包括太陽能電池的光伏模塊用背接觸式背板及其制造方法
【專利摘要】包括太陽能電池的光伏模塊用背接觸式背板及其制造方法。本發(fā)明提議一種包括背接觸式太陽能電池的光伏模塊用背接觸式背板。該背接觸式背板包括絕緣基板（210）。在絕緣基板（210）的表面上附接導電材料層（220），導電材料層（220）適于形成為連接電路（220c）。絕緣基板（210）包括暴露于光伏模塊的空氣側的下側絕緣部（211）和施加于絕緣部（211）的底漆層（218）。由此，底漆層（218）位于下絕緣部（211）和導電材料層（220）之間。底漆層（218）優(yōu)選地包括與待施加于背接觸式背板的內(nèi)表面的封裝箔（400、1000）類似并兼容的材料或材料混合物。
【專利說明】包括太陽能電池的光伏模塊用背接觸式背板及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏模塊領域。特別地，本發(fā)明涉及包括背接觸式光伏電池的光伏模塊用的新型背接觸式背板(back-contact back-sheet)。
[0002]更具體地，本發(fā)明涉及包括底漆層(primer layer)的背接觸式背板，其中底漆層施加于背接觸式背板的內(nèi)表面，以便改善該內(nèi)表面與施加于背接觸式背板的內(nèi)表面的封裝材料層或多層結構之間的粘附力。
【背景技術】
[0003]太陽能電池用于借助光伏效應將陽光轉換成電能。因此，太陽能電池是用于代替化石燃料的最有前景的替代能源之一。太陽能電池由半導體材料形成并且被組裝以形成所謂的光伏模塊，該光伏模塊繼而被分成組以形成待典型地安裝于建筑物屋頂或類似地點的光伏電站。
[0004]為了形成光伏模塊，通過被稱作“帶”的適當導電體串聯(lián)成組的太陽能電池組借助于諸如乙烯和醋酸乙烯的共聚物(通常稱為EVA)等的封裝(encapsulating)材料被典型地封裝。然后，包封太陽能電池的封裝材料被插入表面層和基層或表面層和背板之間，從而完成光伏模塊。
[0005]典型地模塊的由玻璃制成的表面層或主表面覆蓋模塊的暴露于太陽的表面，并且使得陽光能夠到達電池。另一方面，背板執(zhí)行多項任務。背板確保封裝材料和太陽能電池不受環(huán)境因素的影響，同時防止電氣連接被氧化。特別地，背板防止與大氣條件有關的濕氣、氧氣和其他因素損壞封裝材料、電池和電氣連接。背板還為電池和相應的電路提供了電絕緣。此外，背板由于美觀原因必須具有高的不透明度，并且由于功能原因在朝向太陽的部位必須具有聞的反射率。
[0006]在包括傳統(tǒng)太陽能電池的光伏模塊中，電氣連接出現(xiàn)在電池的前側和后側這兩偵U。背接觸式電池是更高效的并且性價比高的新一代光伏電池，其中，與電池的兩個電極的接觸被轉移到電池的背側、即不暴露于光輻射的那側。
[0007]金屬穿孔卷繞(Metallization Wrap Through, MWT)電池被證明是特別高效的并且易于實現(xiàn)。在MWT電池中，與前側電極的接觸借助于貫穿半導體基板的厚度延伸的通孔被轉移到背接觸式電池的后側。
[0008]背接觸式電池提出了與適于容納背接觸式電池的模塊的設計和結構有關的新的技術問題。例如，背板必須設計成支撐連接電路，該連接電路與形成于電池的后側的歐姆觸點電連接。這些歐姆觸點與電池的兩個電極(基極和發(fā)射極)連接。該問題的一個解決方案是所謂的背接觸式背板，該背接觸式背板是連接電路直接實施在背板的面向電池的表面的傳統(tǒng)背板的改進。
[0009]在圖1中示出了包括背接觸式太陽能電池的光伏模塊的結構。
[0010]背接觸式電池600被配置在上封裝材料層450和下封裝材料層400之間。然后，電池600和封裝材料層400、450被包封至表面層800和背板200之間，其中，表面層800典型地由玻璃或透明且抗反射的材料制成，背板200可以是背接觸式背板。
[0011]在圖1中可以看見導電材料構成的連接電路220c連接到太陽能電池的電極的路徑。如果背板200是背接觸式背板，則連接電路直接形成在下層絕緣基板的表面上并被牢固地固定到該表面。連接電路220c被用于確保與太陽能電池600的兩個電極(即與基極和發(fā)射極)的電接觸。特別地，導電材料的路徑設置有焊盤222，以標記連接電路的待與形成在電池600的后表面上的電極之一的觸點電連接的點。
[0012]諸如圖1所示的光伏模塊的組裝過程典型地以如下所述的方式進行。
[0013]待配置在電池600和背板或背接觸式背板200之間的下封裝材料層400被穿孔，使得在完成模塊之后，形成在下封裝材料層400中的孔與配置了用于和電極接觸的焊盤222的區(qū)域相對應。
[0014]然后，將穿孔的封裝材料層400置于背板或背接觸式背板200的內(nèi)表面上，即置于背板或背接觸式背板200朝光伏模塊的內(nèi)側露出的面上。在施加下封裝材料層400時，封裝材料箔與背板或背接觸式背板對齊，使得在下封裝材料層400中的孔與焊盤222對應或對準。以這種方式，使得焊盤222朝光伏模塊的外側露出。
[0015]然后，將一塊或一滴導電材料沉積到形成在背板或背接觸式背板200的表面上的連接電路的導電路徑的焊盤222上。焊盤222的表面通過下封裝材料層400的孔保持露出。沉積到焊盤222上的導電材料例如可以包括已知為“導電粘合劑”(ECA)類型的導電膏。
[0016]隨后，待嵌入模塊中的電池600被放置到下封裝材料層400上，使得具有形成在電池的后表面上的電極的各接觸元件與涂布于一個焊盤222并通過下封裝材料層400的一個孔暴露給電池600的觸點的導電膏塊接觸。然后，將上封裝材料層450放置到電池600的與和涂布至焊盤222的導電膏接觸的后表面相反的上表面上。最后，透明且抗反射材料的表面層800被置于上封裝材料層450上。
[0017]在所述結構已經(jīng)被如上所述地制備出之后，所述結構可以上下倒置并緊接著在145°C至165°C之間的溫度下在真空中層壓8分鐘至18分鐘之間可變的時間間隔。
