光伏模塊的封裝的製作方法

2023-06-10 03:53:56

光伏模塊的封裝的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種光伏模塊，該模塊包括具有一個或多個光伏電池的光伏層（2）和包括頂箔（6）的封裝層。所述光伏層（2）上提供有紋理層（3），例如正面金屬化。所述封裝層還包括與所述光伏層（2）和紋理層（3）直接接觸的平面層（4）。所述平面層（4）使所有紋理平坦化，使得頂箔（6）可以與粘合劑層壓以製得所述光伏模塊。
【專利說明】光伏模塊的封裝
【技術領域】
[0001]本發明涉及光伏(PV)模塊的封裝，其作為透明的表面保護層發揮作用，特別是對於適用於卷式生產(roll to roll production)的PV-技術的柔性薄膜類型。更特別的是，本發明涉及含有一個或多個光伏電池的光伏層和含有頂箔的封裝層的光伏模塊，所述光伏層上提供有紋理層。更進一步的方面，本發明涉及一種製備光伏模塊的方法，該方法包括提供含有光伏層的PV模塊，所述光伏層具有(接受光的，平坦的)表面。
【背景技術】
[0002]歐洲專利申請EP-A-1703570公開了一種光伏電池(photovoltaic cells)和模塊的封裝，其中採用了熱固性樹脂。所公開的熱固性樹脂的一個實例為乙烯醋酸乙烯酯(EVA)，並將其至少施用於PV電池的上部，用以結合乙烯四氟乙烯(ETFE)層以作為保護外層(頂箔)。
[0003]美國專利申請US-A-4, 497，974公開了一種製備具有分離反射器(detachedreflector)的薄膜太陽電池的方法。其所公開的光伏模塊為具有一個或多個電池以及含頂箔的封裝層。PV層提供有紋理層並且所述封裝層包括與所述紋理層接觸的平面層。這促使了銀層的使用並作為分離反射器。所公開的平面層為旋塗或注塑在所述紋理層上部的塑料層。
[0004]光伏電池和模塊將太陽光轉變為電，其應用多見於家庭領域的家用電子產品(典型地2kWp的功率/體系)並且也多見於PV發電廠OlMWp)的大規模能量生產中。這些設備典型的運營時間大於20年，這也是面板可以降低成本的標示性時間量程。長使用期和戶外暴露將對光伏系統帶來多種苛刻的要求。
[0005]在不同方面中要求是不同的，一些為確保在PV-設備的使用期內有穩定的電流輸出，其他應當確保終端用戶的電力系統的安全性。首先，在20年的時間裡性能應當是穩定的，簡單地說就是可以接受每年1%的性能上的總相對減少值，因此20年後僅20%。這也是全部的因各種可能發生的退化機制而造成的損耗的結果，例如因泛黃、表面腐蝕、局部剝離而造成的傳輸下降，因串聯電阻的升高、並聯電阻的下降而造成的電力衰退等。
[0006]體系經20年的戶外暴露還必須是安全的。材料必須提供電力安全，避免對安裝者、終端用戶或維護供應商發生漏電和電擊。總之PV-模塊在其使用期內不能出現任何的介電性質上的分層或變化。
[0007]大多的退化機制是由水、氧氣、紫外光、高溫和熱變化促使的。低成本且能滿足所有要求的解決方案是匱乏的。可允許的暴露量因每個技術類型而不同。已知有機PV(OPV)不能耐受H2O和02，其他「薄膜」技術(通常吸收層的厚度小於3 μ m)如碲化鎘(CdTe)、銅銦鎵硒(CIGS)和矽膜(f-Si)不耐受於!120。這些技術類型需要不同於晶體Si技術的保護類型。
[0008]綜合這些苛刻的要求的結果是現今僅發現小範圍的材料可用於PV-模塊的正面封裝中。大多數在模塊的正 面採用乙烯醋酸乙烯酯(EVA)和玻璃。對於輕質和柔性的裝置典型地可以採用EVA和含氟聚合物如乙烯四氟乙烯(ETFE)的組合。聚乙烯醇縮丁醛(PVB)可以作為EVA的代替物，通常用作所謂的「玻璃-玻璃」模塊中，即正面和背面具有玻璃的模塊。

【發明內容】

[0009]現有技術中所有PV模塊的(正面)封裝的方案需要在高溫下對所述模塊進行熱處理的步驟且需處理相對較長的時間。例如通常EVA需要在150°C下固化15分鐘。對於PV-模塊的高速處理例如卷式生產來說，這是不理想的。
