CN101300683A - Cis系薄膜太阳能电池模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

得到低成本且具有长期的耐久性的太阳能电池模块。CIS系薄膜太阳能电池模块1是：将加热而交联的乙烯－醋酸乙烯酯(以下、称为EVA。)树脂薄膜3(或片)作为粘接剂，对形成在玻璃基板2A上的CIS系薄膜太阳能电池电路2贴上由廉价且具有耐久性的超白半钢化玻璃等形成的玻璃盖片4。通过使用EVA树脂薄膜3，降低EVA树脂的使用量。在前述交联时进行真空抽气，抽吸从EVA树脂薄膜产生的气体成分，防止产生气泡等。在玻璃基板的与电路设置面相反一面上设置大容量的储能电容器9，储存它的光发电电力。

Description

CIS系薄膜太阳能电池模块及其制造方法
技术领域
本发明涉及由异质结薄膜太阳能电池器件构成的CIS系薄膜太阳能电池模块、其制造方法以及该模块的设置方法，其中，所述异质结薄膜太阳能电池器件使用多元化合物半导体薄膜作为光吸收层。
背景技术
CIS系薄膜太阳能电池模块在近年来被认为可以广泛地实际使用，在美国、德国等被商业化，在日本也活跃地进行高性能化和制造技术的开发。在目前的研究开发中，存在如下特征，即，作为与模块的长期耐久性有关的制作例、通过环境试验进行的评价例，CIS系薄膜太阳能电池模块为薄型、省资源、可大面积地大量生产。但是与其耐久性有关的研究例很少。另一方面，在晶体硅系的太阳能电池模块中，为了维持耐久性，采用如下方法(或结构)：用2张玻璃板等具有透光性的板，对通过带状导线等将多个晶体硅系太阳能电池单元电连接的太阳能电池阵进行夹持，在交联的EVA树脂中埋入该太阳能电池阵或者用交联的EVA树脂封住该太阳能电池阵(例如，参照专利文献1。)。但是，在前述晶体硅系的太阳能电池模块的情况下，除了光入射侧的玻璃盖片以外还需要用于夹持太阳能电池阵的玻璃板(CIS系薄膜太阳能电池模块在玻璃基板上形成太阳能电池模块，因此，玻璃板用1张玻璃盖片就可以。)，因此具有透光性的玻璃板的使用张数增加，而且大量使用昂贵的EVA树脂，因此，成为成本增加的主要原因。CIS系薄膜太阳能电池模块其基本结构与在机械强度较高的玻璃基板上形成多个太阳能电池器件这样的前述晶体硅系的太阳能电池模块不同，正在寻求适合CIS系薄膜太阳能电池模块的耐久结构。
另外，CIS系薄膜太阳能电池模块具有为薄型、省资源、大面积这样的特征，但CIS系薄膜太阳能电池模块所发的电被储存到设在模块外的铅蓄电池、镍氢电池、镍电池、锂电池等二次电池中来使用或者卖电，这些二次电池其蓄电容量、重量以及体积等有问题，不能与太阳能电池模块制成一体结构。
但是，近年来进行了轻量、薄型且大容量的蓄电元件即电容器(例如，参照专利文献2和非专利文献1。)的研究，并考虑到各种各样的用途。
而且，还进行了将太阳能电池模块与前述储能用电容器制成一体结构的尝试(例如，参照专利文献1、非专利文献1以及非专利文献2。)，但是，前述太阳能电池模块为晶体硅系的太阳能电池模块的情况下，由于不像CIS系薄膜太阳能电池模块那样大面积，且未使用机械强度高的玻璃基板，因此为了将太阳能电池模块与储能用电容器制成一体结构，需要另外设置用于维持机械强度的机构部件，存在重量、体积以及成本增大的问题。
专利文献1：日本特开2005-123552号公报
专利文献2：日本特表2001-503197号公报
非专利文献1：Joint Reserch Program of TechnologicalDevelopment in the Private Sectors 26、“CNT应用大容量电容器的制造技术的开发”(第26页)
