專利名稱：具有三層結構表面覆蓋材料的太陽能電池組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池組件，該電池組件擅長于耐氣候性、耐熱性、耐濕性和耐刮性并且具有一種抗外部壓力的良好防護能力。更詳細地說，本發(fā)明涉及一種太陽能電池組件，該電池組件包括一個被一種充填材料密封的光電元件(即，一個太陽能電池和一種具有一個三層結構的覆蓋材料(把該三層結構配置在該太陽能電池的一個光接收表面上)，其中上述覆蓋材料由以下三層組成第一層由硬樹脂構成，其硬度在肖氏D級硬度中是50或更高(以下把該層稱為硬樹脂層)；第二層具有一種吸收易于使該硬樹脂層的性能變壞的紫外線和透過該太陽能電池的光電轉換所必需的光的功能以及具有一種粘附功能(以下把該層稱為粘附層)；第三層由一種擅長于耐氣候性的樹脂構成(該樹脂本身對于熱、光和潮濕來說性能是穩(wěn)定的)(以下把該層稱為最外層)。在該光電元件的該光接收表面一側以上述硬樹脂層、粘附層和最外層的順序進行層疊。在本發(fā)明的太陽能電池組件中的具有上述三層結構的覆蓋材料使該光電元件免受一種外部壓力的作用，并且滿足該太陽能電池組件所必需的耐氣候性、耐熱性、耐濕性和耐刮性。
按照慣例已提出許多種薄膜型的太陽能電池。典型的一種薄膜型太陽能電池是一種非晶硅薄膜太陽能電池(α—Si薄膜太陽能電池)。已知有以下一種α—Si薄膜太陽能電池的類型其中在一個導電體襯底上提供一個起一種光電變換元件的作用的α—Si半導體薄膜，并且在該半導體薄膜上提供一個透明的導電層。在把具有上述結構的α—Si薄膜太陽能電池用作一種電源裝置時，必須對光入射面上的該α—Si太陽能電池的表面進行保護，這一點與具有把玻璃板用作襯底的結構的太陽能電池的情況不同。為此目的，在光入射面上的該α—Si太陽能電池的表面上提供一個保護裝置在該保護裝置中，最重要的是充分地透過日光，由此來保持該太陽能電池的轉換效率。也要求該保護裝置具有一種保護該太陽能電池的內部使之免受風、雨和其它外部壓力的影響的能力(以下把該能力稱為一種內部保護能力)。對該保護裝置本身來說，不因光、熱和潮濕的影響而導致性能變壞、變色和降低機械強度也是重要的。已知這樣一種保護裝置的類型其中在該光接收表面上提供一個耐氣候性良好的透明樹脂層作為一個表面覆蓋層，并且在該透明的樹脂層內提供一種由熱塑性透明樹脂制成的充填材料。該作為表面覆蓋層的樹脂層通常由一種丙烯酸樹脂膜或一種氟樹脂膜(如一種四氟乙烯—乙烯共聚物膜或氟化聚乙烯膜)組成。如以上所描述的，把上述充填材料插在該表面覆蓋層和該太陽能電池之間。通常應用EVA(乙烯—乙酸乙烯共聚物)、丁縮醛樹脂等作為該充填材料。通過充填材料在該太陽能電池的導電襯底的背面提供一個背面膜。采用一種尼龍膜、一種氟樹脂層疊的鋁膜等作為該背面膜。此外，在實際的太陽能電池組件中，通過充填材料在上述背面膜的背面上提供一種增強材料。因此，要求插在該表面覆蓋層和該太陽能電池間和在該導電襯底和該背面膜間的各種充填材料具有作為粘附劑的功能和保護光電元件使之免受來自外部的刮份和沖擊的功能。
但是，具有上述結構的該保護裝置的內部保護能力依在光接收表面上的、由表面覆蓋層組成的覆蓋材料和充填材料的厚度而定。具體地說，當覆蓋材料的厚度增加時，內部保護能力增加；反之當覆蓋材料的厚度減少時，內部保護能力下降。但當在光接收表面一側上的表面覆蓋層的厚度增加時，在該表面覆蓋層和該充填材料間的界面處由于溫度變化的緣故有產生分離的趨勢。由此產生的分裂引起下述問題濕氣通過該分裂部分到達太陽能電池，從而不僅使該太陽能電池的性能降低而且通過該滲入的濕氣產生漏電流。要求密封該太陽能電池的充填材料具有填平該太陽能電池的凹凸不平之處并沖擊到該表面覆蓋層上的功能。因此就要求該充填材料具有一種如橡膠的彈性。此外，當該表面覆蓋材料的厚度增加時，該材料的透光率降低，從而使該太陽能電池的轉換效率下降。通常用下述工藝過程來制造具有上述結構的太陽能電池組件。也就是說，把作為在光接收表面上的表面覆蓋層的一個樹脂層、一種表面?zhèn)鹊某涮畈牧?、一個太陽能電池、一種背面?zhèn)鹊某涮畈牧虾鸵粋€背面膜層疊在一起，然后用一個真空層壓機進行熱壓。在該制造方法中，由于在熱壓時該太陽能電池組件的端部成為一種緊密接觸的狀態(tài)，故有時空氣遺留在該光接收表面上的該充填材料與該表面覆蓋材料間和在該充填材料和該太陽能電池間的一部分內部中。其結果是氣泡常常遺留在該密封了的太陽能電池組件中。以上述方式遺留在該太陽能電池組件內的氣泡由于溫度變化的緣故反復地膨脹和收縮，從而導致覆蓋材料的分裂。這樣產生的分裂引起上述問題即濕氣通過該分裂部分到達該太陽能電池，從而使轉換效率降低。此外，該遣留下來的氣泡使該太陽能電池組件的外觀變壞，從而使產品的成品率降低。
