CN101404298A - 一种光伏组件及其生产工艺和应用 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种光伏组件及其生产工艺和应用，包括透光层和带有电极引线太阳能电池层，该太阳能电池层的背电极面设置保护层，该保护层是绝缘性无机材料。其生产工艺为：在透光层上沉积电池层，在电池层上设置保护层；然后嵌入未固化的水泥模具中，最后等水泥固化之后，去除模具。将若干个这种光伏组件嵌入水泥墙体，光伏组件之间通过电极引线串并联，就能得到新型的光伏建筑一体化结构。本发明采用了价格低廉，容易制备的背板代替材料，降低了太阳能电池的封装成本，大大提高了生产效率，同时在作为墙面结构使用中有效保护了太阳能电池。使用和推广本发明将对我国的能源、环保等领域带来极大利益。

Description

一种光伏组件及其生产工艺和应用

技术领域

本发明涉及一种光伏组件，尤其涉及一种薄膜太阳能组件及其生产工艺和应用。

背景技术

传统薄膜太阳能电池结构如图1所示，首先在作为透光层1′的玻璃基底上溅镀和沉积薄膜太阳能电池层2′，然后利用封装胶3′，例如：EVA(Ethylene Vinyl Acetate，乙烯-乙酸乙烯共聚物)胶膜或PVB(Poly VinylButyral，聚乙烯醇缩丁醛)胶膜层压将背板4′和薄膜太阳能电池层2′粘结在一起，作为电池层2′的保护层，实现对电池的封装。但是这样的封装结构价格昂贵；为了达到对电池防水防氧和电绝缘性能的要求，目前使用的背板都是价格昂贵的TPT(Tedlar/Polyester/Tedlar，聚氟乙烯聚酯复合膜)钢化玻璃等，加上封装胶3′，封装的成本占了薄膜太阳能电池原料成本的一半左右；而且封装工艺复杂，设备昂贵且生产效率低；在EVA或PVB层压过程中，往往出现气泡，褶皱，位移等不良现象，工艺调节复杂且耗费时间，往往一片电池的层压需要30分钟左右，生产效率低，为了满足一条生产线的产能，需要多台层压机同时工作，增加了费用和占地面积，给生产带来不便。因此如何减少成本和提高产能是薄膜太阳能广泛应用的重要前提。

另一方面，水泥是常用的价格低廉的建筑材料，且是一种绝缘材料，如果能用它把太阳能电池片封装起来，那将省去封装材料，大量降低成本。不过一般水泥，由于其中的硅酸盐是弱酸强碱盐，因此呈碱性，很容易对传统薄膜太阳能电池的背电极铝(Al)层产生腐蚀。

综上可知，现有技术的缺点是：

1.在太阳能电池的封装过程中，使用了价格昂贵的封装材料。

2.其封装工艺复杂，设备昂贵且生产效率低。

3.将太阳能电池置于水泥墙体使用时，易被腐蚀。

所以有必要设计一种经济合理的新型光伏组件结构，其能有效适用于水泥墙面，实现一种新型的建筑光伏一体化(Building IntegratedPhotovoltaics，BIPV)结构使用和推广这种新型的绿色组件，必将为我国的环保节能做出贡献。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的光伏组件及其生产工艺和应用，它能减少光伏组件生产的成本并扩大了光伏组件的应用领域。

本发明的构思是：首先在玻璃基底上沉积太阳能电池层，太阳能电池层包括前电极，光吸收层和背电极层，焊接汇流条及引出电极引线，然后溅镀或者沉积一层防腐蚀的保护层，如氮化硅(Si3N4)，二氧化硅(SiO2)，氧化铝(Al2O3)等，价格低廉、具备良好的防水防氧和电绝缘性能的材料，提高了对电池核心部件的保护效果，再将这样的电池片放入装有新配制尚未固化的水泥的模具中，生产出来的产品就可以当作建筑贴砖使用。

