CN101593782A - 太阳能电池板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池板及其制造方法，所述太阳能电池板包括玻璃基板、玻璃背板以及位于玻璃基板和玻璃背板之间的电池单元，所述玻璃基板和玻璃背板的边缘区域通过密封胶层压粘合在一起，所述太阳能电池板的侧边表面具有覆盖所述密封胶的玻璃密封条，且所述玻璃密封条与所述玻璃基板和玻璃背板的侧边端面熔为一体。本发明的太阳能电池板及其制造方法能够增强薄膜太阳能电池板的密封性能，延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及光伏太阳能电池技术领域，特别涉及一种太阳能电池板及其制造方法。
背景技术
太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，将电能送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。概括地讲，太阳能电池板包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、薄膜硅太阳能电池等多种类型，目前，氢化非晶硅或纳米硅薄膜太阳能电池以其具有透明或半透明的玻璃外观，成本低、适合大面积制造等特点，逐渐成为建筑结构的窗户、屋顶、玻璃墙面等材料。当整幢建筑物的窗户、屋顶和外立面均采用薄膜太阳能电池板的时候，整幢建筑便具有将太阳能转换为电能的功能，成为一座小型发电站。
图1为硅基薄膜太阳能电池板典型结构示意图，薄膜太阳能电池通常具有叠层结构，其制造过程中首先采用低压化学气相沉积(LPCVD)或常压化学气相沉积(APCVD)或磁控溅射工艺在玻璃基板上沉积一层氧化锡SnO2、氧化锌ZnO或铟锡氧化物ITO等透明导电氧化物(TCO)薄膜；然后利用等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺沉积单结或多结光电单元，每个光电单元均依次包括基于非晶硅的p层、非晶硅或纳米硅的i层和非晶硅或纳米硅的n层薄膜；然后再沉积一层透明导电氧化物例如氧化锌ZnO和金属薄膜作为背电极；最后利用密封胶，例如乙酸-乙酸乙烯共聚物(Ethenyl Vinyl Acetate，EVA)、TEDLAR聚氟乙烯等高分子材料密封胶在层压机中将玻璃基板和玻璃背板层压封装在一起，得到最终的太阳能电池板成品。如图1所示，氢化非晶硅或纳米硅薄膜太阳能电池具有叠层结构，该叠层结构包括玻璃基板101和玻璃背板102以及玻璃基板101和玻璃背板102之间的电池单元100。此处所述的电池单元100为层状结构，包括透明导电氧化物(TCO)薄膜、每结均依次包括p层、i层和n层的单结或多结光电单元，每结光电单元之间还可以包括隧道层或隔离层等，以及另一层透明导电氧化物薄膜和金属薄膜，在此为简便起见并未示出电池单元100的层状结构。玻璃基板101和玻璃背板102通过EVA有机密封胶103层压在一起，构成完整的太阳能电池产品。
如前所述，薄膜太阳能电池已逐渐成为一种建筑结构的窗户、屋顶、玻璃墙面材料而广泛使用，这些建筑结构中的太阳能电池板要经受风吹雨淋等自然环境的考验，需要EVA密封胶103能够起到良好的密封作用。但是，EVA等密封胶是高分子有机多组分胶，其随着时间的推移易出现老化现象，并逐渐吸收潮气，外部环境中的水分会慢慢进入到薄膜太阳能电池的内部，对电池内部结构产生破坏作用，使太阳能电池板的性能劣化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能电池板及其制造方法，能够增强薄膜太阳能电池板的密封性能及使用寿命。
为达到上述目的，本发明提供了一种太阳能电池板，所述太阳能电池板包括玻璃基板、玻璃背板以及位于玻璃基板和玻璃背板之间的电池单元，所述玻璃基板和玻璃背板的边缘区域通过密封胶层压粘合在一起，所述太阳能电池板的侧边表面具有覆盖所述密封胶的玻璃密封条，且所述玻璃密封条与所述玻璃基板和玻璃背板的侧边端面熔为一体。
优选地，在所述太阳能电池板的侧边表面，所述密封胶与所述玻璃基板和玻璃背板侧边端面齐平。
优选地，在所述太阳能电池板的侧边表面，所述密封胶凹陷在所述玻璃基板和玻璃背板之间。
