CN105042493B - 一种太阳能光电玻璃及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能光电玻璃及其制造方法，属于光伏建筑一体化技术领域。目的改变光电玻璃整体结构，能够主动发电，减少体内布线、提高功效。主要特征太阳能电池融合LED太阳能合发光器件构成，电池正负极焊带输出连接控制器储能，构成内部自行供电系统。用激光刻蚀区域刻划线和分节线形成前电极层、光电转换层、背电极层。控制器装在内层玻璃外壁的控制盒内。实施本发明突破了光电玻璃一直以来依赖外接电源装置供电，用汇流带、导电膜替代传统布线，使整体结构变得简单，生产效率高成本低。
Description
技术领域
本发明公开了一种系统内部自身供电的太阳能光电玻璃，确切的说是薄膜太阳能电池与LED构成的新型功能材料，属于光伏建筑一体化技术领域。
背景技术
目前，LED技术发展其灯珠体积越来越小而薄，植入透光体和夹层玻璃已成为现实。如何将许多LED连接构成图案、文字，一直采用细金属丝将LED焊接在一起，如中国专利号：200620023887.7《光电子透光体》。LED焊接布线复杂，工作量大。另一种，采用导电玻璃作夹层玻璃的内层玻璃，LED与导电玻璃的导电膜进行焊接使导线连接相对减少。如中国专利号：200910196376.3《LED光电玻璃的制造工艺》，由夹层玻璃镀二氧化锡导电膜所形成的导电玻璃，在导电玻璃二氧化锡膜进行电路刻蚀，将LED贴片在二氧化锡导电膜上导电连接。夹层玻璃导电膜仅导电而不能发电，需外部提供电源才能工作达到各种显示效果。对于大面积玻璃幕墙，使用的光电玻璃数量越多，走槽内暗线，布线难度大，结构复杂。
发明内容
本发明针对现有技术存在不足，对光电玻璃被动导电做深入研究，机理分析的基础上，对此，提出具有突破性的技术解决方案，其目的是要改变光电玻璃整体结构，能够主动发电，减少体内布线、提高功效的关键技术。
本发明的再一个目的，将进一步解决现有光电玻璃的功能单一性，从机理上细化薄膜太阳能电池与发光体LED一体化核心技术。
为实现以上任务，本发明提出的技术解决方案是：一种太阳能光电玻璃，其技术特征在于主要以太阳能电池为载体融合发光器件构成外层，在太阳能电池背电极面上分布多种分割线和分割线刻蚀形成的区域包括：电池区域和电池电极焊带，还包括区域分割线刻蚀形成的光电区域，电池区域通过电池正负极焊带输出连接控制器储能，由控制器输出连接光电区域电路构成内部自行供电系统。太阳能电池是薄膜太阳能电池与LED灯珠融合，还包括依次层叠的胶膜和内层玻璃，控制器装在内层玻璃外壁的控制盒内。
电池正负电极焊带分布在电池分节线形成的电池区域内，电极焊线是LED正负电极焊线分别相对应地分布在电池正负电极焊带区域。光电区域由LED灯珠串联或并联或串并联形成的LED灯珠区域分布在区域分割线内，电池区域和LED灯珠区域可以呈多组间隔分布在背电极上。太阳能电池区域包括多组由电池分节线刻蚀形成电池内联式连接，其电池正负极分别接正负极焊带汇流。
电池电极焊带与LED区域在背电极的重叠区域，均由绝缘片放置在电池正负极焊带与LED区域之间绝缘。电池正极焊带和电池负极焊带的输出端，分别接入控制盒内控制板的正负极输入端给蓄电池充电，控制板的输出端接LED灯珠。电池区域和LED灯珠区域之间有绝缘隔离沟槽，由分割线刻蚀穿透背电极膜层、光电转膜层、前电极膜层形成。LED灯珠焊接或贴敷在光电区域，通过焊线连接LED灯珠，由控制器控制文字或文字加各种图形组成的显示图案。
