CN102804404B - 光伏模块制造 - Google Patents
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Abstract
一种用于制造光伏模块的方法包括层压步骤。
Description
要求优先权
本申请要求于2010年3月1日提交的第61/309,064号美国临时专利申请的优先权，该申请通过引用被全部包含于此。
技术领域
本发明涉及光伏模块和生产方法。
背景技术
光伏装置可包括透明薄膜，所述透明薄膜也是电荷的导体。光伏装置的功能可取决于紧密接触的称作n型的高电子区域和称作p型的高空穴浓度区域的形成。过去的光伏装置由于在制造期间和制造之后暴露于光而受到可逆地或不可逆地影响。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于制造光伏模块的方法，所述方法包括：将光伏模块加热到100℃以上的温度；以及将电偏压施加到加热的光伏模块。
根据本发明的另一实施例，提供了一种用于制造光伏模块的系统，所述系统包括：调节台，包括加热器和电源，加热器被构造为将光伏模块加热到大于100℃的温度，电源被构造为将电偏压施加到光伏模块。
附图说明
图1是光伏模块的示意图。
图2是光伏模块的示意图。
图3是光伏模块的示意图。
图4是用于制造光伏模块的系统的示意图。
图5是用于制造光伏模块的系统的示意图。
图6是用于制造光伏模块的系统的示意图。
具体实施方式
光伏器件可以包括形成在基底（或超基底）上的多个层。例如，光伏器件可包括以堆叠件形成在基底上的阻挡层、透明导电氧化物（TCO）层、缓冲层、半导体窗口层和半导体吸收层。每个层可继而包括多于一个的层或膜。例如，半导体窗口层和半导体吸收层一起可被视为半导体层。半导体层可包括在TCO层上创建（例如，形成或沉积）的第一膜和在第一膜上创建的第二膜。另外，每个层可以覆盖器件的所有部分或一部分，和/或覆盖位于层下方的层或基底的所有部分或一部分。例如，“层”可以指与表面的所有部分或一部分接触的任何量的任何材料。
薄膜太阳能电池（例如，包括铜-铟-镓-硒（CIGS）、碲化镉（CdTe）和非晶硅（a-Si）的薄膜太阳能电池）通常在延长时间段（>0.5小时-几天）的曝光之后显示出其电流-电压行为的变化。诸如CIGS太阳能电池的一些结构显示出完全可逆的瞬时劣化。诸如a-Si太阳能电池的一些结构显示出不可逆的劣化，通常称作稳定化。在CdTe太阳能电池中，已经观测到两种现象，其中，效率提高，并在短暂地暴露于光之后稳定化或劣化。目前，因为器件在制造工艺结束时可能处于非典型的预期现场性能的状态，所以这样的可逆或不可逆变化对相关器件性能的适当评估产生困难。开发出制造工艺和相关系统作为使用曝光的替代方案，以引起器件的这些变化。
诸如CIGS、CdTe和a-Si的薄膜太阳能电池通常在延长时间段（>0.5小时-几天）的曝光之后显示出其电流-电压行为的变化。提高的温度可以加速这些变化。另外，在光伏器件中产生偏压的外部电源的应用可足以引起这些变化。测试通过在曝光期间提高温度的借助于工艺温度的加速。在使器件保持在升高温度下的同时，可以在恒定的电流负载下实现相同的效果。在恒定的电流负载下的同时提高温度可以加速变化。这些变化能够使工艺变得具有可工艺性。在一些实施例中，可以将该工艺与层压工艺组合，层压工艺具有类似的循环时间，并可以提供引起必要变化所需的加热。
在层压工艺中，可以通过被设计为将模块密封并保持在一起长达许多年且在各种条件下的材料来将薄膜光伏器件包封在模块内。包封材料可以通过形成低溶解度化合物而有助于保持在模块内存在的重金属，低溶解度化合物固化、螯化、吸附和/或固定模块结构内的镉和/或其它重金属，从而有助于处理和处置。
在一方面，用于制造光伏模块的方法可包括：将光伏模块加热到100℃以上的温度；以及将电偏压施加到加热的光伏模块。在层压工艺期间发生加热光伏模块的步骤可以包括：在加热光伏模块之前将光伏模块夹层放置为与光伏模块基底接触；以及将夹层和基底按压在一起。将电偏压施加到光伏模块可以在加热光伏模块之后发生。将电偏压施加到光伏模块可以在光伏模块的加热期间发生。将电偏压施加到光伏模块可以在层压工艺期间发生。将电偏压施加到光伏模块可以在层压工艺之后发生。