优选地，所述凹陷的深度为0.2mm至3mm。
优选地，所述密封胶为乙酸-乙酸乙烯共聚物或聚氟乙烯等高分子材料密封胶。
相应地，本发明提供了一种太阳能电池板的制造方法，所述太阳能电池板包括玻璃基板、玻璃背板以及位于玻璃基板和玻璃背板之间的电池单元，所述方法包括下列步骤：
将玻璃基板和玻璃背板通过密封胶层压粘合在一起，并将多余的密封胶刮除，使所述密封胶与所述玻璃基板和玻璃背板的侧边端面齐平；
沿着所述侧边连续将玻璃粉末喷洒在密封胶表面；
利用沿侧边方向横向移动且纵向微量移动的激光束瞬间熔化所述玻璃粉末，从而形成覆盖所述密封胶表面而且与所述玻璃基板和玻璃背板的侧边熔为一体的玻璃熔覆密封条。
优选地，所述方法还包括继续刮除所述密封胶，使所述密封胶的端面凹陷在玻璃基板和玻璃背板之间的步骤。
优选地，所述凹陷的深度为0.2mm至3mm。
优选地，所述玻璃粉末的颗粒度在0.05mm至0.5mm之间。
优选地，所述激光束采用脉冲模式，其脉冲频率为1000Hz～60000Hz。
优选地，所述玻璃粉末中还包含金属氧化物粉末。
优选地，所述金属氧化物粉末包括氧化钛TiO2、氧化锡SnO2、氧化锌ZnO中的一种或组合。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的太阳能电池板在将玻璃基板和玻璃背板利用有机密封胶层压胶合在一起之后，在两玻璃板边缘的接合处设置玻璃密封层，用于覆盖有机密封胶，从而防止了水汽进入太阳能电池板内部，提高了在户外长期使用的太阳能电池板的密封性能，延长太阳能电池板的使用寿命；本发明太阳能电池板的玻璃密封层采用激光熔覆法，在两玻璃板边缘接合处喷洒玻璃粉，利用激光瞬间将喷洒的玻璃粉熔化形成玻璃密封层。利用激光形成玻璃密封层有利于提高玻璃密封层的密封质量和密封效果，而且形成的玻璃密封层外观比较美观，并且有利于玻璃密封层的自动化生产程度和生产效率。
附图说明
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。在附图中，为清楚起见，放大了层的厚度。
图1为薄膜太阳能电池板的典型结构示意图；
图2为根据本发明太阳能电池板第一实施例的结构示意图；
图3为根据本发明太阳能电池板第二实施例的结构示意图；
图4为根据本发明太阳能电池板第三实施例的结构示意图；
图5为说明本发明太阳能电池制造方法的示意图；
图6至图7为说明本发明太阳能电池板第一实施例的制造过程示意图；
图8至图9为说明本发明太阳能电池板第二和第三实施例的制造过程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。下文中讨论的本发明太阳能电池板不仅包括薄膜太阳能电池板，还可以包括单晶硅、多晶硅等多种太阳能电池板，只要太阳能电池板具有玻璃基板和玻璃背板层压在一起的结构都在本发明的保护范围之内。
图2为根据本发明太阳能电池板第一实施例的结构示意图。如图2所示，本实施例中，太阳能电池板包括玻璃基板101、玻璃背板102，玻璃基板101和玻璃背板102利用EVA、TEDLAR聚氟乙烯等有机密封胶103在层压机中层压封装在一起。玻璃基板101和玻璃背板102之间的电池单元100，可以是薄膜层状结构，例如包括透明导电氧化物(TCO)薄膜、p层、i层和n层，以及另一层透明导电氧化物薄膜和金属薄膜等。为简单明了起见图中未示出电池单元100的层状结构。此外，电池单元100还可以是其他已知的单晶或多晶太阳能电池的光电转换单元，本发明的讨论重点并不在于此，在此不再赘述。玻璃基板101和玻璃背板102通过EVA等有机密封胶103层压在一起，利用刮板或刮刀将溢出的多余部分胶体去除刮平，形成与玻璃基板101和玻璃背板102侧边平齐的表面，形成完整的太阳能电池产品，即太阳能电池板。作为采光和光电转换产品安装在户外、屋顶、墙面等暴露在阳光下的地方，需要经受风吹日晒、严寒酷暑的考验，需要太阳能电池板具有良好的密封性以保护内部的电池单元100。然而EVA等有机密封胶103随着时间的推移会发生老化吸潮的现象，本发明的太阳能电池板在玻璃基板101和玻璃背板102边缘接合处侧边表明设置玻璃密封条200，用于覆盖有机密封胶103，而且该玻璃密封条200与玻璃基板101和玻璃背板102的侧边端面熔为一体，起到了“焊接”玻璃基板101和玻璃背板102的作用，将玻璃基板101和玻璃背板102焊接熔合在一起，从而有效地防止了水汽进入太阳能电池板内部，提高了在户外长期使用的太阳能电池板的密封性能和使用寿命。