已知有一種解決上述問題的方法，即在光接收表面上的該充填材料和該表面覆蓋層間和在該充填材料和該太陽能電池間插入非編織的玻璃纖維簾布，然后把它們層疊在一起。在該方法中，用玻璃纖維對該表面覆蓋材料進行增強處理，從而提高了該表面覆蓋材料的機械強度。由于機械強度的提高，使該表面覆蓋材料抵抗外力的內部保護能力增加，從而可使該表面覆蓋材料的厚度適當減薄。這樣就可防止當光接收表面上的表面覆蓋層的厚度較厚時易于產生的上述分裂現(xiàn)象。此外，由于可使該表面覆蓋材料的厚度適當減薄，可抑制該表面覆蓋材料的透光率的降低，由此來防止該太陽能電池的轉換效率的降低。在該太陽能電池組件的制造工藝中，由于在光接收表面?zhèn)劝巡ＡЮw維插在該充填材料與該太陽能電池間和插在該充填材料和該表面覆蓋材料間，故即使對該太陽能電池組件進行加壓時，在該太陽能電池組件的端部處可保證有空氣排出通路，從而易于進行抽真空和消除殘余氣泡。但在這種情況下，該玻璃纖維不可避免地會從該太陽能電池組件的端部處暴露出來，從而濕氣容易通過該玻璃纖維滲入該太陽能電池組件內，而該滲入的濕氣有時對該太陽能電池產生不利的影響。為了防止玻璃纖維從該太陽能電池組件的端部暴露出來，可考慮一種預先把玻璃纖維的尺寸切成比該太陽能電池組件的尺寸小的方法；但在這種情況下，該太陽能電池組件的端部就缺少空氣排出通路，這一點與沒有玻璃纖維的結構的情況類似，從而會產生遺留的氣泡。因而該方法不能很好地解決上述問題。
本發(fā)明者們?yōu)榱私鉀Q現(xiàn)有技術的太陽能電池組件中存在的上述問題已進行了認真的研究，并完成了本發(fā)明。
也就是說，本發(fā)明者們已對于現(xiàn)有技術的太陽能電池組件的上述覆蓋材料的問題進行了實驗研究，并已發(fā)現(xiàn)通過下述一種方法在不使用在現(xiàn)有技術中使用的玻璃纖維的情況下可解決現(xiàn)有技術的太陽能電池組件的上述問題，在該方法中，用一種充填材料對光電元件(太陽能電池)進行密封并且把具有一種包含一個硬樹脂層的多層結構的一種表面覆蓋材料配置在該光電元件的光接收表面?zhèn)取?br> 在上述認識的基礎上，已完成本發(fā)明。
本發(fā)明的一個主要目的是提供一種改善了的太陽能電池組件，該電池組件具有一種可滿足該太陽能電池組件所要求的性能的表面覆蓋材料，而不需在現(xiàn)有技術中使用的玻璃纖維，從而可解決現(xiàn)有技術的太陽能電池組件的上述問題。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有表面覆蓋材料的太陽能電池組件，該表面覆蓋材料擅長于耐氣候性、耐熱性和與一個光電元件(太陽能電池)的粘附性，并且具有保護該光電元件使之免受來自外部所加力)外部壓力)的作用和把該光電元件由于濕氣滲入而導致的性能變壞抑制到最低限度的功能，從而在較長的時期內得到所希望的轉換效經。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種改善了的太陽能電池組件，該電池組件包括用一種充填材料密封的光電元件(太陽能電池)和一種配置在該光電元件的光接收表面?zhèn)鹊?、具有三層結構的覆蓋材料，其中上述覆蓋材料包括一個硬樹脂層(其硬度在肖氏D級硬度中是50或更高)；一個粘附層(其功能是吸收其波長使該硬樹層性能變壞的紫外線和透過該光電元件產生電能所必需的紫外線，并且也具有一種層粘附的功能)；以及一個在耐氣候性方面性能良好的最外層(該樹脂本身在耐熱、光和潮濕的穩(wěn)定性方面性能良好)。以上述硬樹脂層、粘附層和最外層的順序進行層疊，因此即使在加上外力(外部壓力)時，該光電元件的性能穩(wěn)定，該表面覆蓋材料在耐氣候性、耐熱性和耐濕性方面性能良好，故不會產生任何分裂現(xiàn)象，而且即使將該組件在室外使用較長的時期，該光電元件的性能也不會變壞，這樣就能得到所希望的光電轉換效率。


圖1是本發(fā)明的一個太陽能電池組件的一個實施例的一個示意性截面圖；圖2是用于圖1中示出的太陽能電池組件的一個太陽能電池元件的一個實施例的一個示意性截面圖；圖3是刮痕試驗的一個示意性說明圖；圖4是顯示本發(fā)明的一個太陽能電池組件的一個實施例的組成部件的一個視圖；圖5是顯示一種現(xiàn)有技術的太陽能電池組件的組成部件的一個視圖；以及圖6是顯示一種現(xiàn)有技術的太陽能電池組件的另一個實施例的組成部件的一個視圖。