[0018]圖2a示出了層壓處理之前的模塊的結構。如前所述地堆疊的模塊的組成部件可單獨識別。特別地，圖2a示出的堆疊體從圖的底部開始向上順次包括:背板或背接觸式背板200，其具有已經(jīng)涂布上導電膏300的導電焊盤222 ;下封裝材料層400 ;電池600 ;上封裝材料層450 ;和表面層800。
[0019]通過形成于電池600的后側、即面向連接電路220c和背板200的那側的觸點620和640來保證與電池600的電極(基極和發(fā)射極)的電連接。觸點620和640可以分別連接至光伏電池的正極和負極。
[0020]圖2b示意性地示出了已經(jīng)進行了層壓處理之后的模塊的結構。在第一層壓階段，所述結構被配置到借助于泵抽出空氣的真空室中。然后在維持模塊所在區(qū)域的真空的狀態(tài)下，將壓力施加到所述結構，以壓緊構成光伏模塊結構的層。整個周期優(yōu)選地具有少于18分鐘的總持續(xù)時間。該周期優(yōu)選地在140°C至165°C之間的溫度下發(fā)生。
[0021]層壓導致導電膏300通過其聚合作用而硬化，由此使得電池600附接至背板200。此外，層壓處理的任務還在于使得上封裝材料層450和下封裝材料層400熔融然后聚合。以該方式，下封裝材料層400的封裝材料通過熔融而填充導電膏300、背板或背接觸式背板200以及電池600的后表面之間的所有空隙空間。此外，聚合后，上封裝材料層450還在表面層800和電池600的與上封裝材料層450接觸的外表面之間發(fā)揮粘附作用。類似地，下封裝材料層400在聚合后也在電池600的后表面和背板200之間發(fā)揮粘附作用。
[0022]作為下封裝材料層400的替代例，可使用多層結構，該多層結構的上層發(fā)揮封裝作用，而下層則提供該結構至背接觸式背板的內(nèi)表面的粘附性。
[0023]由此，夾在電池的下表面和背板之間的該多層結構的下層或者封裝/熱粘合層負責粘附至它們所施加到的背接觸式背板的內(nèi)表面。
[0024]為了實現(xiàn)該目標，必須找到如下的材料和方法:其允許該多層結構或下封裝材料層與連接電路220c和基板的通過連接電路露出的表面部分二者的牢固粘附?；宓耐ㄟ^連接電路220c露出的該表面部分典型地包括聚合物材料，例如，聚氟乙烯(PVF)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。
[0025]將多層結構或者封裝材料的單箔粘附到它們所施加到的背接觸式背板的整個內(nèi)表面通常不是微不足道的任務。實際上，用作多層結構或者下封裝材料箔400的主要成分的熱粘合劑或封裝材料顯示出對連接電路220c的金屬的不錯的粘附性，但是對背接觸式背板的基板的未被連接電路占據(jù)的露出表面的粘附則不太牢固。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0026]鑒于上述問題和缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種具有如下內(nèi)表面的背接觸式背板:該內(nèi)表面能夠強力地粘附于可能施加于其上的封裝或熱粘合材料層，并且本發(fā)明的目的還在于提供該背接觸式背板的實施方法。
[0027]特別地，本發(fā)明的目的在于提供一種具有如下內(nèi)表面(即，面向光伏模塊的內(nèi)部的表面)的背接觸式背板:該內(nèi)表面具有與待施加于其上的封裝或熱粘合材料層具有化學相容性的特征。該背接觸式背板的內(nèi)表面還應當可能地借助于粘合系統(tǒng)確保與金屬導電電路的聞粘附性。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，基于如下的新穎且創(chuàng)造性的構思提供一種光伏模塊用背接觸式背板:多層結構或封裝材料箔與背接觸式背板之間的粘附性能夠通過在連接電路和該電路所施加到的基板表面之間夾設具有諸如確保與封裝或熱粘合材料層的不錯的粘附性的化學成分的材料層來改善。
[0029]一種包括背接觸式太陽能電池的光伏模塊用背接觸式背板，所述背接觸式背板包括:基板，其具有暴露于所述光伏模塊的空氣側的外表面和與所述外表面相反并暴露于所述光伏模塊的內(nèi)側的內(nèi)表面，導電材料層，其適于形成為連接至所述太陽能電池的電極的連接電路并且直接附接至所述基板的所述內(nèi)表面，所述導電材料層牢固地固定至所述基板的所述內(nèi)表面，其中所述基板包括:絕緣部，其包括面向所述光伏模塊的空氣側并且與所述基板的所述外表面大致一致的下表面和與所述下表面相反的上表面，底漆層，其牢固地固定至所述絕緣部的所述上表面，所述底漆層包括面向所述絕緣部的所述上表面的下表面和與所述底漆層的所述下表面相反并且與所述基板的所述內(nèi)表面大致一致的上表面。
[0030]一種包括背接觸式太陽能電池的光伏模塊用背接觸式背板的制造方法，所述制造方法包括如下步驟:制造基板，所述基板具有暴露于所述光伏模塊的空氣側的外表面和與該外表面相反并暴露于所述光伏模塊的內(nèi)側的內(nèi)表面；將導電材料層施加至所述基板，所述導電材料層適于形成為連接至所述太陽能電池的電極的連接電路，所述施加步驟以使得所述導電材料層固定地附接至所述基板的所述內(nèi)表面的方式進行，所述制造方法中的制造所述基板的所述步驟包括:制造絕緣部，所述絕緣部包括面向所述光伏模塊的空氣側并且與所述基板的所述外表面大致一致的下表面和與該下表面相反的上表面，將底漆層施加并固定至所述絕緣部的所述上表面，將所述底漆層施加并固定的所述步驟以如下方式進行:使得所述底漆層包括面向所述絕緣部的所述上表面的下表面和與所述底漆層的所述下表面相反并且與所述基板的所述內(nèi)表面大致一致的上表面。
