CN102487094A - 太阳光电模块封装结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳光电模块封装结构及其制造方法。所述太阳光电模块封装结构，包括一透光基板、相对透光基板配置的一背板、介于透光基板与背板之间的数个太阳电池，以及介于透光基板与背板之间并将太阳电池封住的数层封装层。其中上述封装层之间具有至少一压花界面，且具有压花界面的那层封装层是热固性材料。本发明在太阳光电模块封装结构中通过在封装层之间形成压花界面，因此可达到光捕捉效果，以提升模块功率。另外，本发明在太阳光电模块封装结构的工艺中，利用模具即可简单地在封装层表面制作出具有曲率面的压花表面，进而达到光捕捉效果，并借以提升模块功率。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳光电模块封装技术，且尤其涉及一种太阳光电模块封装结构及其制造方法。
背景技术
太阳能是一种无污染且取之不尽的能源，因此，在遭遇石化能源所面临的污染与短缺的问题时，如何有效利用太阳能源已经成为最受瞩目的焦点。其中，因太阳能电池(solar cell)可直接将太阳能转换为电能，而成为目前运用太阳能源的发展重点。
典型太阳光电模块封装结构如图1所示，包括玻璃(glass)100、粘胶102、太阳电池104、粘胶106和背板(backsheet)108。此种封装结构常因封装损失，造成光反射损失而降低发电功率。前述太阳电池的主要光损失来源如下：1.外界环境(空气)与玻璃间的反射损失、2.太阳电池表面与粘胶的反射损失、3.背板反射光损失。
因此，目前业界大多着重于模块材料开发与制作技术：如太阳电池抗反射层技术、太阳光电模块玻璃表面压花结构技术等，但却缺乏能够有效回收太阳电池反射光与背板反射光的结构设计。
发明内容
本发明提供一种太阳光电模块封装结构，具有达到光捕捉效果的光学表面，以提升模块功率。
本发明另提供一种太阳光电模块封装结构的制造方法，可简易制作出具有达到光捕捉效果的光学表面的封装结构。
本发明提出一种太阳光电模块封装结构，包括一透光基板、相对透光基板配置的一背板、介于透光基板与背板之间的多个太阳电池，以及介于透光基板与背板之间并将太阳电池封住的数层封装层(encapsulant)。其中上述封装层之间具有至少一压花界面，且具有压花界面的那层封装层是热固性材料。
在本发明的一实施例中，所述太阳光电模块封装结构还包括粘附在背板的对外表面上的一外加光学板，且此一外加光学板具有一压花表面。
在本发明的一实施例中，所述背板为透光材料。
在本发明的一实施例中，所述压花表面为一锯齿面。这个锯齿面的结构尺寸与周期范围约为10微米至2公分。至于锯齿面的顶角约大于0°且约小于150°。此外，上述锯齿面的边缘可为一次方、二次方或多次近似的曲率面。
在本发明的一实施例中，上述背板包括透光材料或不透光材料。
在本发明的一实施例中，上述封装层包括彩色封装材料。
本发明另提出一种太阳光电模块封装结构的制造方法，包括压合一透光基板、多个封装层、介于封装层之间的太阳电池以及一基板，且于上述压合步骤之前，需将一模具的表面结构转印到上述封装层中至少一层，以形成一压花表面，且具有压花表面的这层封装层是一热固性材料。
在本发明的另一实施例中，上述模具的温度高于被转印的那层封装层的融化温度。
在本发明的另一实施例中，上述模具的表面结构是具有一次方、二次方或多次近似的曲率面的锯齿结构。
基于上述，本发明在太阳光电模块封装结构中通过在封装层之间形成压花界面，因此可达到光捕捉效果，以提升模块功率。另外，本发明在太阳光电模块封装结构的工艺中，利用模具即可简单地在封装层表面制作出具有曲率面的压花表面，进而达到光捕捉效果，并借以提升模块功率。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1是现有一种透光型太阳光电模块封装结构的剖面示意图。
