CN101490853A - 太阳能电池板及相关方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池板的组件(10)，其包括玻璃板(4)和单片太阳能电池(2)，其中所述单片太阳能电池与所述玻璃板连接。玻璃粉层(12)位于太阳能电池和玻璃板之间，并形成所述玻璃板的表面(4a)和所述太阳能电池的光敏表面(2a)之间的连接。
Description
技术领域
本发明涉及依据权利要求1的前序部分的太阳能电池板组件。本发明还涉及生产太阳能电池板组件的方法。此外，本发明涉及带有上述太阳能电池板组件的太阳能电池板。
背景技术
包括一个或多个单片太阳能电池的太阳能电池板是现有技术中已知的。单片太阳能电池是平板形式的，并且其特征是包括半导体基材，该基材可以是单晶或者是多晶。太阳能电池包含光敏表面，其在入射光下能进行光电转换，结果能产生电能。
除了单晶太阳能电池外，现有技术的太阳能电池板还包括玻璃板、第一塑料连接层、第二塑料连接层和后侧盖板或玻璃板。
太阳能电池的光敏表面面向也被称为覆盖板的玻璃板，并且通过第一塑料连接层与玻璃板的表面连接。太阳能电池的另一面远离玻璃板，通过第二塑料连接层与后侧盖板或玻璃板连接。
所述第一和第二塑料连接层分别负责玻璃板和太阳能电池之间以及太阳能电池和后侧之间的粘合。第一和第二塑料连接层也适于吸收由热膨胀差别导致的上述不同层间的热机械应力。
依据现有技术的太阳能电池板的一些结构缺陷是原材料价格昂贵、制造工艺复杂以及塑料在太阳能电池板使用中老化从而限制其使用寿命。因此，例如连接层的透明度可能降低，这恶化了太阳能电池的效率。所述老化也能降低太阳能电池板的各层之间的粘合，导致太阳能电池板密封性不利地下降。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种太阳能电池板，其克服了上述使用塑料连接层的缺陷。
依据本发明，所述目的通过权利要求1的特征而实现。
这具有的有利结果是在玻璃板和太阳能电池之间提供在使用期间没有任何老化的持久的连接。而且，本发明因此提供单片太阳能电池板作为半成品。所述半成品是耐用的，可以很好地用于构建在其中具有任何期望数量的太阳能电池的太阳能电池板。
在太阳能电池板中使用玻璃粉是薄膜技术应用中已知的。在该类应用中，玻璃粉被用作沿玻璃上层和(薄膜太阳能电池安装在其上的)玻璃基层之间的边缘部分的密封层。所述密封层的功能是将活性太阳能电池与外界真空密封，从而氧气和潮气不会老化和/或退化太阳能电池。
在本发明中，玻璃粉被用作太阳能电池和玻璃上层之间的粘合层。
附图说明
下面将对本发明根据许多本发明的附图、示例性实施方案来进行更详细的解释。所述附图仅用于举例说明本发明的目的，不应被视为对本发明的范围的任何限制，本发明的范围通过所附权利要求来限定。
在附图中：
图1显示现有技术的带有单片太阳能电池的太阳能电池板的横截面；
图2显示依据本发明的太阳能电池板的横截面；
图3显示依据本发明的太阳能电池板组件的横截面；和
图4显示在依据本发明的方法期间使用的温度曲线图。
具体实施方式
图1显示现有技术的太阳能电池板1的横截面。最普通的太阳能电池板1带有单片太阳能电池2，其包括可以是单晶或者是多晶的平板状半导体基层。太阳能电池2包括光敏表面2a，该表面在入射光下能进行光电转换，导致电能产生。
太阳能电池板1还包括玻璃板4、第一塑料连接层4、第二塑料连接层6和后侧薄片或玻璃板7。
太阳能电池的光敏表面2a面向玻璃板4，并通过第一塑料连接层5与玻璃板4的表面4a连接。太阳能电池2的另一个表面2b远离玻璃板，通过第二塑料连接层6与后侧薄片或玻璃板7连接。
第一和第二塑料连接层5、6包含橡胶粘性材料，例如乙烯乙酸乙烯酯(EVA)。后侧薄片或玻璃板7包含例如聚氟乙烯(PVF)如Tedlar或层压板。与太阳能电池2进行电连接的配线未显示。
图1所示的太阳能电池板1通常是以分批法形成。
现有技术的太阳能电池板1的构建包括将玻璃板4、第一塑料连接层5、互相电连接的太阳能电池2、第二塑料连接层6和后侧薄片或玻璃板7放在彼此的上面。
用该方式形成的组件而后在真空层压机中进行处理。将组件置于真空下以去除堆叠部件之间存在的空气。而后将组件加热到一定温度(例如如果使用EVA，加热至约150℃)，在所述温度下塑料连接层5、6的材料被硫化，从而一方面连接玻璃板4和太阳能电池2，另一方面连接太阳能电池2和后侧薄片或玻璃板7。硫化后，将组件从真空层压机中取出，其后将由该方式形成的层压板冷却至室温。
