CN102017066A - 形成光伏电池模块的方法 - Google Patents

Abstract

一种使用具有工作台和与工作台间隔开并能够相对于工作台移动的板的电池压制机形成光伏电池模块的方法。该方法包括使用板在板和工作台之间支撑电池。在电池和工作台之间引入基板和布置在基板上的连结层，其中，基板由工作台支撑，而连结层面向电池。电池和工作台中的一个向另一个移动直到电池接触连结层。在电池和连结层之间施加真空，以在电池接触连结层时抽空电池和连结层之间的空间。该抽空减小了当电池接触连结层时在电池和连结层之间形成气泡的可能性。

Description

形成光伏电池模块的方法

相关申请的交叉参考

本主题专利申请要求2008年3月14日提交的美国临时专利申请序列号61/036,748和序列号61/036,752、以及2009年1月22日提交的临时专利申请序列号61/146,551的优先权和所有利益。这些临时专利申请全部通过引用结合于此。

技术领域

本发明一般地涉及电池压制机(cell press)，以及使用电池压制机形成光伏电池模块的方法。

背景技术

太阳能电池或光伏电池是用于将光转化为电的半导体器件。在许多应用中，光伏电池被封装以形成光伏电池模块(以下称作“模块”)，以便为光伏电池提供额外保护，使其免于环境因素(诸如风和雨)的影响。然而，至今，本领域中已知的封装方法是昂贵且耗时的，并且在很多情况下达不到预期效果。

通常使用电池压制机来封装光伏电池。光伏电池和其上布置有连结层(tie layer)的基板被放置在电池压制机中。电池压制机使光伏电池与连结层相接触以利用连结层来封装光伏电池。电池压制机向光伏电池施加压力以将光伏电池放置在连结层上，被连结层部分封装，或被连结层完全封装。

当光伏电池与连结层接触时，气泡成为光伏电池和连结层之间的障碍。这些气泡是不利的，因为气泡使得模块易受环境的影响。此外，这些气泡减小了模块的光吸收能力。通过对光伏电池施加压力，板会挤出光伏电池和连结层之间的一些气泡。然而，如果连结层是液体或不具有足够的粘性(tack)或渗透性以使其适应连结层或保持与连结层相接触，则对光伏电池施加压力不能去除光伏电池和连结层之间的所有气泡，这就导致上述的缺点。此外，为了去除任何相当多数量的气泡，必须向光伏电池施加压力达大量的时间，同时气泡从光伏电池与连结层之间缓慢流出，这使得过程较慢，从而可能不符合成本效益。换句话说，必须向光伏电池施加压力的需要增加了模块生产的周期，从制造的观点来看这显然是所不期望的，因为在给定时间内能够组装的模块较少。因此，施加压力以从光伏电池和连结层之间去除气泡是不利地无效且耗时的。

因此，仍有机会来开发电池压制机和形成用于消除光伏电池和连结层之间的气泡的模块的方法。同样还有机会来开发电池压制机和以时间效率高和符合成本效益的方式形成模块的方法。

发明内容

本发明包括一种使用电池压制机来形成包括光伏电池的光伏电池模块的方法，该电池压制机具有工作台和与工作台间隔开并能够相对于工作台移动的板。该方法包括将光伏电池布置在板和工作台之间，其中光伏电池与工作台间隔开。该方法还包括在光伏电池和工作台之间引入基板和连结层，其中基板由工作台支撑，并且连结层在基板和光伏电池之间由基板支撑，在光伏电池和连结层之间具有空间。该方法还包括使光伏电池和工作台中的至少一个移向另一个，直到光伏电池接触连结层，以及在光伏电池和连结层之间施加真空，使得在光伏电池接触连结层时，光伏电池和连结层之间的空间被抽空(evacuate)。

本发明还包括用于形成光伏电池模块的电池压制机。该电池压制机包括工作台，工作台用于支撑基板和由基板支撑的连结层。板与工作台间隔开，并且工作台和板中的至少一个能够向另一个移动和移动离开另一个。电池压制机包括下述机构，该机构用于悬置(suspend)光伏电池，使其与基板和连结层间隔开并紧靠所述板，以限定光伏电池和连结层之间的空间。电池压制机还包括真空系统，用于在工作台和板中的至少一个向另一个移动时使光伏电池和连结层之间的空间被抽空。

因为光伏电池和连结层之间的空间被抽空，所以在光伏电池和连结层之间不形成气泡。因此，该模块的结构坚固，即，更能抵抗环境损害，并且吸收的光量增加。此外，因为不形成气泡，所以减少了将光伏电池封装到连结层所需的压力值和施加压力的持续时间。加压步骤的消除减少了形成模块所需的时间并减少了在处理过程中电池破损的风险。时间和电池破损的减少增加了形成模块的成本效益。