施加电偏压可以具有比加热光伏模块的持续时间长的持续时间。施加电偏压可以具有比加热光伏模块的持续时间短的持续时间。施加电偏压可以具有与加热光伏模块的持续时间基本相同的持续时间。施加电偏压可以包括供给具有电压上限的恒定电流。施加电偏压可以包括供给具有电流上限的恒定电压。电偏压可以产生在光伏器件的短路电流的0.3-5倍的范围内的电流。
加热光伏模块可以包括将光伏模块加热到在100℃至220℃的范围内的温度。加热光伏模块可以包括将光伏模块加热到在120℃至180℃的范围内的温度。加热光伏模块可以包括将光伏模块加热到在120℃至160℃的范围内的温度。层压工艺可以具有1分钟至60分钟的持续时间。层压工艺可以具有1分钟至30分钟的持续时间。层压工艺可以具有1分钟至20分钟的持续时间。层压工艺可以具有5分钟至20分钟的持续时间。
施加电偏压的步骤可以包括施加电偏压达1分钟至60分钟。施加电偏压的步骤可以包括施加电偏压达1分钟至20分钟。施加电偏压的步骤可以包括施加电偏压达5分钟至20分钟。
在一方面，用于制造光伏模块的系统可以包括调节台，调节台包括加热器和电源，加热器被构造为将光伏模块加热到大于100℃的温度，电源被构造为将电偏压施加到光伏模块。此系统可以包括层压机，层压机被构造为在光伏模块被加热之后将光伏模块夹层和光伏模块基底按压在一起。此系统可以包括从层压机运送光伏模块的传送机。
层压机可以包括加热器和按压机，加热器被构造为将光伏模块加热到大于100℃的温度，按压机被构造为迫使光伏模块夹层和光伏基底压在一起。电源可以被构造为在加热器加热光伏模块之后将电偏压施加到光伏模块。电源可以被构造为与加热器加热光伏模块同时地将电偏压施加到光伏器件。可以以具有电压上限的恒定电流设定电源。可以以具有电流上限的恒定电压设定电源。
电偏压可以产生在光伏器件的短路电流的0.3-5倍的范围内的电流。加热器可以被构造为将光伏模块加热到在120℃至180℃的范围内的温度。层压机可以被构造为将光伏模块层压1分钟至20分钟。此系统可以包括包含薄膜光伏器件的光伏模块。此系统可以包括包含碲化镉光伏器件的光伏模块。此系统可以包括包含CIGS光伏器件的光伏模块。此系统可以包括包含非晶硅光伏器件的光伏模块。
参照图1，光伏模块101可以包括前基底100。前基底100可以包括任何适当的材料，其包括玻璃，例如，钠钙玻璃。可相邻于可用作第一基底的前基底100沉积一个或多个层110，可以在第一基底的顶部上添加各种层。层110可以包括一个或多个器件层。例如，层110可以包括一个或多个薄膜光伏器件层。光伏器件层还可以包括相邻于基底100的透明导电氧化物层、相邻于透明导电氧化物层的半导体窗口层和相邻于半导体窗口层的半导体吸收层。
在一些实施例中，层110可以包括碲化镉（CdTe）光伏器件层。CdTe光伏器件层还可以包括透明导电氧化物层、半导体窗口层和CdTe吸收层。在一些实施例中，层110可以包括铜铟镓硒化合物（CIGS）光伏器件层。CIGS光伏器件层还可以包括透明导电氧化物层和CIGS吸收层。层110可以包括任何适当的光伏吸收材料，其包括例如硅，例如非晶硅。
层110可以包括相邻于半导体吸收层的额外金属层。可相邻于层110沉积一种或多种金属固定剂。例如，可相邻于层110沉积金属固定剂120。
可以从可包括一系列连接的光伏器件的光伏模块的边缘去除半导体材料和其它涂层的一部分。可以通过任何适当的方法从边缘去除半导体材料。已经去除半导体材料的区域可以用于设置、形成或沉积与基底相邻的夹层材料。参照图2，已经通过可包括激光划片的机械装置从光伏器件101去除了层110和层120的一部分。
参照图3，光伏模块101可以包括与层110和层120接触的一个或多个夹层138。光伏模块101还可以包括背基底130。背基底130可以包括任何适当的材料，其包括玻璃，例如钠钙玻璃。在添加夹层138之后，可以将背基底130添加到光伏模块101。可选地，在添加夹层138之前，可以将背基底130添加到光伏模块101。例如，可相邻于层110和层120设置背基底130，从而靠近于前基底100和背基底130的边缘部分形成空间。夹层材料可以设置在此空间中，从而形成夹层138。
