CN103165710A - 太阳能电池背板结构 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种太阳能电池背板结构，其依序包含：一玻璃基板、一反射层、一缓冲层及一封装层。本发明之太阳能电池背板结构以新型态物理钢化玻璃做为基板材料，大幅提升背板的机械性质及热稳定度，并且可于基板上直接沈积一导热材料，增加散热效率以延长太阳能电池板之使用寿命。

Description

太阳能电池背板结构

技术领域

本申请案有关一种太阳能电池背板结构，特别是一种具有物理钢化玻璃基板之太阳能电池背板结构。

背景技术

太阳能电池背板位于太阳能电池板之最外层，其主要功能为支持整个太阳能电池板，并能藉由其防水、防潮、防氧化、防热变形及绝缘等特性保护内部太阳能电池组件，以延长电池的使用寿命。此外，于太阳能电池板组装之过程中，太阳能电池背板除可固定光电组件外，亦对其提供绝缘及避免机械性伤害(如刮伤)等保护作用。另外，散热性也是太阳能背板的一个重要考虑因素。

常见的太阳能背板具有以下几种结构：

聚氟乙烯(PVF)/黏着层/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/黏着层/PVF；

PVF/黏着层/PET；

PVF/黏着层/铝箔/黏着层/PET；

PET/黏着层/SiO2 PET；及

涂布层/PET/黏着层/乙烯醋酸乙烯酯树脂(EVA)底胶层，

其中聚氟乙烯(PVF)/黏着层/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/黏着层/PVF结构(即TPT结构)之市占率目前约为七成左右，是最常见的背板结构。

上述太阳能背板结构均以PVF或PET做为基板。其中PET具有良好的机械特性及绝缘特性，其可耐-70℃之低温与120℃之高温，机械特性受高低温影响较小，并具有良好的气体及水蒸气渗透率，因此具有一定的市占规模。而PVF亦具有良好的机械及绝缘特性及耐热性(最高可耐260℃之温度)，且因其高键结能量之C-F键，具有极佳之抗紫外线及高化学稳定性。根据美国杜邦公司之说法，其产品名称为

之PVF膜可具有25年以上之预期寿命。

玻璃具有良好之耐候性及绝缘性，因此亦可做为太阳能电池的背板材料。事实上，太阳能电池发展之初期多以玻璃做为背板材料，但是由于以前玻璃之机械性质不佳，且加工不如聚合物材料便利，因此逐渐被聚合物所取代。目前玻璃材料于太阳能电池板的应用绝大多数都是做为前板(盖板)使用。

惟玻璃仍具有许多较聚合物优异的特性，特别是稳定性。而新型态的物理钢化玻璃，因其机械性质已大幅改善，已能符合当今太阳能电池背板基板材料之需求。

本发明即提供一种物理钢化玻璃为基板之太阳能电池背板结构，其具有良好之机械、耐候及绝缘等特性，并具有以聚合物材料为基板之太阳能电池背板结构无法达到的优点。

发明内容

本发明之一方面为提供一种太阳能电池背板结构，其依序包含：

一玻璃基板；

一反射层；

一缓冲层；及

一封装层。

在第二方面，本发明提供一种散热良好的太阳能电池背板结构，其在前述本发明之太阳能电池背板结构的玻璃基板外侧具有一散热层。

附图说明

图1为本发明之太阳能电池背板的结构示意图，其中10为玻璃基板，20为反射层，30为缓冲层，40为封装层，并可视情况于玻璃基板10外侧增加一散热层50。

图2为光线于本发明之太阳能电池背板的行进路线示意图，其中玻璃基板表面若经粗化处理，可增加散射率。

具体实施方式

于本文中，除非特别限定，单数形之用语(例如「一」及「所述」)亦包括其复数形。本文中任何及所有实施例及例示性用语(如「例如」)目的仅为了更加突显本发明，并非针对本发明的范围构成限制，本案说明书中的用语不应被视为暗示任何未请求的组件可构成实施本发明时的必要组件。

