CN103746022A - 一种带艺术图案的透光薄膜太阳能组件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带艺术图案的透光薄膜太阳能组件及其制造方法，它由艺术图案板、镀膜电池玻璃、接线盒、透明PVB/有机硅/聚烯烃/EVA膜与透明玻璃或透明背板有机材料组成；其主要工艺流程是：玻璃上镀膜、制作艺术不干贴纸、粘贴艺术不干贴纸、刻划发电膜层和背电极、贴附汇流材料、制备艺术太阳能电池组件；本发明不添加其它物质和材料在组件内部，不对电池膜层进行化学处理，而是通过在玻璃非镀膜面粘贴一层呈现出艺术图案、分成透明和不透光两个区域的单面不干胶贴纸这样一种简单的方式，再用一套简单、易编程的激光划刻方案，对电池膜层进行划刻，即可将艺术图案直接成形在薄膜电池上。
Description
技术领域：
本发明涉及一种新型的薄膜太阳能电池组件加工方法，可用于加工透光薄膜太阳能组件，其目的是在保证薄膜组件的发电性和透光性的同时，提高组件的艺术装饰性和外观美化功能。
背景技术：
太阳能组件与建筑相结合的应用(建筑光伏一体化，BIPV) 日益广泛，仅可以取代传统的建筑幕墙和窗户，还可作为一种无污染的可再生能源，成为继太阳能电站、太阳能应用型产品之外的又一大市场需求。太阳能组件在建筑幕墙和窗户上的应用，不仅要提供电能、以部分满足建筑内工业和办公活动的需要，而且必须具有一定的透光效果。在这一点上，薄膜太阳能组件比晶硅组件更能实现均匀、可调的透光效果，因此成为BIPV的发展热点。薄膜太阳能电池组件的基本结构由室外到室内依次为高透光性前板玻璃、镀在前板玻璃上的电池膜层（透明前电极导电膜、Si基/CIGS/CdTe发电膜层和背电极导电膜）、PVB/有机硅/聚烯烃(TPO)膜等有机胶片、浮法玻璃或者有机背板材料组成。
目前市场上制成透光薄膜太阳能组件主要有两种方法，第一种是调节薄膜太阳能电池的厚度和结构，实现半透明的发电膜层，在辅加透明胶片和透明背板材料，从而使整个组件实现均匀、连续的透光效果；另一种是采用激光划刻的方式，去除薄膜电池上部分区域的发电膜层和背电极材料，只保留透明的前电极导电膜，从而使组件实现条纹相间的透光效果。这两种方式都可以不破坏组件的发电性能，但在外观上均显单调，缺乏艺术性和美化功能。
发明内容：
本发明的目的是在太阳能组件的透光薄膜上附带艺术图案，提供一种带艺术图案的透光薄膜太阳能组件及其制造方法。
本发明采用如下技术方案实现其发明目的：一种带艺术图案的透光薄膜太阳能组件及其制造方法，它由艺术图案板1、镀膜电池玻璃2、接线盒3、透明PVB/有机硅/聚烯烃/EVA膜4与透明玻璃或透明背板有机材料5组成；其主要工艺流程是：玻璃上镀膜16、制作艺术不干贴纸17、粘贴艺术不干贴纸18、刻划发电膜层和背电极19、贴附汇流材料20、制备艺术太阳能电池组件21；
玻璃上镀膜16：首先采用行业通用的方法，在清洗检测后的超白前板玻璃22上镀上电池膜层材料24就得到镀膜电池玻璃2，即依次把透明导电膜前电极（化学气相沉积法、溅射），Si基/CIGS/CdTe发电膜层（PECVD，共蒸法和进空间升华法）和导电膜背电极（化学气相沉积法、溅射、热蒸镀）镀。目前，前电极材料为透明导电金属氧化物(TCO)，背电极为金属膜层（比如金属钼Mo）或亦为TCO膜层；
制作艺术不干贴纸17：制备形状为所需艺术图案板1的单面不干胶贴纸，贴纸的基材不透明、具有一定颜色，比如白色或深色，贴纸的单面不干胶不易固化，且很容易再从玻璃上揭剥下来。另一种方法是，制备与艺术图案透光效果相同的整张不干胶贴纸，不透光区域的贴纸采用带颜色、不透明的基材，透光区域的贴纸具有很高的透明度；