图2是依照本发明的第一实施例的一种太阳光电模块封装结构的剖面示意图。
图3A～图3D显示各种具有压花表面的结构的立体图。
图4是依照本发明的第二实施例的一种太阳光电模块封装结构的剖面示意图。
图5是图4的具有压花表面的外加光学板的放大图。
图6A是依照本发明的第三实施例的一种太阳模块封装结构的剖面示意图。
图6B是第三实施例的另一种太阳模块封装结构的剖面示意图。
图7是依照本发明的第四实施例的一种太阳模块封装结构的制造流程图。
图8是实验例四的太阳光电模块封装结构。
图9是实验例五的太阳光电模块封装结构。
图10是实验例六的太阳光电模块封装结构。
其中，附图标记：
100、800、900、1000：玻璃
102、106：粘胶
104、204、604：太阳电池
108、202、602：背板
200、600：透光基板
202a：表面
206、208、210、606、608、610：封装层
212、612：压花界面
400、812、912、1012：外加光学板
402：压花表面
500：平面
700～702：步骤
802、806、808、902、906、908、1002、1006、1008：EVA粘胶
804、904、1004：单晶太阳电池
810、910、1010：PET背板
H：厚度
θ：顶角
具体实施方式
以下实施例仅是用来更详细地描述本发明的应用，并附图来作说明。然而，本发明还可采用多种不同形式来实践，且不应将其解释为限于下列所述的实施例。在图式中，为明确起见可能将各层的尺寸及相对尺寸作夸饰，而未按尺寸比例绘制。
图2是依照本发明的第一实施例的一种太阳光电模块封装结构的剖面示意图。
请参照图2，第一实施例的太阳光电模块封装结构包括一透光基板200、相对透光基板200配置的一背板202、介于透光基板200与背板202之间的太阳电池204、位于透光基板200与背板202之间的第一、第二和第三封装层206、208、210。太阳电池204即被封在上述封装层206、208、210中。在第一实施例中，第二封装层208与第三封装层210之间具有一压花界面212，且具有压花界面212的这层封装层210是热固性材料，譬如乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)或聚乙烯醇缩丁醛(PVB)。而且，这些封装层206、208、210还可以是彩色封装材料。
当太阳光入射上述压花界面212，其具有导光效果而有光捕捉的功效，使光反射到太阳电池204再利用。另外，在第一实施例中，背板202可以是透光材料或不透光材料，如果背板202为透光材料时，其可具有背向高穿透率，以应用于透光型太阳光电模块。
在第一实施例中，具有压花界面212的封装层还可以有不同样式的压花表面，如图3A～图3D所示，但本发明并不局限于此。
图4是依照本发明的第二实施例的一种太阳光电模块封装结构的剖面示意图，其中使用与第一实施例相同的元件符号来代表相同或相似的构件。
请参照图4，在本实施例中的背板202的对外表面202a上还有一外加光学板400，其具有一压花表面402，而背板202可为透光材料，至于外加光学板400则可为透光材料或不透光材料。其余构件则可参照第一实施例。这个压花表面402例如一锯齿面，请见图5。
图5是一面为平面500、一面具有压花表面402的外加光学板400的放大图，其中的箭头代表光线从不同方向进入外加光学板400的反射与穿透情形。这个锯齿面的结构尺寸：结构为底边约0.05mm、周期为0.05mm、结构深度为0.025mm、光学板厚度(高度)H可为0.4mm，如图4；锯齿面的周期范围可在10微米至2公分。至于锯齿面的顶角θ大于0°且约小于150°，其中顶角θ表示压花表面402，光学板400材料，例如为PET，n1折射率范围约1.6至1.7，光学板折射率必须高于外界环境，在本例的外界环境为空气n2，具有折射率1。而顶角θ必须满足光学高反射条件，而以光密介质n1至光疏介质n2的全反射角θc≥arcsin(n2/n1)尤佳，其中n1sinθ1＝n2sinθ2。也就是说，图5的压花表面402的正面的结构(即外加光学板400)比压花表面402的背面(如空气)具有较高的折射率，所以能制造出高反射的机制。