可以通过层压工艺将光伏模块101的层对准、加热并结合在一起。层压包封光伏模块101的半导体层、TCO、金属导体和任何其它层，从而将光伏器件与环境密封。可以通过层压工艺将前基底100和背基底130与夹层138结合在一起。夹层可以包括热塑性夹层。热塑性夹层可以包括丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）、丙烯酸树脂（PMMA）、赛璐珞、乙酸纤维素、环烯烃共聚物（COC）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、硅树脂、环氧树脂、乙烯乙酸乙烯酯（EVA）、乙烯乙烯醇（EVOH）、氟塑料（PTFE）、离聚物、液晶聚合物（LCP）、聚缩醛（POM）、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈（PAN）、聚酰胺（PA）、聚酰胺酰亚胺（PAI）、聚芳醚酮（PAEK）、聚丁二烯（PBD）、聚丁烯（PB）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚己酸内酯（PCL）、聚氯三氟乙烯（PCTFE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸环己二甲酯（PCT）、聚碳酸酯（PC）、聚羟基链烷酸酯（PHA）、聚酮（PK）、聚酯、聚乙烯（PE）、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮酮（PEKK）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚醚砜（PES）、氯化聚乙烯（PEC）、聚酰亚胺（PI）、聚乳酸（PLA）、聚甲基戊烯（PMP）、聚苯醚（PPO）、聚苯硫醚（PPS）、聚邻苯二甲酰胺（PPA）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚砜（PSU）、聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚氨酯（PU）、聚乙酸乙烯酯（PVA）、聚氯乙烯（PVC）、聚偏二氯乙烯（PVDC）或苯乙烯-丙烯腈（SAN）或者任何其它适当的材料，或者它们的组合。在特定的实施例中，热塑性夹层可以包括乙烯乙酸乙烯酯（EVA）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、硅树脂或环氧树脂。
参照图4，光伏模块101的前基底100、背基底130和夹层138可以按压在一起。按压前基底100、背基底130和夹层138的装置可以包括层压机200，层压机200可以包括按压机。在层压机200的顶板210和底板220将前基底100和背基底130按压在一起的同时，层压机200可以通过层压机200的面对背基底130的底加热板220的加热来处理层压室230中的光伏模块101。夹层138可以被熔化、允许在空隙中流动并填充，并且通过此工艺而固化。层压室230可以是真空室。
在一些实施例中，除了在层压工艺过程中在层压机200中进行处理之外，可以用红外辐射（IR）源来加热光伏模块101。可以在将夹层138添加到光伏器件101之前或之后使用IR加热器。
参照图5和图6，制造光伏模块的系统可以包括层压光伏模块101的层压机200、在层压机200之后调节模块101的调节台300以及向光伏模块101施加电偏压的电源400。在一些实施例中，如图6所示，电源400可以被构造为向调节台300上的光伏模块101施加电偏压。制造光伏模块的系统可以包括传送机500。调节台300可以被构造为在层压机200和传送机500之间调节光伏模块101。
在一些实施例中，系统可以以相同的温度循环执行层压和调节（例如，光伏模块的加热和偏压）。对于5-20分钟的时间段，典型的层压温度在120℃至180℃的范围内。在此系统中，在温度循环期间可以通过电源来提供电偏压，电源可以以具有电压上限的恒定电流或以具有电流上限的恒定电压来设定。电流可以在光伏器件的短路电流的0.3-5倍的范围内。电流可以在光伏器件的短路电流的0.3-3倍的范围内。在一些实施例中，系统可以在层压的温度循环期间通过施加电偏压在单个温度循环期间提供光伏模块的封装层压和调节。
