CN103608928A - 太阳能电池组件以及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
在使用对合玻璃的太阳能电池组件的密封工序中，在前面侧玻璃基板与背面侧玻璃基板之间夹装太阳能电池单元以及用于密封太阳能电池单元的透光性中间膜层，在组件周缘部使用密封部件，该密封部件通过折弯把一侧作为粘结面的密封片而形成插入部和外装部，将插入部插入到前面侧玻璃基板和背面侧玻璃基板之间，使粘结面与前面侧玻璃基板以及背面侧玻璃基板粘结，将外装部的粘结面与前面侧玻璃基板以及背面侧玻璃基板中的至少任一方的端面粘结，从而获得太阳能电池组件。
Description
技术领域
本发明涉及使用对合玻璃的太阳能电池组件的密封结构及其制造方法。
背景技术
使用了由薄膜非晶硅或多晶硅等构成的太阳能电池单元的太阳能电池组件，通过在玻璃基板等的透光性绝缘基板上配置有太阳能电池单元，通过用树脂密封太阳能电池单元而构成。通常，由于该玻璃基板处于太阳光的入射侧，所以相当于太阳能电池组件前面侧的基板。太阳能电池单元的密封使用如下的方法，即：利用形成中间层膜的密封树脂包覆整体，然后在密封树脂上重叠背面片。作为密封树脂例如使用乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂（EVA），背面片例如大多使用聚氟乙烯树脂（PVF）。在进行该密封的密封工序中，使用一边加热密封树脂一边对组件内部进行减压并利用隔板进行加压的方式的真空叠层装置的情况较多。
另外，在专利文献1所示的太阳能电池组件中，使用作为背面侧基板的玻璃基板代替背面片，构成所谓的对合玻璃方式的太阳能电池组件。这样的太阳能电池组件与使用背面片的组件相比，具有水蒸气的遮断性能高的优点。
另外，通过提高背面侧玻璃基板的机械强度，能够使太阳能电池组件具有强度，因此，也可以利用排列有多个的太阳能电池单元之间的间隙或太阳能电池单元自身的透光性作为采光窗的建材来进行使用。这样的太阳能电池组件，从用途的观点出发，也称作建材一体型太阳能电池组件。
在对合玻璃方式的太阳能电池组件中，以包围太阳能电池单元和将其密封的密封树脂层的方式，在玻璃基板端部配置有密封部件。该密封部件由含有绝缘性、防水性优异的聚异丁烯或者丁基橡胶的材料形成，其插入玻璃基板之间的周缘部，抑制水分对太阳能电池单元的影响。（例如，参照专利文献1。）在对合玻璃方式的太阳能电池组件密封工序中，也适用使用真空叠层装置的方法。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-171400号公报
发明内容
发明要解决的课题
如上所述，以往的对合玻璃方式太阳能电池组件，通过在前面以及背面的玻璃基板之间的周缘部配置密封部件而对板状的太阳能电池组件进行密封。在这样的太阳能电池组件的密封工序中，丁基橡胶等的密封部件，因真空叠层装置内的加热以及加压，在热膨胀以及软化的同时发生变形。此时，若密封部件的厚度变薄，则在密封区域玻璃基板内部的应力变得过大，有时发生玻璃基板的破裂。此外，该破裂现象，在原理上具有基板尺寸越大型就越容易发生的性质，因此在大面积组件中问题更明显。
本发明就是为了解决上述那样的问题而提出的，其目的在于获得一种对合玻璃方式的太阳能电池组件，该太阳能电池组件在密封工序中不会引起玻璃基板周缘部的应力过大，能够防止玻璃基板的破裂。
用于解决课题的手段