實施例本發(fā)明是為了解決在現(xiàn)有技術的太陽能電池組件中存在的上述問題和達到上述目的。本發(fā)明的太陽能電池組件具有以下結構。也就是說，該太陽能電池組件包括用一種充填材料密封的一個光電元件(太陽能電池)和一種配置在該光電元件的光接收表面?zhèn)鹊?、具有一種三層結構的覆蓋材料，其中上述覆蓋材料包括一個硬樹脂層(其硬度在肖氏D級硬度內是50或更高)；一個粘附層(其功能是吸收其波長使該硬樹脂層性能變壞的紫外線和透過該光電元件產生電能所必需的紫外線，并且也具有一種層粘附的功能)；以及一個在耐氣候性方面性能良好的最外層(該樹脂本身在耐熱、光和潮濕的穩(wěn)定性方面性能良好)。以上述硬樹脂層、粘附層和最外層的順序進行層疊。在本發(fā)明的太陽能電池組件中的具有上述三層結構的覆蓋材料包含下述功能(1)防止該光電元件受到一種外部壓力的作用，從而保護該太陽電池；(2)滿足為該太陽能電池組件所必需的耐氣候性、耐熱性、耐濕性和耐刮性方面的要求；(3)保證與該光電元件(太陽能電池)的粘附性；(4)把由濕氣滲入引起的該光電元件的性能變壞抑制到最低程度；以及(5)在較長的時期內得到該光電元件的所希望的轉換效率。
以下將詳細地描述具有根據(jù)本發(fā)明的上述結構的太陽能電池組件。
圖1是本發(fā)明的一個太陽能電池組件的一個示意性截面圖。在圖1中，標號101表示一個硬樹脂層；102是一個粘附層；103是一個最外層；104是一個充填材料層；105是一個光電單元；以及106是一個背面絕緣層。在圖1內示出的太陽能電池組件中，目光穿過該最外層103照射進來，通過粘附層102、硬樹脂層101和充填材料層104到達光電元件105。這樣一來，通過該光電元件105產生一個電動勢。
以下將描述本發(fā)明的太陽能電池組件的每個構件。
硬樹脂層硬樹脂層101由一種樹脂制成，該樹脂的硬度為肖氏D級硬度的50或更高。要求該硬樹脂層101在透明度方面性能良好，并且顯示出很強的抵抗外部施加壓力等的性能。該硬樹脂層由高密度聚乙烯(肖氏D級硬度為60或更高)、聚碳酸酯(肖氏D級硬度為70或更高)、是一種聚酯樹脂的聚對苯二甲酸乙二醇酯(肖氏D級硬度為80或更高)、多芳基化合物(肖氏D級硬度為70或更高)或聚酰胺樹脂(肖氏D級硬度為70或更高)制成。這些樹脂的特定例子包括聚碳酸酯、作為一種聚酯樹脂的聚對苯二甲酸乙二醇酯和多芳基化合物是較為可取的。將這些樹脂的每一種以膜層的形式來使用是較為可取的。在這些樹脂中，聚碳酸酯膜的機械強度是非常高的，而該膜在耐氣候性方面性能較差，但通過用粘附層來屏蔽紫外線使得在變色和機械強度方面的性能下降是困難的，其結果是這種膜足以可供實際應用。在聚對苯二甲酸乙二醇的情況下，采用其雙軸取向的膜是較好的，這是由于該膜的機械強度是非常高的，而且不會被外加壓力撕開和戳穿。該多芳基化合物樹脂膜具有很高的耐熱溫度，因此能很好地經受住在高溫下的工作。為了在不降低透光率的情況下保持足夠的機械強度，該硬樹脂層101的厚度在25至200μm的范圍內是較為可取的，如在75至125μm的范圍內則為可取。
順便說說，在用于現(xiàn)有技術的太陽能電池組件的硬樹脂膜中，為了改善耐氣候性，已知有一種包含一種紫外線吸收劑的類型。但是，所形成的這樣一種硬膜的層吸收波長小于約400mn的光，這樣就降低了該光電元件的轉換效率。因此，在本發(fā)明中不使用這種硬膜。
對用于硬樹脂層101的上述硬樹脂膜進行電暈放電處理臭氧化或涂底劑處理用以保證與充填材料104和粘附層102的粘附性是較為可取的。
粘附層要求粘附層102顯示出一種保護硬樹脂層101使之免受紫外線照射以及透過該光電元件的光電轉換所必需的光的功能。此外，必須保證該粘附層102與最外層103和硬樹脂層101的粘附強度。在光電元件由α—Si構成并具有許多個光電轉換層的情況下，在各光電轉換層內進行光電轉換的光的波長是互不相同的。如果通過粘附層102屏蔽3把短波長的光轉換為電能的某一層所必需的光的話，則會減少在該光電轉換層內產生的電流，從而降低該光電元件的轉換效率。為了防止該光電元件的轉換效率的降低，該粘附層102由一種特定的樹脂膜制成，該樹脂膜具有一個總的透射率，對波長400nm以上的光該透射率是90％以上、對波長為380nm的光是50％以上、對波長350nm以下的光是10％以下是較為可取的，如對波長400nm以上的光該透射率是95％以上、對波長為380nm的光是80％以上、對波長350nm以下的光是5％以下則更為可取。