專利名稱：包括聚合物膜的光伏模塊及該模塊的制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏模塊，其包括 -前板和后板，每一個都包括內(nèi)表面和外表面，
-多個光伏電池，并排設(shè)置在前板和后板之間，并且每一個都包括抗反 射層，以及
-外圍密封件，圍繞光伏電池而設(shè)置前板和后板之間。 本發(fā)明還涉及這樣的模塊的制造工藝。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)地，光伏電池形成在塊狀硅基板上，該硅基板被切成幾百微米厚的 晶片。該基板可以由單晶硅、多晶硅或其他半導(dǎo)體材料形成?；宓谋砻婢?有成組的狹窄電極，通常由銀或鋁制作，設(shè)計為將電流注入到一個或多個主 電極，該主電極的寬度范圍為一到幾毫米并且也由銀或鋁制作。
每個電池根據(jù)光照提供一定電壓下的電流，該電壓取決于半導(dǎo)體的性質(zhì) 并且對于晶體硅通常約為0.45V至0.65V。使電氣設(shè)備工作所需的電壓通常 為6伏至幾十伏，所以光伏模塊通常由串聯(lián)電連接的多個電池形成。例如， 40個電池的模塊提供約24伏的電壓。根據(jù)所需的電流，也可以并聯(lián)設(shè)置幾 個電池。于是，根據(jù)需要通過附加蓄電池和電壓調(diào)節(jié)器等可以獲得發(fā)電機(jī)。
為了制造光伏模塊，專利申請WO2004/095586提出了在例如由玻璃制 成的前板和后板之間組裝光伏電池，并且用外圍有機(jī)密封件來密封所述前板 和后板。因此，外圍有機(jī)密封件限定了緊密密封的內(nèi)部容積，在其中并排設(shè) 置光伏電池。然后，壓緊該組件，內(nèi)部容積中的壓力減少到低于大氣壓。這 樣的光伏模塊呈現(xiàn)出良好的長期密閉性，并且比采用錫、鉛和鋅基焊膏的先 前的光伏模塊更簡單且制造成本更低。然而，該光伏模塊構(gòu)造需要在前板的 兩個表面沉積一層或多層抗反射層，以補償存在于前板和從電池外部接收光
密封件來密封的模塊沒有足夠的抗沖擊性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是克服這些缺點，并且具體地提出這樣光伏模塊，其呈現(xiàn) 出改善的抗沖擊性，并且提供從前板到光伏電池尤其到所述電池的抗反射層 的光學(xué)連續(xù)性。
本發(fā)明的另 一個目標(biāo)是提出這樣的光伏模塊的制造工藝，其易于實施并 且不產(chǎn)生額外的成本。
根據(jù)本發(fā)明，上述目標(biāo)可以通過所附的權(quán)利要求實現(xiàn)。


通過下面對本發(fā)明的具體實施例的描述，本發(fā)明的其他優(yōu)點和特征將變 得明顯易懂，所給出的本發(fā)明的具體實施例僅出于非限定性的示例目的，并
且表示在附圖中，在附圖中
圖1示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的光伏模塊的具體實施例的截面圖。
圖2圖解了制造根據(jù)圖1的模塊的具體實施例。
圖3示意性地表示根據(jù)圖1的光伏模塊的替代實施例的截面圖。
具體實施例方式
根據(jù)圖1所示的具體實施例，光伏模塊1包括前板2和后板3，其每一 個都提供有內(nèi)表面2a、 3a和外表面2b、 3b。前板2有利地由玻璃制成，并 且后寺反3可以由玻璃或金屬洛制成。
多個光伏電池4并排設(shè)置在前板2和后板3之間。它們每一個還包括具 有預(yù)定的折射系數(shù)的抗反射層(圖1中未示出)。圖1中示出了三個光伏電 池4。以傳統(tǒng)的方式，模塊1還包括與所述電池關(guān)聯(lián)的對應(yīng)的電互連導(dǎo)體(圖 1中未示出)。所述導(dǎo)體通常設(shè)置為從光伏電池4的前后兩個表面4a或4b 之一突出。