图3为根据本发明太阳能电池板第二实施例的结构示意图。如图3所示，本实施例中，太阳能电池板亦包括玻璃基板101、玻璃背板102以及玻璃基板101和玻璃背板102之间的电池单元100。玻璃基板101和玻璃背板102利用密封胶103层压在一起，利用刮板或刮刀将溢出的多余部分胶体去除，并继续挖除密封胶103使其端面凹陷在玻璃基板101和玻璃背板102之间，凹陷的深度为0.2mm至3mm。然后在玻璃基板101和玻璃背板102边缘接合处侧边表面覆盖玻璃密封条201，该玻璃密封条201覆盖有机密封胶103，并与玻璃基板101和玻璃背板102的侧边端面熔为一体，将玻璃基板101和玻璃背板102焊接熔合在一起。密封胶103凹陷在玻璃基板101和玻璃背板102之间，增加了玻璃粉的用量，从而增加了玻璃密封条201的厚度，使密封效果更佳。
图4为根据本发明太阳能电池板第三实施例的结构示意图。如图4所示，本实施例中，玻璃基板101和玻璃背板102利用密封胶103层压在一起，以密封玻璃基板101和玻璃背板102之间的电池单元100。将多余的部分胶体去除，并继续挖除密封胶103使其凹陷在玻璃基板101和玻璃背板102之间，凹陷的深度为0.2mm至3mm。在玻璃基板101和玻璃背板102之间密封胶的凹陷处具有玻璃密封条202，该玻璃密封条202覆盖有机密封胶103，并与玻璃基板101和玻璃背板102的侧边端面熔为一体，将玻璃基板101和玻璃背板102焊接熔合在一起，且与玻璃基板101、玻璃背板102的侧边端面基本齐平。本实施例通过减少玻璃粉的用量形成所述玻璃密封条202，不但能够起到密封作用，而且使太阳能电池板的边缘更加美观。
图5为说明本发明太阳能电池制造方法的示意图。如图5所示，在容器114中装有玻璃粉116。玻璃粉116的颗粒度在0.05mm至0.5mm之间。容器114上部连接有管路112，管路112中通入压缩空气110。容器114下部接有喷管118，喷管118具有喷嘴，喷嘴的内径在0.5mm至2mm之间，以使玻璃粉116能够顺利地从喷嘴中流出。激光发生器106发出的激光经透镜系统107被聚焦成激光束108。激光发生器106可采用固态Nd:YAG(钇钕石榴石晶体)激光器或气态CO2激光器、氦氖激光器等。优选为Nd:YAG激光器，其基频Nd:YAG激光的原有输出波长是1064纳米的红外线，其激光输出功率可以非常高，使得红外激光的玻璃焊接过程具有低成本高产量的优势。相比来说，可见光的激光功率相对较弱，要得到并且维持高功率的激光需要高功率激光束，如波长为532纳米可见光的Nd:YAG激光。激光束108采用脉冲模式，脉冲频率为10～100Hz。太阳能电池板120可以在一个工作台面(未示出)上沿着箭头方向移动。
在开始进行激光熔覆玻璃封边之前，首先将已用密封胶层压好的太阳能电池板120置于工作台上，使需要玻璃密封的侧边水平向上。将喷管118的喷嘴和激光束108的聚焦点的位置调整至太阳能电池板120水平侧边的一端，喷管118的喷嘴和激光束108的聚焦点之间的距离应大于6mm。打开压缩空气110，在重力和压缩空气110的共同作用下，容器114中的玻璃粉160顺着喷管118经喷嘴被输送到太阳能电池板水平侧边一端表面，延迟特定时间T，例如300ms，便会在喷嘴下方的太阳能电池板120的侧边的密封胶表面形成一个圆锥或圆台形的玻璃粉料堆115。随即打开激光发生器106，脉冲激光束108的聚焦点应恰好聚焦在玻璃粉料堆115处。激光束108打在玻璃粉料堆115表面，高温使玻璃粉料堆115和两玻璃板边缘部分瞬间熔化，同时又快速冷却，形成玻璃熔覆点，脉冲激光束108同时在垂直于侧边的方向作微量的摆动，摆动得幅度与玻璃基板和玻璃背板之间的距离相当，使太阳能电池板120侧边的玻璃基板和玻璃背板的侧边表面也熔化与所述玻璃熔覆点熔为一体。太阳能电池板120在一个稳定的速度下沿箭头方向移动，例如30厘米/秒，激光束108和玻璃粉喷嘴保持不动，而且激光束108在垂直于侧边的方向作微量的摆动，随着太阳能电池板120的移动，每一个激光脉冲都产生一个局部的与玻璃基板和玻璃背板侧边表面熔为一体的玻璃熔覆点。喷管118的喷嘴沿着太阳能电池板顶部侧边表面连续不断地喷出玻璃粉，当喷管118的喷嘴和激光束108的聚焦点移动到太阳能电池板120水平侧边的另一端时，激光束108产生连续的玻璃熔覆点从而在侧边表面形成条状的玻璃熔覆层(即前述的玻璃密封条)。