[0031 ] 通過從其它的方案和下面的說明提供本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]根據(jù)下面對附圖中示出的根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法的實施方式的說明，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變得更清楚。在附圖中，相同和/或相似和/或相應的部件由相同的附圖標記或字母表示。特別地，在附圖中:
[0033]圖1示出了包括背接觸式電池的光伏模塊的一部分的分解圖；
[0034]圖2a示出了圖1所示類型的光伏模塊的結構在層壓處理之前的截面圖；
[0035]圖2b示出了圖1所示類型的光伏模塊在層壓處理之后的截面圖；
[0036]圖3示出了包括多層結構和背接觸式背板的系統(tǒng)在多層結構施加到背接觸式背板的表面之前的截面圖；
[0037]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的背接觸式背板的截面圖。
【具體實施方式】
[0038]在下文中，將參照如附圖所示的特定實施方式說明本發(fā)明。然而，本發(fā)明不限于下面的具體說明中所述和附圖中所示的特定實施方式。反而，所述的實施方式僅示出了范圍由權利要求限定的本發(fā)明的若干方面。
[0039]本發(fā)明的其他變形和變化對于本領域技術人員是顯然的。因此，本說明應當被認為包括范圍由權利要求限定的本發(fā)明的所有變形和/或變化。
[0040]如上所述，在光伏模塊制造過程的一個步驟期間，將封裝材料層400或多層結構施加于背接觸式背板的內(nèi)表面，即，施加于背接觸式背板的面向光伏模塊的內(nèi)部的表面。下面將參照圖3更詳細地說明代替圖1中示出的下封裝材料層400的多層結構1000。
[0041]在現(xiàn)有技術中，多層結構1000 (圖3)或封裝材料箔400 (圖1)牢固地固定至圖3的下部示出的背接觸式背板200的內(nèi)表面200if。
[0042]光伏模塊的空氣側是位于圖3的底部的、在此處示出的背接觸式背板200的下方的那側。
[0043]背接觸式背板200包括面向光伏模塊的空氣側的外表面和與外表面相反且暴露于光伏模塊的內(nèi)部的內(nèi)表面200if。
[0044]背接觸式背板200還包括暴露于光伏模塊的空氣側的絕緣復合體或基板210。
[0045]絕緣基板210具有面向光伏模塊的空氣側且與背接觸式背板200的外表面大致一致的外表面210os。另外,基板210具有與外表面210os相反且面向光伏模塊的內(nèi)部的內(nèi)表面 210is。
[0046]在圖3中示出的背接觸式背板的實施方式中，絕緣基板210包括第一絕緣層212、中間層214和第二絕緣層216。
[0047]第一絕緣層212具有暴露于光伏模塊的空氣側的表面并且被用作阻止?jié)駳?、紫外線、氧氣和可能滲入模塊并引起模塊的某些組成部件損傷或引起聚氨酯類或聚酯類粘合劑劣化和變黃的其他外部介質(zhì)的屏障。
[0048]第一絕緣層212的與暴露于空氣側的表面相反的內(nèi)表面面向中間層214，該中間層214用作阻止?jié)駳夂退魵獾钠琳?。中間層214典型地包括鋁，中間層214優(yōu)選地具有在8μπι至25μπι范圍內(nèi)的厚度。
[0049]然后，中間層214的與面向第一絕緣層212的表面相反的內(nèi)表面面向用作電絕緣體和進一步的屏障的第二絕緣層216。
[0050]第二絕緣層216典型地包括聚合物。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，第二絕緣層216包括下列聚合物中的至少一種:聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(ΡΕ)、聚氟乙烯(PVF)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、諸如K.apt:on?等的聚酰亞胺(PI)或類似
材料。第二絕緣層216的與面向中間層214的表面相反的上表面與絕緣基板210的內(nèi)表面210is大致一致。
[0051]在背接觸式背板的可選實施方式中，絕緣基板210僅包括一層，例如，該層包括諸如PET、PE、PVF、PVDF、PEN和PI等聚合物中的一種或多種。
[0052]由此，背接觸式背板的絕緣基板210的內(nèi)表面210is通常由上述聚合物材料中的一種或多種形成。
[0053]然后，導電材料層220被施加到基板210的與面向空氣側的表面210os相反的內(nèi)表面210is，使得導電材料層220被牢固地固定至基板210的面向光伏模塊的內(nèi)部的內(nèi)表面210is。導電材料層220可以具有大致在25μπι至70μπι范圍內(nèi)的厚度。導電材料層220包括諸如銅或鋁等導電率高的金屬。
[0054]導電材料層220通常在被施加至絕緣基板210的內(nèi)表面210is時是連續(xù)的。導電材料層220隨后被處理以形成包括諸如路徑、走線等的一般細長導電元件的圖案。該圖案形成連接至太陽能電池的電極的連接電路220c。
[0055]連接電路220c可以借助于諸如光刻法、干法蝕刻或濕法蝕刻、例如通過銑削處理獲得的機械蝕除、激光蝕除和適于該目的的本領域技術人員已知的其他技術形成在導電材料層220中。
[0056]導電材料層220可以在被施加于絕緣基板210的內(nèi)表面210is之后被處理。可選地，連接電路220c可以在導電材料層220被施加到基板210的內(nèi)表面210is之前形成在導電材料層220中。
[0057]連接電路220c形成為具有用于形成凹陷或曲折的表面部。因此，連接電路220c通常使得基板210的內(nèi)表面210is的施加了連接電路220c的部分露出。