優(yōu)選有機(jī)外圍密封件5還圍繞多個光伏電池4形成的組件而設(shè)置在前板 2和后板3之間。因此，所述密封件5限定了其中設(shè)置有光伏電池4的密封 容積6。此外，與專利申請WO2004/095586 —樣，內(nèi)部容積6中的壓力可以 有利地保持在低于大氣壓的壓力。
最后，光伏模塊包括與光伏電池4和前板2接觸的聚合物膜7。聚合物膜是指包括至少一種或多種聚合物的膜。更具體地講，聚合物膜7設(shè)置在前 板內(nèi)表面的一部分上，該部分對應(yīng)于由密封件5限定的部分，即前板2的內(nèi)
表面2a和后板3的內(nèi)表面3a的對應(yīng)部分通過密封件5來形成密封內(nèi)部容積 6的部分。在圖l中，密封件5與前板2的內(nèi)表面2a和后板3的內(nèi)表面3a 直接接觸。
前板2和后板3的各自的厚度通常對于前板2而言在3mm到4mm之間， 而對于后板3而言在O.lmm到4mm之間。密封件5的厚度取決于光伏電池 4的厚度，但是通常在0.2mm到lmm之間，且更典型地為0.7mm。如果電 互連導(dǎo)體設(shè)置在光伏電池4的后表面4b上，聚合物膜7優(yōu)選具有約10pm 的厚度；如果電互連導(dǎo)體設(shè)置在光伏電池4的前表面4a和后表面4b上，則 所述導(dǎo)體的厚度典型地為200)am。
聚合物膜7可以由包括聚合物基體(polymer matrix)的一個或多個薄層 形成。例如，聚合物基體由至少 一種聚丙烯酸聚合物(polyacrylic polymer) 或者由至少一種聚氨基曱酸酯聚合物(polyurethane polymer)形成，并且有 利地不包括任何溶劑。出于示例的目的，聚合物基體可以是包含至少50%丙 烯酸單體的聚丙烯酸聚合物或共聚物的混合物，丙烯酸單體的通式為CR,R2，
其中基團(tuán)R!是氫或者曱基，而基團(tuán)R2是氫或者包括1和30個之間的碳原子 的々包詳口烴《連(saturated hydrocarbonaceous chain )?！┌蜔N《連可以分支或不分支。
聚合物膜7還呈現(xiàn)出在前板2的折射系數(shù)到光伏電池4的抗反射層的折 射系數(shù)之間的折射系數(shù)。聚合物膜7的結(jié)構(gòu)和/或組成實際上有利地選擇為使 得聚合物膜呈現(xiàn)出居間的折射系數(shù)，由此能在光伏模塊l中實現(xiàn)前板2和光 伏電池4之間的光學(xué)連續(xù)性，從而限制了光學(xué)損耗。聚合物膜7還有利地至 少部分交4關(guān)(cross-linked )。
例如，光伏電池4可以包括氮化硅抗反射涂層，其折射系數(shù)約為2.3, 而玻璃板呈現(xiàn)出約1.5的折射系數(shù)。在此情形下，聚合物膜7的折射系數(shù)將 在這兩個值之間，并且有利地為約1.9。在另一個實施例中，對于包括由氧 化硅(折射系數(shù)<2)制成的頂層的光伏電池4,聚合物膜7有利地具有約1.76 的折射系數(shù)。
然而，聚合物的折射系數(shù)通常不超過1.7或1.8。在模塊包括玻璃前板2 和具有氧化硅頂層的光伏電池4的情形下，該聚合物膜7的折射系數(shù)值足以
6保證所述模塊中的光學(xué)連續(xù)性。在此情形下，例如，聚合物膜可以由呈現(xiàn)出 約1.7或1.8的折射系數(shù)的聚合物基體形成，例如由聚丙烯酸或聚氨基曱酸 酯的聚合物基體形成。