附图说明

通过参考下面结合附图的具体描述，本发明的其他优点将容易被理解并且变得更好理解，在附图中：

图1是电池压制机的截面视图，其中电池压制机的工作台支撑多个光伏电池，并且电池压制机的板处于缩进位置(retractedposition)，与光伏电池间隔开；

图2是电池压制机的截面视图，其中处于伸出位置(extendedposition)的板与光伏电池相接触；

图3是电池压制机的截面视图，其中支撑光伏电池的板处于缩进位置，并且工作台支撑基板和连结层；

图4是电池压制机的截面视图，其中电池压制机处于闭合位置，并且板处于缩进位置；

图5是电池压制机的截面视图，其中板处于伸出位置，光伏电池与连结层相接触；

图6是截面视图，其中板处于缩进位置，与光伏电池间隔开；

图7是电池压制机的另一实施例的截面视图；

图8是光伏电池模块的截面视图，光伏电池模块包括基板和第二基板、连结层和第二连结层、以及多个光伏电池；

图9是包括电池压制机的组装线的原理图；

图10是电池压制机的截面视图，其中处于伸出位置的板与第二基板相接触；

图11电池压制机的截面视图，其中处于缩进位置的板悬置第二连结层离开基板、连结层和光伏电池；以及

图12是电池压制机的截面视图，其中板处于伸出位置，第二基板与第二连结层相接触。

具体实施方式

参考附图，其中在所有这些视图中，相同标号表示相同的部件，本发明包括通常示出为20的电池压制机，以及使用电池压制机20形成光伏电池模块22(以下称作“模块”)的方法。模块22典型地包括光伏电池23以及典型地包括至少一个基板64和耦接至光伏电池23的连结层66。应该理解，模块22可以包括多个光伏电池23，并且这多个光伏电池可以被布置为光伏电池23的阵列。通常，光伏电池23的阵列互相电连接在一起。光伏电池23将在下面具体描述。应该理解，电池压制机20不局限于在此公开的模块22和方法，而是能够用于形成与在此公开的模块22不同的产品，并且能够被用于执行除了在此公开的方法之外的方法。此外，应该理解，所述方法不局限于在此公开的光伏电池23和电池压制机20，而是能够用于形成不同于在此公开的模块22的产品，并且能够使用不同于在此公开的电池压制机20的设备来执行。

电池压制机20包括工作台24和与工作台24间隔开的板26。在附图中示出的配置中，工作台24保持静止并且水平放置，以便在形成模块22之前、之中和之后支撑模块22的各部分，如下所述的那样。如图1和2中优选示出的，穿梭板(shuttle plate)28可以用来将光伏电池23运送到工作台24和板26之间。

板26和工作台24可以相对彼此移动。换句话说，板26可以静止，工作台24可相对于板26移动；或者工作台24可以静止，板26可相对于工作台24移动；或者板26和工作台24都可移动。在图中示出的结构中，板26保持与工作台24平行，以保证在形成模块22期间，位于工作台24和板26之间的模块22上的压力均匀。

电池压制机20可以包括盖子30，其中板26在盖子30和工作台24之间耦接到盖子30。板26可相对于盖子30移动，移向工作台24和从工作台24移开。板26可以通过任何类型的传动系统相对于盖子30移动，传动系统包括但不限于气动、液压或机械系统。

在图中示出的结构中，板26气动耦接到盖子30。换句话说，板26与盖子30之间的相对移动由第一真空系统32气动控制。板26和盖子30限定了它们之间的腔34，并且使用密封件36将它们彼此气密地密封。密封件36可以是例如弹性材料，诸如橡胶或类似材料，以便除了允许板26相对于盖子30移动之外，还确保板26之上与之下的区域分开。

例如，第一真空系统32包括一对阀。在这样的配置中，一个阀被关闭，通过另一个阀抽真空以将板26拉向盖子30。通过打开阀可以释放真空，以允许板26移动离开盖子30。

盖子30和工作台24可以相对于彼此移动。通常，工作台24保持静止，盖子30移向工作台24和从工作台24移开。应该理解，盖子30和工作台24可以相对于彼此平移，或者转动，即绕铰链转动。也应该理解，盖子30和工作台24可以通过手动操作或通过液压、气动、机械操作的系统而相对于彼此移动。

盖子30被配置为气密地密封工作台24。具体地，盖子30包括顶38和侧壁40。侧壁40的端部42被设计为在与工作台24相接触时与工作台24气密地密封。这种密封在图2、4和5中是由盖密封件44实现的。该盖密封件44例如是“O”型环；然而，任何适合的替代物可以被用于保证侧壁40气密地密封至工作台24。

电池压制机20包括至少一个机械挡块46，其防止压板26向盖子30缩进太多。在图中示出的配置中，机械挡块46布置在压板26和盖子30之间。

板26被配置为从基板64和连结层66悬起光伏电池23以限定光伏电池23和连结层66之间的空间。具体地，板26限定了孔隙48，更具体地，限定了多个孔隙，通过这些孔隙抽真空以悬置光伏电池23，如在下面将更具体描述的。在图1-6示出的结构中，通过多个连接管52，每个孔隙48连接到第二真空系统50。例如，第二真空系统50包括第二对阀，这些阀被用于通过所述多个孔隙抽真空和释放真空。

工作台24限定了工作台孔隙54，更具体地，限定了多个工作台孔隙。每个工作台孔隙54连接到第三真空系统56。例如，第三真空系统56包括第三对阀。第三真空系统56被设置为使得，当盖子30和工作台24被密封在一起时，板26和工作台24之间的区域中的空气可以通过例如关闭第三对阀中的一个阀并通过另一个阀施加真空而被控制。典型地，例如，用第三真空系统56在工作台24和板26之间抽全真空，即30英寸汞柱，以避免在光伏电池23和连结层66之间形成气泡，如下面将进一步描述的。然而，应该理解，工作台24和板26之间的真空可以小于全真空而不背离本发明的本质。例如，板26和工作台24之间的真空可以具有小于25英寸汞柱的大小，即，相对于大气压力小于0英寸汞柱且大于-25英寸汞柱。

