光電模塊及制備和使用其的方法
【專利摘要】光電模塊組件（10）可以包括：光電電池（14）；包括塑料材料的透明的第一層（12），其中所述第一層具有第一層第一表面和第一層第二表面；第二層（18），其中所述第二層具有第二層第一表面和第二層第二表面，其中所述光電電池位于第一層第二表面和第二層第一表面之間；以及第一層第二表面和第二層第一表面之間的固化層，其中在固化之前，所述固化層是具有小于或等于1,500厘泊粘度的液體。
【專利說明】光電模塊及制備和使用其的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]在此公開了光電(PV)模塊組件，具體地是熱塑性晶體硅太陽能PV模塊組件。
【背景技術(shù)】
[0002]PV模塊通常包括集電極如通常由透明或半透明材料(如玻璃、聚合物、或類似材料)制造的平板。對(duì)于PV模塊而言，必須滿足機(jī)械性能要求以便有效地工作以及如所希望地工作。例如，對(duì)于形成集電極而言，聚合物聚(甲基丙烯酸甲酯)對(duì)于光透過是良好的(即，較高的光效率)，但是缺乏抗沖擊性和阻燃性，因而難以使用。對(duì)于生產(chǎn)平板而言，聚碳酸酯具有良好的機(jī)械性能，但具有較低的光效率。
[0003]此外，PV電池必須連接至集電極。與大多數(shù)是聚合物的集電極相比，一般多為硅的PV電池通常更易碎。故障意味著潛在地存在例如腐蝕和分層，因此對(duì)具有增加的產(chǎn)率、減少的組裝時(shí)間、以及降低的重量的PV模塊組件存在需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在多種實(shí)施方式中公開了光電模塊及制備和使用其的方法。
[0005]在一個(gè)實(shí)施方式中，光電模塊組件包括:光電電池；包括塑料材料的透明的第一層，其中所述第一層具有第一層第一表面和第一層第二表面；第二層，其中所述第二層具有第二層第一表面和第二層第二表面，其中光電電池位于第一層第二表面和第二層第一表面之間；以及第一層第二表面和第二層第一表面之間的固化層，其中在固化之前，固化層是具有小于或等于1，500厘泊粘度的流體。
[0006]在一個(gè)實(shí)施方式中，光電模塊組件包括:光電電池；包括塑料材料的透明的第一層，其中所述第一層具有第一層第一表面和第一層第二表面；包括塑料材料的第二層，其中所述第二層具有第二層第一表面和第二層第二表面，其中光電電池位于第一層第二表面和第二層第一表面之間；設(shè)置在第一層第二表面和第二層第一表面之間的連接層，其中所述連接層在第一層第一表面和第二層第二表面之間形成空隙，其中光電電池位于連接層中；以及空隙中的固化層，在第一層和光電電池之間。
[0007]在一個(gè)實(shí)施方式中，制備光電模塊組件的方法，包括:將光電電池設(shè)置在具有第一層第一表面及第一層第二表面的第一層和具有第二層第一表面及第二層第二表面的第二層之間，其中，第一層是透明的且包括塑料材料，并且其中，第二層包括塑料材料；在第一層和第二層之間插入液體填充物，其中，在固化之前，液體填充物具有小于或等于1，500厘泊的粘度；以及固化液體填充物。
[0008]在一個(gè)實(shí)施方式中，光電模塊組件包括:光電電池；包括塑料材料的透明的第一層；包括塑料材料的第二層，其中，第二層與光電電池物理連通；以及第一層和光電電池之間的流體層，其中，流體層具有0至1，000厘泊的粘度。
[0009]在一個(gè)實(shí)施方式中，制備光電模塊組件的方法，包括:將光電電池設(shè)置在第一層和第二層之間，其中，第一層是透明的且包括塑料材料，并且其中，第二層包括塑料材料；以及將流體層設(shè)置在第一層和光電電池之間，其中，流體層具有O至1，OOO厘泊的粘度。
[0010]以下，將更具體地描述這些及其他特性和特征。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]以下是附圖的簡(jiǎn)要說明，其中類似的元件進(jìn)行類似的標(biāo)號(hào)并且其是為了說明在本文中公開的示例性實(shí)施方式的目的，而不是為了限制其的目的而示出的。
[0012]圖1是PV模塊組件的單獨(dú)部件的示意圖。
[0013]圖2是圖1的PV模塊的組裝圖。