為了得到該粘附層的這種總的透光率，該粘附層由一種具有下述的粘附性的樹脂所形成，以規(guī)定的量在該樹脂中混入下述紫外線吸收劑。此外，要求該粘附層102對于用于光電轉換的光是透明的?？蓾M足對該粘附層的要求和能形成所希望的粘附層的樹脂的具體例子包括乙烯—乙酸乙烯共聚物(EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、硅樹脂和丙烯酸樹脂。在粘附層102的粘附強度不足的情況下，可采用硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸鹽偶聯(lián)劑來增加粘附強度。在構成該粘附層102的上述粘附樹脂中加入一種紫外線吸收劑以使該粘附層得到所希望的紫外線屏蔽功能是較為可取的。所使用的紫外線吸收劑包括有機紫外線吸收劑和無機紫外線吸收劑。可使用苯基系列、水楊酸鹽系列、苯并三唑系列和丙烯腈系列的紫外線吸收劑作為該種有機紫外線吸收劑是較為可取的。該有機紫外線吸收劑的具體例子包括2—羥基—4—甲氧基二甲丙酮，2—羥基—4—n—辛氧基二甲丙酮和2—(2—羥基—5—t—辛苯基)—苯并三唑是更為可取的。該無機紫外線吸收劑的具體例子包括TiO2、CeO2、ZnO和SnO2是較為可取的。
最外層最外層103對于熱、光和潮濕是穩(wěn)定的(在耐氣候性方面性能良好)這一點是重要的。此外，希望該最外層能防止因沾污導致該光電元件的效率的降低。為此目的，希望該最外層抗水性良好。按照與水的接觸角，抗水性是50°或更高是較為可取的，如抗水性是70°或更高則更為可取。最外層103由氟樹脂或硅樹脂形成。在較佳的方式下，最外層103由氟樹脂形成。氟樹脂的具體例子包括四氟乙烯—乙烯共聚物、氯化三氟乙烯樹脂、四氟乙烯—全氟烷基乙烯醚共聚物、四氟乙烯—六氟丙烯、氟乙烯叉和氟乙烯樹脂。對由這種樹脂制成的最外層進行電暈處理、臭氧化或涂底劑處理以保證其與粘附層102的粘附強度是較可取的。
充填材料層要求充填材料層104在背面絕緣膜101與光電元件105間和在光電元件105與硬樹脂層101間具有一定的粘附強度。該充填材料層必須是熱塑性的，以便填平在光電元件105上的凹凸不平之處和使硬樹脂層平整。要求配置在光電元件105的光入射一側的充填材料層是透明的。該充填材料層104由乙烯—乙酸乙烯共聚物(EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、硅樹脂、環(huán)氧樹脂或丙烯酸樹脂制成。配置在背面上的充填材料層可以是不透明的。用于充填材料層的樹脂可加入一種交聯(lián)劑、防熱氧化劑等以便改善耐熱性，而且也可加入一種紫外線吸收劑或防光氧化劑以便改善光穩(wěn)定性。在充填材料層與光電元件間的粘附強度是不足的情況下，可通過加入一種硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸鹽偶聯(lián)劑來改善粘附強度。
光電單元(太陽能電池)本發(fā)明的光電元件103的構成方式是至少在一個導電襯底上形成作為一個光電轉換部件的一個半導體光敏層。圖2是顯示該光電元件的一個實例的結構的一個示意圖。在圖2中，標號201表示一個導電襯底，202是一個背面反射層，203是一個半導體光敏層，204是一個透明導電層，以及205是一個收集電極。該導電襯底201的功能是作為該光電元件(太陽能電池)的一個底座，也起到一個下電極的作用。該導電襯底201例如由硅、鉭、鉬、鎢、不銹鋼、鋁、銅、鈦、碳片、鍍鉛鋼板、帶有一個導電層的樹脂膜或陶瓷組成。在該導電襯底201上可形成一個金屬層、一個金屬氧化層或金屬層和金屬氧化層來作為背面反射層202。在這種情況下，該金屬層舉例來說可由Ti、Cr、Mo、W、Al、Ag或Ni構成。該金屬氧化層舉例說由ZnO、TiO2或SnO2構成。該金屬層和該金屬氧化層可通過電阻加熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)或濺射來形成。將該半導體光敏層203用于光電變換，該光敏層203由一種pn結多晶硅、pin結非晶硅或一種化合物半導體(如CuInSe2、CuInS2、GaAs、CdS/Cu2S、CdS/CdTe、CdS/InP或CdTe/Cu2Te)構成。可通過下述一種方法來形成由多晶硅構成的半導體光敏層在該方法中，把熔融的硅模制成薄片或對非晶硅進行熱處理。