粘贴艺术不干贴纸18：在前板玻璃的非镀膜面上，粘贴上具有艺术图案板1的单面不干胶贴纸，或是与艺术图案透光效果相同的整张不干胶贴纸，保证贴纸的平整与完整；
刻划发电膜层和背电极19：把贴完贴纸的镀膜前板玻璃放置于激光划刻的腔室内，非镀膜面（即贴纸面）朝向激光头。激光从前板玻璃的非镀膜面入射，以一定光斑大小聚焦在发电膜层上，沿着垂直于薄膜电池死区、平行于组件边缘的方向，把发电膜层和背电极导电膜划刻掉，划刻掉的物质用真空泵抽吸走。在垂直于薄膜电池死区的方向上，激光每隔一定距离划刻一道，周而反复，从而使划刻区域的膜层具有了透光效果。可采用多个激光头同时工作，提高加工效率；适用的激光波长为530-540nm绿光，光斑大小为0.05-0.4mm, 单道激光的能量与光斑大小、发电膜层/背电极材料的种类和厚度相关，范围在0.5W-5W；遇到贴纸的不透光区域，激光无法穿透，从而保留了完整的发电膜层；而在贴纸的透明区域，激光可穿透贴纸、划刻掉发电膜层和背电极导电膜，只保留透明前电极导电膜。如此，贴纸上艺术图案的轮廓线内外具有了不一样的透光效果，从而将艺术图案表现出来；通过调节艺术图案的面积、激光划刻线的间距和激光光斑的大小，可实现整个组件不同的透光率；
贴附汇流材料20：已经划刻出艺术图案的薄膜太阳能电池，在正负极电池贴附汇流导电材料，比如银胶+导带，或者导电胶带，然后再用导带将正负极引出来；
制备艺术太阳能电池组件21:铺设透明PVB/有机硅/聚烯烃/EVA膜4等有机胶片，再铺设透明玻璃或透明背板有机材料5，经过真空或高压层压，再安装接线盒3，制备成带有艺术图案的透光薄膜太阳能电池组件；如果使用透明EVA，需配合边缘密封胶，以改善其防水性；如果使用透明PVB，背板只能采用透明玻璃。
由于采用了以上技术方案，本发明较好的实现了其发明目的，其特点是不添加其它物质和材料在组件内部，不对电池膜层进行化学处理，而是通过在玻璃非镀膜面粘贴一层呈现出艺术图案、分成透明和不透光两个区域的单面不干胶贴纸这样一种简单的方式，再用一套简单、易编程的激光划刻方案，对电池膜层进行划刻，即可将艺术图案直接成形在薄膜电池上。
附图说明:
图1表示具有艺术图案的透光薄膜太阳能电池组件结构示意图。
图2 表示非晶/微晶硅薄膜叠层电池剖面示意图。
图3 表示具有不透光艺术图案的透光薄膜太阳能电池组件示意图。
图4 表示具有透光艺术图案的透光薄膜太阳能电池组件示意图。
图5表示带有艺术图案的薄膜太阳能电池组件的主要工艺流程示意图。
图6 表示带有艺术图案的薄膜太阳能电池组件的制作过程重要步骤示意图。
附图标记说明见说明书最后一页表格。
具体实施方式:
下面结合附图对本发明方法进行进一步说明：
实施例1:
由发明内容可知，一种带艺术图案的透光薄膜太阳能组件及其制造方法，它由艺术图案板1、镀膜电池玻璃2、接线盒3、透明PVB/有机硅/聚烯烃/EVA膜4与透明玻璃或透明背板有机材料5组成；其主要工艺流程是：玻璃上镀膜16、制作艺术不干贴纸17、粘贴艺术不干贴纸18、刻划发电膜层和背电极19、贴附汇流材料20、制备艺术太阳能电池组件21；
玻璃上镀膜16：首先采用行业通用的方法，在清洗检测后的超白前板玻璃22上镀上电池膜层材料24就得到镀膜电池玻璃2，即依次把透明导电膜前电极（化学气相沉积法、溅射），Si基/CIGS/CdTe发电膜层（PECVD，共蒸法和进空间升华法）和导电膜背电极（化学气相沉积法、溅射、热蒸镀）镀。目前，前电极材料为透明导电金属氧化物(TCO)，背电极为金属膜层（比如金属钼Mo）或亦为TCO膜层；
制作艺术不干贴纸17：制备形状为所需艺术图案板1的单面不干胶贴纸，贴纸的基材不透明、具有一定颜色，比如白色或深色，贴纸的单面不干胶不易固化，且很容易再从玻璃上揭剥下来。另一种方法是，制备与艺术图案透光效果相同的整张不干胶贴纸，不透光区域的贴纸采用带颜色、不透明的基材，透光区域的贴纸具有很高的透明度；