[0010]本發明試圖提供一種PV模塊的封裝，例如至少是正面封裝，其允許對所述PV模塊的高速處理，同時還提供了對所述PV模塊的極好的保護。
[0011]根據本發明，根據前文定義中所提供的光伏模塊，其中所述封裝層還包括與所述光伏層和紋理層直接接觸的平面層。所述平面層拉平了所述光伏層上部的紋理層中的所有紋理，使得頂箔可以容易地與粘合劑層壓以製得封裝的光伏模塊。
[0012]在一個實施方式中，所述平面層為輻射固化塗層，例如本領域技術人員所公知的紫外光或電子束固化塗層等。輻射固化是一個很快的過程(大約幾秒)並且無需任何高溫處理。因此，整個光伏模塊的製造過程可以更快地且更低成本地進行。
[0013]在進一步的實施方式中，在所述平面層的上部具有粘合層，並且所述頂箔位於該粘合層的上部。這樣的頂箔在工業生產過程可以容易地施用，例如採用幹膜層壓技術。
[0014]在進一步的實施方式中，所述頂箔的材料可以選自由含氟聚合物、聚酯、聚醯胺、丙烯酸酯、矽氧烷或玻璃組成的組，以及例如由PET、PEN、ETFE、FED中的任何材料製得。
[0015]在進一步的實施方式中，所述光伏模塊還包括在所述頂箔上部的頂部塗層，例如發揮紫外光屏蔽塗層的功能。在進一步的實施方式中，該頂部塗層為輻射固化塗層。
[0016]在進一步的實施方式中，所述光伏層可以包括無機介電層形式的第一保護層，以用來保護所述光伏電池的表面。另外，或者可選擇地，在所述平面層的上部沉積有無機介電層形式的第二保護層。在更進一步的實施方式中，所述頂箔(頂面或底面)施用有附加平面層和第三保護層，所述第三保護層為無機介電層。這種水、氧氣或滲透分子屏障型層保護了所述光伏模塊的下墊層(underlying layers)。
[0017]在進一步的方面，本發明涉及一種製備光伏模塊的方法，該方法包括提供含有光伏層的PV模塊，所述光伏層的表面設置有紋理層(例如金屬化層)。該方法還包括提供與所述光伏層和紋理層直接接觸的平面層，採用UV或電子束輻射使所述平面層固化，以及，通過在所述平面層的上部使用粘合層，提供所述光伏模塊的頂箔。在進一步的實施方式中，使用粘合層包括將所述頂箔層壓至平面層上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]以下將通過使用多個【具體實施方式】，並結合附圖，對本發明進行更詳細的討論，附圖為:
[0019]圖1表示的是根據本發明的第一種實施方式中的PV模塊的橫截面示意圖；
[0020]圖2表示的是根據本發明的第二種實施方式中的PV模塊的橫截面示意圖；
[0021]圖3表示的是根據本發明的第三種實施方式中的PV模塊的橫截面示意圖；[0022]圖4表示的是根據本發明的第四種實施方式中的PV模塊的橫截面示意圖；
[0023]圖5表示的是根據本發明的第五種實施方式中的PV模塊的橫截面示意圖；
[0024]圖6表示的是根據本發明的第六種實施方式中的PV模塊的橫截面示意圖。
【具體實施方式】
[0025]簡而言之，本發明的實施方式的重點在於光伏模塊的柔性的(正面)封裝。以下描述的實施方式包括所述封裝為正面的封裝的情形。應當清楚的是，所述封裝也可以為背面的封裝或正面和背面的封裝的組合。
[0026]圖1是根據本發明的一種實施方式中的光伏模塊的示意圖。該模塊包括PV模塊的基底1，還可能提供有背面的封裝。在所述基底I上，提供有一個或多個PV電池2，如通常所知的PV模塊。所述PV電池2可以為任何公知類型的PV電池，例如(晶體)矽電池、無定形的矽電池、碲化鎘(CdTe)電池、銅銦鎵硒(CIGS)電池等。在每個PV電池2的上部都具有紋理層3，例如以印在所述PV電池2上的透明電極或非透明材料如銀的形式。所述紋理層3可以具有任何(二維的)結構，並且厚度還可以在PV電池2的表面上發生變化。所述紋理層3還可以包括在材料、蝕刻結構、雷射雕刻(laser scribes)、孔、金屬化以及例如TCO層中的凹槽(grooves)。