通過使用硅烷氣體作為一種原材料的等離子CVD(化學汽相淀積)法來形成由非晶硅構成的半導體光敏層。通過離子鍍、離子束淀積、真空蒸發(fā)、濺射或電子淀積來形成由一種化合物半導體構成的半導體光敏層。透明導電層204起到該光電元件(太陽能電池)的上電極的作用。該透明導電層204舉例來說由In2o3、SnO2、In2o3—SnO3—Sno2(ITO)、ZnO、TiO2、Cd2Sno4或一種用雜質進行高摻雜的結晶半導體層構成。可通過電阻加熱蒸發(fā)、濺射、噴鍍、CVD或雜質擴散法來形成該透明導電層204?？稍谠撏该鲗щ妼?04上提供一種柵格狀的收集電極205，以便有效地收集電流。使用一種導電膏來作為用于該收集電極205的材料的一個具體例子，在該導電膏中，把銀、金、銅、鎳或碳的細粉分散在一種粘合劑聚合物中。該種粘合劑聚合物的具體例子包括如聚酯、環(huán)氧樹脂、丙烯、醇酸樹脂、聚乙酸乙烯酯、橡膠、尿烷和苯酚等的樹脂。在使用上述導電膏的情況下，通過一種涂敷法來形成該收集電極。除了該方法外，可通過使用一個掩模圖形的濺射法、電阻加熱法、CVD法、一種圖形形成法(在該法中先在整個表面上蒸發(fā)一個金屬膜，然后通過刻蝕除去不需要的部分)、一種通過光CVD法直接形成一個柵格電極圖形的方法和一種先形成一個柵格電極圖形的一個反圖形的一個掩模然后進行電鍍的方法來形成該收集電極。把輸出端206固定到該導電襯底和該收集電極，以便輸出電動勢。通過下述方法把輸出端固定在該導電襯底上在該方法中，把一個金屬體(如銅接片)通過點焊或焊接連接到該導電襯底上。通過下述方法把輸出端固定在該收集電極上，在該方法中，使用導電膠粘劑或一種焊料207把該金屬體電連接到該收集電極上。在把輸出端固定到該收集電極205上時，提供一個絕緣體208來防止由于該輸出端與該導電襯底和半導體層間的接觸而引起的短路是較為可取的。把具有上述結構的光電元件(太陽能電池)按照所希望的電壓或電流進行串聯(lián)或并聯(lián)連接?？砂言S多個具有上述結構的光電元件集成在一個絕緣襯底上以得到所希望的電壓或電流。
背面絕緣層在具有一個導電襯底的一個光電元件(太陽能電池)的情況下，提供該背面絕緣層106以使該導電襯底與該太陽能電池組件的外部完全絕緣。該背面絕緣層106由尼龍、聚乙烯、聚酯或聚苯乙烯的膜層形成。
以下將參照實施例詳照地描述本發(fā)明。此外，本發(fā)明不局限于這些實施例。
實施例1在本實施例中，制成具有在圖1中示出的結構的一種太陽能電池組件。
首先，制成一個背面絕緣層部件401、一個背面?zhèn)瘸涮畈牧喜考?02、一個光電元件(太陽能電池)403、一個正面?zhèn)瘸涮畈牧喜考?04、一個硬樹脂層部件405、一個粘附層部件406、和一個最外層部件407。然后把這些部件401至407層疊在一起(如圖4中所示)以制成本發(fā)明的太陽能電池組件。
使用尼龍(由Du Pont公司生產的)商標名DARTEK(厚度75μm)，作為背面絕緣層部件401。
按如下方法制成各個充填材料層部件402和404以及粘附層部件406也就是說，把100份(按重量)的EVA(由Mitsi/Du Pont聚合物化學公司生產的)商標名EVAFLEX 150、1.5份(按重量)的一種交聯(lián)劑(由Penwort公司生產的商標名LUPERSOL、0.3份(按重量)的一種紫外線吸收劑(由Cyanamid公司生產)商標名Cyasorb 531、0.2份(按重量)的一種防氧化劑(由Uniroyal公司生產)商標名Nowguard P和0.1份(按重量)的一種光穩(wěn)定劑(由Chibaguigy公司生產)商標名Chinubin 770混合在一起，把由此得到的混合物通過有一個T形壓模的一個擠壓機進行擠壓成形，從而以一種膜的形式制成各個部件。由此制成的作為粘附層部件406的膜的厚度是100μm。作為各個充填材料層部件402和404的膜的厚度是150μm。
