CN105185852B - 芳纶支撑的柔性太阳能电池组件及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种芳纶支撑的柔性太阳能电池组件及其制备工艺。该芳纶支撑的柔性太阳能电池组件包括柔性太阳能电池组件层和封装层，柔性太阳能电池组件层与封装层之间设有芳纶纸蜂窝层，柔性太阳能电池组件层与芳纶纸蜂窝层之间、芳纶纸蜂窝层与封装层之间通过粘结层粘结。制备工艺包括将芳纶纸蜂窝的两面分别与柔性太阳能电池组件和封装膜进行粘结、固化，得到芳纶支撑的柔性太阳能电池组件。本发明的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件及其制备工艺在保证柔性太阳能电池组件整体较低面密度的同时，使其具有可弯曲性和对电池单元层较好的保护、支撑特性，提高了电池组件在安装、运输及使用过程中的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池制备技术领域，具体涉及一种芳纶支撑的柔性太阳能电池组件及其制备工艺。
背景技术
太阳能电池作为一种清洁可再生能源，已经在全球范围内得到了巨大的商业化发展。其中常规晶硅太阳能电池在工艺成熟度、成本、效率、可靠性等方面均具有一定优势，在太阳能电池市场中占有相当大的市场份额。常规晶硅太阳能电池组件一般为刚性组件，是将钢化玻璃、常规晶硅电池片、黏合剂和透明薄膜等进行层压或封装得到的产品，其比较适合于在太阳能电站、屋顶等大型建筑上使用。但是，常规晶硅太阳能电池具有重量重、不可弯曲的缺点，使其在航天航空等领域的应用受到了极大限制。
相对于常规晶硅太阳能电池，柔性太阳能电池具有质量轻、厚度薄、可弯曲的特点，部分柔性太阳能电池同时还兼具低成本、高效率的优点，在航天航空领域中具有较大优势。
然而，柔性太阳能电池在具有一定可弯曲性的同时，使用或安装过程中可能由于弯折过度等应力集中的情况导致电池单元层出现损坏，从而使得电池组件部分失效，降低了柔性太阳能电池组件的可靠性。因此，在柔性太阳能电池组件的封装上，如何在电池组件整体较低面密度的前提下得到具有一定柔性且能够对电池单元层起到较好保护、支撑作用的封装结构，是非常具有研究意义的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种以芳纶作为支撑结构的柔性太阳能电池组件及其制备工艺，在保证柔性太阳能电池组件整体较低面密度的同时，使其具有一定的可弯曲性和对电池单元层较好的保护、支撑特性。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种芳纶支撑的柔性太阳能电池组件，所述芳纶支撑的柔性太阳能电池组件包括柔性太阳能电池组件层和封装层，所述柔性太阳能电池组件层与封装层之间设有芳纶纸蜂窝层，所述柔性太阳能电池组件层与芳纶纸蜂窝层之间、所述芳纶纸蜂窝层与封装层之间通过粘结层粘结。
上述的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件中，优选的，所述芳纶纸蜂窝层的厚度为1mm～10mm，所述芳纶纸蜂窝层的密度为1.5kg/m3～5.5kg/m3。
上述的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件中，优选的，所述柔性太阳能电池组件层由柔性太阳能电池组件构成，所述柔性太阳能电池组件包括柔性晶硅太阳能电池组件、柔性非晶硅太阳能电池组件、铜基多元化合物薄膜太阳能电池组件（优选铜铟镓硒太阳能电池组件）和碲化镉太阳能电池组件中的一种或多种的组合。
上述的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件中，优选的，所述封装层由封装膜构成，所述封装膜包括聚酰亚胺薄膜、FEP薄膜（聚氟乙烯丙烯薄膜）、PEN薄膜（聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜）、PET薄膜（聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜）、TPT复合背板（具体结构为PVF-PET-PVF，即聚氟乙烯-聚酯-聚氟乙烯）、TPE复合背板（具体结构为PVF-PET-PE，即聚氟乙烯-聚酯-聚乙烯）、KPK复合背板（具体结构为PVDF-PET-PVDF，即聚偏氟乙烯-聚酯-聚偏氟乙烯）、KPE复合背板（具体结构为PVDF-PET-PE，即聚偏氟乙烯-聚酯-聚乙烯）中的一种或多种。