[0027]在所述PV電池2和紋理層3的上部提供有平面層4。這樣的平面層4使所述紋理層3平坦化，從而提供了平坦的表面。所述平面層4的厚度足以完全包住所述紋理層3的紋理，且例如20 μ m以上，例如40 μ m以上，或者甚至IOOym以上。當實施方式中不存在金屬化時，所述平面層4的厚度可以較小，如5-10 μ m。
[0028]在所述平面塗層4上，提供有封裝層，其在該實施方式中包括粘合層5，以及頂箔6(例如採用含氟聚合物材料如乙烯四氟乙烯(ETFE ))。
[0029]由於所述平面塗層4提供了平整表面，所述封裝層可以採用有效的層壓技術製得。所述粘合層5和頂箔6可以通過採用簡單(且快捷)的技術附著於PV模塊，例如幹膜層壓技術。
[0030]所述平面塗層4的平整表面可以由採用UV可固化的材料提供。這使得容易且快速的處理成為可能，無需如現有技術中的將所述PV模塊進行高溫長時的處理。
[0031]所述UV可固化的材料通常為單體、低聚物、光引發劑和可能的其他添加劑的混合物，但沒有溶劑。這樣的混合物為暴露於UV輻射下後將完全聚合形成塗層從而製得所述平面層4的液體。根據具體的組合物，完全聚合可以在幾秒內完成。
[0032]在進一步的實施方式中，所述UV可固化的材料為電子束(EB )可固化的材料，並在電子束暴露下聚合。EB可固化的材料通常無需在所述混合物中加入光引發劑。
[0033]任何採用輻射(紫外光或電子束能量)可以固化的液體材料均可以用於本發明的實施方式中，因為它們都無需在製備平面層4時對PV模塊進行溫度循環(temperaturecycle)。可以採用基於自由基體系或陽離子或環氧體系的材料，如參見《CoatingsTechnology Handbook》,第三版,第 97 章 iRadiation-Cured Coatings』。
[0034]圖2描摹了採用所述平面層4的進一步的實施方式的橫截面示意圖。由於具有所述平面層的半成品的平坦性，至少保護所述PV模塊的正面的所述封裝層可採用更低成本的方式來提供。如圖2的實施方式中所示的，所述封裝層此時包括粘合層5，所述頂箔6由PET製成且提供有(不受天氣影響的)頂部塗層7。在進一步的實施方式中所述頂部塗層7也可以採用輻射固化材料製得。
[0035]這樣的實施方式採用的不同於現有技術的PV模塊封裝材料的其他材料，並且提供了更低成本的產品。
[0036]圖3說明了 PV模塊(也以橫截面顯示)的第三種實施方式，其中所述PV電池2 (所述PV模塊中的活性層)由第一保護層8所保護，即，例如由非導電的透明陶瓷材料製得的無機介電層。通常地，如圖3中所示，所述紋理層3也由所述第一保護層8所覆蓋。
[0037]圖4簡要地表示了第四種實施方式，對比於圖3中的實施方式，在所述平面層4上部提供有第二保護層9 (例如也由透明的非導電陶瓷材料製得)。
[0038]圖5簡要地表示了 PV模塊的更進一步實施方式，該PV模塊中僅在所述平面層4的上部具有第二保護層9 (即，例如由透明的非導電陶瓷材料製得的無機介電層)。
[0039]圖3、4和5的實施方式為所述PV模塊的敏感部分提供了額外的保護，例如帶有PV電池2的層，特別是對於在潮溼環境/水中暴露的。
[0040]圖3、4和5所示的實施方式具有圖2的實施方式中的封裝層相同的基本結構，但是加入有所述第一保護層8和/或第二保護層9以向所述PV模塊提供額外的堅固性。
[0041]所述第一和/或第二保護層8、9可以採用層沉積技術製得，例如原子層沉積(ALD)0可選擇的技術包括但不限於物理氣相沉積(PVD)，以及等離子體增強的化學氣相沉積(PECVD)。這使得製得的層8、9足夠薄以至於可以完全地覆蓋下墊面。這些層8、9是由如 SiNx、SiOxNy, SiOx 或者 AlOx 製得的。