图6A是依照本发明的第三实施例的一种太阳模块封装结构的剖面示意图。
请参照图6A，第三实施例的太阳模块封装结构包括一透光基板600、相对透光基板600配置的一背板602、介于透光基板600与背板602之间的太阳电池604、位于透光基板600与背板602之间的第一封装层606、第二封装层608与第三封装层610。在太阳电池604之间的第一封装层606与第二封装层608之间有压花界面612，且具有压花界面612的这层第一封装层606是热固性材料，譬如EVA或PVB。另外，封装层606、608、610还可以是彩色封装材料。至于压花界面612的形状、背板602的材料等可参考上述实施例。
图6B是第三实施例之另一种太阳光电模块封装结构的剖面示意图，其中使用与图6A相同的元件符号来代表相同或相似的构件。在图6B中，其压花界面612是位于第二封装层608与第三封装层610之间。当第二封装层608的折射率大于第三封装层610的折射率时，可增进压花界面612的反射效果。
图7是依照本发明的第四实施例的一种太阳模块封装结构的制造流程图。
请参照图7，在步骤700中，先将一模具的表面结构转印到一层封装层，以形成一压花表面。其中，具有压花表面的这层封装层是热固性材料，如EVA或PVB等材料。在此情形下，模具的温度高于被转印的那层封装层的融化温度，才能使封装层软化而被压印出所需的压花表面。而模具的表面结构例如是具有一次方、二次方或多次近似的曲率面的锯齿结构，以印出如图3A～图3D的压花表面。
在步骤702中，将被转印的那层封装层与一透光基板、其余封装层、介于封装层之间的太阳电池以及一基板一起进行压合。这道压合步骤可使用现有设备与压合工艺，故不在此赘述。
以下列举几个实验结果来验证本发明的效果，且文中的“/”代表“和”的意思。
对照例
依目前压合机工艺，制作图1的一般透光型太阳光电模块封装结构，其步骤是将玻璃/EVA粘胶/6时单晶太阳光电模块/EVA粘胶/玻璃放入压合机，在温度165.0℃以10-2torr真空抽气上室与下室共8分钟，接着上室破真空8分钟即完成模块封装。
以IEC61215的标准试验条件(STC)的A class太阳光仿真器(flash simulator)测试输出功率的电压-电流输出特性，以6时单晶太阳电池封装作为比较基准，模块输出功率3.44W，定义模块功率提升0％作为实验对照组。
实验例一
依对照例的工艺压合制作出如图6A的太阳光电模块封装结构，其为玻璃/EVA粘胶/在太阳电池之间的有压花界面的EVA粘胶/单晶太阳电池/EVA粘胶/PET背板。压花界面是利用压花玻璃，结构为底边约0.1mm、周期约1mm、高度约为0.1mm，利用第一次工艺压合制作出玻璃/EVA粘胶(在太阳电池之间的有压花界面的EVA粘胶)，在温度165.0℃以10-2torr真空抽气上室与下室共8分钟，接着上室破真空8分钟即完成第一次工艺压合的压花界面，再来进行第二次工艺压合制作完成模块封装，工艺参数同第一次压合工艺，EVA粘胶608与EVA粘胶610为同一材料，依据IEC61215的STC测试条件，与对照例一样的方法测试输出功率，比较对照例与实验例一的电压-电流输出特性，发现可提升模块功率0.77％。
实验例二