上述的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件中，优选的，所述粘结层由粘结胶构成，所述粘结胶包括树脂胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶、聚硫橡胶、UV胶中的一种或多种；所述粘结胶的形态为液态胶或固态胶膜。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件的制备工艺，所述制备工艺包括将芳纶纸蜂窝的两面分别与柔性太阳能电池组件和封装膜进行粘结、固化，得到芳纶支撑的柔性太阳能电池组件。
上述的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件的制备工艺中，优选的，
所述制备工艺具体采用以下方式一或方式二或方式三进行（即采用方式一、方式二和方式三中的任意一种）：
所述方式一的过程为：
（1）在芳纶纸蜂窝的两面涂覆或贴覆粘结胶（即涂覆液体胶或贴覆固态胶膜）；
（2）按柔性太阳能电池组件、两面覆有粘结胶的芳纶纸蜂窝、封装膜的顺序进行依次叠放，得到预成型体；
（3）将预成型体进行固化，得到芳纶支撑的柔性太阳能电池组件；
所述方式二的过程为：
（1）在芳纶纸蜂窝的单面涂覆或贴覆粘结胶，与柔性太阳能电池组件进行粘结并固化；
（2）将步骤（1）所得材料中芳纶纸蜂窝的另一面涂覆或贴覆粘结胶，与封装膜进行粘结并固化，得到芳纶支撑的柔性太阳能电池组件；
所述方式三的过程为：
（1）在芳纶纸蜂窝的单面涂覆或贴覆粘结胶（即涂覆液体胶或贴覆固态胶膜），与封装膜进行粘结并固化；
（2）将步骤（1）所得材料中芳纶纸蜂窝的另一面涂覆或贴覆粘结胶，与柔性太阳能电池组件进行粘结并固化，得到芳纶支撑的柔性太阳能电池组件。
上述的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件的制备工艺中，优选的，所述方式一的步骤（3）中，所述固化的压力为0～30kPa，所述固化的温度为10℃～300℃，所述固化的时间为0.1h～24h；
所述方式二的步骤（1）和步骤（2）中，所述固化的压力均为0～30kPa，所述固化的温度均为10℃～300℃，所述固化的时间均为0.1h～24h；
所述方式三的步骤（1）中，所述固化的压力为0～50kPa，所述固化的温度为10℃～300℃，所述固化的时间为0.1h～24h；所述方式三的步骤（2）中，所述固化的压力为0～30kPa，所述固化的温度为10℃～300℃，所述固化的时间为0.1h～24h。
上述的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件的制备工艺中，更优选的，所述方式一的步骤（3）中，所述固化的压力为15kPa～25kPa，所述固化的温度为25℃～80℃，所述固化的时间为0.5h～12h；
所述方式二的步骤（1）和步骤（2）中，所述固化的压力为15kPa～25kPa，所述固化的温度为25℃～80℃，所述固化的时间为0.5h～12h；
所述方式三的步骤（1）中，所述固化的压力为30kPa～45kPa，所述固化的温度为25℃～80℃，所述固化的时间为0.5h～12h；所述方式三的步骤（2）中，所述固化的压力为15kPa～25kPa，所述固化的温度为25℃～80℃，所述固化的时间为0.5h～12h。
本发明的创新性在于将低密度、高模量的芳纶材料应用到柔性太阳能电池组件的支撑结构中，在保证组件整体较低的面密度与一定柔性的同时，能够对电池组件层提供较好的支撑和保护作用，增强了组件的可靠性。
本发明的制备工艺首先是芳纶纸蜂窝支撑材料与柔性太阳能电池组件和封装膜的胶粘，然后是粘结胶的固化。其中，可采用单组份或多组份液体胶或固态胶膜，以滚涂、刷涂、浸涂、喷涂或浇涂等涂覆方式将芳纶纸蜂窝两面进行涂胶和粘结。
本发明的制备工艺中，固化时的压力即指增压或差压，压力为0时表示不额外加压，仅叠放好后进行加温固化。
本发明的制备工艺中，分两步固化时更优选第一步粘结封装膜并固化，第二步粘结电池组件并固化。优点是该方式前后两步的固化参数可变动，第一步不需考虑电池碎裂，适当增压加温以得到更好的粘结效果。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的制备工艺在柔性太阳能电池组件背部粘结芳纶纸蜂窝作为电池组件的支撑、保护结构，利用芳纶纸蜂窝低密度高模量的特性，在保证产品较低面密度的同时增强了产品在安装、运输、使用中的可靠性。该芳纶-封装膜的支撑结构同时还可作为太阳能电池组件与安装基底间的隔热结构，对有隔热要求的应用场所，如飞艇囊体上电池组件的铺设，能够较好的减少电池发热量对囊体本身的影响，满足飞艇安装要求。
附图说明
图1为本发明实施例的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件的结构示意图。