非专利文献2：Focus NEDO Vol.3No.14、Result & Report成果报告3、“将双电层电容器与面状发光体组合的一体型太阳能模块的开发”(第11页～第12页)
发明内容
发明所要解决的问题
本发明要解决前述那样的问题，本发明的目的在于，得到一种CIS系薄膜太阳能电池模块，其低成本且具有能承受在屋外环境下使用的长期的耐久性。
本发明要解决前述那样的问题，本发明的目的在于，真空脱气后，将EVA树脂薄膜加热熔融扩散，然后在大气压下将EVA树脂薄膜交联，从而防止CIS系薄膜太阳能电池电路中产生气泡。
本发明的其它目的在于降低昂贵的背板(back sheet)的使用量，降低成本。
另外，本发明的其他目的在于，通过在前述CIS系薄膜太阳能电池模块的CIS系薄膜太阳能电池器件部的玻璃基板的背面(与太阳光入射面相反的一面)设置薄型、轻量并且大容量的蓄电器件即储能电容器，可得到低成本并具有长期的耐久性、而且小型、轻量并且具有大容量的蓄电能力的CIS系薄膜太阳能电池模块。
另外，本发明的其他目的在于，通过低成本并具有长期的耐久性、而且具有前述蓄电能力的CIS系薄膜太阳能电池模块，将廉价的夜间电力储存到储能电容器中，将白天的太阳光发电电力使用或卖电，从而减少CIS系薄膜太阳能电池模块的设置或使用成本。
用于解决问题的方法
(1)本发明是CIS系薄膜太阳能电池模块，其由如下结构构成：将加热发生聚合反应而交联的乙烯-醋酸乙烯酯(以下、称为EVA。)树脂薄膜(或片)作为粘接剂，对CIS系薄膜太阳能电池电路(或子模块)贴上由超白半钢化玻璃等形成的玻璃盖片，其中，所述CIS系薄膜太阳能电池电路(或子模块)是在玻璃基板上按照碱性势垒层(alkali barrier layer)、金属背面电极层、光吸收层、缓冲层、窗口层的顺序层叠的多个CIS系薄膜太阳能电池器件部通过导电图案电连接而成的。
(2)本发明是前述(1)所述的CIS系薄膜太阳能电池模块，其由如下结构构成：在前述CIS系薄膜太阳能电池电路(或子模块)的玻璃基板的与光入射面相反一面(与太阳能电池电路设置面相反一面)的外周部贴上背板而成。
(3)本发明是前述(1)或(2)所述的CIS系薄膜太阳能电池模块，在前述玻璃基板的规定位置设置从CIS系薄膜太阳能电池电路面贯通到其相反侧一面的孔，在其内壁上形成导电膜，前述导电膜将CIS系薄膜太阳能电池电路与设置在其相反一侧的面上的电子部件连接。
(4)本发明是前述(1)、(2)或(3)所述的CIS系薄膜太阳能电池模块，前述玻璃基板的与CIS系薄膜太阳能电池电路设置面相反一面设置大容量的储能电容器。
(5)本发明是前述(3)所述的CIS系薄膜太阳能电池模块，前述储能电容器在白天储存前述CIS系薄膜太阳能电池电路的光发电电力、并在夜间储存廉价的夜间电力。
(6)本发明是CIS系薄膜太阳能电池模块的制造方法，在玻璃基板上按照碱性势垒层、金属背面电极层、光吸收层、缓冲层、窗口层的顺序层叠的多个CIS系薄膜太阳能电池器件部通过导电图案电连接形成CIS系薄膜太阳能电池电路(或子模块)，夹设加热发生聚合反应而交联并作为粘接剂起作用的乙烯-醋酸乙烯酯(以下、称为EVA。)树脂薄膜(或片)，而对上述CIS系薄膜太阳能电池电路(或子模块)贴上由超白半钢化玻璃等形成的玻璃盖片。
(7)本发明是前述(6)所述的CIS系薄膜太阳能电池模块的制造方法，真空抽吸交联前述EVA树脂薄膜(或片)时产生的气体成分，防止产生气泡等。
