CN102668121A

CN102668121A - 具有改善的腐蚀性质的太阳能模块

Info

Publication number: CN102668121A
Application number: CN2010800576622A
Authority: CN
Inventors: 库尔特·纳特尔曼; 乌尔班·韦伯; 哈里·恩格尔曼; 彼得·察赫曼; 英戈·施维尔特里希; 乌韦·弗利德纳
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-09-12
Also published as: IN2012DN05094A; DE102009059105A1; WO2011073423A4; US20120325293A1; EP2513976A2; WO2011073423A2; WO2011073423A3

Abstract

本发明涉及一种太阳能模块(1)，其包括前窗板(2)、嵌入有太阳能电池(6)的夹层(4)、和至少一个背面箔(3)。由于至少一个背面箔的特定构造，这些太阳能模块具有较长寿命。此外，所述太阳能模块具有以下优点，即，其能以高性价比且简单的方式制备。

Description

具有改善的腐蚀性质的太阳能模块

技术领域

本发明涉及一种太阳能模块，该太阳能模块由于其背面箔中的至少一个的特定构造而具有较长寿命。

背景技术

太阳能模块可以例如具有根据图1的组件。因此，太阳能模块可包括前窗板2、夹层4和背面箔3。至少两个背面箔可作为层压件而存在。

通常，如图2所示，夹层4由（多个）埋置材料层5以及太阳能电池6组成。埋置材料层5也可以是层压件，因而由若干单层组成。通常，背面箔3与夹层4相邻。例如，背面箔由耐候箔7、绝缘箔8和另一耐候箔9组成，如图2所示。

基本上，根据本发明的太阳能模块具有类似的组件。该模块的特征在于至少一个背面箔的特定构造，其导致显著有利的性质。

用于将太阳能直接转化为电流的太阳能电池应被封闭，以提供例如针对冰雹、安装或维护期间的损坏的机械保护，提供针对腐蚀性环境影响的保护，并且为了实现所需电气安全。用于封闭（亦即封装）的基本部件为透明的前窗板、埋置材料和在太阳能模块背面处的背面箔，在埋置材料内嵌入或浇铸太阳能电池，并且埋置材料至少在前窗板和太阳能电池之间是透明的。前窗板、埋置材料、太阳能电池、一体化部件和背面箔以及可选地框架的复合物称为太阳能模块。在此上下文中，透明意味着材料可透过电磁辐射，其中这种辐射具有允许借助于集成到太阳能模块中的太阳能电池将电磁辐射转化为电能的波长。

通常，前窗板由具有几毫米的厚度的碱硅酸盐玻璃组成，从而可以实现所需承载能力，并且使得前窗板适于增加机械强度。

聚合物材料，例如价格合理的EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)，适合用作埋置材料。通常，使用具有例如0.4至0.8mm的厚度的箔的形式的埋置材料。但用作封装材料的EVA具有若干缺点，这些缺点导致与模块质量有关的影响：

-EVA包含作为交联引发剂的过氧化物。在层合工艺期间未消耗的过氧化物可以分解EVA，并氧化太阳能模块中的其它部件。

-在相对高的加工温度（高达150°C的层合温度）下，EVA形成可以腐蚀太阳能模块中诸如金属部件的其它部件的醋酸和醋酸盐。

-此外，EVA在太阳能模块工作期间释放腐蚀性分解产物。其原因可以是热氧化（受热氧化）、光氧化（被日光的紫外线辐射氧化）和化学过程，例如归因于过氧化物的残余物的化学过程。

这里，假设在化学过程和光氧化过程的情况中存在于箔中的水分也可起作用。

相比埋置材料EVA，用于太阳能模块的诸如PVB（聚乙烯醇缩丁醛）的其它透明埋置材料的使用可以引起类似的负面效果。

许多类型的背面箔是已知的，例如

层压件（Tedlar-PET-Tedlar，Tedlar=聚氟乙烯(PVF)；PET=聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene tetraphthalate)）和