另 一 方面，對于包括氮化硅抗反射涂層且以更通常的方式的光伏電池4 ， 聚合物基體的折射系數(shù)可以調(diào)整，以使得聚合物膜7呈現(xiàn)出前板2的折射系 數(shù)和光伏電池4的折射系數(shù)之間的居間折射系數(shù)值。例如，聚合物膜7的折 射系數(shù)可以這樣達(dá)到1.9的值在薄層或者多層形式的聚合物膜的情形下的 至少一個薄層的聚合物基體中，分散至少一種金屬氧化物的預(yù)定量的納米粒 子。而且，所述金屬氧化物納米粒子對光是透明的，并且它們有利地呈現(xiàn)出 小于或等于10nm的直徑。例如，該金屬氧化物為氧化鈦或氧化鋯。
出于示例的目的，氧化鈦納米粒子具體地由在有機(jī)化合物中(例如，烷 氧基有機(jī)硅烷、酒精、聚乙二醇衍生物或羧酸)螯合的氧化鈦獲得，以使得 鈥從其+4價態(tài)變?yōu)槠?6價態(tài)(更加穩(wěn)定的狀態(tài))。分散劑可以用于防止所述 納米粒子的聚集。此外，在聚合物基體中的金屬氧化物納米粒子的比例有利 地選擇為實現(xiàn)所需折射系數(shù)(隨著納米粒子的數(shù)量線性變化)與所述聚合物 膜中的透光率衰減(由存在的所述粒子必然地引起)之間的平衡。例如，聚 合物基體中的氧化鈦納米粒子的比例可以有利地在10%到50%的重量百分 比之間，并且優(yōu)選在25%到30%的重量百分比之間。
此外，至少一種稀土元素(例如鑭系金屬)的粒子可以分散在薄層或者 多層涂層的情形下的 一 個薄層的聚合物基體中。添加這樣的粒子而將入射光 光譜調(diào)整或調(diào)制到電池的光譜響應(yīng)。聚合物膜7可以自然地包含稀土元素粒 子和金屬氧化物納米粒子二者。
因此，光伏模塊1中存在該聚合物膜7保證了從前板2到光伏電池4的 光學(xué)連續(xù)性。于是，在前板2的內(nèi)表面2a上不再需要沉積抗反射層。此外， 聚合物膜7改善了光伏模塊1的抗沖擊性。在機(jī)械沖擊的情形下，玻璃前板 2實際上將破裂。于是，聚合物膜7用作沖擊吸收器，以防止使玻璃前板碎 裂的大裂紋的擴(kuò)展。于是，聚合物膜7穩(wěn)固地保持著玻璃。此外，測試顯示 該聚合物膜7的存在不引起對內(nèi)部容積6的密封性有害的附加排氣。
光伏模塊1 (諸如圖1所示的光伏模塊)還呈現(xiàn)出比需要抗反射層的模 塊更容易制造并且成本更低的優(yōu)勢。實際上，是在進(jìn)行光伏電池和外圍密封 件的組裝之前，在前板2的部分內(nèi)表面2a上沉積聚合物膜7。而且，沉積在
7前板2上的聚合物膜7有利地處于能使其呈現(xiàn)出足夠的粘性的狀態(tài)，以在組
裝期間暫時保證光伏電池靠著前板2。
出于示例的目的，圖2圖解了圖1所示的光伏才莫塊1的具體實施例。首 先，如圖2所示，聚合物膜7在約40°C的溫度下沉積在前板2的內(nèi)表面2a 的一部分上。所述聚合物膜7還呈現(xiàn)出40。C下在約103 PI(泊肅葉(Poiseuille) 或帕斯卡秒(pascal second))(即，104 Po或P (泊))到約5 x io3 PI (即， 5 x 104 Po或P )之間的動力粘度(dynamic viscosity)。實際上，這樣的粘度 范圍確實能使膜7沉積在有利地設(shè)置在垂直位置上的前板2上，而使聚合物 不沿著前板2的內(nèi)表面2a流動。于是，在環(huán)境溫度下(即在約20。C的溫度 下)冷卻后，所述膜7的動力粘度達(dá)到在約2 x io3 PI (即2 x io4 Po )到約 1 x 104PI (即1 x 105Po)之間的動力粘度。這使所述膜7具有粘性，使得 在組裝期間光伏電池4能穩(wěn)固地靠住前板2。更具體地，當(dāng)前板2處于垂直 位置時，這樣的動力粘度范圍能使光伏電池4穩(wěn)固地靠住前板2至少10分 鐘，而不會發(fā)生所述光伏電池4的任何移位運動。