所述构建太阳能电池板的方法具有相对劳动密集、材料密集以及需要相当长的生产时间的缺陷。
图2显示依据本发明的太阳能电池板的横截面。
与上图所用的那些相同的参考数字表示相同的部件。
在第一实施方案中的太阳能电池板10包括玻璃板或上层4、单片太阳能电池2、塑料连接层6和后侧薄片或玻璃板7。
依据本发明，玻璃板4的表面4a通过玻璃粉层12与面对玻璃板4的太阳能电池2的光敏表面2a连接。
所述玻璃粉层包含光学透明的和相对低熔点的玻璃材料，其在玻璃板表面4a和太阳能电池2的光敏表面2a之间产生固定连接。在本文中，术语相对低熔点指玻璃材料在较低的温度下转变成液体、低粘度状态。所述转变温度在太阳能电池制造期间的加工温度以下，并在玻璃板的熔融温度以下。
本发明有利地提供透明的连接层，该连接层与现有技术的塑料连接层5相比不易老化(在相同时长内)。另一个优势是构建太阳能电池板的方法被简化，这在以下进行解释。
而且，玻璃粉连接12能提供光学透明度，其实际上与玻璃板的透明度相当，这对入射光透射入太阳能电池2是有利的。玻璃粉层12的折射率也可以有利地匹配，以将光最佳引入太阳能电池。
选择玻璃粉材料的方式使得其具有的热膨胀系数可以吸收玻璃板4和太阳能电池2之间(由热膨胀系数的不同所导致的)热膨胀的差别。
玻璃粉层12的厚度也在力的(热)平衡中起作用。
如果适当的话，可使玻璃粉层仅部分地覆盖太阳能电池的光敏表面。
图3显示依据本发明的太阳能电池板组件的横截面，在第一制造步骤后。
在制造如图2所示的太阳能电池板10的方法中，在第一步骤中将玻璃板4与单片太阳能电池2连接。
将玻璃粉粉末12b施涂在玻璃板4的表面4a上形成层。这可以例如通过将玻璃粉颗粒在液体中的悬浮液散步在玻璃板表面4a上而完成。
当液体蒸发后，将太阳能电池2置于所述悬浮层上(“取放”(pick-and-place))，在操作期间使光敏表面2a与玻璃粉粉末层12b接触。
液体的蒸发可以通过升高玻璃板的温度来加速。
明显地，可将多个太阳能电池彼此排列。
而后，将由玻璃板4、玻璃粉粉末层12和太阳能电池2构成的组件升至高温。在该高温(即玻璃转化温度)下，玻璃粉粉末变成液体并流出而在玻璃板和太阳能电池之间形成基本上连续的层。在流动期间，进行压实工艺，其间玻璃粉层的多孔性被消除。如果适当的话，可将由玻璃板4、玻璃粉粉末层12b和太阳能电池2构成的组件置于真空下以去除封在玻璃板和太阳能电池之间的气体。
如果适当的话，在流动期间，可在组件上施加压缩力。
流动操作后，降低温度，使玻璃粉层12变为凝固状态(玻璃态)。
这样得到太阳能电池板的半成品组件100。
在进一步的操作中，所述半成品组件100可以通过后侧薄片或玻璃板7被提供有触头。后侧薄片或玻璃板7可以通过上述塑料连接层6与太阳能电池2连接，不同之处在于所述层不再需要是光学透明的。
可适用于本发明的单片太阳能电池类型2是提供后侧触头的太阳能电池类型(即电触头不是位于光敏表面2a上，而是位于另外那个对立的表面2b上)。该属性的太阳能电池类型包括“金属绕通型”(MWT)、“发射体绕通型”(EWT)、“金属环绕型”(MWA)和“背面接合型”(BJ)。
尽管MWT和MWA型太阳能电池在光敏表面2a上的确具有镀金属痕迹2c用于光敏表面的电荷输出或输入，但与其它电路的触点连接在太阳能电池2的对立表面2b上实现了。
适合的玻璃粉粉末优选具有约500℃以下的玻璃温度。玻璃粉悬浮液包含例如硼硅酸盐玻璃粉末和乙醇。基于例如含铅玻璃和其它液体的其它玻璃粉类型也可以被使用。
悬浮液的层厚度应该使得在玻璃粉流动加工后玻璃粉厚度至少等于或大于太阳能电池2的光敏表面2a上的镀金属痕迹的高度。例如，以约100μm的厚度施涂悬浮液。当蒸发、流动和冷却后，依据玻璃粉粉末的粒径分布和基于最高20μm的镀金属痕迹高度，得到玻璃粉层12的厚度为例如约25-50μm。
上述方法能以分批法进行或在线法进行，其中，顺序地将玻璃板放置，施涂玻璃粉悬浮液以及将太阳能电池放置，然后进行热处理以使玻璃粉流动和将玻璃板与太阳能电池彼此连接。
然而，依据本发明的方法也能用带式炉进行，在此情况下由玻璃板、玻璃粉悬浮液和太阳能电池构成的组件通过带式炉，经受温度曲线，使得玻璃粉流动，而后凝固以连接玻璃板和太阳能电池。
在优选的实施方案中，作为附加步骤在玻璃板生产工艺中进行太阳能电池和玻璃板的组装。
图4图解描述了在本发明的方法期间使用的温度曲线图。温度曲线被表示为时间的函数(或在带式炉的情况下作为在带式炉内的位置的函数)。