层压件（Tedlar-铝-PET）。背面箔必须实现几种功能，特别是太阳能电池针对来自外部的影响的电绝缘、对太阳能电池针对环境影响的保护以及对太阳能电池的机械保护。对于聚合物材料的背面箔的另外的要求由层合工艺产生，因为在高层合温度（在EVA的情况中，该温度通常为140°C及以上）下，背面箔也将软化。这导致太阳能电池的电线刺穿（多个）背面箔的危险，从而导致电气安全的丧失。因此，在所述温度的情况中，箔材料也应尽可能少地软化。

已知的背面箔具有缺点，即，其构成对太阳能模块中存在和/或形成的分解产物的高渗透屏障。

在过去，已经进行了大量尝试来降低太阳能模块中的腐蚀性物质的浓度。US5,447,576描述了一种用于封装太阳能电池的组件和方法。应减少热致变色。诸如EVA的埋置材料掺有所谓的光稳定剂。对稳定剂的作用机理的分析显示，稳定剂主要起到选择性吸收剂和氧化剂的作用。然而，埋置材料释放在前窗板上形成沉淀的腐蚀性分解产物。

DE69819157T2公开了一种封装材料，该材料旨在用于具有至少三层茂金属聚乙烯和聚乙烯共聚物的层压件形式的太阳能模块，其中层压件的薄外层包含耐热氧化和光氧化分解的UV稳定剂。这些埋置材料比例如EVA或PVB更昂贵。即使使用UV稳定剂，在这样的透明聚合物材料的情况中，同样由于腐蚀性物质的存在，在紫外线的长时间影响之下也发生某种分解。

US2008/185033描述了一种太阳能模块，其中在埋置材料和背面箔之间嵌入用于增加太阳能电池效率的反射箔。该箔可以以组合层压件的形式与背面箔永久性地结合。这种反射箔绝对地不可渗透在太阳能模块中产生的分解产物。为了允许移除所产生的分解产物，反射箔在某些区域被穿孔。这种穿孔包括10至1000个孔/cm²，并具有1至10μm的直径，并且仅位于某些区域，即位于太阳能电池下面的中心区域中。这些太阳能模块具有固有的缺点。在技术上，给定直径和密度的孔只能用非常薄的箔实现。在μm范围内的这样的小孔是易于失效的，它降低了箔的强度和刚度，并且导致整个太阳能模块的降低的机械稳定性。此外，如所提及的，非常小的孔可以高达1000孔/cm²箔的非常大的数量存在。此外，反射（金属化）箔与诸如EVA的埋置材料紧密且大面积接触，该埋置材料具有必须考虑的导电性。因此，在模块中出现电气短路或降低功率的漏电流短路的危险。此外，反射箔只有当其在空隙区域中不穿孔时可以实现其功能。然而，这涉及到与其技术制备有关的大量努力，因为通常箔在模块层合期间显示出强烈的各向异性收缩性，并且因此难以在层合过程之前准确地修剪和装配箔。

WO05/035243A1描述了一种用于太阳能模块的背面箔，该背面箔由耐候PVF或PVDF箔（聚偏二氟乙烯）和至少一个另外的箔的层压件组成。该层压件的缺点是对于太阳能模块中的腐蚀性产物具有高抗渗透性。

WO03/107438A1公开了一种旨在用于太阳能模块中的背面箔，该背面箔具有比封装材料明显更高的熔融温度，从而降低了刺穿箔的风险。此外，该箔由离聚物/尼龙复合物、Zn离聚物或箔组成。

如从现有技术的其它箔已知的那样，所述背面箔的缺点是对于太阳能模块中的腐蚀性分解产物具有高抗渗透性。因此，目前可用的埋置材料导致对从太阳能模块中除去腐蚀性分解产物的方法的探寻。通过前窗板除去腐蚀性物质是不可能的。在大型模块的情况中，由于长的扩散路径，经由模块的框架除去腐蚀性分解产物是低效的。经由背面箔除去腐蚀性物质是迄今为止尚未解决的任务。