[0014]圖3是圖1的PV模塊組件的展開的截面?zhèn)纫晥D。
[0015]圖4是圖1的PV模塊組件的另一個(gè)展開的截面?zhèn)纫晥D。
[0016]圖5是包括連接層的PV模塊組件的正視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]光學(xué)耦合至集電極的PV電池通常多數(shù)為硅，而集電極通?？梢源蠖嗍蔷酆衔?。這些材料具有非常不同的熱膨脹系數(shù)(CTE)。換句話說，當(dāng)暴露于熱時(shí)，它們以不同的速率膨脹。需要解決這種不匹配，以確保當(dāng)兩種組分改變尺寸時(shí)PV電池不被破壞。PV模塊組件通常可以包括框架、接線盒、電纜、連接器、接地故障電路斷流器(GFCI)、安裝系統(tǒng)、跟蹤系統(tǒng)、匯流箱、背層、包封層(例如，乙烯乙酸乙烯酯包封層)、晶片(即，PV電池)、防反射層、和/或玻璃前層。框架(當(dāng)存在時(shí))通?？梢杂射X制成。鋁制框架和玻璃層是PV模塊組件的重量的最大貢獻(xiàn)者，它們通?？梢允股a(chǎn)的組件笨重且昂貴。玻璃占據(jù)PV模塊組件重量的最大部分。
[0018]如在本文中公開的，PV模塊組件可以包括第一層、流體層和/或固化層、光電電池、具有可選的整體框架、接線盒、電纜、和微逆變器的第二層、以及將第一層連接至第二層的可選的連接層。
[0019]替換PV模塊組件中的玻璃能夠得到輕得多的組件(例如，與具有玻璃的組件的13kg/m2相比，沒有玻璃的組件為10千克/平方米(kg/m2))，使得其能夠放置在具有有限承載能力的屋頂(例如，平屋頂)上。例如，通過用塑料層(例如，第一層)替換玻璃層，和/或可選地在第二層中用整體的塑料框架(例如，聚碳酸酯或聚苯醚和聚苯乙烯的混合物)替換鋁制框架和背層(例如，第二層)可以減少PV模塊組件的重量。在一些實(shí)施方式中，連接層可以用于連接第一層和第二層，完全除去框架并進(jìn)一步降低組件的重量。例如，連接層可以包括可以用于充當(dāng)PV模塊組件的層之間的隔離物并充當(dāng)將層連接在一起的結(jié)構(gòu)粘合劑的粘合劑(例如，膠帶)。具有較少部件或具有彼此結(jié)合的部件(例如，接線盒、電纜、和/或連接器與框架結(jié)合)的PV模塊組件可以減少用于生產(chǎn)和組裝PV模塊所需要的時(shí)間量。
[0020]流體層(例如，硅酮流體(硅酮液體、硅油))和/或固化層(例如，室溫硫化硅酮、和/或橡膠或熱固性彈性體硅酮和/或其他硅酮粘合劑)可以可選地用作封裝劑以幫助在第一層和PV電池之間(意味著光通過第一層并到達(dá)光電電池,具有最小的反射損失(例如,流體層和PV電池彼此光連通))，和/或在PV電池和第二層之間提供光耦合。流體層和/或固化層還可以充當(dāng)緩沖墊并可以去耦第一層和PV電池之間的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。例如，在機(jī)械去耦中，由于流體層和/或固化層的液體特性，其將不會(huì)將力從第一層轉(zhuǎn)移至PV電池。由于可以選擇流體層和/或固化層的折射率以便增強(qiáng)系統(tǒng)的光學(xué)性能(例如，可以實(shí)現(xiàn)通過第一層至PV電池的最大光透過)，使用流體層和/或固化層還可以是有利的。還可以選擇折射率以確保第一層、封裝劑(即，流體層和/或固化層)、以及太陽能電池之間的反射損失最小。
[0021]此外，通過使用非層壓組件，如果檢測(cè)出任何故障在制造過程中電池可以回收且在模塊的使用壽命之后電池能夠容易地重復(fù)使用。這降低了這種系統(tǒng)的碳排放(carbonfootprint)0當(dāng)存在流體層和/或固化層時(shí)，其還可以保護(hù)PV電池避免潮氣并且傳遞熱遠(yuǎn)離電池，這導(dǎo)致在較高操作溫度下較高的效率。
[0022]可以通過結(jié)合在第二層中的空氣動(dòng)力學(xué)特征產(chǎn)生起冷卻PV模塊作用的紊流氣流。可選地，第一層還可以做成紋理以降低光反射。在PV模塊的壽命期間，在不同的情況下如以一定角度進(jìn)入的太陽光、較高的環(huán)境溫度、以及PV模塊的部分遮蔽，紊流氣流和紋理化可以提供較高的能量輸出。例如，空氣動(dòng)力學(xué)特征可以包括，但不限于鰭片、肋材、擋板、以及包括上述的至少一種的組合。當(dāng)將紊流氣流和紋理化結(jié)合到PV模塊中時(shí)，它們可以降低成本、減少生產(chǎn)時(shí)間、并且減小PV模塊的重量以及優(yōu)化其使用壽命期間的系統(tǒng)的產(chǎn)率。