本发明之太阳能电池背板结构依序包含：

一玻璃基板；

一反射层；

一缓冲层；及

一封装层；

并可于玻璃基板外侧额外包含一散热层。

本发明之太阳能电池背板结构之示意图可参考图1。

以下针对本发明之太阳能电池背板结构中之各层的技术特征及制法做进一步的说明。

玻璃基板

基于对于太阳能电池背板机械性质的要求，本发明之太阳能电池背板结构中的玻璃基板必须具有以下的性质：至少约120MPa的抗压强度(compressive Strength)、至少约120MPa的抗弯强度(bending strength)及至少约90MPa的抗拉强度(tensile strength)；优选地，本发明之太阳能电池背板结构中的玻璃基板应具有约120MPa至约300MPa的抗压强度(compressive Strength)、约120MPa至约300MPa的抗弯强度(bending strength)及约90MPa至约180MPa的抗拉强度(tensile strength)，且其厚度为约0.5毫米至约10毫米，优选为0.5至3毫米，更优选为约0.5毫米至约2.8毫米。

一般的玻璃无法达到以上机械性质的要求(例如一般玻璃仅有约40MPa的抗张强度)，因此无法适用于本发明。又一般物理钢化玻璃虽然可能具有足够的机械性质，但是为了避免产生变形，其厚度一般来说必须在3毫米以上，此不但造成材料及运输成本的增加，更会影响太阳能电池的散热性。又一般化学钢化玻璃亦可能达到以上机械性质的要求，且较无加工厚度的限制。然而化学钢化玻璃很容易因为环境因素造成破坏，且有后续涂膜不易、易产生脱膜现象及成本较高之缺点，其使用亦受限制。

本发明中的玻璃背板可使用一种新型态的物理钢化玻璃，其可藉由气动加热及冷却之处理程序制得。详言之，此种物理钢化玻璃可在约600℃至约750℃，优选为630℃至约700℃的气动加热钢化炉(例如李赛克公司(LiSEC)生产的平板钢化炉(flatbed temperiingfurnace)中加热，再经由例如空气喷嘴使其急速冷却而制得。本文中，术语「气动加热」是指物体与空气或其它气体作高速相对运动时所产生的高温气体对物体的传热过程。由于以气动加热方式钢化玻璃时，玻璃与钢化炉不直接接触，因此不会造成玻璃的变形，而能适用较薄的玻璃。更详细的物理钢化玻璃的制法可参考中国专利第201110198526.1号申请案的内容。

另外，虽然本发明之太阳能电池背板结构于玻璃基板上有一层反射层，但是由于反射层可能非常薄，因此光线仍有可能穿透反射层而达到玻璃基板之表面。为了增加反射率，本发明之太阳能电池背板结构中的玻璃基板可于与反射层同侧的表面做粗化处理(texturization)而使光线散经由散射再次回到反射层之上。粗化处理之方式包括但不限于习知之喷砂、压花、蚀刻或雷射雕刻等。

反射层

为增加太阳能电池的转换效率，本发明之太阳能电池背板结构中的玻璃基板上具有一层反射层。反射层的折射率理论上应大于其上缓冲层的折射率，优选应具有大于2.0之折射率。

因为反射层最主要的功能即为反射光线，因此其材料之种类并无特殊限制，其优选可为金属，例如Ag、Au、Al及Cr等；亦可使用金属氧化物或非金属材料，而诸如TiO2、BaSO4、Teflon等材料因具有白色外观，可有效的增加光线反射，而成为优选之材料。

反射层的厚度无特殊限制，一般来说，20奈米至2000奈米的厚度均为合适。

在本发明的一个实施例中，反射层为具有100奈米厚度的Ag或Al薄膜。

可用任何适合的方法将反射层与玻璃基板结合，例如使用黏着剂将两者黏结。当反射层的材料是金属时，优选的方法是利用物理气相沈积等方法直接将金属沈积于玻璃基板上，此方法无需使用黏着剂，除了节省制程步骤外，亦可避免黏着剂变质所产生之问题，因此具有较佳的可靠性。相较于习知之以聚合物为基材材料的太阳能电池背板，此亦为本发明的优点之一。此外，结合反射层与玻璃基板的步骤可于玻璃钢化后进行，亦可于玻璃进行气动加热之前进行。

缓冲层

本发明之太阳能电池背板结构中的反射层上为一层缓冲层。缓冲层主要的目的是隔离封装层与反射层，以避免封装层与反射层在恶化的环境下发生反应(例如封装层为EVA时，其中之醋酸可能会与反射层的金属产生醋酸盐)而产生缺陷。因此，缓冲层应选用不与封装及反射层反应的材料。

