CN103660507B - 一种柔性太阳能组件的层压方法及封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能组件制造领域，具体涉及一种柔性太阳能组件封装过程中的层压方法。所述层压方法将柔性太阳能组件放置于层压机下腔，在层压工艺过程中，设置层压机上腔具有一定的压强，下腔保持抽真空的制造工艺，维持此工艺以保证能将柔性电池层内的残留空气有效抽取，然后增加上腔的压强，使柔性太阳能组件的各层材料得到有效的压合，完成组件的封装工艺。本发明的优势在于通过层压过程中起始便对上腔充气使其具有一定压强并压在柔性太阳能组件上，此压强可抑制柔性太阳能组件的各层材料因受热而引起的自发形变，从而解决柔性组件存在的褶皱问题。
Description
技术领域
本发明属于太阳能组件制造领域，具体涉及一种柔性太阳能组件封装过程中的层压方法及封装方法。
背景技术
随着工业领域的日益发展和进步，能源更趋于紧张，特别是煤炭、石油等非可再生能源的日益减少，使得上述能源的应用领域受到严重的冲击，太阳能资源作为新的可再生资源，近年来受到广泛的关注与研究。
柔性薄膜太阳能组件具有质量轻、柔软易附形的特点，可广泛应用于对承重要求苛刻的轻钢建筑屋顶发电需求，同时，因其具有独特的柔软特性，可附形于曲面及弧面上，具有外形美观的应用优势，在民用及航天器等领域，均有广阔的应用前景。
柔性太阳能组件是在柔性衬底上依次制备前电极层、光电转换层、后电极层，然后进行组件的互联及封装工艺，进而形成可应用的柔性太阳能组件。所谓的封装工艺是将背板层、铝背反层、DNP、光电转换单元、DNP、ETFE等材料层采用层压工艺，通过加热抽真空的方式抽取封装材料层间的空气，然后采用施加一定压力的方法，将各层材料压合在一起，从而形成所需的柔性太阳能组件。需要引起注意的是，柔性太阳能组件为保持其柔软特性，对封装材料的厚度及特性要求很高，一方面需要保证组件的封装效果，即保证电学绝缘及隔绝水汽侵入的性能要求；另一方面需保证组件的可靠性能，即保证光电转换单元的使用寿命。
在现有的常规层压工艺中，所采用的层压机一般均是带有上下腔体，中间采用硅胶材质的硅胶隔膜隔开上下腔体的设备主体结构。目前采用的层压方法为：（1）首先将柔性组件的各层经对位后放置于层压机下腔体内进行压合，保持上下腔同时抽真空5-15min，温度设置为135℃-175℃，此目的是为了抽取柔性组件封装材料内的残留空气；（2）然后对上腔进行充气加压并维持加热工艺10-20min：在层压机上腔体充气、下腔体继续保持抽真空从而使层压机上下腔体间产生压强差，此时硅胶隔膜（Membrane）会因上腔体压强增加而向下弯曲并压在柔性组件各层材料上，各层材料因加热具有一定的粘连特性，在施加压力的情况下，各层材料会结合在一起，形成组件整体。此方法一般适用于常规的玻璃组件的层压模式，但对于柔性组件而言，因柔性材料各层比较柔软，在无束缚的状态下在层压机中因受热会产生自发收缩形变效应，并最终导致封装后的组件表面存在褶皱的现象，这极大的影响了组件的封装可靠性及外观特性，也是目前亟待解决的主要问题及难点之一。
中国专利CN102632678A公开了一种太阳能组件的层压方法，分别通过对所述电池组件进行高温层压、低温层压以及冷压层压的分段式层压方式，不仅有效脱除气泡且避免了由于压力太低及层压阶段放气不充分而产生气泡的问题，大大降低了产品的气泡不良率。
中国专利CN102259455A公开了一种太阳能组件层压方法，其通过对将层压机下腔体抽真空--上、下腔体同时抽真空--上腔体增压的分段式放气层压的方式，能够使得太阳能组件质检的气泡顺利排出，从而提高了太阳能电池组件之间的结合性能。