为了实现上述目的，本发明的一种光伏组件，包括透光层，太阳能电池层，电极引线以及设置于太阳能电池层的背电极层后面的保护层，该保护层是绝缘性无机材料。

优选地，所述保护层的材料是氮化硅、二氧化硅、氧化铝中的一种。

优选地，所述保护层的厚度在10nm～50um。

优选地，所述透光层是玻璃。

一种带有光伏组件的水泥建筑构件，包括透光层和带有电极引线的太阳能电池层，以及设置于太阳能电池层的背电极层后面的保护层，所述的保护层是绝缘性无机材料，该光伏组件上除透光层以外的其它表面包覆有水泥层，电极引线穿出水泥层。

优选地，所述保护层的材料是氮化硅、二氧化硅、氧化铝中的一种。

优选地，所述保护层的厚度为10nm～50um。

优选地，所述透光层是玻璃。

一种光伏组件的生产工艺，包括以下步骤：

步骤一、在透光层上沉积电池层，焊接汇流条并引出电极引线；

步骤二、在电池层上包覆一层绝缘性无机材料的保护层，电极引线穿出保护层。

优选地，所述步骤二中，在电池层上磁控溅射保护层。

优选地，所述步骤二中，在电池层上化学气相沉积保护层。

一种带有光伏组件的水泥建筑构件的生产工艺，包括以下步骤：

步骤一、在透光层上沉积电池层，焊接汇流条并引出电极引线；

步骤二、在电池层上包覆一层绝缘性无机材料的保护层，电极引线穿出保护层，制得光伏组件；

步骤三、将制得的光伏组件嵌入未固化的水泥模具中，且电极引线穿出水泥模具，透光层的表面不被遮盖；

步骤四、水泥固化之后，去除模具。

优选地，所述步骤二中，在电池层上磁控溅射保护层。

优选地，所述步骤二中，在电池层上化学气相沉积保护层。

一种光伏组件的应用；所述的光伏组件嵌入水泥尚未固化的建筑物外墙面上，相邻的光伏组件的电极引线电连接。

带有光伏组件的水泥建筑构件的应用；所述的水泥构件用于建筑物外墙上，构件上的电极引线电连接。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：

1.氮化硅、二氧化硅、氧化铝等绝缘性无机材料价格低廉，能明显降低太阳能电池的封装成本，避免使用昂贵封装复杂材料。

2.用于封装的建筑用水泥便宜，可显著降低组件生产成本。

3.涉及的模具和设备简单，可降低设备投入。

4.生产过程简单，生产效率显著提高。

5.绝缘性无机保护层能有效隔绝水泥墙体对薄膜太阳能电池的腐蚀，保证其正常工作。

6.建造的外墙结构将墙体的受到光照部分转化为电能，供人们使用，既绿色环保，又利用了能源。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1是现有技术的光伏组件横截面的示意图。

图2是本发明的光伏组件横截面的示意图。

图3是本发明的光伏组件产品的示意图。

图4a-d是本发明的光伏组件产品的生产过程的示意图。

其中，a是光伏组件；b未固化的水泥模具；c是光伏组件嵌入未固化的水泥模具中；d是去除水泥模具的墙砖型光伏组件。

图5是本发明的光伏组件作为墙体电池单元的示意图。

图6是本发明的光伏组件用于电站外墙面的截面的示意图。

附图标号：

[1′]透光层    [2′]电池层    [3′]封装胶   [4′]背板

[1]透光层      [2]电池层      [3]电极引线   [4]保护层

[5]水泥        [6]光伏组件    [7]模具

具体实施方式

下面结合附图2-6，来具体介绍本发明的一种较佳实示例：

如图2所示，本发明的光伏组件，包括依次叠加的作为透光层1的玻璃基底、薄膜型太阳能电池2、和保护层4。薄膜型太阳能电池2两端伸出正、负电极引线3，保护层4由氮化硅制成，其和玻璃基底1组成密封壳体，密封封装除正、负电极引线3部分以外的薄膜型太阳能电池2。由于氮化硅造价低廉，制备工艺成熟，与现有技术使用的材料相比，大大降低了太阳能电池的封装成本，同时，也起到了优秀的绝缘保护作用，有利于大量、大面积的生产和使用。