[0042]圖6展示了更進一步的實施方式，其中，由例如PET製得的所述頂箔6還通過附加平面層10和第三保護層11 (即，例如由透明的非導電陶瓷材料製得的無機介電層)來抵抗潮溼。所述附加平面層10確保了所述第三保護層11可以以連續且牢固的方式進行施用。然後將所述頂部塗層7施用於所述第三保護層11的上面，如上圖2的實施方式相關部分所提到的。所述附加平面層10和第三保護層11還可以施用於所述頂箔6的下部。
[0043]上述的實施方式可以通過卷式處理使得高速製備成為可能。所有的實施方式的特徵在於:使在活性PV電池2正面的紋理層3 (如銀印(silver prints))平坦化且將其包圍住的輻射固化塗層(紫外(UV)光或電子束(EB))。因此，這將使得僅採用層壓粘合劑的薄層5即可在上面層壓上頂箔6。採用這樣的層壓製造技術就可以將這些完成。總之，根據本發明的實施方式的所述PV模塊的製造還包括快速且低成本的塗層技術(用於平面層4)並結合有快速且簡單的對粘合層5和頂箔6進行層壓。進一步地，可以採用有效且快速的層沉積技術添加層7-11，如對所述頂部塗層7 (以及選擇性的附加平面10)採用輻射固化，以及例如採用PECVD技術來施用所述保護層8、9、11。
[0044]本發明的實施方式已經參照多個如圖所示的【具體實施方式】進行了如上描述。各種實施方式中的特徵可以結合以形成進一步的實施方式。一些部分或要素的改進和選擇性實施是可行的，並且均涵蓋在隨附的權利要求書所定義的保護範圍內。進而，上述實施方式是關於帶有PV電池2的PV模塊。作為一種選擇，根據本發明的實施方式的所述封裝也可以施用於其它平面光接收或光發射模塊。例如基於如OLED屏的模塊的二極體裝置。
【權利要求】
1.一種光伏模塊，其中，該光伏模塊包括: 具有一個或多個光伏電池的光伏層(2 )和包括頂箔(6 )的封裝層， 所述光伏層(2 )上提供有紋理層(3 )， 其特徵在於，所述封裝層還包括: 與所述光伏層(2)和紋理層(3)直接接觸的平面層(4)，其中，所述平面層(4)為輻射固化塗層。
2.根據權利要求1所述的光伏模塊，其中，在所述平面層(4)的上部設置有粘合層(5)，且所述頂箔(6)存在於所述粘合層(5)的上部。
3.根據權利要求2所述的光伏模塊，其中，所述頂箔(6)的材料為選自由含氟聚合物、聚酯、聚醯胺、丙烯酸酯、矽氧烷或玻璃組成的組。
4.根據權利要求2或3所述的光伏模塊，其中，該光伏模塊還包括在所述頂箔(6)的上部的頂部塗層(7)。
5.根據權利要求4所述的光伏模塊，其中，所述頂部塗層(7)為輻射固化塗層。
6.根據權利要求1-5中任意一項所述的光伏模塊,其中,所述光伏層(2)包括無機介電層形式的第一保護層(8)。
7.根據權利要求1-6中任意一項所述的光伏模塊，其中，在所述平面層(4)的上部沉積有無機介電層形式的第二保護層(9 )。
8.根據權利要求1-7中任意一項所述的光伏模塊，其中，所述頂箔(6)上施用有附加平面層(10 )和第三保護層(11)，所述第三保護層(11)為無機介電層。
9.一種製備光伏模塊的方法，其中，該方法包括: 提供含有光伏層(2)的PV模塊，所述光伏層(2)的表面設置有紋理層(3)， 提供與所述光伏層(2 )和紋理層(3 )直接接觸的平面層(4 )， 採用UV或電子束輻射使所述平面層(4)固化，以及 通過在所述平面層(4)的上部使用粘合層(5 )，提供所述光伏模塊的頂箔(6 )。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，使用粘合層(5)包括將所述頂箔(6)層壓至平面層(4)上。
【文檔編號】H01L31/048GK103890963SQ201280046805
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年9月25日 優先權日:2011年9月26日
【發明者】S·H·M·哈爾凱馬, B·普羅姆普 申請人:荷蘭能源建設基金中心