上述对太阳能组件的层压方式的改进，虽然都较好的解决了现有太阳能组件层压中气泡排除不良导致结合性能较差的问题，但是，对于解决柔性太阳能电池组件层压过程中因柔性材料各层受热产生自发收缩形变效应，并最终导致封装后的组件表面存在褶皱的问题，则效果并不明显。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中柔性太阳能组件在层压工艺中出现褶皱而影响产品性能的问题，进而提供一种可有效避免柔性太阳能组件在层压过程中出现褶皱现象的层压方法。
为解决上述技术问题，本发明所述的柔性太阳能组件的层压方法，包括如下步骤：
（1）初始层压：将所述柔性组件的各层材料进行对位设置后，放置于层压机下腔体内的加热板上，控制加热板温度为135℃-175℃，随后闭合层压机并对下腔体进行抽真空处理至压强小于等于0.01MPa，此时保持上腔体初始压强高于0.01MPa，使硅胶隔膜接触柔性组件材料层并开始层压，保持0.5min-10min；
（2）层压处理：此时继续保持上、下腔体的压强不变或者继续保持下腔体压强不变而控制所述上腔体压强在0.01＜P≤0.101MPa之间随时间均匀变化，进行层压压合4-18min，使硅胶隔膜与柔性组件接触强度增大并使组件各层材料有效粘结在一起；
（3）压合工艺：继续保持下腔体压强不变，而对上腔体充气至压强为0.101MPa，并维持5-10min；
（4）层压结束：随后对上腔体进行抽真空至初始压强，并对下腔体充气至压强为0.101MPa，打开层压机下腔体取出层压后的柔性太阳能组件，即得。
所述步骤（1）中，设置所述上腔体的初始压强为0.01＜P≤0.04MPa，并在所述步骤（2）的层压过程中保持不变。
所述步骤（1）中，设置所述上腔体的初始压强为0.01＜P≤0.04MPa，并在所述步骤（2）的层压过程中控制压强随时间均匀增加至0.101MPa。
所述步骤（1）中，设置所述上腔体的初始压强为0.01＜P≤0.04MPa，并在所述步骤（2）的层压过程中在控制上腔体压强在初始压强与所述下腔体压强值之间随时间均匀的往复变化。
所述步骤（1）中，所述上腔体的初始压强为0.03MPa。
所述柔性太阳能组件包括铜铟镓硒、非晶硅薄膜组件、非晶/微晶硅薄膜组件、碲化镉(CdTe)和有机染料组件。
本发明还公开了由所述的层压方法得到的柔性太阳能组件。
本发明还公开了一种柔性太阳能组件的封装方法，包括如下步骤：
（a）应用所述的层压方法对所述柔性太阳能组件进行层压；
（b）以钢板对所述封装后的太阳能组件进行压合，控制反应温度135℃-175℃、压强0.101MPa，维持压合5min-10min；
（c）维持反应的压强不变，以循环水将所述钢板压合的太阳能组件降温至室温，完成太阳能组件的封装。
本发明还公开了由所述封装方法封装得到的太阳能组件。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1、本发明所述的层压方法，在层压工艺初始阶段设置层压机上腔具有一定的压强，下腔保持抽真空的制造工艺，维持此压强差在保证抽真空的情况下，并使材料间具有一定的粘结力，此工艺上下腔体的压强差可抑制柔性太阳能组件各层材料因受热而引起的自发形变、防止组件各层材料的受热形变导致各层材料间的相对位移；在所述层压过程中，保持之间的压差或有规律的在特定的范围内增大层压机上下腔体间的压强，从而使柔性太阳能组件各层材料得到有效的结合，完成层压工艺，避免柔性太阳能组件层压中存在的褶皱现象；
2、所述层压过程中上腔体的压强变化是整个层压效果的关键，本发明采用保持上、下腔体压强不变或者保持下腔体不变而控制上腔体压强规律性变化的方式，实现组件的层压效果；