[0058]在連接電路220c已經(jīng)形成在導電材料層220中之后，背接觸式背板的與面向空氣側的表面相反的內(nèi)表面200if因而包括連接電路220c的暴露于光伏模塊的內(nèi)部的表面和基板210的內(nèi)表面210is的通過連接電路220c露出的部分。在圖3中示出的背接觸式背板的情況下，基板210的內(nèi)表面210is與第二絕緣層216的面向光伏模塊的內(nèi)部的表面一致。
[0059]導電材料層220還包括形成于圖案的預定位置的焊盤222，連接電路220c包括該圖案。焊盤222適于借助于導電材料塊與形成于太陽能電池的電極的表面的歐姆觸點電接觸。歐姆觸點可以例如是由圖2a和圖2b中的附圖標記620和640表示的歐姆觸點。焊盤222于是確保與安裝在光伏模塊中的太陽能電池電接觸。
[0060]然后，圖1中示出的下封裝材料層400和圖3中示出的多層結構1000可以被施加至背接觸式背板200的內(nèi)表面200if。
[0061]在圖3中，示出了在多層結構施加到背接觸式背板200之前的、在光伏模塊的制造過程的一個步驟期間的多層結構1000。
[0062]參照圖3，多層結構1000包括下層270、中間層240和上層280。每一層都有明確定義的作用。
[0063]上層280包括在光伏模塊已經(jīng)完成后將作為對太陽能電池保護的封裝材料。上層280可以包括下列材料中的至少一種:硅酮、離聚物、熱聚氨酯、聚烯烴、熱聚烯烴、具有接枝劑的三元共聚丙烯酸。接枝劑可以包括馬來酐。
[0064]配置在封裝材料上層280的正下方的中間層280用于與上層280的彈性形成對比以及提供具有機械剛性的結構。使得結構1000不因施加拉伸應力而變形。
[0065]多層結構1000的中間層240可以包括諸如PET、PP、PI的聚合物或其它高彈性模量且熔融溫度比構成上層280的封裝材料高的聚合物。
[0066]最后，下層270負責將結構1000粘附至下方背接觸式背板的將施加結構1000的表面。構成下層270的材料必須確保下層270與導電材料層220的表面和基板210的內(nèi)表面210is的通過導電材料層220露出的部分的牢固粘附。構成下層270的材料還必須能夠適于背接觸式背板200的不同高度的內(nèi)表面200if，以填充內(nèi)表面的空隙。此外，下層270必須在光伏模塊組裝處理中通常使用的層疊處理時達到的那些溫度下熔融并充分流動。
[0067]結構1000的下層270或下封裝材料層400可以包括諸如選自下面的樹脂等熱粘合材料:環(huán)氧樹脂、環(huán)氧酚醛樹脂、共聚酯樹脂、聚氨酯樹脂或聚烯離子體樹脂。可選地，下層270或下封裝材料層400可以包括諸如構成上層280的那些材料中的一種等封裝材料。由此，下層270可以包括下列材料中的一種或多種:EVA、硅酮、離聚物樹脂、熱聚氨酯、聚烯烴、熱聚烯烴、具有接枝劑的三元共聚丙烯酸。
[0068]制造后，多層結構1000或封裝材料箔400可以被穿孔以產(chǎn)生多個通孔286。通孔286優(yōu)選地與形成在背接觸式電池600的后側的點620和640對應，以與光伏電池的電極歐姆接觸。這些觸點可以例如分別形成在電池600的正電極(P-觸點)和負電極(η-觸點)上。
[0069]由于中間層240的存在，結構1000是大致不可伸長的，這導致貫穿結構1000來形成通孔286的操作更容易、更快并且性價比更高。通孔286可以借助于沖孔、通過銑削獲得的機械蝕除、激光蝕除、激光輪廓加工或本領域技術人員已知的其他技術形成。
[0070]多層結構1000或封裝材料箔400在穿孔后被對準并施加到背接觸式背板200的內(nèi)表面200if。
[0071]多層結構1000或單個封裝材料箔400的通孔286形成為使得，多層結構1000或封裝材料箔400與背接觸式背板對準后，各通孔286的位置與形成在電池的后表面的歐姆觸點620和640中的一個觸點的位置對應。此外，在多層結構1000或封裝材料箔400已經(jīng)被對準并施加到背接觸式背板之后，各通孔286的位置將使導電材料層220上的各接觸焊盤222露出。由此，接觸焊盤222可以通過通孔286與電池600的后側的歐姆觸點電接觸。
[0072]在多層結構1000或封裝材料箔400已經(jīng)固定到背接觸式背板200的內(nèi)表面200if之后,可以通過各通孔286將導電膏300塊施加到接觸焊盤222。之后，將電池600載置到多層結構1000上或穿孔后的封裝材料箔400上，并且執(zhí)行上述光伏模塊的層疊處理。
[0073]背接觸式背板200的多層結構1000或封裝材料箔400的固定可以例如借助于熱層疊處理或通過在系統(tǒng)的預定點中選擇性的激光加熱來實現(xiàn)，或者借助于諸如雙面膠等純粘合劑來實現(xiàn)，如果必要的話，在預定的點或以選擇性的方式施加粘合劑。在多層結構1000的情況下，至背接觸式背板200的粘附可以借助于包括具有弱的冷粘合性能的熱粘合劑的下層270來實現(xiàn)。
[0074]在層疊期間，提供給系統(tǒng)的熱導致結構1000的下層270 (圖3)或下封裝材料箔400 (圖1、圖2a和圖2b)部分熔融。下層270或下封裝材料箔400當熔融時使得結構1000附接到背接觸式背板200。此外，熱粘合劑或構成下層270或封裝材料層400的封裝材料熔融后滲透入導電材料層220的連接電路220c的相鄰路徑之間的縫隙(參見例如圖2b)中。以此方式，下層270或封裝材料層400實現(xiàn)了使連接電路220c的不電連接的相鄰路徑電絕緣的附加任務。結構1000的下層270或封裝材料層400還實現(xiàn)了中和可能在絕緣基板210的內(nèi)表面210is上流過的電流的任務，其中下層270的一部分和導電材料層220固定到該內(nèi)表面210is上。