按如下方法制成具有圖2中示出的結構的光電元件403也就是說，首先制成事先清洗好的帶狀的不銹鋼襯底201。在該襯底上通過濺射法依次形成一個Al層(厚度5000A)和一個ZnO層(厚度5000A)作為背面反射層202。然后通過等離子CVD法制成一種級聯(lián)型的α—Si光電轉換半導體層203，該層的結構如下n—層(膜厚150A)/i—層(膜厚4000A)/p—層(膜厚100A)/n—層(膜厚100A)/i—層(膜厚800A)/p—層(膜厚100A)。在這種情況下，使用SiH4、PH3和H2的一種混合氣體來形成n型α—Si層；使用SiH4和H2的一種混合氣體來形成i型α—Si層，以及使用SiH4、BF3和H2的一種混合氣體來形成P型微細晶粒μc—Si層。接著通過下述方法形成作為透明導電層204的一個In2O3薄膜(厚度700A)在該方法中，通過電阻加熱在一種O2氣氛下蒸發(fā)In。把由此得到的樣品切成許多元件(尺寸30cm×15cm)。在許多個元件中選出二個，通過使用銀膏(由Du Pont公司生產的)商標編號#5007的絲網，印制在每個元件上形成一個收集柵格電極205，由此得到一個太陽能電池元件。通過使用銀膏(由Kesuru公司生產的)商標編號#220的粘合以及經過一個銅接片(厚度50μm)把二個太陽能電池元件互相串聯(lián)連接起來。此外，使用一個銅接片(厚度50μm)和銀膏(商標編號#220，由Kesuru公司生產)從該不銹鋼襯底處固定一個輸出端。接著為該元件提供一個聚酰胺樹脂膜(商標名Kapton，(厚度50μm)由3M公司生產)作為在圖2中示出的絕緣體208，并且使用一個銅接片(厚度50μm)和銀膏(商標編號#220，由Kesuru公司生產)連接另一個輸出端。這樣一來就制成光電元件403。
制成一個聚碳酸酯膜(商標名IUPILON(厚度100μm，硬度在肖氏D級硬度內是52)，由三菱氣體化學公司生產)作為硬樹脂層部件405。把該聚碳酸酯膜與充填材料和粘附層的粘合表面進行電暈放電處理。
制成作為一個氟樹脂膜的一個ETFE(商標名AFLEX(厚度50μm)，由朝日玻璃公司生產)來作為最外面的樹脂部件407。對該ETFE膜與粘附層的粘合表面進行電暈處理。
在具有加熱源的鋁板(厚度20mm)上，以背面絕緣層部件401、背面?zhèn)瘸涮畈牧蠈硬考?02光電元件403、正面?zhèn)瘸涮畈牧蠈硬考?04、硬樹脂層部件405、粘附層部件406和最外層部件407的順序把它們層疊起來從而得到一個層疊體。把一塊耐熱硅橡膠(厚度3mm)放在該層疊體上。其后通過真空泵在10mmHg的真空中對該層疊體的內部進行抽真空。在該情況下使用一個O形環(huán)作為一個密封墊。在進行充分的抽真空之后，對該層疊體進行加熱，從室溫升到150℃，并在150℃處維持20分鐘。這樣就得到一個太陽能電池組件。采用上述方法得到許多個太陽能電池組件。
對由此得到的太陽能電池組件用下述方法進行性能檢測。
刮痕試驗刮痕試驗是用于檢查該太陽能電池組件的表面覆蓋材料對抗來自外部施加的刮痕的保護能力是否充分。在該試驗中，首先讓一個不銹鋼刀片302以152.4mm/秒的速度在箭頭D的方向上沿該太陽能電池組件的表面移動，同時加上一個4磅的力(F)。通過下述方法來進行該試驗的性能測定在該方法中，在該刮痕試驗后以下述方式進行高壓介質擊穿試驗，而合格標準是這樣確定的，即如在某個太陽能電池組件內所產生的漏電流小于50μA，則認為該電池組件的性能是可以接受的。該刮痕試驗是在該接片的上部和外部表面上進行的，這是因為該連接部件位于該太陽能電池部件內的最高位置處。以下將描述該高壓介質擊穿試驗。把經過該刮痕試驗后的太陽能電池組件的陽極和阻極進行短路。把由此得到的樣品浸在一個電導率為3500ohm.cm的溶液中(包含0.1wt％的TritonX—100(商標名)作為一種表面活性劑)。此時把該刮痕部分浸在該溶液中，而不把該樣品的輸出端浸在該溶液中。把電源的阻極浸在該溶液中，把該電源的陽極連接到該樣品的輸出端。在加上2000V電壓的條件下進行該測定。根據(jù)下述標準在表1中示出測定結果即，記號○表示只有一個小于0.5μA的電流能流過的情況，記號×表示一個0.5μA或更大的電流能流過的情況。
雹子沖擊試驗進行雹子沖擊試驗來檢查一個太陽能電池組件的內部對抗一個外部壓力的保護能力是否存在。以下述方法來進行該試驗即，讓十個直徑為1英寸的冰球以23.2米/秒的速度撞擊一個太陽能電池組件中機械強度較弱的各個部分(該光電元件的中心，該組件的角部，邊緣，該光電元件的連接部分)。對于經過上述試驗的太陽能電池組件在分離與碎裂現(xiàn)象存在與否和光電轉換效率方面進行性能測定和檢驗。對于分離與破裂現(xiàn)象存在與否的檢驗憑肉眼觀察就可以進行。通過下述方法來進行關于光電轉換效率的檢驗在該方法中，測量該雹子沖擊試驗前后的光電轉換效率并且檢查二者的變化率。按照下述標準在表1中示出所測定的結果記號◎表示完全未觀察到分離和破裂現(xiàn)象而且該變化率小于5％的情況，記號○表示少量地觀察到分離和破裂現(xiàn)象但該變化率小于5％的情況，以及記號×表示常常觀察到分離和破裂現(xiàn)象而且該變化率是5％或更高的情況。