尽管旨在在真空中形成模块22，但是如果工艺需要存在惰性气氛，则可以通过第三对阀中的一个阀引入惰性气体(例如氮气)。此外，对于有必要去除氧气的情况，在施加真空之前，板26和工作台24之间的空间可以通过第三对阀中的一个阀用惰性气体来清洗。应该理解第一、第二和第三真空系统可以具有公共真空源或不同的真空源。

第一真空系统32可以包括第一压差控制器49以控制第三真空系统56与第一真空系统32之间的真空差。具体地，例如，当由第三真空系统56在工作台24和板26之间抽真空时，第一压差控制器49一开始维持第一压力系统32中的真空，从而板26保持与工作台24分开。在第三压力系统56在板26和工作台24之间抽真空之后，第一压差控制器49释放第一真空系统32中的真空，即，达到大气压，从而板26和工作台24之间的真空将板26拉向工作台24。可替换地，第一压差控制器49部分地释放第一真空系统32中的真空。在这样的情形下，第一压差控制器49部分地释放真空，即，在第一真空系统32中维持一些真空以避免板26和工作台24施加在光伏电池23上的过度压力，过度压力可能导致诸如由破裂引起的光伏电池23的破损。例如，第一压差控制器49可以释放第一压力系统32中的真空以维持第三压力系统56与第一压力系统32之间3-30英寸汞柱的真空差。

第一压差控制器49能够控制板26和盖子30之间的正压力(positive pressure)，以便在由第三真空系统56在板26和工作台24之间抽真空时，对板26施加朝向工作台24的力。这样的正压力可以被引入到板26和盖子30之间以便例如减少电池压制机20的循环时间和/或迫使光伏电池23进入连结层66。应该理解，正气压可以通过第一真空系统32或通过单独的系统被传递。

例如，第一压差控制器49可以包括与第一真空系统32和第三真空系统56通信的压力传感器(未示出)、与压力传感器通信的电子控制器(未示出)、以及与用于控制第一真空系统32的真空的电子控制器通信的至少一个阀。应该理解，第一压差控制器49是示例性的，并且任何控制器可以被用来调节第一真空系统32相对于第三真空系统56的压力，而不背离本发明的本质。

第二真空系统50可以包括第二压差控制器51，以维持第二真空系统50的真空的大小。换句话说，当第三真空系统56改变板26和工作台24之间的真空时，第二压差控制器51改变第二真空系统50的真空以维持第二真空系统50和第三真空系统56之间的真空差。第二压差控制器51能够维持第二真空系统50的真空比第三真空系统56的真空略低，例如，小至0.5英寸汞柱，如下面将进一步描述的。第二压差控制器51能够例如将压差维持在某个水平，使得光伏电池23能够被悬置而不会例如由于破裂而损坏光伏电池23。然而，应该理解，第二压差控制器51能够将真空差维持在2至30英寸汞柱之间的任意大小，而不背离本发明的本质。

例如，第二压差控制器51可以包括与第二真空系统50和第三真空系统56通信的压力传感器(未示出)、与压力传感器通信的电子控制器(未示出)、以及与用于控制第二真空系统50的真空的电子控制器通信的至少一个阀。应该理解，第二压差控制器51是示例性的，并且任何控制器都可以被用于调节第二真空系统50相对于第三真空系统56的压力，而不背离本发明的本质。

板26可以具有附着到它的一层缓冲材料58。缓冲材料58防止在板26接触模块22的各部分时损坏这些部分，如下所述。缓冲材料58包括与孔隙48对准的开口。开口的大小通常大于孔隙48的大小。开口相对于孔隙48的大小取决于缓冲材料58的柔软度。

图7示出了本发明的另一个实施例，使用与图1至6中相同的标号方案。在图7的实施例中，通过使用单个连接管60代替多个连接管52，来避免对多个连接管52的需要，连接管60将第二真空系统50连接至板26中的孔洞62。孔洞62被连接至板26中的孔隙48。

模块22包括基板64、应用到基板64的连结层66、以及部分或全部被连结层66封装的光伏电池23。基板64和连结层66通常是透明的以允许光到达光伏电池。基板64通常是玻璃的，然而应该理解，基板64可以是任何类型的材料而不背离本发明的本质。例如，基板64可以是金属箔和/或有机含氟聚合物，例如乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚氟乙烯(PVF)、

聚酯

聚酯

或单独的或涂敷有基于硅和氧的材料(SiOx)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、或PET/SiOx-PET/Al基板。根据基板64的化学特性，连结层66可以被应用到未处理过的基板64，但是在认为适合时，适当的底料或助粘剂可以被应用到基板64的表面上以保证连结层66和基板64之间的良好粘合。

连结层66可以进一步被限定为封装材料(encapsulant)并且通常是有机硅(silicone)封装材料或有机封装材料。连结层66可以是任何有机硅封装材料或任何有机封装材料，诸如乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)。EVA是在80℃以上温度融化的热塑塑料。然而，在大约25℃至小于80℃的温度，EVA可以是凝胶或可以是凝胶状的。诸如EVA的有机封装材料即使在高温下也可以被重新形成以形成凝胶或成为凝胶状。尽管不要求，但是连结层66通常具有从0.1至100mm的渗透度和小于-0.6g.sec的粘度值。值“渗透度”通常还被称作“渗透深度”或“渗透值”。尽管渗透度和粘度值通常在室温下被确定，但是在任何其他温度下也可以应用该渗透度和粘度值的范围。尽管该连结层可以是符合申请人的共同待决的2009年3月14日提交的美国临时专利申请No.61/036,752和2009年1月22日提交的No.61/146,551的有机硅材料，但是任何适当的有机硅材料也可以被使用而不背离本发明的本质。