[0075]光伏模塊領域中使用的大部分熱粘合劑或封裝材料在由于熱處理而液化或重回固態(tài)之后，與形成位于背接觸式背板200的內(nèi)表面200if上的導電材料層220的金屬具有良好的粘附性。例如，諸如EVA的材料在銅上的粘附力等于大約35N/cm。
[0076]然而，用于圖3中示出的多層結構1000的下層270的熱粘合劑或封裝材料或者用于圖1和圖2中示出的封裝材料層400的熱粘合劑或封裝材料，較弱地粘附于基板210的內(nèi)表面210is的通過連接電路220c露出的部分。如上所述，基板210的內(nèi)表面210is通常由諸如PET、PE、PVF、PVDF、PEN、PI等聚合物構成。例如EVA在PET表面上的粘附力為大約2N/cm。
[0077]為了增大多層結構1000的下層或單個封裝材料箔400與背接觸式背板的施加多層結構1000的下層或單個封裝材料箔400的表面之間的粘附力，已經(jīng)提議使背接觸式背板200的基板210的內(nèi)表面210is在對內(nèi)表面210is上施加導電材料層220之前進行表面處理。該處理可以包括等離子體處理或電暈處理，旨在增大內(nèi)表面210is的表面能以增大粘附性?？蛇x地，或附加地，表面處理可以包括在組裝到復合體210中之前利用已知技術將底漆施加到內(nèi)表面210is。
[0078]在形成諸如PET膜等聚合物膜的情況下，術語“底漆”是指施加至PET表面的數(shù)量級為0.05 μ m的極小層，以在不顯著改變PET膜的厚度的情況下改變PET膜的表面性能。在沒有任何中間元件的情況下施加底漆。當?shù)灼岬暮穸茸兊蔑@著時，使用“底漆層”更合適。在該情況下，厚度的數(shù)量級可以為數(shù)十微米或更大。底漆層通常借助于粘合系統(tǒng)施加。
[0079]表面處理后，將導電材料層220施加至基板210的內(nèi)表面210is。由于導電材料層220以連續(xù)箔的形式施加至內(nèi)表面210is，所以必須進行處理以在導電材料層220已經(jīng)施加于基板210的內(nèi)表面210is之后獲得連接電路220c。如上所述，用于獲得形成連接電路220c的路徑的處理技術包括例如與化學蝕刻結合使用的光刻法、例如借助于銑削的機械蝕除、例如借助于激光誘導加熱獲得的熱蝕除等。所有這些技術，當用于施加到內(nèi)表面210is上的導電材料層時，趨于消除或至少降低事先在基板210的內(nèi)表面210is上執(zhí)行的表面處理的影響。特別地，用于在導電材料層220中形成連接電路220c的技術都不能使導電材料層220的期望部分以如下的精確度被去除:該精確度足以在處理導電材料層220時防止基板210的內(nèi)表面210is的受表面處理影響的部分受到損傷。
[0080]實施例可以更好地闡明該技術問題。需要記住的是，導電材料層220優(yōu)選具有在約25 μ m至約75 μ m范圍內(nèi)的厚度。此外，基板210的內(nèi)表面2IOis的實施了表面處理的層以比Iym小得多的厚度延伸。讓我們假設例如借助于對固定至基板210的導電材料層220進行銑削操作來去除導電材料層220的預定部分，以形成連接電路220c。在這種情況下，極其難以調(diào)節(jié)銑削的精度以在不會同時去除內(nèi)表面210is的還與導電材料層220直接接觸的部分的情況下在導電材料層220中形成通道。由于典型銑削裝置的精度，內(nèi)表面的被錯誤去除的部分將具有等于或大于I μ m的厚度。當使用例如激光蝕除、化學濕法蝕刻或化學干法蝕刻等用于形成連接電路220c的其它技術操作時，將面臨類似的問題。
[0081]為了克服這些問題，這里提議一種改進的背接觸式背板及其制造方法。
[0082]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的背接觸式背板200。
[0083]類似于參照圖3說明的背接觸式背板，根據(jù)本發(fā)明的背接觸式背板包括基板210和導電材料層220。
[0084]特別地，基板210具有面向光伏模塊的空氣側并且與背接觸式背板的外表面大致一致的外表面2IOos。此外,基板210具有與外表面2IOos相反并且面向光伏模塊的內(nèi)部的內(nèi)表面210is。
[0085]根據(jù)本發(fā)明的背接觸式背板的基板210包括下絕緣部211和底漆層218。
[0086]絕緣部211包括暴露于光伏模塊的空氣側并且與基板210的外表面210os大致一致的下表面。絕緣部211還包括與下表面相反的上表面。
[0087]根據(jù)圖4中示出的本發(fā)明的實施方式，下絕緣部211包括第一絕緣層212、中間層214和第二絕緣層216。
[0088]第一絕緣層212具有暴露于光伏模塊的空氣側的表面并且被用作阻止?jié)駳?、紫外線、氧氣和其他可能滲入光伏模塊并引起光伏模塊的某些組成部件損傷或引起聚氨酯類或聚酯類粘合劑劣化并變黃的其他外部介質(zhì)的屏障。第一絕緣層212可以包括諸如聚氟乙烯(PVF)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)等聚合物或其它聚合物。第一絕緣層212可以具有大致在25 μ m至75 μ m或更大范圍內(nèi)的厚度。
[0089]第一絕緣層212的與暴露于空氣側的表面相反的上表面面向中間層214，該中間層214用作阻止?jié)駳夂退魵獾钠琳?。中間層214典型地由例如鋁的不透水蒸氣的材料制成。中間層214優(yōu)選地具有在8μπι至25μπι范圍內(nèi)的厚度。
[0090]中間層214的與面向第一絕緣層212的表面相反的上表面面向第二絕緣層216，該第二絕緣層216用電絕緣體和進一步的屏障。第二絕緣層216典型地包括諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(ΡΕ)、聚氟乙烯(PVF)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亞胺(PI)等的聚合物。第二絕緣層216可以具有在125 μ m至350 μ m或更大范圍內(nèi)的厚度。