电池背电极面上分布的纵向和横向分布的分割线穿透电池背电极整个膜层，形成太阳能电池的绝缘边。池背电极面上分布多种分割线，包括区域分割线能刻蚀穿透LED区域和电池区域之间的整个背电极膜层形成的绝缘隔离沟槽。
太阳能光电玻璃的制造方法，其技术特征在于主要以太阳能电池为载体融合LED发光器件构成外层，在薄膜太阳能电池的背电极上用区域分割线刻蚀形成各种区域，包括太阳能电池区域、LED区域和LED焊线区域，还包括用分节线刻蚀形成前电极层、光电转换层、背电极层，由控制器接电池储能，由控制器接光电区域电路构成内部自行供电系统。
LED区域和太阳能电池区域两个区域之间用区域分割线刻穿背电极层、光电转换层及前电极层形成绝缘隔离沟槽，可用区域分割线刻蚀形成多组LED区域和太阳能电池区域。LED区域包括LED灯珠电路连接LED正负极焊线。LED区域用导电胶黏贴LED灯珠及电极焊线引入线。太阳能电池为载体外层上依次层叠胶膜和内层玻璃，控制器装在内层玻璃外壁的控制盒内。
实施效果
实施本发明突破了光电玻璃一直以来依赖外接电源装置供电，用汇流带、导电膜替代传统布线，使整体结构变得简单，从机理上突破了技术瓶颈，利用核心技术薄膜太阳能电池融合LED，制造出功能强大的新型材料，优选光伏建筑一体化，传媒显示领域的需要。经济效益显著，节省了大量劳动力和生产成本。
本发明所说的薄膜太阳能电池，以基片类型可分为硬基底和软基地，软基底采用不锈钢带和铜带、聚酰亚胺材料，在其上制备薄膜太阳能电池膜层，主要包括前电极、光电转换和背电极。薄膜太阳能电池不透，可以通过激光刻划成透光型或半透光型。
本发明可以在薄膜太阳能电池外面（光照面或受光面）用胶膜粘结透明玻璃，制成三层或三层以上的夹层玻璃。
本发明可以通过以下方法来实现：
1）前电极膜层分节线：沉积前电极膜层，刻蚀前电极膜层的电池分节线；
2）光电转化层分节线：在前电极膜层上沉积光电转换层，刻蚀光电转化层的电池分节线；
3）背电极分节线：在光电转换层上沉积背电极层，刻蚀背电极的电池分节线：
4）区域分割线：刻蚀LED区域和电池区域之间绝缘的区域分割线，该区域分割线刻穿贯通背电极层、光电转换层及前电极层；
5）LED电路：在光电器件区域刻蚀LED电路；
6）电极引出线：在太阳能电池区域的正负电极汇流带的输出端焊电极引出线；
7）灯珠电极引入线：在LED区域黏贴LED灯珠后，焊接灯珠电极引入线；
8）高温层压：太阳能电池、胶膜、背板玻璃依次叠放，将电池电极焊带的输出端和LED电极焊线的输入端引出到内层玻璃的外面；
9）控制盒：层压后，将电池电极焊带输出端和LED电极焊线输入端引入到控制盒内的控制电路板上连接，将控制盒粘结固定在内层玻璃上。
在步骤（1）中，可以用激光预先刻蚀前电极层的区域分割线，该区域分割线位置与步骤（4）的区域分割线位置相同。
在步骤（4）中，区域分割线可以和电池分节线平行或垂直。
在步骤（7）中，LED灯珠的灯头可以朝向太阳能电池，也可以朝向内层玻璃。
若需要对太阳能电池进行透光处理，可在步骤（4）之后，在太阳能电池区域内进行透光刻蚀。
附图说明
以下结合附图进一步说明本发明工作原理。
图1.是本发明的整体结构示意图和实施例1图。