高溫/高濕下的粘附力把一個太陽能電池組件在85℃/85％(相對濕度)的條件下保存100小時，并通過一種交叉型的分離法在85℃/85％(相對濕度)的條件下定性地測定在該覆蓋材料的端部處的該太陽能電池組件的粘附強度。根據(jù)下述標準在表1中示出所測定的結果即，記號◎表示粘附強度是良好的情況，記號○表示粘附強度足以在實際中被應用的情況，記號×表示粘附強度不足的情況。
耐氣候性對太陽能電池組件進行加速的耐氣候性試驗。具體地說，太陽能電池組件放在日光氣候儀表內并使其經受5000小時的光發(fā)射和下雨的循環(huán)，在此之后對其在外觀變化和光電轉換效率方面進行檢測。憑肉眼觀察來檢驗外觀變化，按下述標準在表1中示出所檢驗的結果即，記號◎表示完全未觀察到外觀變化的情況，記號○表示少量地觀察到外觀變化但是足以在實際中被使用的情況，以及記號×表示因為觀察到分離、破裂和變色現(xiàn)象以致該外觀不能在實際中被使用的情況。
通過下述方法來檢驗光電轉換效率在該方法中，測量在試驗后的該太陽能電池組件的光電轉換效率，把該測量值與試驗前的光電轉換效率(把它取為1)相比較，以得到一個相對值。因此在表1示出的值是相對值。此外，略去非晶硅的光電元件本身的性能變壞。
對抗溫度變化的耐久性使太陽能電池組件經受50次的試驗循環(huán)(-40℃/1小時85℃/小時)，用肉眼觀察來檢驗該太陽能電池組件的外觀。按照下述標準在表1中示出該檢驗結果即，記號◎表示完全未觀察到外觀變化的情況，記號○表示少量地觀察到外觀變化但足以在實際中被使用的情況，以及記號×表示因為觀察到分離、破裂和變色現(xiàn)象故其外觀較差從而嚴重地影響其可靠性的情況。
實施例2除了把用于硬樹脂層405的樹脂由聚對苯二甲酸乙二醇酯膜(商標名LUMIRROR(厚度50μm，硬度在肖氏D級硬度中是90)，由TORAY工業(yè)生產)來代替之外，采用與實施例1相同的工藝過程來得到許多太陽能電池組件。
對于由此得到的太陽能電池組件采用與實施例1相同的方法進行檢測。在表1示出所檢測的結果。
實施例3除了把用于硬樹脂層405的樹脂由多芳基化合物膜(商標名EMBLATE(厚度100μm，硬度在肖氏D級硬度中是77)，由UNITIKA生產)來代替之外，采用與實施例1相同的工藝過程來得到許多太陽能電池組件。
對于由此得到的太陽能電池組件采用與實施例1相同的方法進行檢測。在表1中示出所檢測的結果。
實施例4除了把用于粘附層部件406的樹脂用丁縮醛樹脂來代替之外，采用與實施例1相同的工藝過程來得到許多太陽能電池組件。
把由此得到的太陽能電池組件采用與實施例1相同的方法進行檢測。在表1中示出所檢測的結果。
實施例5除了把用于粘附層部件406的樹脂用甲基丁基—甲基丙烯酸酯共聚物來代替之外，采用與實施例1相同的工藝過程來得到許多太陽能電池組件。
把由此得到的太陽能電池組件采用與實施例1相同的方法進行檢測。在表1中示出所檢測的結果。
比較1首先制成一個背面絕緣層部件501、一個背面?zhèn)瘸涮畈牧蠈硬考?02、一個光電元件(太陽能電池)503、一個正面?zhèn)瘸涮畈牧蠈硬考?04和一個最外層部件505。然后采用與實施例1相同的工藝過程如在圖5中所示，把這些部件層疊在一起。
把背面絕緣層部件501、背面?zhèn)瘸涮畈牧蠈硬考?02、光電元件(太陽能電池)503和最外層部件505做得與實施例1中的相應部件相同。采用與實施例1相同的工藝過程制成正面?zhèn)瘸涮畈牧蠈硬考?04，所不同的是其厚度變?yōu)?50μm。由此來得到許多個太陽能電池。
采用與實施例1相同的方法對由此得到的太陽能電池組件進行檢測。在表1中示出所檢測的結果。
比較例2除了把最外層部件505的厚度變?yōu)?00μm之外，采用與比較例1相同的工藝過程來得到許多太陽能電池組件。
采用與實施例1相同的方法對由此得到的太陽能電池組件進行檢測。在表1中示出所檢驗的結果。
比較例3首先，制成一個背面絕緣層部件601、一個背面?zhèn)瘸涮畈牧蠈硬考?02、一個光電元件(太陽能電池)603、一個玻璃纖維增強部件604、一個正面?zhèn)瘸涮畈牧蠈硬考?05、一個玻璃纖維增強部件606和一個最外層部件607。然后采用與實施例1相同的工藝過程，如圖6中所示，把這些部件層疊在一起以制成一個太陽能電池組件。