[0091]根據(jù)未在圖中示出的本發(fā)明的背接觸式背板的一些實施方式，可以不存在中間層214。由此，絕緣部211包括第一絕緣層212和直接施加于第一絕緣層212的上表面的第二絕緣層216，而不存在中間層214。根據(jù)該實施方式，第一絕緣層212和第二絕緣層216分別包括與根據(jù)上述實施方式的絕緣基板211的第一絕緣層212和第二絕緣層216相同的材料。
[0092]此外，根據(jù)未在圖中示出的其它實施方式，背接觸式背板的絕緣部211包括單個絕緣層，該單個絕緣層包括例如如下聚合物中的一種或多種:PET、PE、PVF、PVDF、PEN和PI
坐寸ο
[0093]不同于參照圖3說明的背接觸式背板200，根據(jù)本發(fā)明，背接觸式背板的內(nèi)表面不使第二絕緣層216或者籠統(tǒng)地說絕緣部211的上表面露出。換言之，基板210的施加導電材料層220的內(nèi)表面210is不與第二絕緣層216的面向光伏模塊的內(nèi)部的表面一致。
[0094]根據(jù)本發(fā)明并且與現(xiàn)有技術相比，背接觸式背板的絕緣基板210包括配置在導電材料層220和第二絕緣層216之間的底漆層218。大體上，底漆層218配置在導電材料層220和基板210的絕緣部211的上表面(即絕緣部211的與面向光伏模塊的空氣側的表面相反的表面)之間。
[0095]仍然參照圖4，底漆層218包括面向基板210的絕緣部211的上表面的下表面。底漆層218還包括與下表面相反并且與基板210的內(nèi)表面210is大致一致的上表面。
[0096]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，底漆層218具有在50 μ m至350 μ m范圍內(nèi)的厚度。優(yōu)選地，底漆層218具有在50μπι至150μπι范圍內(nèi)的厚度。
[0097]底漆層218施加至絕緣部211以牢固地粘附于絕緣部211的上表面。取決于底漆層218的組成(例如聚烯烴或熱粘合劑)，底漆層218可以借助于粘合系統(tǒng)或通過擠出涂布(extrusion coating)到絕緣部211的表面上來施加至絕緣部211。該擠出涂布處理也可以在實現(xiàn)復合體211之前進行。
[0098]底漆層218由諸如確保改進背接觸式背板的內(nèi)表面210if與適于施加在該內(nèi)表面上的圖1中示出的封裝材料箔400或圖3中示出的多層結構1000之間的粘附性的材料構成。
[0099]由此，底漆層218包括化學性能或功能類似于構成下封裝材料400或多層結構1000的下層270的材料。
[0100]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，底漆層218包括EVA。根據(jù)本發(fā)明的特定實施方式，底漆層218包括乙酸乙烯酯的含量在3%至5%的范圍內(nèi)變化的EVA。
[0101]根據(jù)本發(fā)明的其它實施方式，底漆層218包括線性低密度聚乙烯(LLDPE)或線性高密度聚乙烯(LHDPE)或它們的組合。
[0102]根據(jù)其它實施方式，底漆層218包括一種或多種熱粘合劑材料。根據(jù)特定實施方式，底漆層包括下列熱粘合劑材料中的至少一種:具有添加劑的丙烯酸類聚合物或聚氨酯、馬來酐接枝的三元共聚丙烯酸。
[0103]根據(jù)本發(fā)明的其它實施方式，底漆層218包括聚烯烴。
[0104]根據(jù)另外的實施方式，底漆層包括下列材料中的一種或多種的組合:EVA、LLDPE、LHDPE、聚烯烴、具有添加劑的丙烯酸聚合物或聚氨酯、馬來酐接枝的三元共聚丙烯酸。
[0105]根據(jù)本發(fā)明，導電材料層220被施加到基板210的內(nèi)表面2IOiS，即，底漆層218的上表面。如果底漆層218包括聚烯烴，則導電材料層220可以借助于粘合系統(tǒng)被固定至底漆層218的上表面。替代地，如果底漆層218包括已經(jīng)事先通過粘合劑擠出或固定到絕緣部211的熱粘合劑材料，則導電材料層220可以簡單地通過加熱包括基板210和導電材料層220的系統(tǒng)而被固定。例如，系統(tǒng)能夠被加熱到80°C至140°C范圍內(nèi)的溫度。
[0106]值得注意的是，使用熱粘合劑作為底漆層218具有若干優(yōu)點。熱粘合劑可以實際上被擠出到絕緣部211的上表面上并且導電材料層220可通過簡單地給系統(tǒng)加熱來固定到絕緣部211的上表面上，由此不需要任何粘合劑。
[0107]類似于關于圖3中示出的背接觸式背板200所討論的情況，根據(jù)本發(fā)明的背接觸式背板的導電材料層220適于形成為連接到太陽能電池600的電極的連接電路220c。
[0108]關于用于處理導電材料層220以在導電材料層220中形成連接電路220c的技術和過程的細節(jié)，請讀者參見上面給出的對圖3中示出的背接觸式背板的說明。
[0109]根據(jù)實施方式，本發(fā)明提供了一種背接觸式背板的制造方法，該背接觸式背板相對于從現(xiàn)有技術的狀態(tài)已知的背接觸式背板具有優(yōu)異的特征。
[0110]根據(jù)本發(fā)明的背接觸式背板的制造方法從制備和實施基板210開始。
[0111]更具體地，實施基板210的步驟包括實施絕緣部211。如上所述，絕緣部211可以包括一個、兩個或三個層212、214、216。
[0112]基板210的絕緣部211包括與基板210的外表面210os —致的下表面以及與下表面相反的上表面。