3、控制所述上腔体的初始压强为0.02-0.04MPa，可以更好、更有效的抑制柔性太阳能组件各层材料因受热而引起的自发形变，保证更好的层压效果。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1a为实施例中所述柔性太阳能电池的结构示意图；
图1b为所述柔性太阳能电池的3D立体示意图；
图2a为本发明各实施例所述层压机的外型结构示意图；
图2b为本发明所述层压机的立体结构示意图；
图3为实施例1中所述工艺的上、下腔体的压强变化曲线；
图4为实施例2中所述工艺的上、下腔体的压强变化曲线；
图5为实施例3中所述工艺的上、下腔体的压强变化曲线；
图6为对比例中所述工艺的上、下腔体的压强变化曲线；
图中附图标记表示为：101-柔性太阳能电池，102-前板，103-封装材料A，104-电池层，105-封装材料B，106-背板，201-层压机，202-加热板，203-层压机下腔体，204-硅胶隔膜，205-层压机上腔体，301、401、501、601-层压初始阶段，302、402、502、602-层压处理阶段，303、403、503、603-压合工艺阶段，304、404、504、604-层压结束阶段。
具体实施方式
在本发明下述实施例中，以金属层为衬底的太阳能组件为例对本发明一种柔性薄膜太阳能组件的层压方法做进一步详细的说明。
如图1a和1b所示，柔性薄膜太阳能电池101的构成由上及下依次为：前板102、封装材料A103、电池层104、封装材料B105、背板106，其中，封装材料A103及封装材料B105的作用是将前板102、电池层104及背板106进行粘结形成密闭的封装环境从而保护电池层104隔绝空气与水汽的侵入，从而保证组件的可靠性能。所述的封装材料包括且不仅限于沙林、DNP及EVA材料。
如图2a和2b所示，层压机201的构成由上及下依次为：层压机上腔体205、硅胶隔膜204、层压机下腔体203、加热板202，其中，硅胶隔膜204的作用为将层压机201分成层压机上腔体205及层压机下腔体203，并且两个腔体之间保持不连通，其中层压机上腔体205及层压机下腔体203均具有气体通路，可进行充气增压及抽真空减压的工艺；
以下各实施例及对比例所示的层压曲线中，为便于区分层压机上下腔体的压强曲线，设置层压机上腔体205压强曲线用实线表示，层压机下腔体203内压强曲线用虚连接线表示。
实施例1：
本实施例所述柔性薄膜太阳能组件的层压方法，具体的实施步骤如下：
（1）初始层压：控制所述层压机上腔体205处于真空环境且控制其初始压强为0.03MPa，打开层压机201，将柔性薄膜太阳能组件101设置于加热板202上，加热板温度设置为135℃-175℃，此时其位于层压机下腔体203内，关闭层压机201，同时对所述下腔体进行抽真空至压强为0.01MPa，并继续保持上腔体压强不变，开始进行层压工艺保持1min，层压机上腔体205与层压机下腔体203内压强曲线如图3中层压初始阶段301所示；
（2）层压处理：继续保持层压机上腔体205保持压强为0.03MPa不变，此时，层压机下腔体203依然处于抽真空状态并维持压强0.01MPa，保持此过程9.0min，使硅胶隔膜与柔性组件接触强度增大并使组件各层材料有效粘结在一起，层压机上腔体205与层压机下腔体203内压强曲线如图3中层压处理阶段302所示，由于层压机上下腔体的压强差，导致硅胶隔膜204向下弯曲接触柔性薄膜太阳能组件101的前板102并保持一定压强，此压强可抑制柔性太阳能组件的各层材料因受热而引起的自发形变；