在模块22包括光伏电池阵列的情况下，典型的光伏电池23的阵列在被放置在穿梭板28上之前被互相电连接到一起。因而，电连接的光伏电池23阵列通常被放置在穿梭板28的预定位置上。光伏电池23可以电连接成为具有适当大小和形状的阵列，并且被适当放置的合适汇流条(bus bar)与其焊接，从而阵列可以在形成模块22之后电连接到外部。

如图8中所示，模块22还可以包括部分封装光伏电池23的第二连结层70，其位于光伏电池23的与连结层66相对的一侧；以及安装至第二连结层70的第二基板72，其位于第二连结层70的与光伏电池23相对的一侧。第二基板72在工业上通常被称作背板(backsheet)。第二基板72可以与第一基板64相同或不同，第二连结层70可以与连结层66相同或不同。基板64和第二基板72中的至少一个对阳光是透明的，并且被用于保护光伏电池23的一面使之免于潜在的有害环境状况。

例如，第二连结层70可以是基于有机硅的液体或凝胶，在申请人的共同未决申请PCT/US06/043073中描述的热熔型有机硅片类型，或者在第二连结层70和连结层66之间存在足够粘附性的情况下，可以是任何其他适当的封装材料，例如乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、来自Wilmington Delaware的E.I.DuPont de Nemours &Co.的

膜、以及UV硬化聚氨酯。第二连结层70不需要对光透明，因此，当其存在时，可以通过在其中结合加固粒状填料而被加强。当第二连结层70填充有加固粒状填料时，由加固粒状填料提供的额外强度避免了对第二基板72的需要。

模块22是由于光伏效应将光能转换为电能的类型。更具体地，模块22执行两个主要功能。第一功能是在光吸收材料中产生光生载流子，诸如电子和空穴。第二功能是将载流子引导至导电触点以便传输电。

模块22可以被应用在任何工业中，包括但不限于汽车、小型电子设备、偏远地区电力系统、卫星、太空探测器、无线电话、水泵、并网电力系统、电池、电池充电器、光电化学应用、聚合物太阳能电池应用、纳米晶体太阳能电池应用、以及染料敏化太阳能电池应用。模块22通常被使用在屋顶、在乡村地区连接到后备电池、以及在DC泵、信号浮标等中。阵列可以是平面的或非平面的，并且通常作为单个发电单元，其中模块22以产生电压的方式互连。

本发明的方法提供了模块22的基板64、连结层66和光伏电池23的组装。应该理解该方法可以用于形成具有连结层66的光伏电池23，或者可以用于形成具有连结层66的光伏电池23的阵列。该方法还提供模块22的第二连结层70和第二基板72的组装。

该方法包括将电池压制机20置于打开位置，更具体地，包括将板26移动至盖子30中的缩进位置以及将盖子30移动离开工作台24至图1中所示的位置。更具体地，该方法包括在盖子30和板26之间施加真空以使板26移向盖子30至缩进位置。

电池压制机20在打开位置时，该方法包括将光伏电池23置于板26和工作台24之间，如图1所示。更具体地，例如，一个或多个光伏电池23同时置于穿梭板28上的适当预定位置上，并且穿梭板28被置于工作台24上的预定位置。穿梭板28支撑光伏电池23，用于将光伏电池23传送到工作台24和板26之间。光伏电池23可以使用可自动操作、手动操作或机器人操作的任何适当手段被引入。例如，多轴机器人(优选为六轴)可以被集成到该系统中，用于将光伏电池23置于穿梭板28或类似物上，或直接放置到工作台24上(如果没有使用穿梭板28的话)。这样的机器人后续还可以用于准确地将基板64放置到工作台24上，以及用于当光伏电池23被压在连结层66之中或之上时移出基板64。用于抓住和操纵光伏电池23和/或基板64的机器人抓取器(即，附着到将操纵光伏电池23或模块22的机器人的支臂的装置)可以是任何适当类型，但优选是适于抓住在平坦(典型地，水平)平面中的光伏电池23或模块22的一系列真空吸盘。

当光伏电池23被布置在板26和工作台24之间时，盖子30移向工作台24并与工作台24相接触。更具体地，盖子密封件44接触工作台24并将盖子30密封至工作台24。

在光伏电池23被进一步限定为光伏电池23的阵列的情况下，该阵列被组装至连结层66。该方法包括在工作台24和板26之间引入光伏电池23的阵列，光伏电池23与板26的多个孔隙对准。换句话说，光伏电池23的阵列被放置为使得如下所述的那样，当盖子30闭合并且压板26移向光伏电池23时，光伏电池23的阵列中的每个光伏电池分别在一个孔隙54处与板26相接触。

在光伏电池23位于板26和工作台24之间并且盖子30被密封至工作台24之后，该方法还包括将光伏电池23和板26中的一个移向另一个以使板26与光伏电池23接合(例如接触)，如图2中所示。更具体地，如上所述，在盖子30和板26之间施加真空以使板26移向盖子30至缩进位置，并且该真空将板26维持在该缩进位置。然后使用第三真空系统56在板26和工作台24之间施加真空。盖子30和板26之间的真空然后被释放以允许板26相对于盖子30向光伏电池23移动至伸出位置。具体地，一旦穿梭板28被正确地放置在工作台24上，则盖子30闭合，并且通过释放之前施加在盖子30和板26之间的真空使板26伸出，从而粘附在板26上的缓冲材料与穿梭板28上的光伏电池23相接触。