[0113]在實施基板210的第二階段中，底漆層218被施加到絕緣部211的上表面。該施加可以借助于擠出或借助于粘合系統(tǒng)來進行。已經(jīng)在上面參照圖4對底漆層218進行了說明。
[0114]底漆層218牢固地固定至基板210的絕緣部211的上表面。由此，底漆層包括面向絕緣部211的上表面的下表面以及面向光伏模塊的內(nèi)部并且與基板210的內(nèi)表面210is大致一致的上表面。
[0115]在已經(jīng)形成基板210之后，將導電材料層220施加到基板210的內(nèi)表面210is。已經(jīng)在上面參照圖3和圖4對導電材料層220進行了說明。
[0116]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，導電材料層220可以固定到底漆層218作為連續(xù)箔。在被牢固地固定至底漆層218之后，導電材料層220根據(jù)上述已知技術中的一種被處理以形成連接電路220c。
[0117]根據(jù)替代實施方式，導電材料層220在被施加到基板210的內(nèi)表面210is之前被處理以形成連接電路220c。根據(jù)該實施方式，導電材料層220被施加并然后被固定到已經(jīng)呈預印制的連接電路220c的形式的內(nèi)表面210is。根據(jù)該實施方式，優(yōu)選地是，底漆層218包括熱粘合劑材料。
[0118]如上所述，處理導電材料層220的技術可以包括:光刻法、激光蝕除、機械蝕除或本領域技術人員已知的其它類似技術。
[0119]值得注意的是，當在導電材料層220被施加到基板210的內(nèi)表面210is之后在導電材料層220中形成連接電路220c時，本發(fā)明簡化了處理導電材料層220以形成連接電路220c的操作。當借助于上述技術或本領域技術人員已知的技術中的一種使連接電路220c形成在導電材料層220中時，通常在導電材料層220中形成通道，因此有不期望地去除基板210的內(nèi)表面210is的位于導電材料層220的待穿孔的部分的正下方的部分的風險。如上所述，通常使用的穿孔技術僅能夠以沿著橫向方向(即，該層所在的平面的法向)約I μπι的精度對導電材料層220穿孔。因此，基板210的內(nèi)表面210is的被錯誤地去除的部分可以具有大約Iym的最小厚度。
[0120]根據(jù)本發(fā)明，內(nèi)表面210is的該被錯誤地去除的部分包括一部分底漆層218。然而，底漆層218具有50 μ m的厚度，大幅度地大于I μ m。因此，意外地去除底漆層218的薄表面膜不會對光伏模塊組裝處理的后續(xù)階段產(chǎn)生特別的負面結果。
[0121]在導電材料層220施加到基板210并且在導電材料層220中形成連接電路220c之后，完成圖4中示出的背接觸式背板的制造過程。
[0122]在制造過程已經(jīng)完成之后，根據(jù)本發(fā)明的背接觸式背板具有內(nèi)表面200if，該內(nèi)表面200if包括連接電路220c的暴露于光伏模塊的內(nèi)部的表面和底漆層218的上表面的通過連接電路220c露出的部分。
[0123]根據(jù)本發(fā)明的背接觸式背板可以有利地用作包括背接觸式電池的光伏模塊的組成部件。例如，合適的穿孔后的封裝材料箔400 (圖1)或多層結構1000 (圖3)可以施加于背接觸式背板的內(nèi)表面200if。然后，進行上述光伏模塊組裝處理的后續(xù)步驟。
[0124]在已經(jīng)堆疊了所有層后，例如圖2a所示，熱層疊模塊。層疊溫度使得構成與背接觸式背板的內(nèi)表面210if接觸的封裝材料層400或多層結構1000的下層270的封裝材料或熱粘合劑材料熔融。
[0125]根據(jù)本發(fā)明的背接觸式背板的內(nèi)表面210if除包括導電材料層220的金屬表面之夕卜，還包括底漆層218的通過連接電路220c露出的表面。由此，在層疊過程中，部分熔融的封裝材料或熱粘合材料與底漆層218接觸。構成底漆層218的材料或材料混合物在層疊過程中部分熔融或軟化。另一方面，底漆層218包括一種或多種能夠與位于背接觸式背板上方的封裝材料層或熱粘合劑材料層“兼容”或“化學性能相似”的材料。因此，在系統(tǒng)已經(jīng)層疊并冷卻之后，封裝材料層400或多層結構1000不僅牢固地粘附于連接電路220c的表面，還牢固地粘附于底漆層218的通過連接電路220c露出的部分。由此，層疊使得底漆層218和位于上方的封裝層或熱粘合劑層彼此牢固地粘附，從而導致所有的導電元件完美地嵌入模塊中。
[0126]結果，根據(jù)本發(fā)明的背接觸式背板的內(nèi)表面210if和施加于內(nèi)表面210if的封裝材料層之間的粘附性相對于現(xiàn)有技術已知的背接觸式背板顯著地改善。特別地，如果使用根據(jù)本發(fā)明的實施方式之一的背接觸式背板，則粘附力可以期望從現(xiàn)有技術的狀態(tài)已知的裝置的 2N/cm 提高到 40N/cm-70N/cm。
[0127]雖然已經(jīng)參照上述實施方式說明了本發(fā)明，但本領域技術人員顯然可以在上述啟示下，在所附的權利要求的范圍內(nèi)對本發(fā)明進行若干變形、變化和改進，而不偏離本發(fā)明的主旨和保護范圍。除此以外，為了不過于混淆所述的發(fā)明，沒有說明那些被認為是本領域技術人員已知的方面。因此，本發(fā)明不由上述實施方式限定，而是僅由所附權利要求的保護范圍限定。
【權利要求】