如图3所示，将光伏组件6的透光层1朝上嵌入水泥5中，且电极引线3穿出绝缘基体，透光层1的表面与水泥5表面持平或略高，不被遮盖，同时保证正、负电极引线3延伸出水泥体。这样就得到了一种新型的墙砖型光伏组件，可以替代常用的瓷砖，外墙砖等，用于建筑物的外墙面，将建筑受到的光照部分转化为电能。水泥墙体是很好的绝缘材料，不会发生漏电事故，同时也加强了本发明的适用领域，使本发明能够成为一种通用性的建筑材料。

光伏组件的生产工艺如下：

步骤一、在1100mm*1400mm玻璃基底1上溅镀和沉积电池层2，包括前电极，吸收层和背电极，电池层的尺寸小于玻璃基底1，并引出电极引线3。

步骤二、在电池层2上设置保护层4，电极引线3穿出保护层4，即密封封装除正、负电极引线3部分以外的薄膜型太阳能电池2。保护层4可以采用磁控溅射或者化学气相沉积的方法制备，其厚度根据需要可以在10nm～50um之间进行选择，同时需兼有防离子渗透和防水防氧的功能，选择Si3N4，SiO2，Al2O3等绝缘性无机材料。可以有效地兼容到太阳电池生产的流水线。

如图4a-d所示，a是光伏组件；b未固化的水泥模具；c是光伏组件嵌入未固化的水泥模具中；d是去除水泥模具的墙砖型光伏组件。使用光伏组件加工成一种用于建筑物外墙的墙砖型光伏组件的产品，其生产工艺需在光伏组件的生产工艺(步骤一和步骤二)后增加下列工序：

步骤三、嵌入未固化的水泥5模具7中，该模具的内尺寸为1120mm*1420mm，且将电极引线3穿出水泥5模具7，保证透光层1的表面与水泥5表面持平，不被遮盖。

步骤四、水泥5固化之后，去除模具7，就得到了1120mm*1420mm的墙砖型的光伏组件6。

对于这种新型结构的光伏组件，由于其较低的成本，具有很广泛的应用领域；下面列举它的两种用途，只是使用本发明的两个光伏建筑一体化结构的实用例，实际的应用并不局限于这两种。

实施例1

如图5所示，建造光伏墙面，使用类似上述墙砖型的光伏组件的制作方法，将光伏组件6直接镶嵌在表面有尚未固化的水泥5的建筑物朝阳的墙面上，相邻的电池片用电极引线3连接在一起实现并联或串联，将所有光伏组件6连接在一起；同时为保证建筑物外表的美观，用尚未固化的水泥覆盖住相邻电池片之间的连接线；类似的，太阳电池也可以在溅镀完保护层之后直接贴合在水泥尚未固化的墙面上，而不需要将光伏组件6制成墙砖后再贴合。

实施例2

如图6所示，光伏组件用于建设光伏电站，可大量减小建设光伏电站的成本和费用。直接将在玻璃基板1上沉积有电池层2和保护层3的电池片放置于水泥尚未固化的基台4之中；水泥基台4要有一定的倾斜角度，倾斜角大小要根据电站建设地的经纬度来选择，充分获得当地的最大日照量；电池片的表面不得被水泥或其他物体遮盖；各个电池片之间的连接通过串并联电极引线相互连接，组成光伏建筑一体化结构。同时，为了增强防水防氧性能，可以在水泥和保护层接缝处涂上适量硅胶。通过使用本发明建造的外墙结构将墙体的受到光照部分转化为电能，供人们使用，既绿色环保，又有效利用了资源，而且比起常用的钢架，可以显著减少投资。