在本发明的其他实施例中，也可以保持太阳能电池板不动，令激光束108和玻璃粉喷嘴沿太阳能电池板顶边移动，同时激光束108沿垂直于移动的方向做微量的摆动。
当使用可见光激光时，带颜色的玻璃原料混合物是最佳选择，比如含有带色玻璃小球的材料，具有更强的光吸收能力，从而促进玻璃物质的熔化和再次固化。玻璃粉材料中可以含有其它非玻璃的吸光成分，以促使激光的吸收和玻璃的局部熔化，特别是当玻璃粉原料中包含金属氧化物粉末，如TiO2、SnO2、ZnO中的一种或组合时，对红外激光的吸收可以大大增强。
根据对玻璃熔敷层质量的要求，例如对包括宽度、厚度和均匀度等的要求，可以对压缩空气110的流量、激光束108的功率和脉冲频率以及从喷嘴出粉到打开激光器106的延迟时间T、太阳能电池板的移动速度等参数进行调节。通过调节压缩空气110的流量可以在较宽范围内连续精确调节玻璃粉量，向封边部位均匀、准确地输送玻璃粉末。本领域技术人员均可不经过创造性劳动，利用计算机控制以上各个参数，形成均匀的玻璃熔覆层，达到良好的玻璃封边效果。
在太阳能电池板的一个侧边形成玻璃熔覆层之后，旋转太阳能电池板，对另一条侧边进行上述激光熔覆玻璃封边操作。
图6至图7为说明本发明太阳能电池板第一实施例的制造过程示意图。首先如图6所示，太阳能电池板的玻璃基板101和玻璃背板102利用有机密封胶103在层压机中层压在一起，多余的胶体被刮除使得密封胶103与玻璃基板101和玻璃背板102的侧边表面齐平。容器114中装有玻璃粉116，容器114上部连接管路112，管路112中通入压缩空气110，容器114下部接有喷管118，喷管118具有喷嘴，玻璃粉116能够从喷嘴中流出。激光发生器106所发出的激光经透镜组107聚焦形成激光束108。激光束108采用脉冲模式，太阳能电池板可以在一个工作台面(未示出)上沿着箭头方向移动。在开始激光熔覆玻璃封边之前，将太阳能电池板置于工作台上，需要玻璃密封的边向上，将喷管118的喷嘴和激光束108的聚焦点调整至太阳能电池板顶边一端密封胶103的上方。通入压缩空气110，此时，在重力和压缩空气110的作用下，容器114中的玻璃粉160从喷管118的喷嘴中流出，流出一定量之后打开激光发生器106，沿箭头方向作微量往复摆动的脉冲激光束108打在玻璃粉表面，高温使玻璃粉、玻璃基板101和玻璃背板102边缘部分瞬间熔化，同时又快速冷却，形成覆盖密封胶103、玻璃基板101和玻璃背板102部分边缘的玻璃熔覆点。太阳能电池板沿箭头方向移动，激光束108和玻璃粉喷嘴保持不动，每一个激光脉冲都产生一个局部的玻璃熔覆点，当喷管118的喷嘴和激光束108的聚焦点移动到太阳能电池板水平顶边的另一端时，如图7所示，喷管118的喷嘴沿着太阳能电池板顶部边缘区域连续不断地喷出玻璃粉，激光束108产生连续的玻璃熔覆点，从而在顶边表面形成条状的玻璃熔覆层200，即前述的玻璃密封条，玻璃熔覆层200覆盖密封胶且与玻璃基板101和玻璃背板102侧边表面熔为一体。
在本发明的其他实施例中，也可以使太阳能电池板不动，令激光束108和玻璃粉喷嘴沿太阳能电池板侧边移动。在太阳能电池板的一个侧边形成玻璃熔覆层之后，通过旋转太阳能电池板，使另一条侧边向上，重复上述操作，对其他侧边进行激光熔覆玻璃封边。
图8至图9为说明本发明太阳能电池板第二和第三实施例的制造过程示意图。首先如图8所示，太阳能电池板的玻璃基板101和玻璃背板102利用密封胶103层压在一起，利用刮板或刮刀将多余的部分胶体去除，并继续挖除胶体密封胶103凹陷在玻璃基板101和玻璃背板102之间，使玻璃基板101和玻璃背板102之间形成一个凹槽。在容器114中装有玻璃粉116，容器114上部连接管路112，容器114下部接有喷管118，玻璃粉116能够从喷管118的喷嘴中流出。激光发生器106发出的激光经透镜组107聚焦形成激光束108。激光束108采用脉冲模式。