（3）压合工艺：继续对层压机上腔体205充气至压强达到0.101MPa，而层压机下腔体203依然处于抽真空状态并继续维持压强0.01MPa，维持9min，层压机上腔体205与层压机下腔体203内压强曲线如图3中压合工艺阶段303所示，此时硅胶隔膜204与柔性薄膜太阳能组件101的前板102的压强持续增加，此压强使封装材料A103及封装材料B105将前板102、电池层104及背板106进行有效粘结，从而形成密闭的封装环境，保护电池层104隔绝空气与水汽的侵入；
（4）层压结束：此阶段层压机上腔体205抽真空至初始压强0.03MPa，层压机下腔体203进行充气工艺至压强达到0.101MPa，层压机上腔体205与层压机下腔体203内压强曲线如图3中层压结束阶段304所示，打开层压机下腔体203，取出层压后的柔性太阳能组件101，层压工艺结束。
对上述层压后的柔性太阳能组件进行封装的步骤包括：以钢板对所述层压后的太阳能组件进行压合，控制反应温度135℃-175℃、压强0.101MPa，维持压合5min-10min；维持反应的压强不变，以循环水将所述钢板压合的太阳能组件降温至室温，完成太阳能组件的封装。
实施例2：
本实施例所述柔性薄膜太阳能组件的层压方法，具体的实施步骤如下：
（1）初始层压：控制所述层压机上腔体205处于真空环境且控制其初始压强升至0.03MPa，打开层压机201，将柔性薄膜太阳能组件101设置于加热板202上，加热板温度设置为135℃-175℃，此时其位于层压机下腔体203内，关闭层压机201，同时对所述下腔体进行抽真空至压强为0.01MPa，并继续保持上腔体压强不变，开始进行层压工艺保持1min，层压机上腔体205与层压机下腔体203内压强曲线如图4中层压初始阶段401所示；
（2）层压处理：继续保持层压机下腔体203处于抽真空状态并维持压强0.01MPa并保持此过程9min，而所述上腔体205内的压强则在9min内随时间变化匀速线性升高至0.101MPa，使硅胶隔膜与柔性组件接触强度增大并使组件各层材料有效粘结在一起，层压机上腔体205与层压机下腔体203内压强曲线如图4中层压处理阶段402所示，由于层压机上下腔体间逐渐增加的压强差，导致硅胶隔膜204向下弯曲接触柔性薄膜太阳能组件101的前板102并保持一定压强，此压强可抑制柔性太阳能组件的各层材料因受热而引起的自发形变；
（3）压合工艺：继续维持层压机上腔体205的压强为0.101MPa不变，而层压机下腔体203依然处于抽真空状态并维持压强0.01MPa，维持此过程10min，层压机上腔体205与层压机下腔体203内压强曲线如图4中压合阶段403所示，此时硅胶隔膜204与柔性薄膜太阳能组件101的前板102的压强持续增加，此压强使封装材料A103及封装材料B105将前板102、电池层104及背板106进行有效粘结，从而形成密闭的封装环境，保护电池层104隔绝空气与水汽的侵入；
（4）层压结束：此阶段层压机上腔体205抽真空至初始压强0.03MPa，层压机下腔体203进行充气工艺至压强达到0.101MPa，层压机上腔体205与层压机下腔体203内压强曲线如图5中层压结束阶段404所示，打开层压机下腔体203，取出层压后的柔性太阳能组件101，层压工艺结束。
对上述层压后的柔性太阳能组件进行封装的步骤包括：以钢板对所述层压后的太阳能组件进行压合，控制反应温度135℃-175℃、压强0.101MPa，维持压合5min-10min；维持反应的压强不变，以循环水将所述钢板压合的太阳能组件降温至室温，完成太阳能组件的封装。
实施例3：
本实施例所述柔性薄膜太阳能组件的层压方法，具体的实施步骤如下：
（1）初始层压：控制所述层压机上腔体205处于真空环境且控制其初始压强升至0.03MPa，打开层压机201，将柔性薄膜太阳能组件101设置于加热板202上，加热板温度设置为135℃-175℃，此时其位于层压机下腔体203内，关闭层压机201，同时对所述下腔体进行抽真空至压强为0.01MPa，并继续保持上腔体压强不变，开始进行层压工艺保持1min，层压机上腔体205与层压机下腔体203内压强曲线如图5中层压初始阶段501所示；