因此，对于其中腐蚀性物质的浓度降低的太阳能模块存在极大需求。应当允许促进腐蚀的物质逸出，其中为该目的所需的技术措施应当能以简单而经济的方式实现。因此，应当提供这样的太阳能模块：其一方面能以高性价比且简单的方式制造，另一方面具有较长寿命。

令人吃惊的是，根据本发明，已经实现了对该目标的解决。（多个）背面箔能够允许腐蚀性物质从太阳能模块逸出，并且相对于环境影响不敏感。此外，确保了机械保护。

箔的原料的熔融温度适合层合过程。根据本发明的所有有利性质能通过低价措施实现，因此能以简单而高性价比的方式制备具有较长寿命的根据本发明的太阳能模块。

发明内容

本发明涉及一种太阳能模块，其包括前窗板、嵌入有太阳能电池的夹层、以及至少一个背面箔，其中至少一个背面箔被穿孔。优选地，穿孔的孔为圆形孔，并且具有至少0.2mm和至多1mm的半径。

除了模块内腐蚀性物质的降低的浓度之外，根据本发明的太阳能模块具有足够的承载能力、高热稳定性。在模块中存在的背面箔层压件的情况中，箔的至少一部分被穿孔。

此外，当作为对所用塑性材料的腐蚀性分解产物的最高扩散屏障的那些背面箔具有孔时，是有利的。根据情况，本领域的技术人员将相应地设计孔，该孔允许与优选实施例不同的合适的形式。

根据本发明，优选的是孔的半径为至少0.2mm，从而为气体交换提供了足够大的面积。优选地，孔的半径高于0.5mm，以降低例如被灰尘颗粒堵塞的风险。根据本发明还优选的是孔的半径为0.7mm，由此可以减少灰尘颗粒的渗透，例如渗透到埋置材料的层。

根据本发明，优选的是孔的半径为至多1mm，以便保持箔的强度。此外，这样可以补偿由所用串联连接器在模块背面上引起的不平坦性。串联连接器是在电池之间的电连接器。通常，串联连接器由具有矩形横截面的镀锡铜组成。

根据本发明，优选的是在太阳能模块的至少一个背面箔中的孔具有0.1mm²至3.3mm²、优选0.25mm²至3mm²的面积。当孔具有0.7mm²至1.6mm²（该范围为更优选的）的面积时，一方面，腐蚀性分解产物可以从太阳能模块逸出，另一方面，可以减少孔的堵塞，例如被灰尘堵塞。这样的实施例是更优选的，如已经提及的。

根据本发明，同样优选的是，在太阳能模块的至少一个背面箔中的孔的密度为至少0.02cm^-2和至多0.2cm^-2。优选地，孔的密度在0.04cm^-2和0.1cm^-2之间。一方面，腐蚀性分解产物可以从太阳能模块逸出，另一方面，可以减少孔的堵塞。

基本上，孔为规则布置的，并且可以例如以矩形或六边形的方式布置。六边形布置是优选的，因为相比孔的矩形布置，该实施例导致更高的抗撕裂性。此外，在较低密度的孔的情况中，可以实现就腐蚀性物质的逸出而言相同的渗透效果。图3示出了原理。

根据本发明，优选地，用于覆盖的背面箔的整个区域设有相应的孔布置，也称为穿孔。

优选地，根据本发明的太阳能模块包括至少一个耐候箔和一个绝缘箔。两种箔都是背面箔。这些背面箔可彼此不同地布置。例如，可以将两个耐候背面箔每侧一个地布置在绝缘箔上。在根据本发明更优选的实施例中，“耐候箔-绝缘箔-耐候箔”的组件为对称组件，即，耐候箔每侧一个地布置在绝缘箔上，并且具有相同厚度，如图2所示。