[0023]參考附圖能夠獲得對(duì)本文中公開的部件、方法、和裝置更全面的了解。這些圖形(在此也稱為“圖”)僅僅是基于方便地和容易地說明本公開的示意圖，因此并不旨在顯示裝置或其部件的相對(duì)大小和尺寸和/或限定或限制示例性實(shí)施方式的范圍。盡管為了清楚的目的，在以下說明書中使用了專業(yè)術(shù)語，然而這些術(shù)語旨在僅指示為了說明附圖而選擇的實(shí)施方式的具體結(jié)構(gòu)，而并不旨在限定或限制本公開的范圍。在附圖以及下面的描述中，應(yīng)當(dāng)理解的是類似的數(shù)字標(biāo)識(shí)指示類似功能的部件。
[0024]圖1示出了 PV模塊10的單獨(dú)部件的示意圖。圖1示出第一層12可以通過流體層(例如，封裝劑(參見圖3，如硅酮流體))和/或第一層12和PV電池14之間的固化層光學(xué)偶聯(lián)至PV電池14。第一層12和/或第二層18可以另外地包括在第一層12和/或第二層18的最外層表面上的硅酮硬涂層和/或等離子沉積層，以確保PV模塊組件的20年壽命跨度。粘合劑(例如，圖3中的硅酮凝膠墊16或室溫硫化硅酮16)可以將PV電池14固定至第二層18。第一層12可以具有第一層第一表面20和第一層第二表面22,而第二層18可以具有第二層第一表面24和第二層第二表面26。
[0025]對(duì)于第一層和第二層而言，可以期望它們具有某些光學(xué)性能。例如，第一層可以是透明的，而第二層可以是透明、半透明、或不透明的。關(guān)于第一層和/或第二層的透明性，簡(jiǎn)要地指出的是最終用戶說明書通?？梢哉f明第一層和/或第二層滿足特定的預(yù)定閾值。如通過ANSI/ASTM D1003-00測(cè)定的霧度值可以是第一層和/或第二層的光學(xué)特性的有用的測(cè)定。霧度水平越低，單獨(dú)層的透明性越高?？梢云谕O(jiān)測(cè)第一層和/或第二層的霧度水平。當(dāng)在5.0毫米(mm)的厚度下測(cè)量時(shí)，透明的第一層的示例性霧度水平可以是0%至6%、具體地是0.5%至4%、并且更具體地是1%至2.5%。當(dāng)在5.0mm的厚度下測(cè)量時(shí)，第二層的示例性霧度水平通常可以大于6%、具體地大于或等于10%。第一層可以具有如根據(jù)ASTMD1003-00測(cè)定的(使用光源D65，方法A或方法B)大于或等于80%、具體地大于或等于85%、更具體地大于或等于90%、甚至更具體地大于或等于95%、并且又更加具體地大于或等于99%的透明度。第二層通?？梢允遣煌该鞯模绻谕?，例如出于審美原因，其也可以是透明的。例如，第二層可以具有大于或等于50%、具體地大于或等于65%、更具體地大于或等于75%、并且甚至更具體地小于或等于90%的透明度。透明度通過兩個(gè)參數(shù)(透射百分比和霧度百分比)來描述。可以使用ASTM D1003-00 (使用CIE標(biāo)準(zhǔn)光源C，方法B)來測(cè)定實(shí)驗(yàn)室規(guī)模樣品的透射百分比和霧度百分比。ASTM D-1003-00 (方法B，分光光度計(jì)，使用具有漫射照明的光源C，進(jìn)行單向觀察)將透射率定義如下:
[0026]%T ^ — xl00%
[0027]其中，I=通過測(cè)試樣品的光強(qiáng)度
[0028]1=入射光的強(qiáng)度
[0029]可以根據(jù)ASTM D-1003-00 (方法 A，例如，使用來自 ΒΥΚ-Gardner 的 HAZE-GUARDDUAL，使用積分球(0° /漫射幾何形狀)測(cè)定，其中，在標(biāo)準(zhǔn)光源D65下光譜靈敏度符合CIE標(biāo)準(zhǔn)光譜值)測(cè)定霧度。ASTM D1003-00 (方法B)還可以使用Macbeth7000A光譜儀，D65光源，10°觀察器，CIE (國際照明委員會(huì))(1931)，和SCI (包含鏡面反射組分)，以及UVEXC(即，不包括UV組分))，而霧度使用與方法A相同的變量。應(yīng)當(dāng)注意，可以由以下等式預(yù)測(cè)和計(jì)算出霧度百分比:
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種光電模塊組件，包括: 光電電池； 包括塑料材料的透明的第一層，其中所述第一層具有第一層第一表面和第一層第二表面； 第二層，其中所述第二層具有第二層第一表面和第二層第二表面，其中所述光電電池位于所述第一層第二表面和所述第二層第一表面之間；以及 所述第一層第二表面和所述第二層第一表面之間的固化層，其中在固化之前，所述固化層是具有小于或等于1，500厘泊粘度的流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電模塊組件，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述第一層第二表面和所述第二層第一表面之間且與它們物理接觸的連接層，其中所述連接層在所述第一層第一表面和所述第二層第二表面之間形成空隙。
3.一種光電模塊組件，包括: 光電電池； 包括塑料材料的透明的第一層，其中所述第一層具有第一層第一表面和第一層第二表面； 包括塑料材料的第二層，其中所述第二層具有第二層第一表面和第二層第二表面，其中所述光電電池位于所述第一層第二表面和所述第二層第一表面之間； 設(shè)置在所述第一層第二表面和所述第二層第一表面之間的連接層，其中所述連接層在所述第一層第一表面和所述第二層第二表面之間形成空隙，其中所述光電電池位于連接層中；以及 位于所述空隙中的固化層，在所述第一層和所述光電電池之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的光電模塊組件，其中，所述固化層包括室溫硫化填充物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的光電模塊組件，其中，所述室溫硫化填充物包括室溫硫化硅酮和/或硅酮熱固性彈性體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的光電模塊組件，其中，在固化之前，所述固化層是具有小于或等于1，500厘泊粘度的流體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的光電模塊組件，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述第一層第一表面和/或所述第二層第二表面上的涂層，其中，所述涂層包括硅酮硬涂層、等離子體涂層、以及包括上述的至少一種的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一項(xiàng)所述的光電模塊組件，其中，所述第一層和/或第二層包括聚碳酸酯。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一項(xiàng)所述的光電模塊組件，其中，所述第二層包括多層片材。
10.一種制備光電模塊組件的方法，包括: 將光電電池設(shè)置在具有第一層第一表面及第一層第二表面的第一層和具有第二層第一表面及第二層第二表面的第二層之間，其中，所述第一層是透明的且包括塑料材料，并且其中，所述第二層包括塑料材料；以及 在所述第一層和所述第二層之間插入液體填充物，其中，在固化之前，所述液體填充物具有小于或等于1，500厘泊的粘度；以及 固化所述液體填充物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括利用在其間形成空隙的連接層將所述第一層附連至所述第二層，其中，所述連接層設(shè)置在所述第一層第二表面和所述第二層第一表面之間并與它們物理接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求10-11中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述液體填充物包括室溫硫化填充物。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述液體填充物包括室溫硫化娃酮。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一層包括填充孔。