该方法还包括维持光伏电池23与工作台24间隔开，即，光伏电池被悬置离开工作台24。具体地，板26支撑光伏电池23，即，板26将光伏电池23维持在与工作台24间隔开的位置，如图3中优选示出的。在图中示出的配置中，当板26与光伏电池23接合时，该方法还包括使用第二真空系统通过孔隙48在孔隙48和光伏电池23之间施加真空，以将光伏电池23拉向板26。应该理解，电池压制机20可以施加力(例如通过真空)来从上面提起光伏电池23，如图3中优选示出的，或可替换地以图中未示出的不同配置，板26能够从光伏电池23的下面支撑光伏电池23。还应该理解，板26能够以任何不同于真空的方式支撑光伏电池23而不背离本发明的本质。

在包括第二压差控制器51的配置中，第二压差控制器51可以用于维持第二真空系统50和第三真空系统56之间的低压差，以最小化诸如由破裂引起的损坏光伏电池23的可能性。换句话说，第二压差控制器51可以用于将第二真空系统50中的真空维持在足够高的大小以维持光伏电池23紧靠板26，并且维持在足够低的大小以使光伏电池23不会由于真空而损坏。具体地，当板26和工作台24之间的空间处于大气压时，第二真空系统50的真空可以处于低的大小。当板26和工作台24之间的空间被第三真空系统56抽空时，第二真空系统50的真空必须增加以维持光伏电池23紧靠板26。

在这里描述的实施例中，第一真空系统52和第三真空系统56被用于相对于工作台24移动板26。在可替换实施例中，工作台24和/或穿梭板28包括至少一个支撑光伏电池23的柱销(pin)。该柱销伸长以使光伏电池23移向板26从而使光伏电池23与板26接合。例如，该柱销可以伸长以使光伏电池23移向孔隙54，并且第二真空系统可以在孔隙54中施加真空以保持光伏电池23紧靠板26。

一旦通过孔隙施加真空以提起光伏电池23，该方法还包括在盖子30和板26之间施加真空以将板26与工作台24间隔开。换句话说，在盖子30和板26之间施加真空，并且板26缩进，以使得在压板26处于其缩进位置的同时保持光伏电池23与压板26上的缓冲材料相接触。电池压制机20处于打开位置，即，盖子30移动离开工作台24。电池压制机20在打开位置时，穿梭板28被移除。

该方法还包括将基板64和连结层66引入至光伏电池23和工作台24之间的预定位置，如图3中优选示出的。基板64由工作台24支撑，连结层66在基板64和光伏电池23之间由基板64支撑。光伏电池23和连结层66限定它们之间的空间。

在基板64和连结层66被布置在光伏电池23和工作台24之间后，该方法还包括使盖子30移向工作台24并与工作台24相接触，如图4中优选示出的。具体地，盖子密封件44接触工作台24并将盖子30密封至工作台24。

在盖子30被密封至工作台24之后，该方法还包括使光伏电池23和工作台24中的一个移向另一个，直到光伏电池23接触连结层66，如图5所示。在图中所示的配置中，通过在板26和工作台24之间施加真空以使板26移向工作台24，来使板26相对于工作台24移动。具体地，在板26和工作台24之间被施加真空以允许板26移向工作台24之后，盖子30和板26之间的真空被释放。此外，在板26和盖子30之间可以引入正压力以使板26移向工作台24。因为在板26和工作台24之间施加真空，所以当光伏电池23接触连结层66时，光伏电池23和连结层66之间的空间被抽空。

换句话说，一旦盖子30闭合，由板26、工作台24、壁40和盖子30形成的封闭区域通过由第三真空系统56施加真空而被抽空。如图5所示的抽空之后，通过第一真空系统32释放真空，使得板26伸出。通过孔隙施加真空，使得在光伏电池23由板26支撑的同时板26伸出，这迫使光伏电池23进入、部分进入连结层66，或被置于连结层66之上。此外，在板26和盖子30之间引入正压力的情况下，板迫使光伏电池23进入或部分进入连结层66，或置于连结层66之上。连结层66也可以被加热以促进将光伏电池23适当地插入或部分插入连结层66，或插到连结层66上。在连结层66被加热的情况下，板26和/或工作台24可以被加热以便传导地加热连结层66。

因为光伏电池23和连结层66之间的空间被抽空，在光伏电池23和连结层66之间不形成气泡。因此，模块22的结构坚固，并且吸收的光量增加。此外，因为不形成气泡，所以光伏电池23不需要被加压来从光伏电池23和连结层66之间挤出气泡。加压步骤的消除减少了形成模块22所需的时间。时间的减少提高了形成模块22的成本效益。例如，需要向光伏电池23施加压力的时间小于15秒。

应该理解，在盖子30密封至工作台24(在它们之间布置有基板64和连结层66)并且由第三真空系统56在工作台24和板26之间抽真空之后，第一真空系统32的真空可被完全释放。换句话说，第一真空系统32可以被开启为大气压。可替换地，如上所述，第一压差控制器49可以部分地释放第一真空系统32的真空。可替换地，如上所述，第一压差控制器49可以在板26和盖子30之间引入正气压以使板26离开盖子30移向光伏电池23。

