE背板6按照設計工藝要求製成層疊件。其中層疊件中的CIGS電池模塊是先採用雙面導電銅箔3將單個電池片拼接成串，然後再將單個CIGS電池串採用雙面導電銅箔3以串/並聯形式製作成電池模塊，然後將採用裸銅帶4製作的正、負極焊接於電池模塊背面；將POE(POE：以乙烯為重複單元的的聚合物)膠膜放置於電池模塊的上下表面；最後將隔水膜1、APYE背板6分別放置於POE膠膜的外層，層疊件製作完成；
將上述層疊件置於155～165℃層壓機熱板上，通過高溫及4～6min抽真空(真空度：-1Mp)處理，上下兩層POE膠膜由固態變為熔融態，對隔水膜1、CIGS電池片2、APYE背板6之間的縫隙進行填充；接著在層疊件背板6面施加1個大氣壓(1Mp)的壓力保持10～12min，使上下層POE膠膜進行物理交聯反應，使隔水膜1、CIGS電池片2、雙面導電銅箔3、裸銅帶4、APYE背板6三層材料複合為一體，固化後的CIGS電池片2不再移動，基本上不產生熱收縮膨脹、POE膠膜不會變色、脫層、產生乙酸腐蝕CIGS電池片2電極。同時可避免現有含氟材料回收難及發生火災時產生的氟化氫等有毒氣體對環境、人員生命安全危害的問題，有利於環境的保護。
另外、該技術完全適用於目前的柔性組件產線配置，不論是自動化還是手動化，在產線上均不需要任何硬體改造或投入。同時，組件的外形設計不需改動，生產工藝不需調整，在組件成本合理增加的前提下，提高了組件可靠性及環保性，符合目前人們低碳環保的消費理念。
太陽光照射到組件CIGS電池片2表面，CIGS電池片2將光能轉換為電能，然後通過接線盒7將電能引出，或儲存於蓄電池行進過程中備用，或併入電網。
上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現並不受上述方式的限制，只要採用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用於其它場合的，均在本發明的保護範圍之內。本發明的保護範圍應該以權利要求書所限定的保護範圍為準。