本发明的太阳能电池组件，是对合玻璃结构的太阳能电池组件，通过在受光面侧的第一玻璃基板与背面侧的第二玻璃基板之间夹装太阳能电池单元和密封太阳能电池单元的透光性中间膜层而构成，其中，在第一玻璃基板的周缘部具有密封部件，该密封部件通过折弯把一侧作为粘结面的密封片而形成了插入部和外装部，插入部通过折回密封片而形成，外装部与上述插入部相连地形成，插入部被插入到第一玻璃基板与第二玻璃基板之间，粘结面与第一玻璃基板以及第二玻璃基板粘结，外装部的粘结面与第一玻璃基板或者第二玻璃基板的端面粘结。
发明的效果
在本发明的对合玻璃方式的太阳能电池组件中，在玻璃基板端面的密封区域的空间中，折弯地插入有密封片，由此能够进行周缘部的密封。因此，在密封工序中玻璃基板周缘部的应力不会变得过大，能够防止玻璃基板的破裂。
附图说明
图1是实施方式1中的太阳能电池组件的截面图。
图2是表示实施方式1中的密封部件的形状的立体图。
图3是表示实施方式1中的密封部件的配置关系的立体图。
图4是表示实施方式1中的太阳能电池组件的密封状态的截面图。
图5是表示实施方式2中的密封部件的形状的立体图。
图6是表示实施方式2中的密封部件的配置关系的立体图。
图7是放大表示实施方式3中的结构的太阳能电池组件的端部的截面图。
图8是放大表示实施方式4中的太阳能电池组件端部的截面图。
图9是表示薄膜型太阳能电池组件的结构的俯视图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是本发明实施方式1中的对合玻璃方式的太阳能电池组件100的截面图。太阳能电池单元1是作为产生光电动势的单位的元件，配置在处于受光面侧的前面侧玻璃基板2上。此外，太阳能电池单元1利用透光性的中间膜层4包覆整体，并且经由中间膜层4由前面侧玻璃基板2和背面侧玻璃基板3夹持而被密封。在两玻璃基板的周缘部配置有密封部件5以及密封部件6，将中间膜层4的外周部从外部气体隔绝。密封部件5是将1片密封片折弯而成型的部件，形成有插入部和外装部。插入部是被插入到前面侧玻璃基板2与背面侧玻璃基板3之间的部分，其粘结面与前面侧玻璃基板2以及背面侧玻璃基板3粘结。外装部是沿着前面侧玻璃基板2或者背面侧玻璃基板3的端面的部分，其粘结面与前面侧玻璃基板2或者背面侧玻璃基板3的端面粘结。密封部件5的水平粘结面7是与前面侧玻璃基板2平行相向的插入部的粘结面，垂直粘结面8是与前面侧玻璃基板2的端面相向的外装部的粘结面。形成密封部件5之前的密封片的一侧具有适合粘结的表面，其通过密封部件5的形成而成型成为水平粘结面7、垂直粘结面8。
在中间膜层4中，使用以乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂（EVA）为代表的热塑性树脂。中间膜层4通过密封工序的加热而软化，作为粘结剂发挥作用，因此其在内部包含太阳能电池单元1的同时，填埋前面侧玻璃基板2与背面侧玻璃基板3之间的空间而将两基板粘结。另外，在图1中，虽然在太阳能电池组件100内仅包含有一个太阳能电池单元1，但是实际上以多个太阳能电池单元形成行列的方式配置成矩阵状。
图2是表示密封部件5以及密封部件6的形状例的立体图，表示折弯被裁断成长方形的厚度为0.3～0.8mm的密封片而形成的密封部件10。