如圖2所示，沉積聚合物膜7之后是光伏模塊的組裝，具體地講，為涂 覆有聚合物膜7的前板2、光伏電池4、外圍密封件5和后板3的組裝。優(yōu) 選#4居專利申請WO2004/09586所述的方法組裝光伏沖莫塊的不同部分的元 件。因此，在圖2中，前板2和后板3設(shè)置在彼此平行的垂直位置，聚合物 膜7設(shè)置為面對后板3的內(nèi)表面3a。光伏電池4和外圍密封件5進(jìn)一步設(shè)置 在兩個板2和3之間。更具體地，電池4并排設(shè)置，而密封件5安裝在所述 電池的外圍。然后，光伏電池4、密封件5和后板3被朝著前板2 (箭頭F)
引導(dǎo)，直到
-光伏電池4與聚合物膜7接觸， -密封件5與前板2的內(nèi)表面2a接觸，以及 -后板3與光伏電池4和外圍密封件5接觸。
然后，通過在兩個板2和3之間施加壓力而壓緊該組件。然后，密封件 5限定密閉的內(nèi)部容積6，在該內(nèi)部容積6內(nèi)設(shè)置有光伏電池4。然后，有利 地通過抽吸而在所述容積6內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，以獲得足夠的接觸壓力，確保合適 的模塊功能所必須的導(dǎo)電性。
設(shè)置在前板內(nèi)表面2a上的聚合物膜7可有利地為可交聯(lián)的聚合物膜 (cross-linkable polymer film )。可交聯(lián)的聚合物膜是指聚合物膜處于無序狀
8態(tài)，并且能進(jìn)入更有序的狀態(tài)。因此，在組裝步驟后，聚合物膜可以交聯(lián)以 防止排氣現(xiàn)象的發(fā)生。交聯(lián)聚合物的方法取決于所釆用的所述聚合物。然而， 大量的聚合物可以通過暴露于紫外照射而交聯(lián)。因此， 一旦已經(jīng)組裝光伏模
塊，聚合物膜7就可以有利地暴露于經(jīng)由前板2的所述照射(圖2中的箭頭 F,)。
在替代實施例中，聚合物膜7暴露到紫外線照射可以在組裝期間完成。 在此情形下，光伏電池4設(shè)置為與聚合物膜7接觸，然后，聚合物膜7沒有 被光伏電池4覆蓋的部分直接暴露到紫外照射。因此，裝配有光伏電池4的 聚合物膜7在前板2的內(nèi)表面2a所處的一側(cè)直接暴露到紫外照射，而不再 通過所述板2，從而只有聚合物膜7沒有被光伏電池4覆蓋的部分交聯(lián)。然 后，在壓緊組件之前，外圍密封件5和后板3陸續(xù)設(shè)置為與前板2的內(nèi)表面 2a接觸。該替代實施例改善了光伏電池4穩(wěn)固地靠住前板2。如果需要，可 以通過經(jīng)由前板2的紫外線照射進(jìn)行隨后的交聯(lián)。該隨后的交聯(lián)可以特意進(jìn) 行，或者也可以在光伏模塊的使用過程中逐漸發(fā)生。
聚合物膜7的制作優(yōu)選集成在諸如專利申請WO2004/09586描述的光伏 模塊的制造工藝中，而不產(chǎn)生附加的制造成本，取代了沉積抗反射層的精細(xì)、 高成本的后續(xù)步驟。
在替代實施例中，且如圖3所示，光伏模塊1還可以包括覆蓋后板3的 內(nèi)表面3a的至少一部分的附加聚合物膜8。在玻璃后板3的情形下，沉積在 所述后板3上的該附加聚合物膜8實際上能改善所述模塊的抗沖擊性。構(gòu)成 所述膜8的一種或多種材料可以與沉積為形成聚合物膜7的一種或多種材料 相同或不同。然而，其必須在組裝^t塊前交聯(lián)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)提出在生產(chǎn)光伏電池時采用聚合物材料膜。然而， 在現(xiàn)有技術(shù)中，這些聚合物材料膜用于密封光伏模塊。出于示例的目的，在 專利US6414236中，光伏模塊包括前板和后板，其間設(shè)置有借助于聚合樹脂 密封材料進(jìn)行密封的光伏元件。 一旦完成模塊的生產(chǎn)，該密封材料占據(jù)前板 和后板之間所有可利用的空間。因此，光電元件沉沒在密封材料中。例如， 通過層疊來生產(chǎn)該模塊。