CN102779904A - 防止晶硅太阳能模块的有害极化和黑线现象发生的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了防止晶硅太阳能模块的有害极化和黑线现象发生的方法。根据本发明的一种太阳能电池片的处理方法，其特征在于，包括：在太阳能电池片的受光面形成第一绝缘层；在太阳能电池片的背场面形成含干燥剂的第二绝缘层。第一绝缘层可为单纯的绝缘材料层，第二绝缘层可为含干燥剂成分的绝缘层。第一绝缘层还可是含有荧光转换成分的绝缘层，从而通过上频谱和下频谱转换来改进输出功率。

Description

防止晶硅太阳能模块的有害极化和黑线现象发生的方法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏（PV）系统的多功能绝缘层，该多功能绝缘层可以防止晶硅太阳能模块的有害极化（PID）和黑线现象的发生，并可通过上频谱和下频谱转换来改进输出功率。
背景技术
光伏组件系统的发电量能力及在外界环境中的使用可靠性问题是光伏客户最为关注的问题。目前光伏客户投诉的主要诉求点之一就是组件在使用过程中会发生电池表面的有害极化（PID）诱发组件功率的大幅衰减以及由于水汽影响形成的黑线、水痕现象，不仅影响外观，还影响组件的发电量的能力。
目前，很多光伏企业都在从电池端和组件封装材料端通过工艺的改善、材料的优化来解决PID及水痕的问题。比如专利US8188363B2公开了一种方法，通过在封装玻璃及封装胶膜EVA之间设置一层高体积电阻率的绝缘层，可有效防止电荷在电池片表面积累，防止组件PID现象的产生。水痕及黑线现象主要出现在邻海市场，由于海边空气中水汽较多，且含有盐分，给微化学环境提供了良好的电解质，此时，含有盐分的水汽透过组件的背板渗入组件内部，将使得电池表面的银浆发生电化学氧化反应，形成氧化银，也就会产生黑线或水痕现象。所以组件的低水汽透过率处理是非常必要的。目前可同时解决这两个问题的方法还没有报道过。
发明内容
因此，本发明的目的是通过在电池片（solar cell）上下表面用一定的印刷涂覆工艺形成致密的绝缘层，构造一种组件内电池片的新颖结构。电池片上表面（受光面）可为单纯的绝缘材料层，或者是含有荧光转换成分的绝缘层，电池片下表面（背场面）可为含干燥剂成分的绝缘层，从而有效防范PID现象及水痕或黑线现象的产生。
经实验证明，本发明的技术可应用于传统晶硅组件来防太阳能电池表面有害极化（PID），使得传统晶硅组件受PID影响程度仅次于非晶硅薄膜组件，黑线现象可得到有效的遏制，这将大大提高了组件的发电量，从客户端的角度为其降低了发电成本。另外，还可通过光谱的有效转换，充分利用原本无法使用的太阳能部分光源，来提高组件的输出功率。
根据本发明的一个方面，一种太阳能电池片的处理方法，其特征在于，包括：在太阳能电池片的受光面形成第一绝缘层；在太阳能电池片的背场面形成含干燥剂的第二绝缘层。
根据本发明的一个方面，通过在受光面涂敷绝缘材料有机溶液来形成所述第一绝缘层，通过在背场面涂敷含有干燥剂的绝缘材料有机溶液来形成所述第二绝缘层。
根据本发明的一个方面，所述第一绝缘层和第二绝缘层包括透明绝缘基质。
根据本发明的一个方面，所述第一绝缘层还包括荧光转换材料。
根据本发明的一个方面，所述荧光转换材料以5wt%-10wt%的质量百分比均匀分散在绝缘基质中。
根据本发明的一个方面，所述荧光转换材料包括：铕离子的有机配合物，或镱离子的有机配合物。
根据本发明的一个方面，所述第一绝缘层的绝缘基质的光谱透过率为90%以上、厚度约为0.2-1.5mm、体积电阻率大于1016Ωcm，或大于1015－1018Ωcm。