本发明采用了廉价易制的背板材料代替现有昂贵封装复杂材料，降低了太阳能电池的封装成本，大大提高了生产效率，同时在作为墙面结构使用中有效保护了太阳能电池。使用和推广本发明将对我国的能源、环保等领域带来极大利益。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (16)

1、一种光伏组件(6)，包括透光层(1)，太阳能电池层(2)，电极引线(3)以及设置于太阳能电池层(2)的背电极层后面的保护层(4)，其特征在于：该保护层(4)是绝缘性无机材料。

2、如权利要求1所述的光伏组件(6)，其特征在于：所述保护层(4)的材料是氮化硅、二氧化硅、氧化铝中的一种。

3、如权利要求1或2所述的光伏组件(6)，其特征在于：所述保护层(4)的厚度在10nm～50um。

4、如权利要求3所述的光伏组件(6)，其特征在于：所述透光层(1)是玻璃。

5、一种带有光伏组件(6)的水泥建筑构件，包括透光层(1)和带有电极引线(3)的太阳能电池层(2)，以及设置于太阳能电池层(2)的背电极层后面的保护层(4)，其特征在于：该保护层(4)是绝缘性无机材料，该光伏组件(6)上除透光层(1)以外的其它表面包覆有水泥层(5)，电极引线(3)穿出水泥层(5)。

6、如权利要求5所述的带有光伏组件(6)的水泥建筑构件，其特征在于：所述保护层(4)的材料是氮化硅、二氧化硅、氧化铝中的一种。

7、如权利要求6所述的带有光伏组件(6)的水泥建筑构件，其特征在于：所述保护层(4)的厚度为10nm～50um。

8、如权利要求7所述的带有光伏组件(6)的水泥建筑构件，其特征在于：所述透光层(1)是玻璃。

9、一种如权利要求1所述的光伏组件(6)的生产工艺，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、在透光层(1)上沉积电池层(2)，焊接汇流条并引出电极引线(3)；

步骤二、在电池层(2)上包覆一层绝缘性无机材料的保护层(4)，电极引线(3)穿出保护层(4)。

10、如权利要求9所述的光伏组件(6)的生产工艺，其特征在于：所述步骤二中，在电池层(2)上磁控溅射保护层(4)。

11、如权利要求9所述的光伏组件(6)的生产工艺，其特征在于：所述步骤二中，在电池层(2)上化学气相沉积保护层(4)。

12、如权利要求5所述的带有光伏组件(6)的水泥建筑构件的生产工艺，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、在透光层(1)上沉积电池层(2)，焊接汇流条并引出电极引线(3)；

步骤二、在电池层(2)上包覆一层绝缘性无机材料的保护层(4)，电极引线(3)穿出保护层(4)，制得光伏组件(6)；

步骤三、将制得的光伏组件(6)嵌入未固化的水泥模具(7)中，且电极引线(3)穿出水泥模具(7)，透光层(1)的表面不被遮盖；

步骤四、水泥固化之后，去除模具(7)。

13、如权利要求12所述的带有光伏组件(6)的水泥建筑构件的生产工艺，其特征在于：所述步骤二中，在电池层(2)上磁控溅射保护层(4)。

14、如权利要求12所述的带有光伏组件(6)的水泥建筑构件的生产工艺，其特征在于：所述步骤二中，在电池层(2)上化学气相沉积保护层(4)。

15、如权利要求1所述的光伏组件(6)的应用，其特征在于：将光伏组件(6)嵌入水泥尚未固化的建筑物外墙面上，相邻的光伏组件(6)的电极引线(3)电连接。

16、如权利要求5所述的带有光伏组件(6)的水泥建筑构件的应用：其特征在于：将该水泥构件用于建筑物外墙上，构件上的电极引线(3)电连接。

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