激光熔覆玻璃封边之前，将太阳能电池板置于工作台(图中未示出)上，需要玻璃密封的边向上，将喷管118的喷嘴和激光束108的聚焦点调整至太阳能电池板侧边一端密封胶103的上方。通入压缩空气110，在重力和压缩空气110的作用下，容器114中的玻璃粉160从喷管118的喷嘴中流出，流出一定量后打开激光发生器106，沿箭头方向作微量往复摆动的脉冲激光束108打在流出的玻璃粉表面和玻璃板侧边表面内侧，形成覆盖密封胶103的且与玻璃板侧边表面熔为一体的玻璃熔覆点。太阳能电池板沿箭头方向移动，激光束108和玻璃粉喷嘴保持不动，每一个激光脉冲都产生一个局部的玻璃熔覆点，当喷管118的喷嘴和激光束108的聚焦点移动到太阳能电池板水平顶边的另一端时，喷管118的喷嘴沿着太阳能电池板顶部边缘区域连续不断地喷出玻璃粉，激光束108使玻璃粉瞬间熔化，同时又快速冷却，产生连续的玻璃熔覆点，从而在顶边表面形成条状的玻璃熔覆层200，即前述的玻璃密封条，如图9所示。
通过调节压缩空气110的流量，调节玻璃粉的用量，当玻璃粉的用量较多时，可形成如图3所示的玻璃密封条，当玻璃粉的用量较少时，可形成如图4所示的玻璃密封条。
同样，也可使太阳能电池板不动，令激光束108和玻璃粉喷嘴沿太阳能电池板顶边移动。
在太阳能电池板的一个侧边形成玻璃熔覆层之后，通过旋转太阳能电池板，使另一条侧边向上，重复上述操作，对其他边进行激光熔覆玻璃封边。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (12)
1、一种太阳能电池板，所述太阳能电池板包括玻璃基板、玻璃背板以及位于玻璃基板和玻璃背板之间的电池单元，所述玻璃基板和玻璃背板的边缘区域通过密封胶层压粘合在一起，其特征在于：所述太阳能电池板的侧边表面具有覆盖所述密封胶的玻璃密封条，且所述玻璃密封条与所述玻璃基板和玻璃背板的侧边端面熔为一体。
2、如权利要求1所述的太阳能电池板，其特征在于：在所述太阳能电池板的侧边表面，所述密封胶与所述玻璃基板和玻璃背板侧边端面齐平。
3、如权利要求1所述的太阳能电池板，其特征在于：在所述太阳能电池板的侧边表面，所述密封胶凹陷在所述玻璃基板和玻璃背板之间。
4、如权利要求3所述的太阳能电池板，其特征在于：所述凹陷的深度为0.2mm至3mm。
5、如权利要求1所述的太阳能电池板，其特征在于：所述密封胶为乙酸-乙酸乙烯共聚物或聚氟乙烯等高分子材料密封胶。
6、一种太阳能电池板的制造方法，所述太阳能电池板包括玻璃基板、玻璃背板以及位于玻璃基板和玻璃背板之间的电池单元，所述方法包括下列步骤：
将玻璃基板和玻璃背板通过密封胶层压粘合在一起，并将多余的密封胶刮除，使所述密封胶与所述玻璃基板和玻璃背板的侧边端面齐平；
沿着所述侧边连续将玻璃粉末喷洒在密封胶表面；
利用沿侧边方向横向移动且纵向微量移动的激光束瞬间熔化所述玻璃粉末，从而形成覆盖所述密封胶表面而且与所述玻璃基板和玻璃背板的侧边熔为一体的玻璃熔覆密封条。
7、如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述方法还包括继续刮除所述密封胶，使所述密封胶的端面凹陷在玻璃基板和玻璃背板之间的步骤。
8、如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述凹陷的深度为0.2mm至3mm。
9、如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述玻璃粉末的颗粒度在0.05mm至0.5mm之间。
10、如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述激光束采用脉冲模式，其脉冲频率为1000Hz～60000Hz。
11、如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述玻璃粉末中还包含金属氧化物粉末。
12、如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述金属氧化物粉末包括氧化钛TiO2、氧化锡SnO2、氧化锌ZnO中的一种或组合。
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