因此，第一聚合樹脂膜和設(shè)計為形成前板的膜層疊 在光伏電池的前表面上，并且第二聚合樹脂膜和設(shè)計為形成后板的膜層疊在 光伏電池的各后表面上。然后，該層疊在150。C加熱30分鐘。于是，第一和 第二聚合樹脂膜形成密封材料?，F(xiàn)有技術(shù)的大量其他文件具有類似的教導(dǎo)。例如，可以引用專利申請WO-A-2004-03 8462和EP-A-1722619，其中用作密 封材料的聚合物材料是乙烯/醋酸乙烯共聚物，也已以EVA名稱而為人所知。 然而，根據(jù)本發(fā)明，光伏模塊中采用的聚合物膜不具有在前板和后板之 間進(jìn)行密封的功能。實際上，該功能由外圍密封件5來實現(xiàn)。因此，該外圍 密封件限定了其中設(shè)置有光伏電池4的密閉的內(nèi)部容積6。因此，光伏電池 4并不沉沒在特定的材料中。從而，在圖1和3中，光伏電池4的側(cè)壁是自 由的。在前板和后板之間進(jìn)行所述電池和密封件的組裝時，聚合物膜7使光 伏電池4穩(wěn)固地靠住前板。其還可以在前板2和光伏電池4之間實現(xiàn)光學(xué)連 續(xù)性，并且獲得良好的抗沖擊性。而且，聚合物膜7不是疊層的。
權(quán)利要求
1、一種光伏模塊(1)，包括前板(2)和后板(3)，每個包括內(nèi)表面(2a、3a)和外表面(2b、3b)；多個光伏電池(4)，并排設(shè)置在所述前板(2)和所述后板(3)之間，并且每個包括抗反射層；以及外圍密封件(5)，圍繞所述光伏電池(4)而設(shè)置在所述前板(2)和所述后板(3)之間，所述模塊(1)的特征在于，所述前板(2)的所述內(nèi)表面(2a)由所述密封件(5)限定的部分涂覆有聚合物膜(7)，所述聚合物膜(7)呈現(xiàn)出的折射系數(shù)在所述前板(2)的折射系數(shù)到所述光伏電池(4)的所述抗反射層的折射系數(shù)之間，所述膜(7)與所述光伏電池(4)接觸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其特征在于，所述聚合物膜(7)至少 部分交聯(lián)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1和2之一所述的模塊，其特征在于所述外圍密封件 (5)限定密閉的內(nèi)部容積(6),所述內(nèi)部容積(6)中設(shè)置有所述光伏電池 (4)，并且所述內(nèi)部容積(6)保持在低于大氣壓的壓力。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任何一項所述的模塊，其特征在于所述聚合物 膜(7)由包括聚合物基體的至少一個薄層形成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的模塊，其特征在于至少一種金屬氧化物的納 米粒子被分散在所述基體中。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的模塊，其特征在于所述金屬氧化物選自氧化 鈦和氧化鋯。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4至6任何一項所述的模塊，其特征在于至少一種稀 土元素的粒子被分散在所述基體中。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項所述的模塊，其特征在于，所述聚合 物基體由至少一種聚丙烯酸聚合物或至少一種聚氨基曱酸酯聚合物形成。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的模塊，其特征在于所述聚合物基體是包含至 少50%的通式為CR,R2的丙烯酸單體的聚丙烯酸聚合物或共聚物的混合物， 其中基團(tuán)R,是氫或曱基,基團(tuán)R2是氫或包括1和30個之間的碳原子的飽和 烴鏈。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1至9任何一項所述的模塊，其特征在于用附加聚合物膜(8)涂覆所述后板(3)的內(nèi)表面(3a)的至少一部分。