(8)本发明是前述(6)和(7)所述的CIS系薄膜太阳能电池模块的制造方法，其特征在于，在前述CIS系薄膜太阳能电池电路上放上与玻璃基板相同尺寸的薄膜状的EVA树脂薄膜(或片)，在四角放上切成长方形状的EVA树脂薄膜(或片)，在其上放上玻璃盖片，将在该CIS系薄膜太阳能电池电路与玻璃盖片之间夹持前述EVA树脂薄膜(或片)而成的结构体放入真空加热装置，边真空脱气边加热(加热板)到80～120℃，使前述EVA树脂薄膜(或片)熔融扩散到玻璃整面，然后缓慢返回到大气并加压，以140℃～150℃的温度加热(加热板)，将前述EVA树脂薄膜(或片)交联。
发明的效果
本发明通过加热进行聚合反应而进行交联，从而使用EVA树脂薄膜(或片)作为粘接剂，并夹设前述交联的EVA树脂薄膜而将由超白半钢化玻璃等形成的玻璃盖片贴在CIS系薄膜太阳能电池器件部(电路或子模块)上，从而可以得到低成本且具有能承受在屋外环境下使用的长期的耐久性的CIS系薄膜太阳能电池模块。
本发明在将EVA树脂薄膜交联时，通过边真空脱气边加热，可防止CIS系薄膜太阳能电池电路中产生气泡。
本发明通过将在前述CIS系薄膜太阳能电池模块的CIS系薄膜太阳能电池器件部的玻璃基板的背面(与太阳光入射面相反的一面)设置的昂贵的背板设置在模块的一部分(周边部)，从而降低背板的使用量，可得到低成本且具有长期的耐久性的CIS系薄膜太阳能电池模块。
另外，本发明可得到低成本且具有长期的耐久性的CIS系薄膜太阳能电池模块，而且，通过在前述CIS系薄膜太阳能电池模块的CIS系薄膜太阳能电池器件部的玻璃基板的背面(与太阳光入射面相反的一面)设置近年开发并被商品化的薄型、轻量且大容量的蓄电器件即储能电容器，可得到小型、轻量且具有大容量的蓄电能力的CIS系薄膜太阳能电池模块。
另外，本发明通过设置低成本且具有长期的耐久性、以及前述具有蓄电能力的CIS系薄膜太阳能电池模块，将廉价的夜间电力储存到储能电容器中，并使用或卖电白天的太阳光发电电力，由此可设置CIS系薄膜太阳能电池模块或降低使用成本。
附图说明
图1是本发明的CIS系薄膜太阳能电池模块的结构图。
图2是CIS系薄膜太阳能电池模块的基本结构体的结构图。
图3是CIS系薄膜太阳能电池器件的结构图。
图4是在基本结构体上设置储能用电容器的CIS系薄膜太阳能电池模块的结构图。
图5是本发明的设置了变形背板的CIS系薄膜太阳能电池模块的结构图。
符号说明
1     CIS系薄膜太阳能电池模块
2     CIS系薄膜太阳能电池电路
2’   CIS系薄膜太阳能电池器件部
2A    玻璃基板
2B    碱性势垒层
2C    金属背面电极层
2D    光吸收层
2E   缓冲层
2F   窗口层
3    EVA树脂薄膜(或片)
3A   长方形状的EVA树脂薄膜
4    玻璃盖片
5    背板
6    带电缆的连接箱
7    密封材料
8    框
9    储能用电容器
ST   结构体
具体实施方式
本发明涉及CIS系薄膜太阳能电池模块及其制造方法。CIS系薄膜太阳能电池模块1是图1所示的、将多元化合物半导体薄膜用作光吸收层的异质结薄膜太阳能电池，尤其是由CIS系薄膜太阳能电池电路(多个CIS系薄膜太阳能电池器件2’通过图案连接的电路(或子模块))2构成的CIS系薄膜太阳能电池模块，该CIS系薄膜太阳能电池电路具有：Cu-III-VI2族黄铜矿半导体、例如二硒化铜铟(CISe)、二硒化铜铟·镓(CIGSe)、二硒·硫化铜铟·镓(CIGSSe)、二硫化铜铟·镓(CIGS)、或者具有薄膜的二硒·硫化铜铟·镓(CIGSSe)层作为表面层的二硒化铜铟·镓(CIGSe)这样的p形半导体的光吸收层和pn异质结。CIS系薄膜太阳能电池模块1如图2所示形成结构体ST，该结构体ST是在CIS系薄膜太阳能电池电路2上通过作为粘接剂的被交联的EVA树脂等塑料树脂薄膜(或片)3粘接玻璃盖片4而成。而且，如图1所示，在前述结构体ST的背面设置背板5和带电缆的连接箱6，夹设密封材料7而在该结构体ST的外周部安装框8。