1.一種包括背接觸式太陽能電池的光伏模塊用背接觸式背板，所述背接觸式背板包括: 基板(210),其具有暴露于所述光伏模塊的空氣側的外表面(210os)和與所述外表面(210os)相反并暴露于所述光伏模塊的內(nèi)側的內(nèi)表面(210is), 導電材料層(220)，其適于形成為連接至所述太陽能電池的電極的連接電路(220c)并且直接附接至所述基板(210)的所述內(nèi)表面，所述導電材料層(220)牢固地固定至所述基板(210)的所述內(nèi)表面(210is)， 其中所述基板(210)包括: 絕緣部(211)，其包括面向所述光伏模塊的空氣側并且與所述基板(210)的所述外表面(210os)大致一致的下表面和與所述下表面相反的上表面， 底漆層(218)，其牢固地固定至所述絕緣部(211)的所述上表面，所述底漆層(218)包括面向所述絕緣部(211)的所述上表面的下表面和與所述底漆層(218)的所述下表面相反并且與所述基板(210)的所述內(nèi)表面(210is)大致一致的上表面。
2.根據(jù)權利要求1所述的背接觸式背板，其特征在于，所述底漆層(218)包括下列材料中的至少一種:EVA、聚烯烴、線性低密度聚乙烯(LLDPE)、線性高密度聚乙烯(LHDPE)或前述材料的組合。
3.根據(jù)權利要求1所述的背接觸式背板，其特征在于，所述底漆層(218)包括熱粘合材料，所述熱粘合材料例 如為具有添加劑的丙烯酸類聚合物或聚氨酯、或馬來酐接枝的三元共聚丙烯酸。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的背接觸式背板，其特征在于，所述基板(210)的所述絕緣部(211)包括以下材料中的至少一種:聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚氟乙烯(PVF)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、注冊商標為Kapton的聚酰亞胺(PI)。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的背接觸式背板，其特征在于，所述絕緣部(211)包括: 由第一聚合物材料制成的第一絕緣層(212)，所述第一絕緣層具有面向所述光伏模塊的空氣側的外表面和與該外表面相反的內(nèi)表面， 由水蒸氣不能透過的材料制成的中間層(214)，所述中間層聯(lián)接至所述第一絕緣層(212)的所述內(nèi)表面，所述中間層具有面向所述第一絕緣層(212)的下表面和與該下表面相反的上表面， 由第二聚合物材料制成的第二絕緣層(216)，所述第二絕緣層聯(lián)接至所述中間層(214)的所述上表面。
6.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的背接觸式背板，其特征在于，所述絕緣部(211)包括: 由第一聚合物材料制成的第一絕緣層(212)，所述第一絕緣層具有面向所述光伏模塊的空氣側的外表面和與該外表面相反的內(nèi)表面，以及 由第二聚合物材料制成的第二絕緣層(216)，所述第二絕緣層施加于所述第一絕緣層(212)的所述內(nèi)表面。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的背接觸式背板，其特征在于，所述導電材料層(220)包括導電率高的金屬，所述金屬例如為銅或鋁等。
8.一種包括背接觸式太陽能電池的光伏模塊用背接觸式背板的制造方法，所述制造方法包括如下步驟: 制造基板(210)，所述基板(210)具有暴露于所述光伏模塊的空氣側的外表面(210os)和與該外表面相反并暴露于所述光伏模塊的內(nèi)側的內(nèi)表面(210is)； 將導電材料層(220)施加至所述基板(210)，所述導電材料層適于形成為連接至所述太陽能電池的電極的連接電路(220c)，所述施加步驟以使得所述導電材料層(220)固定地附接至所述基板(210)的所述內(nèi)表面(210is)的方式進行， 所述制造方法中的制造所述基板(210)的所述步驟包括: 制造絕緣部(211)，所述絕緣部(211)包括面向所述光伏模塊的空氣側并且與所述基板(210)的所述外表面(210os)大致一致的下表面和與該下表面相反的上表面， 將底漆層(218 )施加并固定至所述絕緣部(211)的所述上表面，將所述底漆層(218 )施加并固定的所述步驟以如下方式進行:使得所述底漆層(218)包括面向所述絕緣部(211)的所述上表面的下表面和與所述底漆層(218)的所述下表面相反并且與所述基板(210)的所述內(nèi)表面(210is)大致一致的上表面。
9.根據(jù)權利要求8所述的制造方法，其特征在于，施加并固定所述底漆層(218)的所述步驟包括將所述底漆層(218 )擠出涂布至所述絕緣部(211)的所述上表面。
10.根據(jù)權利要求8所述的制造方法，其特征在于，施加并固定所述底漆層(218)的所述步驟包括在所述底漆層(218 )和所述絕緣部(211)之間使用粘合系統(tǒng)。`
11.根據(jù)權利要求8至10中的任一項所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法進一步包括處理所述導電材料層(220 )以形成所述連接電路(220c )。
12.根據(jù)權利要求11所述的制造方法，其特征在于，處理所述導電材料層(220)的所述步驟在將所述導電材料層(220)施加至所述基板(210)的所述內(nèi)表面(210is)的所述步驟之后進行。
13.根據(jù)權利要求11所述的制造方法，其特征在于，處理所述導電材料層(220)的所述步驟在將所述導電材料層(220)施加至所述基板(210)的所述內(nèi)表面(210is)的所述步驟之前進行。
【文檔編號】H01L31/18GK103730529SQ201310399183
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權日:2012年10月10日
【發(fā)明者】艾麗沙·班克尼, 路易吉·瑪哈斯, 布魯諾·布奇 申請人:愛博福歐有限公司