（2）层压处理：继续保持层压机下腔体203处于抽真空状态并维持压强0.01MPa，保持此过程9min，而所述上腔体205内的压强则在9min内随时间均匀的在初始压强0.03MPa与所述下腔体压强值0.01MPa之间呈现往复变化状态，变化周期为2min，使硅胶隔膜与柔性组件接触强度增大并使组件各层材料有效粘结在一起，层压机上腔体205与层压机下腔体203内压强曲线如图5中层压处理阶段502所示，由于层压机上下腔体间震荡变化的压强差，导致硅胶隔膜204向下弯曲接触柔性薄膜太阳能组件101的前板102并保持一定压强，此压强可抑制柔性太阳能组件的各层材料因受热而引起的自发形变；
（3）压合工艺：继续对层压机上腔体205充气至压强达到0.101MPa，而层压机下腔体203依然处于抽真空状态并维持压强0.01MPa，维持9min，层压机上腔体205与层压机下腔体203内压强曲线如图5中压合阶段503所示，此时硅胶隔膜204与柔性薄膜太阳能组件101的前板102的压强持续增加，此压强使封装材料A103及封装材料B105将前板102、电池层104及背板106进行有效粘结，从而形成密闭的封装环境，保护电池层104隔绝空气与水汽的侵入；
（4）层压结束：此阶段层压机上腔体205抽真空至初始压强0.03MPa，层压机下腔体203进行充气工艺至压强达到0.101MPa，层压机上腔体205与层压机下腔体203内压强曲线如图5中层压结束阶段504所示，打开层压机下腔体203，取出层压后的柔性太阳能组件101，层压工艺结束。
对上述层压后的柔性太阳能组件进行封装的步骤包括：以钢板对所述层压后的太阳能组件进行压合，控制反应温度135℃-175℃、压强0.101MPa，维持压合5min-10min；维持反应的压强不变，以循环水将所述钢板压合的太阳能组件降温至室温，完成太阳能组件的封装。
对比例
本对比例以现有技术中常规的柔性薄膜太阳能组件的层压方法进行层压，具体的实施步骤如下：
（1）初始层压：控制所述层压机上腔体205处于真空环境且控制其初始压强为0.01MPa，打开层压机201，将柔性薄膜太阳能组件101设置于加热板202上，加热板温度设置为135℃-175℃，此时其位于层压机下腔体203内，关闭层压机201，开始对下腔体203进行抽真空处理至压强为0.01MPa，开始进行层压工艺，并保持各自压强不变1min，层压机上腔体205与层压机下腔体203内压强曲线如图6中层压初始阶段601所示；
（2）层压机上腔体205和层压机下腔体203均处于抽真空状态并维持压强0.01MPa不变，保持此过程9min，层压机上腔体205与层压机下腔体203内压强曲线如图6中层压处理阶段602所示；由于此步骤中层压机上腔体205与层压机下腔体203并不存在压强差，硅胶隔膜204为平整状态且不与柔性薄膜太阳能组件101的前板102接触，无法抑制柔性太阳能组件的各层材料因受热而引起的自发形变；
（3）继续对层压机上腔体205充气至压强达到0.101MPa，而层压机下腔体203依然处于抽真空状态并维持压强0.01MPa不变，维持此过程9min，层压机上腔体205与层压机下腔体203内压强曲线如图6中压合工艺阶段603所示；
（4）此阶段层压机上腔体205抽真空至初始压强0.01MPa，而对层压机下腔体203进行充气工艺至压强达到0.101MPa，层压机上腔体205与层压机下腔体203内压强曲线如图6中层压结束阶段604所示，打开层压机下腔体203，取出层压后的柔性太阳能组件101，层压工艺结束。
实验例