根据本发明优选的是，耐候箔或两个耐候箔设有根据本发明的孔，因而能够渗透腐蚀性物质，特别是醋酸。耐候箔的优选厚度在10和100μm之间，因此其在原则上是对腐蚀性物质的低扩散屏障。因此，每cm²箔的孔的密度可以在根据本发明优选的范围内。对于孔的面积同样如此。这两个值可以保持的越小，箔的抗撕裂性越好，这是有利的。

同样优选的是，根据本发明的太阳能模块包括设有孔的绝缘箔，从而可以进一步降低对腐蚀性物质的扩散屏障。当另外至少一个耐候箔设有孔时，可以进一步降低扩散屏障。就本发明而言，特别地，具有腐蚀性质的醋酸应从太阳能模块中逸出。根据本发明的具体实施例，最外侧耐候箔不穿孔。因此，可以极好地防止灰尘颗粒的渗入。

因此，根据本发明，至少一个背面箔被穿孔。还优选的是，太阳能模块的前窗板不穿孔。在一个实施例中，夹层不穿孔。在尤其优选的实施例中，背面箔是太阳能模块中穿孔的唯一层。在这种情况下，“穿孔的”应表示相应的层包括多个孔。当例如为了实现电接触，层仅包括单个孔时，该层不被看作是“穿孔的”。同样的情况也适应于太阳能模块包括例如用于螺钉插入的连续孔的实施例。但除了穿孔层之外，根据本发明的模块当然也可以包括例如用于安装模块或用于实现接触的单个更大的孔，因此层包括许多小孔。

显然，同样优选的是，太阳能模块中的太阳能电池不穿孔，因为穿孔会降低模块的效率。然而，如上文已提及的那样，太阳能电池不穿孔的事实不排除太阳能电池仍然可以包括用于实现电接触的单个孔，就像背面接触式太阳能电池可能存在的情况那样。

具体实施方式

本发明的具体实施例的特征在于设有孔且优选地由PET组成的绝缘箔8。优选地，太阳能模块的背面箔的至少一个耐候箔由PVF组成。太阳能电池6被嵌入EVA中，并且前窗板2由玻璃组成。图4示出了原理。优选地由PVF组成的耐候箔具有10μm至100μm的厚度。优选地由PET组成的绝缘箔具有50μm至1000μm的厚度。优选地，PET箔厚于300μm，其中在300μm至350μm范围内的厚度是合适的。例如用于合适厚度的PET箔的范围为从50μm至350μm、100μm至300μm、以及50μm至300μm或100μm至350μm。

根据进一步优选的实施例，所有背面箔都设有孔。图5示出了原理。背面箔设有作为穿孔的圆形孔，其中圆形孔的半径a足够大，以允许逸出腐蚀性物质，例如醋酸。R描述了孔的影响区域，即，在具有半径R的圆形区域中的孔周围存在的腐蚀性物质将扩散到孔的方向。由于埋置材料层的厚度优选地小于R，存在旋转对称的二维扩散。夹层4与背面箔相邻，并且前窗板2与该层相邻。

图6示出了根据本发明的太阳能模块的另一优选实施例的原理，其中耐候箔7和绝缘箔8设有孔。外耐候箔9不被穿孔。夹层4与背面箔相邻，并且前窗板2与该层相邻。

示例

下面描述具有根据本发明的背面箔的太阳能模块的制备实例：

使用市售的太阳能玻璃作为前窗板。相邻的夹层由普通埋置材料（乙烯-醋酸乙烯，聚乙烯醇缩丁醛）组成，在该埋置材料中嵌入具有串联连接和串式连接器的太阳能电池。串式连接器连接模块内的单个串，并且通常由具有矩形横截面的镀锡铜组成。埋置材料层(5)的总厚度在500μm和2000μm之间。背面箔(3)形成为层压件并且由聚氟乙烯耐候箔(7)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)绝缘箔(8)和另一个聚氟乙烯耐候箔（PVF）(9)组成。最终形成的聚氟乙烯箔(9)具有20至50μm的厚度。聚对苯二甲酸乙二醇酯绝缘箔具有范围在150μm和300μm之间的厚度。聚对苯二甲酸乙二醇酯箔设有孔，该孔具有圆形形状和0.5mm的半径。在两个圆形孔之间的距离为2cm。孔被布置成六边形方式，如例如图3所示。