11、 一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求1至IO任何一項的模塊(1 )的工藝， 其特征在于在所述光伏電池(4 )和所述外圍密封件(5 )組裝在所述前板(2 ) 和所述后板(3)之間前，所述聚合物膜(7)沉積在所述前板(2)的所述 內(nèi)表面(2a)的所述部分上，所述聚合物膜(7)處于呈現(xiàn)出粘性的狀態(tài)， 以在組裝期間保持所述光伏電池(4)靠住所述前板(2)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的工藝，其特征在于在約40。C的溫度下進(jìn)行 所述聚合物膜(7)的沉積，并且所述膜的動力粘度在約40。C下在約103PI 到約5xi()3pi之間。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11和12之一所述的工藝，其特征在于在環(huán)境溫度下 進(jìn)行所述光伏電池(4)和所述密封件(5)的組裝，并且所述聚合物膜(7) 的所述動力粘度在環(huán)境溫度下在約2 x io3 PI到約104 PI之間。
14、 根據(jù)權(quán)利要求11至13任何一項所述的工藝，其特征在于沉積在所 述前板(2)的所述內(nèi)表面(2a)的所述部分上的所述聚合物膜(7)是可交 聯(lián)的。i r 丄F7丄口 L" 囈'l i a dtt 、丄、A厶 < 斗"tf >/r 備/,n d士 t:二 、丄'、k 山？山 f 月、丄〕、叮P^f/5"，人沖'J文；N 14〃fi^wv丄乙，六^f/pii/pL—j ^^tL恭/vi ^7匕''入、 4 J 和所述密封件(5)后，通過將所述膜(7)暴露到經(jīng)由所述前板(2)的紫 外線照射來交聯(lián)所述聚合物膜(7)。
15.
16、 根據(jù)權(quán)利要求14和15之一所述的工藝，其特征在于在所述前板(2) 和所述后板(3)之間組裝所述光伏電池(4)和所述密封(5)期間，在所 述光伏電池(4)已經(jīng)與所述聚合物膜(7)接觸后，通過將所述膜(7)沒 有被所述光伏電池覆蓋的部分直接暴露到紫外線照射來交聯(lián)所述聚合物膜(7)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求11至16任何一項所述的工藝，其特征在于附加聚合 物膜(8)沉積在所述后板(3)的所述內(nèi)表面(3a)的至少一部分上，并且 所述附加聚合物膜(8)在組裝前交聯(lián)。
全文摘要
光伏模塊包括前板(2)和后板(3)，每個包括內(nèi)表面(2a)和外表面(3a)；多個光伏電池(4)，并排設(shè)置在前板(2)和后板(3)之間，并且每個包括抗反射層；以及外圍密封件(5)，圍繞光伏電池(4)而設(shè)置在前板(2)和后板(3)之間。前板(2)的內(nèi)表面(2a)由密封件(5)限定的部分涂覆有聚合物膜(7)，所述膜(7)具有的折射系數(shù)在前板(2)的折射系數(shù)到光伏電池(4)的抗反射層的折射系數(shù)之間，所述膜(7)與光伏電池(4)接觸。
文檔編號H01L31/048GK101681947SQ200880021174
公開日2010年3月24日 申請日期2008年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月21日
發(fā)明者休伯特·勞弗雷, 克勞斯·班伯格 申請人:阿波朗·索拉爾公司