在一些实施例中，调节工艺可以通过在层压之后施加电偏压和热而发生。间接的热可以部分地或完全地由层压循环提供。离开层压工具200时的典型模块温度可以为120℃至160℃，并且在保持温度或使温度从层压温度下降的同时，可以施加偏压。工艺时间可以在1分钟至20分钟的范围内。
在一些实施例中，系统可以在完成层压循环之后提供半导体的封装层压和调节。调节工艺可以保持层压工具的循环时间，并且模块可以在工艺期间在离开层压工具200之后保持固定。不需要二级热源。
将电偏压施加到光伏器件可以在层压循环的加热之前、之后或期间发生。将电偏压施加到光伏器件的时长可以比层压循环的加热时长长或短。将电偏压施加到光伏器件可以与层压循环的加热具有相同的时长。
如图6所示，用于制造光伏模块的系统可以包括层压机200、调节台300、电源400和传送机500。层压机200可以包括加热光伏模块的加热器和例如通过将光伏模块夹层与光伏模块基底按压在一起来层压光伏模块的按压机。可以将已经加热的光伏模块设置在调节台300中，调节台300可以提供电接触和偏压。在通过层压机200完成层压循环之后，模块可以保持在调节台300中。层压机200可以开始下一个光伏模块101的层压循环。
在光伏模块的制造过程中，可以将电接触焊盘应用于光伏模块101，电接触焊盘并联地或串联地设置模块。电源400可以用于在恒定电流模式或恒定电压模式下操作模块。典型的工艺窗口可以是，电流在光伏器件的短路电流的0.3-5倍（例如，0.3-3倍）的范围内，施加的工艺时间比层压循环短。在该时间期间，光伏模块101可以被积极地加热、冷却或仅暴露于环境，从而实现期望的温度曲线。当前一批光伏模块的模块从调节台300移开时，对下一批光伏模块完成层压循环，并且下一批可以进入位于接近调节台300的传送机500。
如上所述，可以在正对光伏模块加热的同时，或者在已经对光伏模块加热之后，发生通过施加电偏压来调节光伏模块。调节可以在层压工艺期间或在层压工艺之后发生。光伏模块可以被层压，层压可以包括加热光伏模块。在已经加热光伏模块之后并且光伏模块正在冷却的同时，然后可以通过施加电偏压来调节加热的光伏模块。与未调节的光伏模块相比，通过新的方法和系统处理的光伏器件可以具有大约5-20%的效率提高，例如在效率方面提高大约15%。在一些实施例中，制造光伏器件的新的方法可以实现生产成本的下降和生产时间的缩短。
已经描述了本发明的许多实施例。然而，应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种修改。还应当理解的是，附图未必是按比例画出的，从而给出了对本发明的基本原理进行举例说明的各种优选特征的略微简化的表示。
Claims (33)
1.一种用于制造光伏模块的方法，所述方法包括：
将光伏模块加热到100℃以上的升高温度；以及
在所述升高温度下的同时，将电偏压施加到光伏模块，
其中，在层压工艺期间发生加热光伏模块的步骤还包括：
在加热光伏模块之前将光伏模块夹层放置为与光伏模块基底接触；以及
将夹层和基底按压在一起。
2.一种用于制造光伏模块的方法，所述方法包括：
将光伏模块加热到100℃以上的升高温度；以及
在所述升高温度下的同时，将电偏压施加到光伏模块，
其中，将电偏压施加到光伏模块的步骤在加热光伏模块之后发生。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，将电偏压施加到光伏模块的步骤在层压工艺期间发生。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，将电偏压施加到光伏模块的步骤在层压工艺之后发生。
5.一种用于制造光伏模块的方法，所述方法包括：
将光伏模块加热到100℃以上的升高温度；以及
在所述升高温度下的同时，将电偏压施加到光伏模块，