附图标记列表

1 太阳能模块

2 前窗板

3 背面箔

4 夹层

5 埋置材料层

6 太阳能电池

7 耐候箔

8 绝缘箔

9 耐候箔

R 孔的影响区域

a 孔的半径

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种太阳能模块(1)，所述太阳能模块包括前窗板(2)、嵌入有太阳能电池(6)的夹层(4)、和至少一个背面箔，其特征在于，所述至少一个背面箔设有孔，并且所述孔的密度为至多0.2cm^-2。

2.根据权利要求1所述的太阳能模块，其中孔的面积为0.1mm²至3.3mm²。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能模块，其中所述孔为圆形孔。

4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中穿孔箔的孔的密度为至少0.02cm^-2。

5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中用于覆盖的一个或更多个背面箔的整个区域设有孔。

6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中所述太阳能模块包括至少一个穿孔的耐候箔作为背面箔。

7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中所述太阳能模块包括至少一个穿孔的绝缘箔作为背面箔。

8.根据权利要求13所述的太阳能模块，其中所述太阳能模块另外包括至少一个设有孔的耐候箔（7或9）。

9.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中所有背面箔(3)都设有孔。

10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中所述太阳能模块包括绝缘箔(8)，所述绝缘箔(8)设有孔，且由PET组成。

11.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中所述太阳能模块包括至少一个耐候箔（7或9），所述耐候箔由PVF组成。

12.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中埋置材料层(5)由EVA组成。

13.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中所述前窗板(2)由玻璃组成。

14.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中所述背面箔能够渗透腐蚀性物质。

15.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中所述腐蚀性物质为醋酸。

Claims

1.一种太阳能模块(1)，所述太阳能模块包括前窗板(2)、嵌入有太阳能电池(6)的夹层(4)、和至少一个背面箔，其特征在于，所述至少一个背面箔设有孔。

4.根据权利要求3所述的太阳能模块，其中孔的半径为至少0.2mm。

5.根据权利要求3所述的太阳能模块，其中孔的半径为至多1mm。

6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中穿孔箔的孔的密度为至少0.02cm^-2。

7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中所述孔以六边形方式布置。

8.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中用于覆盖的一个或更多个背面箔的整个区域设有孔。

9.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中所述背面箔包括至少一个耐候箔(9)和一个绝缘箔(8)。

10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中两个耐候箔(7,9)每侧一个地布置在所述绝缘箔(8)上。

11.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中由耐候箔(7)、绝缘箔(8)、耐候箔(9)组成的所述背面箔(3)为对称组件。

12.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中至少一个耐候箔是穿孔的。

13.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中至少一个绝缘箔是穿孔的。

14.根据权利要求13所述的太阳能模块，其中另外至少一个耐候箔（7或9）设有孔。

15.根据权利要求14所述的太阳能模块，其中所述外耐候箔(9)未穿孔。

16.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中所有背面箔(3)都设有孔。

17.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中所述绝缘箔(8)设有孔，且由PET组成。

18.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中至少一个耐候箔（7或9）由PVF组成。

19.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中埋置材料层(5)由EVA组成。

20.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中所述前窗板(2)由玻璃组成。

21.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中所述背面箔能够渗透腐蚀性物质。

22.根据前述权利要求中的一项或多项所述的太阳能模块，其中所述腐蚀性物质为醋酸。