图例说明：
1、柔性太阳能电池组件层；2、粘结层；3、芳纶纸蜂窝层；4、封装层。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例1：
一种本发明的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件，如图1所示，包括柔性太阳能电池组件层1和封装层4，柔性太阳能电池组件层1与封装层4之间设有芳纶纸蜂窝层3，即以芳纶纸蜂窝层3作为支撑材料，柔性太阳能电池组件层1与芳纶纸蜂窝层3之间、芳纶纸蜂窝层3与封装层4之间均设有粘结层2。
本实施例中，芳纶纸蜂窝层3的厚度为5mm，密度为2.1kg/m3。
本实施例中，柔性太阳能电池组件层1由柔性太阳能电池组件构成，柔性太阳能电池组件为柔性晶硅太阳能电池组件（铜基多元化合物薄膜太阳能电池组件和碲化镉太阳能电池组件均可实施，其中铜基多元化合物薄膜太阳能电池组件优选铜铟镓硒太阳能电池组件）。
本实施例中，封装层4由封装膜构成，封装膜为PET薄膜。
本实施例中，粘结层2由粘结胶构成，粘结胶为双组份环氧树脂AB胶。
本实施例中，柔性太阳能电池组件层1、封装层4、粘结层2的厚度分别为240μm，25μm，25μm，但不限于此，采用常规尺寸即可。
一种上述本实施例的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件的制备工艺（方式一），包括以下步骤：
（1）按柔性太阳能电池组件730mm×630mm的大小对芳纶进行裁剪，得到大小合适的芳纶；
（2）称量双组份环氧树脂胶的A、B组分，质量比A组分∶B组分=5∶1，混合并搅拌均匀，得到粘结胶，即双组份环氧树脂AB胶（也可由市场购买得到）。
（3）采用滚轮转移涂覆的方式对芳纶纸蜂窝两面进行上胶。
（4）将柔性太阳能电池组件正面朝下放置，将芳纶纸蜂窝已涂胶的一面与电池组件背面粘结。
（5）将封装膜与上述粘结有柔性太阳能电池组件的芳纶纸蜂窝进行粘结，得到预成型体。
（6）将预成型体置于热压机设备中，在50℃、15kPa的条件下固化2h，得到芳纶支撑的柔性太阳能电池组件。
经测试，本实施例制备的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件的最终面密度为648g/m2，组件效率15.3%，曲率大于0.3，经双85测试、低气压测试、30m/s吹风测试正常，经高低温循环、紫外辐照等测试，衰减＜1%。
实施例2：
一种本发明的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件，如图1所示，包括柔性太阳能电池组件层1和封装层4，柔性太阳能电池组件层1与封装层4之间设有芳纶纸蜂窝层3，即以芳纶纸蜂窝层3作为支撑材料，柔性太阳能电池组件层1与芳纶纸蜂窝层3之间、芳纶纸蜂窝层3与封装层4之间均设有粘结层2。
本实施例中，芳纶纸蜂窝层3的厚度为3mm，密度为2.7kg/m3。
本实施例中，柔性太阳能电池组件层1由柔性太阳能电池组件构成，柔性太阳能电池组件为柔性晶硅太阳能电池组件。
本实施例中，封装层4由封装膜构成，封装膜为PET薄膜。
本实施例中，粘结层2由粘结胶构成，粘结胶为环氧树脂胶膜。
本实施例中，柔性太阳能电池组件层1、封装层4、粘结层2的厚度分别为240μm，25μm，25μm，但不限于此，采用常规尺寸即可。
一种上述本实施例的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件的制备工艺（方式三），包括以下步骤：
（1）按柔性太阳能电池组件730mm×630mm的大小对芳纶进行裁剪，得到大小合适的芳纶；
（2）由下至上按封装膜、环氧树脂胶膜、芳纶纸蜂窝的顺序依次叠放，并置于热压设备中，在80℃，30kPa（优选30kPa～45kPa，在该范围内均可实施，且能达到很好的效果）的条件下固化0.5h，得到太阳电池组件背部的封装-支撑结构。
（3）由下至上按柔性太阳能电池组件、环氧树脂胶膜、封装-支撑结构的顺序依次叠放，并置于热压设备中，在60℃，15kPa的条件下固化1.5h，得到芳纶支撑的柔性太阳能电池组件。
经测试，本实施例制备的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件的最终面密度为645g/m2，组件效率16.1%，曲率大于0.3，经双85测试、低气压测试、30m/s吹风测试正常，经高低温循环、紫外辐照等测试，衰减＜1%。
实施例3：