另外，前述CIS系薄膜太阳能电池器件部2’如图3所示，是在玻璃基板2A上按照碱性势垒层2B、金属背面电极层2C、p形半导体的光吸收层2D、高电阻的缓冲层2E、n形的透明导电膜形成的窗口层2F的顺序层叠的层叠结构。
本发明的CIS系薄膜太阳能电池模块1的特征在于采用如下结构：将加热发生聚合反应而交联的乙烯-醋酸乙烯酯(以下、称为EVA。)树脂薄膜(或片、以下称为薄膜。)3作为粘接剂，对形成在玻璃基板2A上的CIS系薄膜太阳能电池电路2贴上玻璃盖片4的结构，该玻璃盖片4由较廉价且机械强度高、有耐久性的超白半钢化玻璃等形成。通过使用前述EVA树脂薄膜3，EVA树脂的使用量降低，并可降低制造成本。另外，通过将超白半钢化玻璃用于前述玻璃盖片4，可提高耐久性。
真空抽吸前述EVA树脂薄膜3交联时所产生的气体成分，防止产生气泡等。
下面，详细示出在前述CIS系薄膜太阳能电池电路2上通过作为粘接剂的被交联的EVA树脂等塑料树脂薄膜3粘接玻璃盖片4的结构体ST的制造方法。
在前述CIS系薄膜太阳能电池电路2上放上与玻璃基板2A相同尺寸的EVA树脂薄膜3，再在四角放上切成长方形状的EVA树脂薄膜3A(图示省略)，在其上放上玻璃盖片4，将在该CIS系薄膜太阳能电池电路2与玻璃盖片4之间夹持前述EVA树脂薄膜3和3A而成的结构体ST放入真空加热装置，边真空脱气边加热(加热板)到80～120℃，使前述EVA树脂薄膜熔融扩散到玻璃整面，然后缓慢返回到大气并加压，然后以140℃～150℃的温度加热(加热板)，将前述EVA树脂薄膜3和3A交联。另外，前述在四角放上切成长方形状的EVA树脂薄膜3A的理由是，仅放上与玻璃基板2A相同尺寸的EVA树脂薄膜3的话，加压时熔融的EVA树脂从四角渗出，端变薄，EVA树脂层的厚度不恒定，因此用于补充它。
像前述方法那样，通过边真空脱气边加热而熔融扩散，可以将EVA树脂薄膜3和3A与CIS系薄膜太阳能电池电路2之间以及EVA树脂薄膜3和3A与玻璃盖片4之间残留的空气、以及通过加热从EVA树脂薄膜3和3A产生的气体脱气，从而可防止前述结构体ST中前述空气和从EVA树脂薄膜3产生的气体导致气泡的产生，可防止光的透射率和美观的降低。另外，由于使用薄膜状或片状的EVA树脂薄膜3和3A，因此可降低EVA树脂的使用量降低，并可降低制造成本。
本发明的CIS系薄膜太阳能电池模块1如图1所示，在前述CIS系薄膜太阳能电池电路2的玻璃基板2A的与光入射面相反一面(与太阳能电池电路设置面相反一面)贴上背板5，如图5所示，通过将前述背板5设置在CIS系薄膜太阳能电池模块1的外周部(框8的附近)，可以降低背板5的使用量，并可降低制造成本。
另外，本发明的CIS系薄膜太阳能电池模块1的特征是，预先在前述玻璃基板2A的规定位置设置孔，该孔从CIS系薄膜太阳能电池电路面贯通到其相反一侧的面，在形成金属背面电极层或导电图案时，其内壁上形成导电膜。在CIS系薄膜太阳能电池电路2与在其相反一侧的面上所设置的电子部件连接时，使用前述导电膜。
实施例1