薄膜太阳能电池1、胶膜2、内层玻璃3依次叠放，控制盒4在内层玻璃3的外表面上，在薄膜太阳能电池1的背电极层上粘有LED灯珠7，电池正极焊带5和电池负极焊带5’又称汇流带，分别焊接在太阳能电池1的正负极上，将太阳能电池1的电能汇流后输出到控制盒的控制板401将电能储存在蓄电池402内，通过控制板401控制蓄电池402输出端接LED灯珠7两管脚分别连接的LED正极焊线6和LED负极焊线6’。绝缘片8放置在电池正极焊带5和电池负极焊带5’下方的LED区域。电池正极焊带5和电池负极焊带5’输出端以及LED正极焊线6和LED负极焊线6’输人端分别接入控制盒4内控制板401给蓄电池402充电，由控制板401输出端接LED灯珠7输入工作电源。
图1A.是图1中F部分局部放大，放大了电池区域内的电池正极焊带5区域和LED区域内LED正电极焊线6区域，以及绝缘片8放置在电池正极焊带5和电池负极焊带5’下方的LED区域。
图1B是图1中背电极层的区域划分示意图。
图1C是本发明的工作原理框图。
图中LED区域：A1、A2、A3、A4、A5、A6。太阳能电池区域B1：包含有B2、B3、B4区域，B2是太阳能电池正极焊带5焊接区域，B3是太阳能电池负极焊带5’焊接区域，在B2、B3区域中间的B4是太阳能电池的电池单元区域，C1是LED正极焊线6焊接区域，C2是LED负极焊线6’焊接区域。
A1、A3、A5区域内的LED灯珠7并联连接，A2、A4、A6区域内的LED灯珠7串联连接。
太阳能电池分节线101将太阳能电池刻蚀成内联式连接，在LED区域内电池分节线101断开；
纵向边缘绝缘刻线105和横向边缘绝缘刻线105’刻穿整个膜层，形成太阳能电池周边的绝缘边；
区域分割线102刻穿电池整个膜层，将LED区域和太阳能电池区域绝缘；
LED焊线区域分割线104刻穿整个膜层，将LED电极焊线区域和太阳能电池电极焊带区域绝缘, 在LED区域内LED焊线区域分割线104断开。
图2.是图1中太阳能电池1的背面膜层LED并联结构示意图。
图2中，太阳能电池1在衬底1-4上,依次镀前电极层1-1、光电转换层1-2、背电极层1-3，位于电池最边缘的纵向边缘绝缘刻线105和横向边缘绝缘刻线105’在同一位置刻穿前电极层1-1、光电转换层1-2和背电极层1-3，靠近两边的横向边缘绝缘刻线105’内侧有LED焊线区域分割线104，在LED焊线区域分割线104内侧有数条电池分节线101，在纵向布置的每一组LED灯珠7的区域有两条纵向的LED区域分割线102，区域分割线102和电池分节线101成垂直状态， 在两条纵向LED区域分割线102的中间平行一条LED正负极分割线103，LED灯珠7的正负极分别焊接在区域分割线102的两侧，每组LED灯珠7呈并联连接，纵向边缘绝缘刻线105、横向边缘绝缘刻线105’、LED焊线区域分割线104、LED区域分割线102和LED正负极分割线103均在同一位置刻穿前电极层1-1、光电转换层1-2和背电极层1-3。
图3是图1中太阳能电池1的背面膜层LED串联结构示意图。
图3中，同图2相比，在LED区域分割线102的中间垂直有数条LED正负极分割线103，有数组LED灯珠7，每组LED灯珠7呈串联连接。
图4是图1中太阳能电池1的背面膜层LED横向并联结构示意图。