粘贴艺术不干贴纸18：在前板玻璃的非镀膜面上，粘贴上具有艺术图案板1的单面不干胶贴纸，或是与艺术图案透光效果相同的整张不干胶贴纸，保证贴纸的平整与完整；
刻划发电膜层和背电极19：把贴完贴纸的镀膜前板玻璃放置于激光划刻的腔室内，非镀膜面（即贴纸面）朝向激光头。激光从前板玻璃的非镀膜面入射，以一定光斑大小聚焦在发电膜层上，沿着垂直于薄膜电池死区、平行于组件边缘的方向，把发电膜层和背电极导电膜划刻掉，划刻掉的物质用真空泵抽吸走。在垂直于薄膜电池死区的方向上，激光每隔一定距离划刻一道，周而反复，从而使划刻区域的膜层具有了透光效果。可采用多个激光头同时工作，提高加工效率；适用的激光波长为530-540nm绿光，光斑大小为0.05-0.4mm, 单道激光的能量与光斑大小、发电膜层/背电极材料的种类和厚度相关，范围在0.5W-5W；遇到贴纸的不透光区域，激光无法穿透，从而保留了完整的发电膜层；而在贴纸的透明区域，激光可穿透贴纸、划刻掉发电膜层和背电极导电膜，只保留透明前电极导电膜。如此，贴纸上艺术图案的轮廓线内外具有了不一样的透光效果，从而将艺术图案表现出来；通过调节艺术图案的面积、激光划刻线的间距和激光光斑的大小，可实现整个组件不同的透光率；
贴附汇流材料20：已经划刻出艺术图案的薄膜太阳能电池，在正负极电池贴附汇流导电材料，比如银胶+导带，或者导电胶带，然后再用导带将正负极引出来；
制备艺术太阳能电池组件21:铺设透明PVB/有机硅/聚烯烃/EVA膜4等有机胶片，再铺设透明玻璃或透明背板有机材料5，经过真空或高压层压，再安装接线盒3，制备成带有艺术图案的透光薄膜太阳能电池组件；如果使用透明EVA，需配合边缘密封胶，以改善其防水性；如果使用透明PVB，背板只能采用透明玻璃。
实施例2:
玻璃清洗检测23： 准备1300*1100*3.2mm超白前板玻璃22，透光率要求≥90%,过清洗系统（水洗或有机碱洗）清洗检测，干燥，待用；
沉积电池膜层25：在超白前板玻璃衬底上镀非晶/微晶硅叠层电池膜层24，主要有以下步骤：
① 采用化学气相沉积或者溅射的方法，沉积透明导电膜前电极层9（ITO、AZO、BZO或FTO），
② 使用激光划刻机对透明导电膜进行光刻分块，形成前电极块与块之间相互绝缘的隔离沟槽P1，
③ 采用PECVD方法沉积非晶硅顶电池，沉积压力为50-1000Pa，衬底温度为150-250℃，在透明导电膜上依次沉积p型非晶硅掺杂层、i本征非晶硅层和n型非晶硅掺杂层，制备出顶电池，
④ 继续采用PECVD在非晶硅顶电池上沉积中间透明反射层，调节反射回非晶硅和透射入微晶硅的光线，
⑤ 继续采用PECVD在中间透明反射层背面依次沉积p型微晶硅掺杂层、i本征微晶硅层和n型微晶硅掺杂层，制备出底电池，温度为180℃-250℃，沉积压力为130-1000Pa，
⑥ 使用激光划刻机对顶电池和底电池膜层进行分块划刻，形成电池层块与块之间相互分隔的沟槽P2，P2与P1相互平行但不重叠，
⑦ 采用化学气相沉积、物理溅射或热蒸镀的方法，在底电池的n层上沉积导电膜背电极层6（透明导电膜或者金属背电极），
⑧ 使用激光在玻璃衬底上每隔一定距离，划刻掉除前电极外所有的膜层，形成与P1,P2都平行但不重叠的隔离沟槽P3, P2在P1和P3的中间，P3分割出一个个电池单元，每个电池单元通过背电池和前电池的搭接相互串联，制成串联电池组件（如图2所示）；
用喷墨打印的方法，在整张透明不干胶贴纸上打印出所需艺术图案，贴纸可用50-100微米厚高透明度的聚酰亚胺(PI)作为基材，硅酮类粘着剂作为胶层，亦可用50-100微米厚高透明度的聚酯薄膜(PET)作为基材，丙烯酸酯类粘着剂作为胶层。胶面用离心纸进行保护；