另外，本发明的CIS系薄膜太阳能电池模块1的特征是，如图4所示那样，在前述玻璃基板2A的与CIS系薄膜太阳能电池电路设置面相反一面设置大容量的储能电容器9。在每一个模块中设置与在设置前述储能电容器9的玻璃基板上的CIS系薄膜太阳能电池电路2的发电能力相等CIS系薄膜太阳能电池电路。另外，使用具有CIS系薄膜太阳能电池电路2发电能力以上的蓄电容量的CIS系薄膜太阳能电池电路时，相应于其蓄电容量，与图1所示的不具有储能电容器9的CIS系薄膜太阳能电池模块1组合而设置。另外，具有储能电容器9的CIS系薄膜太阳能电池模块1设置在来自电力公司的电力供给口附近或房顶面的上端、下端、侧端等周边部，从而，在模块1有故障或交换等的时候方便。
实施例2
另外，本发明的CIS系薄膜太阳能电池模块1的特征是，前述具备储能电容器9的CIS系薄膜太阳能电池模块1可以在白天储存前述CIS系薄膜太阳能电池模块1的发电电电力、并在夜间储存廉价的夜间电力，可以降低设置后的维持成本。

Claims (8)

1.CIS系薄膜太阳能电池模块，其特征在于，其由如下结构构成：将加热发生聚合反应而交联的乙烯-醋酸乙烯酯(以下、称为EVA。)树脂薄膜(或片)作为粘接剂，对CIS系薄膜太阳能电池电路(或子模块)贴上由超白半钢化玻璃等形成的玻璃盖片，其中，所述CIS系薄膜太阳能电池电路(或子模块)是在玻璃基板上按照碱性势垒层、金属背面电极层、光吸收层、缓冲层、窗口层的顺序层叠的多个CIS系薄膜太阳能电池器件部通过导电图案电连接而成的。
2.根据权利要求1所述的CIS系薄膜太阳能电池模块，其特征在于，其由如下结构构成：在前述CIS系薄膜太阳能电池电路(或子模块)的玻璃基板的与光入射面相反一面(与太阳能电池电路设置面相反一面)的外周部贴上背板而成。
3.根据权利要求1或2所述的CIS系薄膜太阳能电池模块，其特征在于，在前述玻璃基板的规定位置设置从CIS系薄膜太阳能电池电路面贯通到其相反侧一面的孔，在其内壁上形成导电膜，前述导电膜将CIS系薄膜太阳能电池电路与设置在其相反一侧的面上的电子部件连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的CIS系薄膜太阳能电池模块，其特征在于，前述玻璃基板的与CIS系薄膜太阳能电池电路设置面相反一面设置大容量的储能电容器。
5.根据权利要求3所述的CIS系薄膜太阳能电池模块，其特征在于，前述储能电容器在白天储存前述CIS系薄膜太阳能电池电路的光发电电力、并在夜间储存廉价的夜间电力。
6.CIS系薄膜太阳能电池模块的制造方法，其特征在于，在玻璃基板上按照碱性势垒层、金属背面电极层、光吸收层、缓冲层、窗口层的顺序层叠的多个CIS系薄膜太阳能电池器件部通过导电图案电连接形成CIS系薄膜太阳能电池电路(或子模块)，夹设加热发生聚合反应而交联并作为粘接剂起作用的乙烯-醋酸乙烯酯(以下、称为EVA。)树脂薄膜(或片)，而对上述CIS系薄膜太阳能电池电路(或子模块)贴上由超白半钢化玻璃等形成的玻璃盖片。
7.根据权利要求6所述的CIS系薄膜太阳能电池模块的制造方法，其特征在于，真空抽吸交联前述EVA树脂薄膜(或片)时产生的气体成分，防止产生气泡等。
8.根据权利要求6和7所述的CIS系薄膜太阳能电池模块的制造方法，其特征在于，在前述CIS系薄膜太阳能电池电路上放上与玻璃基板相同尺寸的薄膜状的EVA树脂薄膜(或片)，在四角放上切成长方形状的EVA树脂薄膜(或片)，在其上放上玻璃盖片，将在该CIS系薄膜太阳能电池电路与玻璃盖片之间夹持前述EVA树脂薄膜(或片)而成的结构体放入真空加热装置，边真空脱气边加热(加热板)到80～120℃，使前述EVA树脂薄膜(或片)熔融扩散到玻璃整面，然后缓慢返回到大气并加压，以140℃～150℃的温度加热(加热板)，将前述EVA树脂薄膜(或片)交联。
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