图4中，同图2相比，在横向布置的每一组LED灯珠7的区域有两条横向的LED区域分割线102，区域分割线102和电池分节线101成平行状态，在两条横向的区域分割线102的中间平行一条LED正负极分割线103，LED灯珠7的正负极分别焊接在LED正负极分割线103的两侧，有数组LED灯珠7，每组LED灯珠7呈横向并联连接。
图5是图1中太阳能电池1的背面膜层第四种结构示意图。
图5中，同图4相比，在LED区域分割线102的中间垂直有数条LED正负极分割线103，有数组LED灯珠7，每组LED灯珠7呈横向串联连接。
图6是本发明实施例1的背电极层及LED灯珠显示排布与焊线示意图。
图7是本发明实施例2的太阳能光电玻璃的整体结构示意图。
图8是本发明实施例2的背电极层及LED灯珠显示排布与焊线示意图。
图9是本发明实施例2的太阳能光电玻璃组成的玻璃幕墙结构示意图。
依据附图，对本发明做进一步工作原理说明。
具体实施方式
实施例1：
一种8字形显示的太阳能光电玻璃的结构及制造方法。
本实施例的光电玻璃结构为太阳能电池1、LED灯珠7、胶膜2、内层玻璃3。本实施例的太阳能光电玻璃的薄膜太阳能电池1是玻璃基底1-4的非晶硅太阳能电池，太阳能电池1通过激光刻划后的透光率为20%~30%，胶膜2为EVA，内层玻璃3为钢化玻璃，LED灯珠7的排布的显示图形为8字形，靠近薄膜太阳能电池1的四周外边缘分别刻有纵向边缘绝缘刻线105和横向边缘绝缘刻线105’，在两边横向边缘绝缘刻线105’的内侧刻有LED焊线区域分割线104，在两条LED焊线区域分割线104中间为数条电池分节线101，在垂直于电池分节线101刻有5组10条LED区域分割线102，在每组两条LED区域分割线102中间根据LED灯珠7的串联方式刻有LED正负极分割线103，电池正极焊带5和电池负极焊带5’分别焊接在电池的正负电极上，在经过LED区域时在电池正极焊带5和电池负极焊带5’下方铺有绝缘片8，LED正极焊线6和LED负极焊线6’采用外包绝缘层的导线，分别焊接在LED区域的正负极上，电池正极焊带5和电池负极焊带5’以及LED正极焊线6和LED负极焊线6’分别接入控制盒4内的控制板401上，太阳能电池1通过LED正极焊线6和LED负极焊线6’由控制板401将电能储存在蓄电池402内，蓄电池402再通过控制板由LED正极焊线6和LED负极焊线6’将能量输出给LED灯珠7，由控制板401控制LED灯珠7是否点亮。
其制造方法如下：
第一步：在太阳能电池1的基底1-4上沉积透明前电极层1-1，采用红光激光刻蚀前电极层1-1的分节线，形成太阳能电池1的前电极，同时刻蚀形成多个独立的LED区域的布线连接区，同时在前电极层1-1的边缘刻蚀纵向边缘绝缘刻线105和横向边缘绝缘刻线105’。
第二步：在前电极层1-1上沉积光电转换层1-2，采用绿光激光刻划光电转换层1-2，形成连接相邻电池单元的沟道。
第三步：在光电转换层1-2上采用磁控溅射沉积背电极层1-3，采用绿光激光刻划背电极层1-3，形成太阳能电池1的背电极。同时在刻蚀背电极1-3前，在LED区域的玻璃面贴不透明膜，防止在LED区域内的背电极被切断，同时刻蚀纵向边缘绝缘刻线105和横向边缘绝缘刻线105’。
第四步：完成第三步后，分别纵向和横向刻蚀边缘绝缘刻线105和105’、LED区域分割线102、LED焊线区域分割线104和LED正负极分割线103，以上刻蚀线均将前电极层1-1、光电转换层1-2和背电极层1-3全部刻穿。