在光伏电池23接触连结层66之后，真空通过板26的孔隙48被释放以从板26释放光伏电池23。在通过板26的孔隙48释放真空之后，该方法包括如图6所示的，使板26和工作台24中的一个移动离开另一个。更具体地，在图中示出的配置中，该方法包括在盖子30和板26之间施加真空并释放板26和工作台24之间的真空，以使板26离开工作台24移向盖子30，到达缩进位置。

在板26移动离开工作台24之后，盖子30移动离开工作台24，以允许从板26和工作台24之间移出基板64、连结层66和光伏电池23。基板64、连结层66和光伏电池23然后可以从板26和工作台24之间被移出。当从板26和工作台24之间移出了基板64、连结层66和光伏电池23时，上述关于本发明的电池压制机20的方法被重复用于新的基板64、连结层66和光伏电池23。

在第二连结层70和第二基板72被应用到模块22的情况下，第二连结层70和第二基板72可以在从电池压制机20中移出基板64、连结层66和光伏电池23之前或之后被应用。

例如，当在从电池压制机20中移出基板64、连结层66和光伏电池23之后应用第二连结层70和第二基板72时，如果需要的话，基板64、连结层66和光伏电池23然后可以被传送至诸如烤箱之类的固化系统或进一步的涂敷机以便完成模块22的形成。具体地，当第二连结层70被应用至光伏电池23时，连结层66和/或第二连结层70可以在固化烤箱中被部分或全部固化。然后基板64、连结层66、光伏电池23和第二连结层70的组合件通常被传递至用于应用第二基板72的工作站(station)，诸如，夹辊、层压机、或类似于电池压制机20的设备。

如下将进一步描述的，可以例如使用用于将光伏电池23应用至连结层66的电池压制机20或与该电池压制机20相同或类似的另一压制机来应用第二连结层70和第二基板72。然而，应该理解，第二连结层70和第二基板72能够以任何形式被应用而不背离本发明的本质。

连结层66可以在基板64和连结层66被引入到电池压制机20之前被应用到基板64。可替换地，连结层66可以被应用到处于电池压制机20中的基板64。连结层66可以与基板64完全无关地被预先形成为膜、片、层压板等。在连结层66被预先形成的情况下，连结层66然后通常在电池压制机20外部或在电池压制机20内部被应用到基板64。连结层66可以由本领域已知的任何适当的化合物制成和/或包括本领域已知的任何适当的化合物，并且这些化合物可能需要或可能不需要固化。在应用固化的情况下，这种或这些化合物具有可固化组合物的形式。基板64可以在电池压制机20中或独立于电池压制机20被涂敷以所述可固化组合物。在基板64独立于电池压制机20地被涂敷以可固化组合物的情况下，基板64和可固化组合物或连结层66然后被一起引入电池压制机20中。形成连结层66的可固化或不可固化的任何组合物可以使用涂敷机74被应用到基板64，涂敷机可以采用本领域已知的任何适当的应用方法，包括但不限于喷涂、流涂、淋涂、浸涂、挤压涂敷、刮涂、丝网涂敷、层压、融化、浇注、及其组合。

如果需要，连结层66然后可以被固化或部分固化。通常该步骤采用这样的形式：将基板64上的连结层66传输/传送至适当固化机构，并且以预定温度部分或全部固化预定时间段，固化机构通常为固化烤箱76等。该预定温度和该预定时间段取决于所使用的连结层66和所需的固化程度。这通常取决于所需的大概固化程度，即，连结层66优选地仅被固化至某个点，在该点，使得在使用根据本发明的设备和方法的应用步骤期间，光伏电池23被操纵或被迫使进入、部分进入到连结层66中或仅仅位于连结层66上。

连结层66通常为液体或凝胶形式。在后者的情况下，其通常以液体形式被应用到基板64上，然后被固化或部分固化成凝胶。根据本发明的凝胶是基本上不可流动、高度可变形的材料，优选地具有能够湿润并粘着到基板64表面的交联网络。优选地，这样的凝胶保持粘性，即，黏性，从而使得本发明的电池压制机20能够保证，利用足以迫使光伏电池23进入、部分进入连结层66中或仅仅位于连结层66上的力，光伏电池23可以被应用到粘性凝胶上。例如，在迫使光伏电池23进入到连结层66中的情况下，光伏电池23可以渗入凝胶基质(gel matrix)中，从而在其每个面上都被凝胶完全包围。

可以使用任何适于将连结层66应用至基板64的方法。通常通过流涂(flow coating)来应用连结层66。然而，应该理解，如上所述，可以通过喷涂、淋涂、浸涂、挤压涂敷、刮涂、丝网涂敷来应用连结层66。

如上所述，连结层66可以是任何类型的材料而不背离本发明的本质。以下将描述连结层66及其准备过程的示例，应该理解下面的描述是示例性的。连结层66可以由组合物形成，该组合物是单部分或多部分组合物，通常是两部分，一部分中具有一些聚合物和全部的交联剂(cross-linker)内容物，在第二部分中具有剩下的聚合物和全部的催化剂内容物。然后第一部分和第二部分紧接在应用之前被混合，然后该混合的凝胶组合物被应用到基板64上，以及如果需要，在引入到本发明的电池压制机20中之前，允许被至少部分固化。固化处理可以在室温下发生，但是这可能需要花费几个小时，尤其是当组合物中存在亚化学计量水平的交联剂时。这样的固化处理优选地在大约0℃和200℃之间的适当(通常是预定的)温度下执行，取决于诸如所需的固化速度和在组合物中存在的交联剂浓度等因素。加热的固化处理可以在任何适当的烤箱或类似物中以批量或连续模式进行，但是连续模式是最优选的。这些固化要求取决于诸如所需的固化速度和组合物中存在的交联剂的浓度等因素。