缓冲层的折射率应介于反射层及封装层的折射率之间，使光线得以顺利由反射层反射回封装层，如图2所示。具体而言，优选的缓冲层应具有1.4至2.0的折射率，更优选应具有1.48至1.9的折射率。

基于上述考虑，合适的缓冲层材料包括但不限于SiO₂、SiN_x、Al₂O₃、MoO₃、WO₃、MnO₂、ZnO或SnO₂。

缓冲层的厚度无特别限制。一般来说，20奈米至200奈米的厚度皆可，优选厚度为50奈米至100奈米。

可使用任何合适的方法将缓冲层与反射层结合，例如化学气相沈积或涂布等方式。一般来说，化学气相沈积可获得较薄且质地致密的薄膜。

封装层

封装层主要是用以固定太阳能电池的光电组件并对其提供物理上的保护，例如抗冲击及防止水气进入等。本发明之太阳能电池背板中的封装层可使用任何习知的材料，例如EVA。

目前EVA为使用最为广泛的太阳能电池板封装材料。EVA为一种热固性树脂，其固化后具有高透光、耐热、耐低温、抗湿、耐候等特性，且其与金属、玻璃及塑料均有良好的接着性，又具有一定的弹性、耐冲击性及热传导性，因此为理想的太阳能电池封装材料。EVA具有1.4至1.5的折射率，一般约为1.48。一般EVA层具有约0.4厘米至约0.6厘米的厚度，优选为约0.45厘米。

本发明之封装层可以任何合适之方式将之与缓冲层结合。当使用EVA做为封装层的材料时，一般是使用热层压方式将之与其它材料黏合。

散热层

目前太阳能电池的光电转换率多半仅介于10％至20％之间，换言之，大部分的光能皆转换为废热，而当太多热量累积于太阳能电池板中时，可能导致电池板故障。而由于太阳能电池板的前板为向阳面，温度较高，因此热量应从背板部分移除，所以散热能力也是太阳能电池背板的一个重要考虑。

由于本发明采用玻璃做为太阳能背板的基板，因此可以很轻易的在背板外侧(即相对于反射层之另一侧)涂布或沈积高导热性材料，例如铜或铝等金属，或AlN、SiN、SiC等物质。此为一般聚合物基板无法达成的特点。

应理解前述说明书及附图的内容是为了说明本发明，并非限制本发明。本发明的范围应只被所附权利要求书所限制，且所属领域的技术人员可易于实现的任何修改或更改将属于本说明书和所附权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种太阳能电池背板结构，其依序包含：

一玻璃基板；

一反射层；

一缓冲层；及

一封装层。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池背板结构，其中所述的玻璃基板为具有约0.5毫米至约10毫米的厚度、约120MPa至约300MPa的抗压强度(compressive Strength)、约120MPa至约300MPa的抗弯强度(bending strength)及约90MPa至约180MPa的抗拉强度(tensile strength)之物理钢化玻璃。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池背板结构，其中所述的玻璃基板为具有约0.5毫米至约2.8毫米的厚度。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池背板结构，其中所述的玻璃基板于与反射层同侧之表面经粗化处理。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池背板结构，其中所述的反射层为包含TiO₂、BaSO₄、Teflon或其组合。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池背板结构，其中所述的反射层为包含Ag、Au、Al、Cr或其组合之金属层。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池背板结构，其中所述的反射层具有大于2.0之折射率。

8.根据权利要求1所述的太阳能电池背板结构，其中所述的缓冲层包含SiO₂、SiN_x、Al₂O₃、MoO₃、WO₃、MnO₂、ZnO、SnO₂或其组合。

9.根据权利要求1所述的太阳能电池背板结构，其中所述的缓冲层具有1.4至1.9之反射率。

10.根据权利要求1所述的太阳能电池背板结构，其中所述的封装层之材料为EVA。

11.根据权利要求1所述的太阳能电池背板结构，其于玻璃基板相对反射层之另一侧包含一散热层。

12.根据权利要求11所述的太阳能电池背板结构，其中所述的散热层之材料选自金属、AlN、SiN、SiC或其组合。

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