第五步：预留单元电池，在太阳能电池1上刻蚀透光线，预留单元电池做正负电极焊接，预留LED焊接区域，预留区域用不透明膜保护太阳能电池膜层不被刻蚀，刻蚀电池透光率达到20%~30%，激光束直径为0.09MM，透光率=0.1/(0.1+两条激光线的间隙)，两条激光刻蚀线之间间隙约为0.3MM，透光率为25%，用激光刻蚀透光线，将前电极层1-1、光电转换层1-2、背电极层1-3全部都刻断，保留太阳能电池1背电极的正负极预留区以及LED电极焊接区域。
第六步：在第五步加工完成后，将LED灯珠7在背电极层1-3用导电胶电连接，用导电胶粘贴电连接在刻蚀电路上（LED灯珠7的发光面可以在背电极面），将粘贴LED灯珠7的太阳能电池1放置烘箱烘烤，逐渐预热升温，温度145度，烘烤20分钟，严格工艺流程，防止太阳能电池的基底1-4产生裂片。
第七步：焊接太阳能电池1正极焊带5和负极焊带5’以及LED正极焊线6和负极焊线6’。
第八步：将太阳能电池1、胶膜2、内层玻璃3依次叠放，放入高压釜中封装成夹胶玻璃。
第九步：将焊接太阳能电池1的正极焊带5和负极焊带5’以及LED正极焊线6和负极焊线6’接入控制盒4内，与控制板401连接，蓄电池402与控制板401连接。
实施例2：
一种显示字母的光电玻璃及制成的玻璃幕墙。
本实施例光电玻璃的结构为外层玻璃1、胶膜2、太阳能电池1、LED灯珠7、胶膜2、内层玻璃3。
本实施例的太阳能光电玻璃，采用非晶硅锗叠层太阳能电池1，基底1-4为高分子材料，EVA胶膜2，外层玻璃1’和内层玻璃3均为钢化玻璃，电池1的四周外边缘，分别有纵向边缘绝缘刻线105和横向边缘绝缘刻线105’，在两边横向边缘绝缘刻线105’的内侧刻有LED焊线区域分割线104，在两条LED焊线区域分割线104中间为数条电池分节线101，在垂直于电池分节线101刻有5组10条LED区域分割线102，在LED区域分割线102区域内的电池分节线101和LED焊线区域分割线104是断开的，只有布置LED灯珠7位置的电池分节线101是连续的，LED灯珠7的正负极分别跨在电池分节线101的两边，电池正极焊带5和负极焊带5’分别焊接在电池的正负电极上，在LED区域的电池正极焊带5和负极焊带5’下方设有绝缘片8，LED正极焊线6和负极焊线6’采用外包绝缘层的导线，分别焊接在LED区域的正负极上，电池正极焊带5和电池负极焊带5’以及LED正极焊线6和LED负极焊线6’分别接入控制盒4内的控制板401上，太阳能电池1通过LED正极焊线6和LED负极焊线6’由控制板401将太阳能电池1光电能储存在蓄电池402内，蓄电池402再通过控制板401由LED正极焊线6和LED负极焊线6’将能量输出给LED灯珠7，由控制板401控制LED灯珠7工作。
制作五块分别显示字母T、R、O、N、Y的光电玻璃安装到明框幕墙上，由幕墙横框9’和竖框9将光电玻璃的边缘固定，由控制盒制发出指令，控制LED灯珠7，在玻璃幕墙上显示出TRONY字样。
Claims (16)
1.一种太阳能光电玻璃，其特征在于主要以太阳能电池为载体融合发光器件构成外层，在太阳能电池背电极面上分布多种分割线以及由分割线刻蚀形成的区域，所说区域包括：电池区域、发光器件的电极焊线区域和光电区域，发光器件联接在光电区域内，电池区域通过电池正负极焊带输出连接控制器储能，由控制器输出通过电极焊线连接光电区域电路构成内部自行供电系统。