把背面絕緣層部件601、背面?zhèn)瘸涮畈牧蠈硬考?02、光電元件(太陽能電池)603和最外層部件607做得與實施例1中的相應部件相同。采用與實施例1相同的工藝過程制成正面?zhèn)瘸涮畈牧喜考?04，所不同的是把厚度變?yōu)?50μm。采用非編織的玻璃纖維簾布(商標名Crane glass 230，由Crane Glass公司生產)來作為各個玻璃纖維增強部件604和606。由此得到許多個太陽能電池組件。
采用與實施例1相同的方法對由此得到的太陽能電池組件進行檢測。在表1中示出所檢測的結果。
從表1中可明顯看出，在本發(fā)明的太陽能電池組件中，即使在加上任何外力時，該光電元件的性能也是穩(wěn)定的，該表面覆蓋材料在耐氣候性、耐熱性和耐濕性方面性能是良好的，不產生任何分離現(xiàn)象，而且即使在室外使用很長時期也可防止該光電元件的性能變壞，從而可得到所希望的光電轉換效率。
具體地說，本發(fā)明的太陽能電池組件包括一個用一種充填材料密封的光電元件(太陽能電池)和一種具有三層結構的覆蓋材料(把該三層結構配置在該光電元件的光接收面上)，其中上述覆蓋材料包含一個硬樹脂層(其硬度在肖氏D級硬度中是50或更高)、一個粘附層(其功能是吸收其波長使上述硬樹脂層性能變壞的紫外線而透過該光電元件的電能產生所必需的紫外線以及具有一種層粘附功能)和一個在耐氣候性方面性能良好的最外層(該樹脂本身在耐熱、光和潮濕的穩(wěn)定性方面性能良好)，以上述硬樹脂層、粘附層和最外層的順序把它們層疊起來。因此本發(fā)明的太陽能電池組件可得到以下的效果(1)使該光電元件免受外部所加壓力的作用，從而保護該太陽能電池；(2)滿足對該太陽能電池組件來說是必需的耐氣候性、耐熱性、耐濕性和耐刮性；(3)保證與該光電元件(太陽能電池)的粘附性；(4)把由于濕氣滲入引起的該光電元件(太陽能電池)的性能變壞抑制到最低溫度；以及(5)在較長的時期內達到該光電元件的所希望的轉換效率。
權利要求
1.一種包括一個具有作為一個光轉換部件的一個半導體光敏層的光電元件的太陽能電池組件，上述光電元件被一種充填材料所密封，其中在上述光電元件的光接收表面?zhèn)纫砸粋€硬樹脂層、一個粘附層和一個最外層的順序把上述三層層疊在一起。
2.按權利求1中所述的一種太陽能電池組件，其中上述硬樹脂層是由一種其硬度在肖氏D級硬度中是50或更高的樹帛脂制成。
3.按權利要求1或2中所述的一種太陽能電池組件，其中上述硬樹脂層是從聚碳酸酯樹脂和聚酯樹脂中選出的一種。
4.按權利要求1至3的任一項中所述的一種太陽能電電池組件，其中上述硬樹脂層的厚度在50至125μm的范圍內。
5.按權利要求1至4的任一項中所述的一種太陽能電池組件，其中上述粘附層是由一種混有一種紫外線吸收劑的熱塑性樹脂制成。
6.按權利要求5中所述的一種太陽能電池組件，其中上述粘附層具有一個總的透射率，對于波長在400nm以上的光該透射率是90％以上；對于波長是380nm的光是50％以上；對于波長350nm以下的光是10％以下。
7.按權利要求5或6中所述的一種太陽能電池組件，其中上述粘附層的熱塑性樹脂是以乙烯一乙酸乙烯共聚物(EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、硅樹脂和丙烯酸樹脂中選出的一種。
8.按權利要求1至7的任一項中所述的一種太陽能電池組件，其中上述粘附層的厚度是在50至200μm的范圍內。
9.按權利要求1至8的任一項中所述的一種太陽能電池組件，其中上述最外層是由一種其對水的接觸角是70°或更高的范圍內的樹脂制成。
10.按權利要求9中所述的一種太陽能電池組件，其中上述最外層是由氟樹脂制成。
11.按權利要求1至10的任一項中所述的一種太陽能電池組件，其中上述半導體光敏層是一種非晶半導體薄膜。
12.按權利要求11中所述的一種太陽能電池組件，其中上述非晶半導體薄膜是由非晶硅制成。
全文摘要
一種太陽能電池組件，它包括一個將一種充填材料密封的光電元件(太陽能電池)和一種具有一個配置在該光電元件的光接收面上的三層結構的覆蓋材料，其中上述覆蓋材料包含一個硬樹脂層(其硬度為肖氏D級硬度的50或更高)、一個粘附層(其功能是吸收其波長會使上述硬樹脂層性能變壞的紫外線而透過該光電元件的電能產生所必需的紫外線以及具有一種粘附功能)和一個在耐氣候性方面性能良好的最外層(該樹脂本身在耐熱、光和潮濕的穩(wěn)定性方面性能良好)，以硬樹脂層、粘附層和最外層的順序把這三層層疊在一起。
文檔編號H01L31/0392GK1116458SQ94190926
公開日1996年2月7日 申請日期1994年9月30日 優(yōu)先權日1993年9月30日
發(fā)明者山田聰, 森隆弘, 片岡一郎, 糸山誠紀 申請人:佳能株式會社