基板64通常在将连结层66应用到基板64之前被准备和涂敷。一开始，基板64在水中被清洗，并且基板64的要应用连结层66的一侧被进一步使用醇溶液(例如异丙醇)清洗。使用水和醇溶液的清洗可以使用例如基板清洗器78来完成。基板64在清洗之后通常由机器人操作以防止已清洗的基板64被污染。可替换地，或者作为机器人操作的附加，一旦干燥，环绕基板64的周边放置掩模或框架。然后，基板64被涂敷以封装材料并且在烤箱中以200℃被部分固化1和15分钟之间的时间段。

可以应用旨在覆盖模块22的边缘的保护密封件。可替换地或附加地，模块22可以被框在通常由铝或塑料材料制成的外围框架中。这在连结层66被插入电池压制机20中时未被固化的情况下尤其重要。

图9示出了用于生产模块22的组装线的实施例。应该理解，图9的组装线是示例性的，并且模块22可以在任何类型的组装线上被生产而不背离本发明的本质。在图9中示出的实施例中，基板64、连结层66、第二基板72、第二连结层70和光伏电池23在穿梭板28上在各工作站之间移动。穿梭板28通常通过传送带移动。组装线包括基板线82、横向延伸至基板线82的光伏电池线84、以及横向延伸至基板线82的第二基板线86。

关于基板线82，如上所述，基板64在基板清洗器78中被清洗。基板64然后被传送至涂敷机74，在涂敷机74中，连结层66被应用到基板64。在被传送至电池压制机20之前，基板64和连结层66然后被传送至固化烤箱76。

光伏电池线84包括光伏电池准备部分85。光伏电池23可以在电池准备部分85处被放置在穿梭板28上。在包括光伏电池23的阵列的情况下，光伏电池23可以在光伏电池准备部分85处被组合成阵列。电池压制机20在打开位置时，穿梭板28被传送至电池压制机20。组装线包括具有挡块90的轨道系统，挡块90通常如图1-6中所示地从工作台24伸出，以便精确地将穿梭板28定位在电池压制机20中的工作台24上。应该理解，图1-6中示出的挡块90是示例性的，并且任何类型的挡块都可以被使用而不背离本发明的本质。如上所述，电池压制机20从穿梭板28上提起光伏电池23，并且使光伏电池23离开工作台24悬置在板26上。电池压制机20在打开位置时，穿梭板28被传送出电池压制机20。

当光伏电池23离开工作台24被悬置在板26上时，基板64从固化烤箱76被传送至电池压制机20。再次，使用挡块90，穿梭板28可被精确定位。如上所述，光伏电池23与连结层66和基板64相结合。

板64、连结层66、以及光伏电池23从电池压制机20被传送至另一涂敷机74，在该另一涂敷机74中，第二连结层70被应用至光伏电池23和连结层66。基板64、连结层66、光伏电池23以及第二连结层70然后被传送至另一固化烤箱76以固化第二连结层70。

第二基板线86包括第二基板准备部分87，其可以包括另一基板清洗器78以清洗第二基板72。第二基板72可以在第二基板准备部分87处被放置在穿梭板28上。第二基板72然后被传送至第二基板应用器92。第二基板应用器92可以与上述的电池压制机20相同以执行与上述相同的方法，即，以与悬置光伏电池23并将其应用至连结层66相同的方式，悬置第二基板72并将第二基板72应用至第二连结层70。下面的描述阐述了这样的方法并且包括基于上面标号的通用元件。

参考图10，当电池压制机20处于打开位置时，第二基板72在穿梭板28上被引入电池压制机20，穿梭板28可以使用挡块90被精确定位。电池压制机20然后移动到关闭位置，即，盖子30移向工作台24并与工作台24接触。使用第一真空系统52和第三真空系统56，使工作台24和板26中的一个移向另一个以使板26与第二基板72接合。然后通过孔隙48施加真空以将第二基板72拉向板26。然后使用第一真空系统52和第三真空系统56，使板26和工作台24移动离开彼此。

参考图11，电池压制机20处于打开位置，由板26支撑的第二基板72被悬置离开工作台24，基板64、布置在基板64之上的连结层66、布置在连结层66之上的第二连结层70、以及布置在连结层66和基板70之间的光伏电池23例如从固化烤箱76被传送到电池压制机20中，如图9所示。如图12所示，使用第一真空系统52和第三真空系统56，以使得第二基板72和工作台24中的一个然后向另一个移动，直到第二基板72接触第二连结层70。在第二基板72和第二连结层70之间施加真空，使得在第二基板72接触第二连结层70时，第二基板72和第二连结层70之间的空间被抽空。

已经以示例性方式描述了本发明，并且应该理解，已使用的术语旨在具有文字描述的性质，而不是用于限制。显然，根据上述教导，本发明能够有许多修改和变型，并且本发明可以不同于所明确描述的那样来实施。

Claims (25)

1.一种使用电池压制机形成包括光伏电池的光伏电池模块的方法，所述电池压制机具有工作台和与工作台间隔开并能够相对于工作台移动的板，所述方法包括：

将光伏电池布置在板和工作台之间，其中光伏电池与工作台间隔开；

在光伏电池和工作台之间引入基板和连结层，其中基板由工作台支撑，并且连结层在基板和光伏电池之间由基板支撑，在光伏电池和连结层之间具有空间；

使光伏电池和工作台中的一个移向另一个，直到光伏电池接触连结层；以及

在光伏电池和连结层之间施加真空，使得在光伏电池接触连结层时，光伏电池和连结层之间的空间被抽空。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在板和工作台之间布置光伏电池被进一步限定为，使用所述板来支撑光伏电池。