粘贴艺术图案模板27：把带有艺术图案模板：不干胶类物质26贴附在玻璃正面，即非镀膜面，一边撕开离心纸，一边进行贴附，辅助以辊轮，避免气泡产生；
激光划刻28：把贴好不干胶的镀膜玻璃送入激光划刻机，贴胶纸面朝向激光头，使激光头沿着与P1, P2和P3垂直的方向，每隔一定距离整线划刻掉除前电极之外的所有膜层。适用的激光波长为530-540nm绿光，光斑大小为0.05-0.4mm, 单道激光的能量与光斑大小、发电膜层/背电极材料的种类和厚度相关，范围在0.5W-5W. 例如，530nm绿光，光斑0.2mm, 单道激光的能量为2 W, 划刻线中心线距离为1mm, 此时透光区域的透光比例为20%；
激光清边或机械清边29：镀膜玻璃出激光划刻机，对其进行激光清边，或者用喷砂机进行清边，除掉玻璃四周的导电物质，保证组件对外不漏电；
汇流、导带引出31：在电池膜面的正负极电池贴附汇流导电材料30，然后再用导带将正负极引出来；在镀膜玻璃表面铺设透明PVB/有机硅/TPO膜/EVA/透明背板玻璃或者有机材料32；
层压33：将上述叠好的模板进行层压，层压方法有多种，可采用如下真空预压工艺：
a) 抽真空，真空度至少应为-0.8至-0.9bar，
b) 保持真空度，加热玻璃，层压温度设为150℃，层压时间为15-20分钟，
c) 冷却；
安装接线盒，将正负极导带引出端焊接到接线盒上，接线盒四周打密封胶，盒体内打灌封胶；测试功率，贴标签。
以上所述的，是根据本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明的权利要求保护范围。
| 标记数字 | 标记名称 | 标记数字 | 标记名称 |
| 1 | 艺术图案板1 | 18 | 粘贴艺术不干贴纸18 |
| 2 | 镀膜电池玻璃2 | 19 | 刻划导电膜19 |
| 3 | 接线盒3 | 20 | 贴附汇流材料20 |
| 4 | 透明PVB/有机硅/TPO/EVA膜4 | 21 | 制备艺术太阳能电池组件21 |
| 5 | 透明玻璃或透明背板有机材料5 | 22 | 超白前板玻璃22 |
| 6 | 导电膜背电极层6 | 23 | 玻璃清洗检测23 |
| 7 | 微晶硅层7 | 24 | 电池膜层材料：透明前电极导电膜、Si基/CIGS/CdTe发电膜层和背电极导电膜24 |
| 8 | 非晶硅层8 | 25 | 沉积电池膜层25 |
| 9 | 透明导电膜前电极层9 | 26 | 艺术图案模板：不干胶类物质26 |
| 10 | 超白玻璃基板10 | 27 | 粘贴艺术图案模板27 |
| 11 | 背电极+电池膜层划刻（P3）11 | 28 | 激光划刻28 |
| 12 | 电池膜层划刻（P2）12 | 29 | 激光清边或机械清边29 |
| 13 | 前电极划刻（P1）13 | 30 | 汇流导电材料30 |
| 14 | PVB胶片14 | 31 | 汇流、导带引出31 |
| 15 | 钢化背板玻璃 15 | 32 | 透明PVB/有机硅/TPO膜/EVA/透明背板玻璃或者有机材料32 |
| 16 | 玻璃上镀膜16 | 33 | 真空或高压条件下层压33 |
| 17 | 制作艺术不干贴纸17 |
Claims (1)
1. 一种带艺术图案的透光薄膜太阳能组件及其制造方法，其特征是它由艺术图案板（1）、镀膜电池玻璃（2）、接线盒（3）、透明PVB/有机硅/聚烯烃/EVA膜（4）与透明玻璃或透明背板有机材料（5）组成；其主要工艺流程是：玻璃上镀膜（16）、制作艺术不干贴纸（17）、粘贴艺术不干贴纸（18）、刻划发电膜层和背电极（19）、贴附汇流材料（20）、制备艺术太阳能电池组件（21）；