水平粘结面11是与玻璃基板面相向的面，折回部12是弯曲密封片而形成的大致半圆筒形部分，垂直粘结面13是与玻璃基板的端面相向的面。水平粘结面11上下形成有一对，具有水平粘结面11和折回部12的部分构成密封部件10的插入部。具有垂直粘结面13的部分构成密封部件10的外装部。同样，垂直粘结面13也具有上下一对的结构。
密封片使用包含有聚氟乙烯树脂（PVF）、聚偏氟乙烯（PVDF）或聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂（PET）的层的多层膜。上述那样的氟化物类的材料，其防湿性、机械特性特别优异，密封片通过使用这样的材料而成为性能优异的密封部件。另外，密封部件10的与中间膜层4以及前面侧玻璃基板2、背面侧玻璃基板3接触的水平粘结面11和折回部12的表面，为了提高与由EVA构成的中间膜层4的粘结性，最好形成EVA的包覆膜。将密封部件与玻璃基板粘结，虽然也能够期待中间膜层4熔融并向界面侵入的作用，但是利用密封片上的EVA包覆膜，能够与玻璃基板切实地进行粘结并产生与中间膜层4的熔敷，因此能够实现孔率低的太阳能电池组件100。
即，密封部件10通过裁断形成有EVA包覆膜的密封片，并将其一边适度加热一边折弯而形成。密封部件10的EVA包覆膜侧成为粘结面。
密封部件10具有相对于前面侧玻璃基板2的水平粘结面11和相对于背面侧玻璃基板3的水平粘结面11，各粘结面由于折弯构成密封部件10的密封片且在外部气体侧不粘结，因此各个水平粘结面11上的应力不相互干涉。因此，在密封工序中，即使前面侧玻璃基板2、中间膜层4、背面侧玻璃基板3分别膨胀、收缩，在玻璃基板端部也不会发生应力集中，即使在中间膜层4薄的情况下，也能够抑制玻璃基板的破裂。
另外，通过在与上述粘结面相反的一侧的面上形成铝包覆膜，能够提高阻气性能。此外，也可以代替铝包覆膜，在密封片上形成氮化硅膜、氧化硅膜或者SiON膜来提高阻气性能。这些无机类阻挡膜，适用经由蒸镀或者PET等而层叠的膜。
无机类阻挡膜，由于在折弯加工时会产生细微的裂缝，所以可以在折弯加工后形成在密封部件5、6的表面上。通过在折弯后形成膜，能够实现无裂缝、阻气性能优异的密封部件。若EVA的透湿度为大约10g/m2·day（基于JIS K7129的40℃、90%RH），则密封片的透湿度最好为该值以下。如上所述，通过使用铝包覆膜或各种无机材料膜，能够容易达到该目标值。从阻气性能的观点出发，具有上述无机类阻挡膜的由氟化物类材料构成的膜最佳。
水平粘结面7、11的面积可以不依赖于玻璃基板的厚度而适当设定，另外，由于通过到达垂直粘结面8、13的粘结界面来进行从组件内部到达外部气体的长路径的粘结，所以能够切实地进行密封。
图3是表示使用4根图2所示形状的密封部件10、与长方形组件的4个边对应地排列的情况下的配置关系的图。通过将短边的密封部件10A和长边的密封部件10B各配置两根，形成包围长方形组件的外缘部的结构。
由于背面侧玻璃基板3，允许具有与前面侧玻璃基板2不同的材质、不同的厚度、不同的尺寸，所以在作为建材一体型太阳能电池组件进行利用的情况下，使用比前面侧玻璃基板2强度更高的结构。例如，可以将板厚度形成为比前面侧玻璃基板2更厚，或者使用高强度的玻璃。另外，在太阳能电池单元1的背面没有反射层的场合等，也可以在背面侧玻璃基板3上施加作为光反射层的涂层。在背面侧玻璃基板3的透明度对光电动势没有帮助的情况下，也可以适当实施用于附加作为建材的功能的着色、贴膜等，这是显而易见的。