3.根据权利要求2或3所述的方法，其中移动光伏电池和工作台中的一个被进一步限定为，使板和工作台中的一个移向另一个。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中移动光伏电池和工作台中的一个进一步包括，在板和工作台之间施加真空，同时在光伏电池和连结层之间施加真空，以使板移向工作台。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述电池压制机包括盖子，板在盖子和工作台之间气动耦接至盖子并且能够相对于盖子移向工作台和移动离开工作台，所述方法进一步包括，在将基板和连结层引入光伏电池和工作台之间之前，在盖子和板之间施加真空，以使板和工作台间隔开。

6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括，在板和工作台之间施加真空以允许板移向工作台之后，释放盖子和板之间的真空。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的方法，进一步包括，在使光伏电池和工作台中的一个移向另一个以使板移动离开光伏电池之后，在盖子和板之间施加真空。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中盖子能够移向工作台和移动离开工作台，所述方法进一步包括，在光伏电池和连结层之间施加真空之前，将盖子密封至工作台。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中板限定了孔隙，并且其中将光伏电池布置在板和工作台之间被进一步限定为，通过所述孔隙在所述孔隙和光伏电池之间施加真空，以将光伏电池拉向板。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括，使光伏电池和板中的一个移向另一个，以便在通过所述孔隙施加真空时将光伏电池拉向板。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，进一步在板和工作台之间施加真空以使板移向光伏电池。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，进一步包括，在使光伏电池和板中的一个移向另一个之后，通过板的所述孔隙释放真空，以便从板释放光伏电池。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，进一步包括，在通过板的所述孔隙释放真空之后，使板和工作台中的一个移动离开另一个。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述电池压制机包括盖子，板在盖子和工作台之间气动耦接至盖子并且能够相对于盖子移向工作台和移动离开工作台，并且其中使板和工作台中的一个移动离开另一个被进一步限定为，在盖子和板之间施加真空以使板离开工作台移向盖子。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中连结层进一步被限定为封装材料，并且所述方法进一步包括，通过喷涂、流涂、淋涂、浸涂、挤压涂敷、刮涂、丝网涂敷、和模板涂敷中的一种将所述封装材料应用到基板。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中所述连结层具有从1.1至100mm的渗透度和小于-0.6g.sec的粘度值。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，进一步包括，从电池压制机中移出基板、连结层和光伏电池，以及将第二连结层应用到光伏电池上和将第二基板应用到第二连结层上。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，其中所述电池压制机包括与工作台间隔开并且能够相对于工作台移动的板，所述板限定了多个孔隙，并且其中所述光伏电池被进一步限定为光伏电池阵列，并且其中支撑光伏电池被进一步限定为，在工作台和板之间引入所述光伏电池阵列，其中所述光伏电池与板的所述多个孔隙对准。

19.一种使用电池压制机形成包括光伏电池的光伏电池模块的方法，所述电池压制机具有工作台和与工作台间隔开并能够相对于工作台移动的板，所述板限定了孔隙，所述方法包括：

在板和工作台之间布置光伏电池；

使光伏电池和板中的一个移向另一个，直到板接触光伏电池；

通过所述孔隙在所述孔隙和光伏电池之间施加真空，以将光伏电池拉向板；

使光伏电池和板中的一个移动离开另一个；

在光伏电池和工作台之间引入基板和连结层，其中基板由工作台支撑，连结层在基板和光伏电池之间由基板支撑，在光伏电池和连结层之间具有空间；

使光伏电池和工作台中的一个移向另一个，直到光伏电池接触连结层；以及

在光伏电池和连结层之间施加真空，使得当光伏电池接触连结层时，光伏电池和连结层之间的空间被抽空。

20.一种用于形成光伏电池模块的电池压制机，所述电池压制机包括：

工作台，用于支撑基板和由该基板支撑的连结层；

与所述工作台间隔开的板；

所述工作台和所述板中至少一个能够向另一个移动和移动离开另一个；

所述板被配置为悬置光伏电池，使其与所述基板和所述连结层间隔开，以限定所述光伏电池和所述连结层之间的空间；以及

真空系统，与光伏电池和连结层之间的所述空间相连通，用于在所述工作台和所述板中的至少一个移向另一个时将所述光伏电池和所述连结层之间的空间抽空。

21.根据权利要求20所述的电池压制机，其中所述板限定了孔隙，并且其中第二真空系统与所述孔隙相连通，用于通过所述孔隙抽真空以悬置光伏电池。

22.根据权利要求20至21中任一项所述的电池压制机，还包括盖子，所述盖子气动地耦接到所述板，限定了所述盖子和所述第二板之间的腔；以及与所述腔连通的第一真空系统，用于相对于所述盖子移动所述板。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的电池压制机，还包括从盖子延伸到板的密封件，以气密地密封盖子到板之间的腔。

24.根据权利要求22至23中任一项所述的电池压制机，其中所述盖子被配置为气密地密封至所述工作台。

25.根据权利要求20至24中任一项所述的电池压制机，还包括穿梭板和从工作台伸出的挡块，所述挡块用于在工作台上精确地定位穿梭板。

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