玻璃上镀膜（16）：首先采用行业通用的方法，在清洗检测后的超白前板玻璃（22）上镀上电池膜层材料（24）就得到镀膜电池玻璃（2），即依次把透明导电膜前电极（化学气相沉积法、溅射），Si基/CIGS/CdTe发电膜层（PECVD，共蒸法和进空间升华法）和导电膜背电极（化学气相沉积法、溅射、热蒸镀）镀；目前，前电极材料为透明导电金属氧化物(TCO)，背电极为金属膜层（比如金属钼Mo）或亦为TCO膜层；
制作艺术不干贴纸（17）：制备形状为所需艺术图案板（1）的单面不干胶贴纸，贴纸的基材不透明、具有一定颜色，比如白色或深色，贴纸的单面不干胶不易固化，且很容易再从玻璃上揭剥下来；另一种方法是，制备与艺术图案透光效果相同的整张不干胶贴纸，不透光区域的贴纸采用带颜色、不透明的基材，透光区域的贴纸具有很高的透明度；
粘贴艺术不干贴纸（18）：在前板玻璃的非镀膜面上，粘贴上具有艺术图案板（1）的单面不干胶贴纸，或是与艺术图案透光效果相同的整张不干胶贴纸，保证贴纸的平整与完整；
刻划发电膜层和背电极（19）：把贴完贴纸的镀膜前板玻璃放置于激光划刻的腔室内，非镀膜面（即贴纸面）朝向激光头，激光从前板玻璃的非镀膜面入射，以一定光斑大小聚焦在发电膜层上，沿着垂直于薄膜电池死区、平行于组件边缘的方向，把发电膜层和背电极导电膜划刻掉，划刻掉的物质用真空泵抽吸走；在垂直于薄膜电池死区的方向上，激光每隔一定距离划刻一道，周而反复，从而使划刻区域的膜层具有了透光效果，可采用多个激光头同时工作，提高加工效率；适用的激光波长为530-540nm绿光，光斑大小为0.05-0.4mm, 单道激光的能量与光斑大小、发电膜层/背电极材料的种类和厚度相关，范围在0.5W-5W；遇到贴纸的不透光区域，激光无法穿透，从而保留了完整的发电膜层；而在贴纸的透明区域，激光可穿透贴纸、划刻掉发电膜层和背电极导电膜，只保留透明前电极导电膜；如此，贴纸上艺术图案的轮廓线内外具有了不一样的透光效果，从而将艺术图案表现出来；通过调节艺术图案的面积、激光划刻线的间距和激光光斑的大小，可实现整个组件不同的透光率；
贴附汇流材料（20）：已经划刻出艺术图案的薄膜太阳能电池，在正负极电池贴附汇流导电材料，比如银胶+导带，或者导电胶带，然后再用导带将正负极引出来；
制备艺术太阳能电池组件（21）:铺设透明PVB/有机硅/聚烯烃/EVA膜（4）等有机胶片，再铺设透明玻璃或透明背板有机材料（5），经过真空或高压层压，再安装接线盒（3），制备成带有艺术图案的透光薄膜太阳能电池组件；如果使用透明EVA，需配合边缘密封胶，以改善其防水性；如果使用透明PVB，背板只能采用透明玻璃。
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| CN201310727114.1A CN103746022A (zh) | 2013-12-25 | 2013-12-25 | 一种带艺术图案的透光薄膜太阳能组件及其制造方法 |
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-
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- 2013-12-25 CN CN201310727114.1A patent/CN103746022A/zh active Pending
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140423 |