依对照例的工艺压合制作出如图6B的太阳光电模块封装结构，其为玻璃600/EVA粘胶606/单晶太阳电池604/在太阳电池之间的有压花界面的EVA粘胶608/EVA粘胶610/PET背板602。压花界面制作方法如同实验例一，第一次工艺压合完成玻璃600/EVA粘胶606/单晶太阳电池604/在太阳电池之间的有压花界面的EVA粘胶608，压花界面位于封装层608与封装层610间，EVA粘胶608与EVA粘胶(606)为同一材料，压花结构同为底边约0.1mm、周期约1mm、高度约为0.1mm，再来进行第二次工艺压合制作完成模块封装，然后利用与对照例一样的方法测试输出功率，比较对照例与实验例二的电压-电流输出特性，发现可提升模块功率0.96％。
实验例三
依对照例的工艺压合制作出如图2的太阳光电模块封装结构，其为玻璃202/EVA粘胶206/单晶太阳电池204/有压花界面的EVA粘胶208/EVA粘胶210/PET背板202。压花界面制作方法如同实验例一，第一次工艺压合完成玻璃202/EVA粘胶206/单晶太阳电池204/在太阳电池之间的有压花界面的EVA粘胶208，压花界面位于封装层208与封装层EVA粘胶210间，压花结构同为底边约0.1mm、周期约1mm、高度约为0.1mm，再来进行第二次工艺压合制作完成模块封装，然后利用与对照例一样的方法测试输出功率，比较对照例与实验例三的电压-电流输出特性，发现可提升模块功率0.83％。
实验例四
依对照例的工艺压合制作出如图4的太阳光电模块封装结构，其为玻璃202/EVA粘胶206/单晶太阳电池204/有压花界面的EVA粘胶208/EVA粘胶210/PET背板202/外加光学板400。压花界面制作方法，第一次工艺压合完成有压花界面的EVA粘胶208/EVA粘胶210/PET背板202/外加光学板400，压花结构同为底边约0.1mm、周期约1mm、高度约为0.1mm，再来进行第二次工艺压合制作完成模块封装，封装层EVA粘胶208与封装层EVA粘胶206为同一材料，然后利用与对照例一样的方法测试输出功率，比较对照例与实验例四的电压-电流输出特性，发现可提升模块功率1.02％。
实验例五
依对照例的工艺压合制作如图8的太阳光电模块封装结构，其包括玻璃800/有压花界面的EVA粘胶802/单晶太阳电池804/EVA粘胶806/EVA粘胶808/PET背板810，并在其玻璃800上一外加光学板812，具压花界面的EVA粘胶802为压花玻璃模具转印制作，结构为底边约0.1mm、周期约1mm、高度约为0.1mm，第一次工艺压合完成光学板812/玻璃800/有压花界面的EVA粘胶802，压花界面位于太阳电池604与封装层610间，压花结构同为底边约0.1mm、周期约1mm、高度约为0.1mm，再来进行第二次工艺压合制作完成模块封装。然后利用与对照例一样的方法测试输出功率，比较对照例与实验例四的电压-电流输出特性，发现可提升模块功率2.34％。
实验例六
同实验例五，依对照例的工艺压合制作如图8的太阳光电模块封装结构，此处外加光学板812可以转印具压花界面的EVA粘胶作为替代，同时进行EVA粘胶802的压花玻璃模具转印制作，两者结构底边约0.1mm、周期约1mm、高度约为0.1mm，第一次工艺压合完成有压花界面的EVA光学板812/玻璃800/有压花界面的EVA粘胶802，压花界面位于太阳电池604与封装层610间，压花结构同为底边约0.1mm、周期约1mm、高度约为0.1mm，再来进行第二次工艺压合制作完成模块封装。然后利用与对照例一样的方法测试输出功率，比较对照例与实验例四的电压-电流输出特性，发现可提升模块功率1.38％。
实验例七
依对照例的工艺压合制作如图9的太阳光电模块封装结构，包括玻璃900/EVA粘胶902/单晶太阳电池904/EVA粘胶906/有压花界面的EVA粘胶908/PET背板910，并在其玻璃900上透光的一外加光学板912。，光学板912与具压花界面的EVA粘胶908同为压花玻璃模具转印制作，结构为底边约0.1mm、周期约1mm、高度约为0.1mm，第一次工艺压合完成有压花界面的EVA光学板912/玻璃900/EVA粘胶902/单晶太阳电池904/EVA粘胶906/有压花界面的EVA粘胶908，压花界面位于太阳电池904与封装层908间，EVA粘胶906与EVA粘胶908为同一材料，压花结构同为底边约0.1mm、周期约1mm、高度约为0.1mm，再来进行第二次工艺压合制作完成模块封装，然后利用与对照例一样的方法测试输出功率，比较对照例与实验例五的电压-电流输出特性，发现可提升模块功率1.68％。