通过使用由玻璃构成的两片基板和由折弯的密封片构成的密封部件5、6、10，能够实现阻气性能极高的太阳能电池组件。由于若湿气进入到内部，则存在金属配线、连接部分腐蚀的可能性，还成为引起薄膜型太阳能电池单元、透明导电性薄膜层劣化的主要原因，因此，还可以获得提高组件的可靠性的效果。另外，在使用CIGS型太阳能电池单元的情况下，由于单元对湿气特别敏感，所以这也有助于特性稳定化。
接下来，对太阳能电池组件100的制造方法进行说明。
首先，在前面侧玻璃基板2上的位于太阳能电池单元1外周的端面密封区域，载置通过预先折弯密封片而形成的密封部件5、6（关于配置参照图3）。
从其上方，在太阳能电池单元1上重叠地配置与前面侧玻璃基板2相同尺寸的中间膜片和背面侧玻璃基板3。
图4是表示利用密封工序形成太阳能电池组件100的状态的截面图，为了不使密封片脱落，安装有如图4所示那样的截面形状的夹具P。在前面侧玻璃基板2下方具有未图示的工作台，夹具P的下表面被固定以便保持相对于工作台的位置关系。夹具P最好由氟树脂等具有耐热性、耐化学性、非粘结性的材料形成，以便具有耐热性，并且防止由被加压而从玻璃基板间溢出的中间膜与太阳能电池组件粘结。
在密封工序中，以覆盖夹具P和太阳能电池组件100整体的方式覆盖隔板，从外侧对组件整体进行加压，并且对太阳能电池组件100内部进行减压。在这样的状态下，在真空叠层装置内，工作台被加热、中间膜片熔融，从而包覆太阳能电池单元1，并且粘结前面侧玻璃基板2和背面侧玻璃基板3而形成中间膜层4。通过真空叠层密封工序，熔融并且被向玻璃基板的端部方向挤出的中间膜，也有助于密封部件5、6与上下玻璃基板的粘结。另外，也可以使剩余部分的中间膜层从密封部件5、6的接缝处流出。可以在接缝处有意地设置间隙用作为中间膜层的排出口，利用切刀等适当切断流出并在玻璃基板之间的外部固化了的中间膜层。上述的排出口，也可以用作为使玻璃基板之间的气体逃逸的路径。
另外，通过在密封前在密封部件5、6的空隙G内预先插入长方形的间隔件S，在密封完成后取出，从而能够高精度地控制中间膜层4的厚度。间隔件S的材料，可从不锈钢薄板、铝箔、聚酰亚胺制耐热膜等适当选择。
另外，为了提高组件的阻气性能，也可以在形成于相邻的密封部件10A、10B的接触部分处的间隙内，涂敷丁基橡胶或硅酮树脂。由此，能够形成水蒸气难以从密封部件的间隙通过的结构。另外，作为中间膜层4所使用的材料，除了EVA，只要是具有低透湿性、粘结性的树脂即可，并不限于EVA。
沿着太阳能电池单元1下方的前面侧玻璃基板2的侧面的外装部的高度，也可以比玻璃基板的厚度低。由此，能够防止密封部件遮住入射到前面侧玻璃基板2的太阳光。
接着，对太阳能电池组件100为薄膜型太阳能电池组件的情况下的具体结构进行说明。图9为表示薄膜型太阳能电池组件200的结构的俯视图。
将并列设置在一片前面侧玻璃基板202上的多个薄膜太阳能电池单元201串联连接而构成集成型太阳能电池装置，在集成型太阳能电池装置的一端以及另一端分别形成正极集电部以及负极集电部。通常，薄膜太阳能电池单元201为细长的矩形，矩形的长边具有跨越前面侧玻璃基板202大致整个宽度的长度。对于邻接的薄膜太阳能电池单元彼此之间，通过相互连接一个单元的透明电极膜和另一个单元的背面电极膜，从而将邻接的薄膜太阳能电池单元彼此之间串联连接起来。在串联连接的一端的薄膜太阳能电池单元的透明电极膜的端部上，形成有与薄膜太阳能电池单元大致同一长度的线状的P型电极端子部210。另外，在另一端的薄膜太阳能电池单元的背面电极膜的端部形成有同样的N型电极端子部220。这些P型电极端子部210以及N型电极端子部220成为电极取出部。