15.根據(jù)權(quán)利要求10-14中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一層包括排氣孔。
16.根據(jù)權(quán)利要求10-15中的任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括在插入所述液體填充物之后，關(guān)閉所述填充孔和/或所述排氣孔。
17.根據(jù)權(quán)利要求10-16中的任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括在插入所述液體填充物之前，將所述光電電池的電氣部件嵌入所述連接層中。
18.—種光電模塊組件,包括: 光電電池； 包括第一層塑料材料的透明的第一層； 包括第二層塑料材料的第二層，其中，所述光電電池位于所述第一層和所述第二層之間；以及 在所述第一層和所述光電電池之間的流體層，其中，所述流體層具有0至1，000厘泊的粘度。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光電模塊組件，其中，所述流體層包括硅油。
20.根據(jù)權(quán)利要求18-19中的任一項(xiàng)所述的光電模塊組件，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述第一層和/或所述第二層上的涂層，其中，所述涂層包括硅酮硬涂層、等離子體涂層、以及包括上述的至少一種的組合。
21.根據(jù)權(quán)利要求18-20中的任一項(xiàng)所述的光電模塊組件，其中，所述第一層和/或所述第二層包括聚碳酸酯。
22.根據(jù)權(quán)利要求18-21中的任一項(xiàng)所述的光電模塊組件，其中，所述第二層包括聚苯醚和聚苯乙烯的混合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求18-22中的任一項(xiàng)所述的光電模塊組件，其中，所述第一層的折射率在所述流體層的折射率的15%之內(nèi)。
24.根據(jù)權(quán)利要求18-23中的任一項(xiàng)所述的光電模塊組件，其中，所述組件具有5至10千克/平方米的總重量。
25.根據(jù)權(quán)利要求18-24中的任一項(xiàng)所述的光電模塊組件，在所述第二層中進(jìn)一步包括接線盒、控制器、電纜、以及微逆變器。
26.根據(jù)權(quán)利要求18-25中的任一項(xiàng)所述的光電模塊組件,其中，通過選自由硅膠墊、模制在所述第二層上的整體式支撐螺栓、以及包括上述的至少一種的組合組成的組中的支撐，將所述光電電池附連至所述第二層。
27.根據(jù)權(quán)利要求18-26中的任一項(xiàng)所述的光電模塊組件，進(jìn)一步包括在所述第二層和所述光電電池之間的第二流體層。
28.一種制備光電模塊組件的方法，包括: 在第一層和第二層之間設(shè)置光電電池，其中，所述第一層是透明的且包括塑料材料，并且其中，所述第二層包括塑料材料；以及 在所述第一層和所述光電電池之間設(shè)置流體層，其中，所述流體層具有O至1，OOO厘泊的粘度。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述流體層包括硅油。
30.根據(jù)權(quán)利要求28-29中的任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括將接線盒、控制器、電纜、以及微逆變器結(jié)合在所述第二層中。
【文檔編號(hào)】H01L31/048GK103650159SQ201280033341
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月14日
【發(fā)明者】馬塞爾·布龍納, 科內(nèi)利斯·約翰內(nèi)斯·赫拉爾杜斯·馬里亞·范佩爾, 普熱梅斯拉夫·奧爾沙申斯基 申請(qǐng)人:沙特基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料Ip私人有限責(zé)任公司