实验例八
依对照例的工艺压合制作如图10的太阳光电模块封装结构，包括玻璃1000/EVA粘胶1002/6时单晶太阳电池1004/有压花界面的EVA粘胶1006/EVA粘胶1008/PET背板1010，并在其玻璃1000上一外加光学板1012。第一次工艺压合完成光学板1012/玻璃1000/EVA粘胶1002/6时单晶太阳电池1004/有压花界面的EVA粘胶1006，压花界面位于封装层1006与封装层EVA粘胶1008间，压花结构同为底边约0.1mm、周期约1mm、高度约为0.1mm，再来进行第二次工艺压合制作完成模块封装，然后利用与对照例一样的方法测试输出功率，比较对照例与实验例六的电压-电流输出特性，发现可提升模块功率1.57％；以此例而言，外加光学板1012可以转印具压花界面的EVA粘胶作为替代，同时进行EVA粘胶1006的压花玻璃模具转印制作，发现可提升模块功率0.9％。
综上所述，本发明利用单层或多层具有压花界面或压花表面的光学界面(optical sheet)应用于太阳光电模块封装结构，可得到提升光捕捉(light trapping)的效果，主要光捕捉为太阳电池表面反射光、背板表面的反射光与太阳电池间隙的光能量利用等。本发明不但能应用于一般型与透光型太阳光电模块，同时具备制作容易与提升模块发电功率的优势。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (12)
1.一种太阳光电模块封装结构，其特征在于，包括：
一透光基板；
一背板，相对该透光基板配置；
多个太阳电池，介于该透光基板与该背板之间；以及
多个封装层，介于该透光基板与该背板太阳光电模块之间并将该些太阳电池封住，其中该些封装层之间具有至少一压花界面，且具有该压花界面的该封装层是一热固性材料。
2.根据权利要求1所述的太阳光电模块封装结构，其特征在于，还包括：
一外加光学板，粘附在该背板的对外表面上，其中该外加光学板具有一压花表面。
3.根据权利要求2所述的太阳光电模块封装结构，其特征在于，该背板包括透光材料。
4.根据权利要求2所述的太阳光电模块封装结构，其特征在于，该压花表面为一锯齿面。
5.根据权利要求4所述的太阳光电模块封装结构，其特征在于，该锯齿面的结构尺寸与周期范围为10微米至2公分。
6.根据权利要求4所述的太阳光电模块封装结构，其特征在于，该锯齿面的顶角大于0°且小于150°。
7.根据权利要求4所述的太阳光电模块封装结构，其特征在于，该锯齿面的边缘为一次方、二次方或多次近似的曲率面。
8.根据权利要求1所述的太阳光电模块封装结构，其特征在于，该背板包括透光材料或不透光材料。
9.根据权利要求1所述的太阳光电模块封装结构，其特征在于，该些封装层包括彩色封装材料。
10.一种太阳光电模块封装结构的制造方法，包括压合一透光基板、多个封装层、介于该些封装层之间的多个太阳电池以及一基板，其特征在于，
在该压合步骤之前，将一模具的表面结构转印到该些封装层中至少一层，以形成一压花表面，且具有该压花表面的该封装层是一热固性材料。
11.根据权利要求10所述的太阳光电模块封装结构的制造方法，其特征在于，该模具的温度高于被转印的该封装层的融化温度。
12.根据权利要求10所述的太阳光电模块封装结构的制造方法，其特征在于，该模具的表面结构是具有一次方、二次方或多次近似的曲率面的锯齿结构。
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