根据本发明的一个方面，所述第二绝缘层中所含的干燥剂为二氧化硅、氧化钙、纳米级分子筛、或活性炭。
根据本发明的一种太阳能电池组件的制造方法，包括：形成多个太阳能电池片；以上述方法处理所述多个太阳能电池片；封装经处理的所述多个太阳能电池片。
根据本发明的一种太阳能电池片，其特征在于，所述太阳能电池片在其受光面具有含荧光转换材料的绝缘层，在其背场面具有含干燥剂的绝缘层。
附图说明
包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：
图1示出传统的晶硅太阳能电池组件。
图2示出根据本发明的晶硅太阳能电池组件。
图3示出根据本发明的实施例的晶硅太阳能电池组件的涂覆有绝缘层的电池片结构。
图4示出根据本发明的另一实施例的晶硅太阳能电池组件的涂覆有绝缘层的电池片结构。
图5示出电池片的受光面和背场面绝缘层涂覆区域。
具体实施方式
图1示出传统的晶硅太阳能电池组件，其从上往下包括：透明的顶盖1（例如，玻璃）、封装胶膜2（例如EVA）、多个太阳能电池片3、封装胶膜2（例如EVA）、以及背板4。
图2示出根据本发明的晶硅太阳能电池组件。可以看出，通过将本发明应用于传统的晶硅太阳能电池组件，在每个太阳能电池片3的上表面和下表面分别形成了绝缘层5。
根据本发明的太阳能电池片的具体结构在图3和图4中详细示出。
在太阳能电池片的上表面涂覆一层绝缘层5。如图3所示，该绝缘层5可仅仅为透明的绝缘层。根据本发明的实施例，该绝缘层5的要求可为：体积电阻率要大于10的16次方(可另选的，大于10的15次方－18次方)Ωcm；光谱透过率为90%以上，可为PMMA、乙烯-四氟乙烯共聚物或者其他具有相同性能的透明介质；厚度约为0.2-1.5mm。
可选的，如图4所示，绝缘层5也可为含有填料荧光转换材料7即稀土配合物、有机染料或者量子点的绝缘层。此时要求荧光物质所占比例最大限度不影响可见光透过为宜，通常以5wt%-10wt%的质量百分比均匀分散在绝缘基质中。
如图3和图4中所示，在太阳能电池片的下表面（背场面）涂覆一层含有填料干燥剂成分6的绝缘层，其中干燥剂可为二氧化硅、氧化钙、纳米级分子筛、活性炭等等。该绝缘层的基质与电池上表面的绝缘层相同，干燥剂的适宜含量随着不同干燥剂材料而改变，以不影响干燥剂在溶液状态下的绝缘基质的分散均匀性、绝缘基质的可流动性、以及该绝缘基质与电池片背场之间一定的剥离强度为宜。干燥剂的通常含量为1wt%-10wt%的质量百分比。通过高速机械搅拌等方法将干燥剂分散在绝缘基质溶液中，粒径越小越好，1微米以下。
溶液状态的绝缘基质在太阳能电池片上下表面的涂覆可通过旋涂、喷雾涂布、湿涂、滴涂或者丝网印刷等方法来实现，涂覆后经过一定温度下的烧结，可在电池片上下表面形成致密的绝缘层，该一系列的工艺过程均可通过流水线实现大规模作业。
实施方案1（图3所示）：
a.配制溶液：
将绝缘材料PMMA溶于四氢呋喃等有机溶剂中，密度约为1.1—1.9KG/L，从而获得PMMA的有机溶液，用于形成太阳能电池片上表面（受光面）的绝缘层。
按质量比9%称取氧化钙，通过高速机械搅拌，均匀分散在上述PMMA溶液中，从而获得含有氧化钙的PMMA溶液，用于形成太阳能电池片下表面（背场面）的绝缘层。
b.涂敷太阳能电池片表面：
利用网版或者掩模将电池片的正负主栅线保护起来，通过丝网印刷或者喷凃方面分别将PMMA的有机溶液涂覆在太阳能电池片的上表面（受光面）的非主栅部分，并将含有氧化钙的PMMA溶液均匀涂覆在太阳能电池片的下表面（背场面）的非主栅部分（如图5所示）。再将电池片放入烧结炉中200度以下进行烧结10min，等有机溶剂挥发干后，会在电池的受光面及背场面均可形成致密的绝缘保护层5，如图3所示。此时，再将这些电池进行正常工序的电气连接、封装，得到的组件将在PID及水痕、黑线方面有很大的优势。