在第一阶段I中，组件(玻璃板、玻璃粉悬浮液和太阳能电池)保持在略微升高的温度下以使液体从悬浮液中蒸发。在随后的第二阶段II中，将温度升至玻璃粉的玻璃温度Tg，以使玻璃粉能够流动。在该阶段期间，温度Tg在一定的时间内保持恒定。随后的第三阶段III包括冷却，以使玻璃粉层凝固。最后步骤为结束阶段IV，其间将已经形成的组件100取出。
应该注意的是，在该实施例中，第四阶段IV的温度比第一阶段I的温度低。然而，第四阶段IV的温度也可以高于或等于第一阶段I的温度。
应该注意的是，由于玻璃粉材料的非结晶特征，玻璃转化温度Tg(在阶段II中)不被精确确定，不像结晶材料的熔融温度。玻璃粉的流速由材料温度决定。如果在阶段II中使用相对较低的温度Tg，那么流动将因此比使用较高温度Tg时更慢。为了补偿所述动力学效应，应该调整在阶段II中选择的温度下组件的驻留时间。适合的温度Tg优选为约350-约700℃。
还应该注意的是，通过冷却阶段III的速率可能影响在太阳能电池板100中产生的热应力水平，由于在玻璃粉层12中出现的时间依赖性应力松弛效应。
本发明的其它可选的和等价的实施方案在本发明的范围内是可以想到的，其对于本领域内的技术人员是清楚的。本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
Claims (16)
1.太阳能电池板的组件(10；100)，其包括玻璃板(4)和单片太阳能电池(2)，其中所述单片太阳能电池与所述玻璃板连接，而且其中位于该太阳能电池和玻璃板之间的玻璃粉层(12)形成所述玻璃板的表面(4a)和所述太阳能电池的光敏表面(2a)之间的连接。
2.依据权利要求1的组件，其中所述玻璃粉层覆盖所述太阳能电池的光敏表面。
3.依据前述权利要求1或2的组件，其中所述玻璃粉层具有基本上与玻璃板的光学透明度一致的光学透明度。
4.依据前述权利要求1-3之一的组件，其中所述玻璃粉层具有基本上与玻璃板的折射率匹配的折射率，以使光最佳地引入到太阳能电池板中。
5.依据前述权利要求1-4之一的组件，其中所述玻璃粉层具有的热膨胀系数值位于太阳能电池的热膨胀系数和玻璃板的热膨胀系数之间。
6.依据前述权利要求1-5之一的组件，其中所述太阳能电池(2)是下述类型之一：“金属绕通型”、“发射体绕通型”、“金属环绕型”和“背面接合型”。
7.带有依据权利要求1-6之一的组件的太阳能电池板，其还包括塑料连接层(6)和后侧支撑板(7)，其中所述塑料连接层(6)在远离玻璃板(4)的太阳能电池(2)的表面(2b)与后侧薄片或玻璃板(7)的表面之间形成连接。
8.制造包括玻璃板和单片太阳能电池的太阳能电池板组件的方法，其中所述单片太阳能电池与玻璃板连接，并且其中所述方法包括：
-形成连接玻璃粉层(12)作为太阳能电池的光敏表面(2a)和玻璃板的表面(4a)之间的连接。
9.依据权利要求8的方法，其还包括：
-在玻璃板的表面(4a)上施涂玻璃粉粉末层(12b)
-将太阳能电池(2)置于所述玻璃粉粉末层(12b)上，使太阳能电池的光敏表面(2a)面向该玻璃粉粉末层，和
-进行热处理，在此期间
--在第一步骤(II)中，将所述玻璃粉粉末层加热至温度(Tg)，该玻璃粉粉末层在此温度下在太阳能电池的光敏表面(2a)和玻璃板的表面(4a)间变为液体，和
--在第二步骤(III)中，降低温度以使液体玻璃粉凝固形成所述连接玻璃粉层(12)。
10.依据权利要求9的方法，其中所述玻璃粉粉末层(12b)以悬浮液的形式被施涂。
11.依据权利要求10的方法，其中所述热处理包括从悬浮液中蒸发液体的步骤(I)。
12.依据权利要求10或11的方法，其中施涂的所述玻璃粉粉末层(12b)的厚度使得所述连接玻璃粉层(12)的厚度(d)大于太阳能电池(2)的光敏表面(2a)上的镀金属痕迹(2c)的高度。
13.依据权利要求8-12之一的方法，其包括：
-形成玻璃板(4)。
14.依据权利要求9-13之一的方法，其中所述热处理的第一步骤(II)在350℃-700℃下进行。
15.依据权利要求9-14之一的方法，其中至少所述热处理的第一步骤(II)在真空下进行，以去除封在玻璃板(4)和太阳能电池(2)之间的气体。
16.依据权利要求9-15之一的方法，其中至少在所述热处理的第一步骤(II)期间，将压缩力施加在玻璃板(4)和太阳能电池(2)上。
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