对上述实施例1-3及对比例所述工艺层压得到的层压组件的平整度进行检测，实施例1-3所述工艺层压得到的组件的平整度均为0.17mm左右，而对比例所述工艺层压得到的组件的平整度则为0.59mm。可见，本发明所述层压工艺，借助于在层压初始便保持层压机上下腔之间的压强差，确保此压强差在抽真空的情况下，能够使材料间具有一定的粘结力，由此可抑制柔性太阳能组件各层材料因受热而引起的自发形变、防止组件各层材料的受热形变导致各层材料间的相对位移，相对于现有技术中常规的层压工艺而言，压完成后的组件表面平整度由0.59mm下降至0.17mm，平整效果提升近70%，可有效解决太阳能柔性组件在层压过程中的褶皱问题。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种柔性太阳能组件的层压方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）初始层压：将所述柔性组件的各层材料进行对位设置后，放置于层压机下腔体内的加热板上，控制加热板温度为135℃-175℃，随后闭合层压机并对下腔体进行抽真空处理至压强小于等于0.01MPa，此时保持上腔体初始压强高于0.01MPa，使硅胶隔膜接触柔性组件材料层并开始层压，保持0.5min-10min；
（2）层压处理：此时继续保持上、下腔体的压强不变或者继续保持下腔体压强不变而控制所述上腔体压强在0.01＜P≤0.101MPa之间随时间均匀变化，进行层压压合4-18min，使硅胶隔膜与柔性组件接触强度增大并使组件各层材料有效粘结在一起；
（3）压合工艺：继续保持下腔体压强不变，而对上腔体充气至压强为0.101MPa，并维持5-10min；
（4）层压结束：随后对上腔体进行抽真空至初始压强，并对下腔体充气至压强为0.101MPa，打开层压机下腔体取出层压后的柔性太阳能组件，即得。
2.根据权利要求1所述的柔性太阳能组件的层压方法，其特征在于，所述步骤（1）中，设置所述上腔体的初始压强为0.01＜P≤0.04MPa，并在所述步骤（2）的层压过程中保持不变。
3.根据权利要求1所述的柔性太阳能组件的层压方法，其特征在于，所述步骤（1）中，设置所述上腔体的初始压强为0.01＜P≤0.04MPa，并在所述步骤（2）的层压过程中控制压强随时间均匀增加至0.101MPa。
4.根据权利要求1所述的柔性太阳能组件的层压方法，其特征在于，所述步骤（1）中，设置所述上腔体的初始压强为0.01＜P≤0.04MPa，并在所述步骤（2）的层压过程中在控制上腔体压强在初始压强与所述下腔体压强值之间随时间均匀的往复变化。
5.根据权利要求1-4任一项所述的柔性太阳能组件的层压方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述上腔体的初始压强为0.03MPa。
6.根据权利要求1-4任一项所述的柔性太阳能组件的层压方法，其特征在于，所述柔性太阳能组件包括铜铟镓硒、非晶硅薄膜组件、非晶-微晶硅薄膜组件、碲化镉和有机染料组件。
7.一种权利要求1-6任一项所述的层压方法得到的柔性太阳能组件。
8.一种柔性太阳能组件的封装方法，其特征在于，包括如下步骤：
（a）应用权利要求1-6任一项所述的方法对所述柔性太阳能组件进行层压；
（b）以钢板对所述层压后的太阳能组件进行压合，控制反应温度135℃-175℃、压强0.101MPa，维持压合5min-10min；
（c）维持反应的压强不变，以循环水将所述钢板压合的太阳能组件降温至室温，完成太阳能组件的封装。
9.根据权利要求8所述封装方法封装得到的太阳能组件。
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