对于PID，除了正常的组件封装保护外，由于在电池片表面又形成了另外一层致密均匀的PMMA绝缘层，它比单单由EVA等封装胶膜在电池表面形成的绝缘层与电池片表面结合更好、更均匀以及绝缘性更好（双重保护）。该PMMA绝缘层将阻止漏电流电荷在太阳能电池表面的累积，有效防止由于电势差引起的功率衰减。
而对于水痕或者黑线，电池片上表面（受光面）涂覆的绝缘层对水汽有一定程度的阻隔，另外，由于在电池片下表面（背场面）涂覆了含有干燥剂氧化钙的绝缘层，可吸收从组件背板处入侵的水汽，从而有效阻隔水汽从电池片隐裂或者破片处进入。通过电池片上表面（受光面）和下表面（背场面）的绝缘层的双重阻隔，可大幅度减少组件内部的水汽含量，从而减少或者避免引起黑线或水痕的氧化银的产生。该结构工艺实现容易，可大规模工业化生产，可广泛应用于组件生产中以有效防止组件PID现象及水痕现象。
实施方案2（图4所示）：
该实施方案与实施方案1类似，区别在于：在上述用于太阳能电池上表面（受光面）的溶液中按3%比例加入均匀分散的铕离子的有机配合物或者镱离子的有机配合物。加入上述稀土成分的目的是：通过荧光上转换或者荧光下转换的原理，将原本传统电池不能利用到的或者利用率较低的太阳光如300nm之前或者1000nm之后的红外光转换到太阳能电池最佳利用波段，提高组件功率。由此，在不影响绝缘层的绝缘性的条件下，不光能有效防止PID、水痕的现象产生，还可提高组件功率。
技术效果
本发明所提出的结构相对现有技术，在保证电池片有效电气连接、组件有效封装基础上，可有效遏制组件PID现象以及黑线或水痕现象的产生，从而可提升光伏组件的质量，降低发电成本。

Claims (10)

1.一种太阳能电池片的处理方法，其特征在于，包括：
在太阳能电池片的受光面形成第一绝缘层；
在太阳能电池片的背场面形成含干燥剂的第二绝缘层。
2.如权利要求1所述的太阳能电池片的处理方法，其特征在于，通过在受光面涂敷绝缘材料有机溶液来形成所述第一绝缘层，通过在背场面涂敷含有干燥剂的绝缘材料有机溶液来形成所述第二绝缘层。
3.如权利要求1所述的太阳能电池片的处理方法，其特征在于，所述第一绝缘层和第二绝缘层包括透明绝缘基质。
4.如权利要求3所述的太阳能电池片的处理方法，其特征在于，所述第一绝缘层还包括荧光转换材料。
5.如权利要求4所述的太阳能电池片的处理方法，其特征在于，所述荧光转换材料以5wt%-10wt%的质量百分比均匀分散在所述透明绝缘基质中。
6.如权利要求4所述的太阳能电池片的处理方法，其特征在于，所述荧光转换材料包括：铕离子的有机配合物，或镱离子的有机配合物。
7.如权利要求3所述的太阳能电池片的处理方法，其特征在于，所述第一绝缘层的绝缘基质的光谱透过率为90%以上、厚度约为0.2-1.5mm、体积电阻率大于1016Ωcm，或大于1015－1018Ωcm。
8.如权利要求1所述的太阳能电池片的处理方法，其特征在于，所述第二绝缘层中所含的干燥剂为二氧化硅、氧化钙、纳米级分子筛、或活性炭。
9.一种太阳能电池组件的制造方法，包括：
形成多个太阳能电池片；
以权利要求1－8中任一项所述方法处理所述多个太阳能电池片；
封装经处理的所述多个太阳能电池片。
10.一种太阳能电池片，其特征在于，所述太阳能电池片在其受光面具有含荧光转换材料的绝缘层，在其背场面具有含干燥剂的绝缘层。
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