在P型电极端子部，相对于P型电极端子部210的整个面，电气且机械地接合着与该端子部相同形状的由铜箔构成的称作母线的正极集电部。同样，相对于N型电极端子部220的整个面，接合着与N型电极端子部220相同形状的负极集电部。另外，对正极集电部以及负极集电部分别连接正极导线以及负极导线。正极导线以及负极导线的另一端既有在贯通背面侧的玻璃基板的状态下引出的情形，也有从玻璃基板的周缘部引出的情形。
为了保护组件外周端面，在玻璃基板外周嵌入铝制的框架而构成组件。另一方面，有时也使用省略了框架的无框架方式的太阳能电池组件100。在这种情况下，虽然能够降低相当于框架部分的重量和成本，但是在玻璃基板端部露出的情况下，存在组件容易破损的问题。在上述的太阳能电池组件100中，由于利用密封部件5、6包覆玻璃基板端部，所以容易受冲击而破损的玻璃基板端部不会露出，而是由密封片保护起来。此外，由于密封部件5、6的折弯的插入部被夹入玻璃基板之间，所以密封部件5、6与玻璃基板的粘结力强，难以剥离。另外，在图3的密封部件10A、10B的配置例中，由于在密封部件10A的两端外延部产生玻璃基板端部露出的部位，所以也可以改变密封部件10A的形状，采用延长了相当于垂直粘结面8、13的部分的形态。通过使用这样的结构，能够简便地实现无框架的组件，而无需另外准备端部保护用的部件。
此外，太阳能电池单元1并不局限于薄膜太阳能电池。即使在将由多晶类的半导体基板制成的太阳能电池单元贴合在前面侧玻璃基板2上的类型的太阳能电池组件中，通过在太阳能电池单元区域周围的密封区域进行相同的处理，也能够对组件的端面进行密封。
实施方式2.
本实施方式2的太阳能电池组件是与实施方式1相同的对合玻璃结构的组件，与实施方式1相比，密封部件的形状不同。
图5是表示密封部件20的形状的立体图，该密封部件20用于本发明实施方式2中的对合玻璃结构的太阳能电池组件的端面密封。形成为成为组件形成时的接缝的水平粘结面21的两端相对于垂直粘结面23以45°被切割的结构，这是考虑到容易连接组合4根而构成长方形的4个边。图6是表示排列该形状的密封部件20A、20B的情况下的配置关系的图，能够获得无间隙地围成组件4个边的结构。
与实施方式1相同，由于使用折回形状的密封部件，所以能够抑制密封工序中的玻璃破裂。另外，通过对密封部件20A、20B的上述45°切割面或接缝涂敷丁基橡胶或硅酮树脂，能够获得阻气性能高的密封结构。
实施方式3.
本实施方式3的太阳能电池组件是与实施方式1相同的对合玻璃结构的组件，与实施方式1以及实施方式2相比，密封部件的形状不同。
图7是放大表示本发明实施方式3中的对合玻璃结构的太阳能电池组件的右侧端部截面的截面图。图7的密封部件31，具有覆盖前面侧玻璃基板2和背面侧玻璃基板3的端部的外装部从垂直粘结面向作为组件外表面的主平面上延长并折回的结构。通过该方法，能够强化对玻璃基板端部的损伤的保护，并能够提高组件施工时的作业性。另外，能够抑制玻璃基板端部中的密封部件31的剥离。与上述实施方式同样，由于使用折回形状的密封部件，所以能够抑制密封工序中的玻璃破裂。
另外，密封部件31覆盖前面侧玻璃基板2外周的宽度，考虑到了不使密封部件31遮住入射光而使受光面积减少这一点。例如，在使用薄膜型太阳能电池单元的情况下，只要不从基板周围的边缘剔除区域向内侧覆盖即可。
实施方式4.