2.如权利要求1所述的一种太阳能光电玻璃，其特征在于所说的太阳能电池是薄膜太阳能电池与LED灯珠融合，还包括依次层叠的胶膜和内层玻璃，控制器装在内层玻璃外壁的控制盒内。
3.如权利要求1或2所述的一种太阳能光电玻璃，其特征在于所说的电池正负电极焊带分布在电池分节线形成的电池区域内，所说的电极焊线是LED灯珠正负电极焊线，分别相对应地分布在正负电极焊线区域。
4.如权利要求1所述的一种太阳能光电玻璃，其特征在于所说的光电区域，由LED灯珠串联或并联或串并联形成的LED灯珠区域分布在光电区域分割线内，所说的电池区域和LED灯珠区域呈多组间隔分布在背电极上。
5.如权利要求1所述的一种太阳能光电玻璃，其特征在于所说的太阳能电池区域包括多组由电池分节线刻蚀形成电池内联式连接，其电池正负极分别接正负极焊带汇流。
6.如权利要求1所述的一种太阳能光电玻璃，其特征在于所说的电池正负极焊带与LED灯珠区域在背电极的重叠区域，均由绝缘片放置在电池正负极焊带与LED灯珠区域之间绝缘。
7.如权利要求1或4所述的一种太阳能光电玻璃，其特征在于所说的电池正极焊带和电池负极焊带的输出端，分别接入控制盒内控制板的正负极输入端给蓄电池充电，控制板的输出端接LED灯珠正负电极焊线。
8.如权利要求4所述的一种太阳能光电玻璃，其特征在于所说的电池区域和LED灯珠区域，其区域之间有绝缘隔离沟槽，由分割线刻蚀穿透背电极膜层、光电转换膜层、前电极膜层形成。
9.如权利要求1或2所述的一种太阳能光电玻璃，其特征在于所说的由分割线刻蚀形成的多个区域，LED灯珠焊接或贴敷在光电区域，通过电极焊线在电极焊线区域连接LED灯珠，由控制器控制LED灯珠形成文字或文字加各种图形组成的显示图案。
10.如权利要求1所述的一种太阳能光电玻璃，其特征在于所说的太阳能电池背电极面上分布的多种分割线，包括纵向和横向分布的分割线穿透电池背电极整个膜层，形成太阳能电池的绝缘边。
11.如权利要求10所述的一种太阳能光电玻璃，其特征在于所说的太阳能电池背电极面上分布多种分割线，包括区域分割线能刻蚀穿透LED灯珠区域和电池区域之间的整个背电极膜层形成绝缘隔离沟槽。
12.一种太阳能光电玻璃的制造方法，其特征在于主要以太阳能电池为载体融合LED发光器件构成外层，在薄膜太阳能电池的背电极上用区域分割线刻蚀形成各种区域，包括太阳能电池区域、LED灯珠区域和LED焊线区域，还包括用分节线刻蚀太阳能电池的前电极层、光电转换层、背电极层，由控制器接电池储能，由控制器接光电区域电路构成内部自行供电系统。
13.如权利要求12所述一种太阳能光电玻璃的制造方法，其特征在于所说的LED灯珠区域和太阳能电池区域，两个区域之间用区域分割线刻穿背电极层、光电转换层及前电极层形成绝缘隔离沟槽，可用区域分割线刻蚀形成多组LED灯珠区域和太阳能电池区域。
14.如权利要求13所述一种太阳能光电玻璃的制造方法，其特征在于所说的LED灯珠区域，还包括LED灯珠区域连接LED正负极焊线。
15.如权利要求14所述一种太阳能光电玻璃的制造方法，其特征在于所说的在LED灯珠区域用导电胶黏贴LED灯珠及电极焊线引入线。
16.如权利要求12所述一种太阳能光电玻璃的制造方法，其特征在于所说的以太阳能电池为载体外层，其上依次层叠胶膜和内层玻璃，控制器装在内层玻璃外壁的控制盒内。
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