其中，施加电偏压具有比加热光伏模块的持续时间长或短的持续时间。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，施加电偏压具有与加热光伏模块的持续时间基本相同的持续时间。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，施加电偏压包括供给具有电压上限的恒定电流。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，施加电偏压包括供给恒定电压。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，电偏压产生在光伏器件的短路电流的0.3-5倍的范围内的电流。
10.根据权利要求2所述的方法，其中，加热光伏模块的步骤包括将光伏模块加热到在100℃至220℃的范围内的温度。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，加热光伏模块的步骤包括将光伏模块加热到在120℃至180℃的范围内的温度。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，加热光伏模块的步骤包括将光伏模块加热到在120℃至160℃的范围内的温度。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，层压工艺具有1分钟至60分钟的持续时间。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，层压工艺具有1分钟至30分钟的持续时间。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，层压工艺具有1分钟至20分钟的持续时间。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，层压工艺具有5分钟至20分钟的持续时间。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，施加电偏压的步骤包括施加电偏压达1分钟至60分钟。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，施加电偏压的步骤包括施加电偏压达1分钟至20分钟。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，施加电偏压的步骤包括施加电偏压达5分钟至20分钟。
20.一种用于制造光伏模块的系统，所述系统包括：
调节台，包括加热器和电源，加热器被构造为将光伏模块加热到大于100℃的升高温度，电源被构造为在所述升高温度下的同时将电偏压施加到光伏模块；
层压机，被构造为在加热光伏模块之后将光伏模块夹层和光伏模块基底按压在一起；以及
传送机，从层压机运送光伏模块。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，层压机包括：
加热器，被构造为将光伏模块加热到大于100℃的所述升高温度；以及
按压机，被构造为迫使光伏模块夹层和光伏基底压在一起。
22.根据权利要求20所述的系统，其中，电源被构造为在加热器加热光伏模块之后将电偏压施加到光伏模块。
23.根据权利要求20所述的系统，其中，电源被构造为与加热器加热光伏模块同时地将电偏压施加到光伏器件。
24.根据权利要求20所述的系统，其中，以恒定电流设定电源。
25.根据权利要求20所述的系统，其中，以恒定电压设定电源。
26.根据权利要求20所述的系统，其中，电偏压产生在光伏器件的短路电流的0.3-5倍的范围内的电流。
27.根据权利要求20所述的系统，其中，加热器被构造为将光伏模块加热到在120℃至180℃的范围内的温度。
28.根据权利要求20所述的系统，其中，层压机被构造为将光伏模块层压1分钟至20分钟。
29.根据权利要求20所述的系统，其中，所述光伏模块包括薄膜光伏器件。
30.根据权利要求20所述的系统，其中，所述光伏模块包括碲化镉光伏器件。
31.根据权利要求20所述的系统，其中，所述光伏模块包括CIGS光伏器件。
32.根据权利要求20所述的系统，其中，所述光伏模块包括非晶硅光伏器件。
33.根据权利要求20所述的系统，其中，夹层包括热塑性材料。
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