本实施方式4的太阳能电池组件是与实施方式1同样的对合玻璃结构的组件，与上述实施方式2相比，密封部件的形状不同。
图8是放大表示本发明实施方式4的叠合玻璃结构的太阳能电池组件右侧的截面图。图8的密封部件32，其外装部包覆背面侧玻璃基板3的端部，而没有包覆前面侧玻璃基板2的端面。
在前述的密封工序中，熔融且被向玻璃基板的端部方向挤出的中间膜4侵入到密封部件与上下的玻璃基板之间。此时，若中间膜4的量多，则中间膜层4将从密封部件32与玻璃基板之间溢出。通过使用密封部件32，即使产生向前面侧玻璃基板2侧的溢出，也能够防止中间膜层4迂回到受光侧的前面侧玻璃基板2的主面上。另外，与上述实施方式同样，由于使用折回形状的密封部件，所以能够抑制密封工序中的玻璃破裂。
此外，在沿着前面侧玻璃基板2配置引出线，并将引出线从前面侧玻璃基板2的端部取出的情况下，无需使引出线贯通密封部件32。在密封工序中，通过与引出线的位置相对应地省略间隔件S，能够使密封部件32沿着引出线变形。因此，通过使用密封部件32，在从前面侧玻璃基板2的外周取出引出线的方式中，能够提高太阳能电池组件100的密封工序的生产率。
附图标记说明
1 太阳能电池单元
2 前面侧玻璃基板
3 背面侧玻璃基板
4 中间膜层
5、6、10、20、31、32 密封部件
S 间隔件
Claims (7)
1.一种太阳能电池组件，是对合玻璃结构的太阳能电池组件，通过在受光面侧的第一玻璃基板与背面侧的第二玻璃基板之间夹装太阳能电池单元和密封上述太阳能电池单元的透光性中间膜层而构成，其特征在于，
在上述第一玻璃基板的周缘部具有密封部件，该密封部件通过折弯把一侧作为粘结面的密封片而形成了插入部和外装部，
上述插入部通过折回上述密封片而形成，
上述外装部与上述插入部相连地形成，
上述插入部被插入到上述第一玻璃基板与上述第二玻璃基板之间，上述粘结面与上述第一玻璃基板以及上述第二玻璃基板粘结，
上述外装部的上述粘结面与上述第一玻璃基板或者上述第二玻璃基板的端面粘结。
2.如权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，上述密封部件具有一对外装部，
一方的上述外装部与上述第一玻璃基板的上述端面粘结，
另一方的上述外装部与上述第二玻璃基板的端面粘结。
3.如权利要求1或2所述的太阳能电池组件，其特征在于，上述透光性中间膜层以乙烯-醋酸乙烯共聚物为主要成分，
上述密封部件在上述粘结面上形成有乙烯-醋酸乙烯共聚物的层。
4.如权利要求1或2所述的太阳能电池组件，其特征在于，上述密封片是将树脂膜作为基材并在上述树脂膜的上述粘结面侧形成有氮化硅膜、氧化硅膜、SiON膜中任一种膜的膜。
5.一种太阳能电池组件的制造方法，用于制造如权利要求1至4中的任一项所述的太阳能电池组件，其特征在于，包括如下工序：
在第一玻璃基板上的太阳能电池单元上配置作为上述透光性中间膜层的中间膜片的工序；
以包围上述第一玻璃基板的外周部的方式配置上述密封部件的工序；
在上述中间膜片上配置第二玻璃基板的工序；以及
对上述中间膜片进行加热而使其软化的工序。
6.如权利要求5所述的太阳能电池组件的制造方法，其特征在于，上述密封部件在预先加热上述密封片而形成了上述插入部和上述外装部之后，配置在上述第一玻璃基板或者上述第二玻璃基板的外周部进行密封。
7.如权利要求6所述的太阳能电池组件的制造方法，其特征在于，在上述密封部件的与相对于上述第一玻璃基板的上述粘结面相反的一侧的面和与相对于上述第二玻璃基板的上述粘结面相反的一侧的面之间，插入间隔件进行密封。
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