一种本发明的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件，如图1所示，包括柔性太阳能电池组件层1和封装层4，柔性太阳能电池组件层1与封装层4之间设有芳纶纸蜂窝层3，即以芳纶纸蜂窝层3作为支撑材料，柔性太阳能电池组件层1与芳纶纸蜂窝层3之间、芳纶纸蜂窝层3与封装层4之间均设有粘结层2。
本实施例中，芳纶纸蜂窝层3的厚度为2mm，密度为2.1kg/m3。
本实施例中，柔性太阳能电池组件层1由柔性太阳能电池组件构成，柔性太阳能电池组件为柔性晶硅太阳能电池组件。
本实施例中，封装层4由封装膜构成，封装膜为PET薄膜。
本实施例中，粘结层2由粘结胶构成，粘结胶为环氧树脂胶膜。
本实施例中，柔性太阳能电池组件层1、封装层4、粘结层2的厚度分别为240μm，25μm，25μm。
一种上述本实施例的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件的制备工艺（方式二），包括以下步骤：
（1）按柔性太阳能电池组件730mm×630mm的大小对芳纶进行裁剪，得到大小合适的芳纶；
（2）由下至上按柔性太阳能电池组件、环氧树脂胶膜、芳纶纸蜂窝的顺序依次叠放，并置于热压设备中，在50℃，15kPa的条件下固化2h，得到柔性太阳能电池组件-芳纶的正面结构。
（3）由下至上按柔性太阳能电池组件-芳纶、环氧树脂胶膜、封装膜的顺序依次叠放，并置于热压设备中，在50℃，15kPa的条件下固化2h，得到芳纶支撑的柔性太阳能电池组件。
经测试，本实施例制备的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件的最终面密度为637g/m2，组件效率15.8%，曲率大于0.4，经双85测试、低气压测试、30m/s吹风测试正常，经高低温循环、紫外辐照等测试，衰减＜1%。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种芳纶支撑的柔性太阳能电池组件，其特征在于，所述芳纶支撑的柔性太阳能电池组件包括柔性太阳能电池组件层和封装层，所述柔性太阳能电池组件层与封装层之间设有芳纶纸蜂窝层，所述柔性太阳能电池组件层与芳纶纸蜂窝层之间、所述芳纶纸蜂窝层与封装层之间通过粘结层粘结；所述芳纶纸蜂窝层的厚度为1mm～10mm；所述封装层由封装膜构成，所述封装膜包括聚酰亚胺薄膜、FEP薄膜、PEN薄膜、PET薄膜、TPT复合背板、TPE复合背板、KPK复合背板、KPE复合背板中的一种或多种；所述粘结层由粘结胶构成，所述粘结胶包括树脂胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶、聚硫橡胶、UV胶中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件，其特征在于，所述芳纶纸蜂窝层的密度为1.5kg/m3～5.5kg/m3。
3.根据权利要求1或2所述的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件，其特征在于，所述柔性太阳能电池组件层由柔性太阳能电池组件构成，所述柔性太阳能电池组件包括柔性晶硅太阳能电池组件、柔性非晶硅太阳能电池组件、铜基多元化合物薄膜太阳能电池组件和碲化镉太阳能电池组件中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1或2所述的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件，其特征在于，所述粘结胶的形态为液态胶或固态胶膜。
5.一种如权利要求1～4中任一项所述的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括将芳纶纸蜂窝的两面分别与柔性太阳能电池组件和封装膜进行粘结、固化，得到芳纶支撑的柔性太阳能电池组件。
6.根据权利要求5所述的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺具体采用以下方式一或方式二或方式三进行：
所述方式一的过程为：
（1）在芳纶纸蜂窝的两面涂覆或贴覆粘结胶；
（2）按柔性太阳能电池组件、两面覆有粘结胶的芳纶纸蜂窝、封装膜的顺序进行依次叠放，得到预成型体；
（3）将预成型体进行固化，得到芳纶支撑的柔性太阳能电池组件；
所述方式二的过程为：
（1）在芳纶纸蜂窝的单面涂覆或贴覆粘结胶，与柔性太阳能电池组件进行粘结并固化；
（2）将步骤（1）所得材料中芳纶纸蜂窝的另一面涂覆或贴覆粘结胶，与封装膜进行粘结并固化，得到芳纶支撑的柔性太阳能电池组件；
所述方式三的过程为：
（1）在芳纶纸蜂窝的单面涂覆或贴覆粘结胶，与封装膜进行粘结并固化；
（2）将步骤（1）所得材料中芳纶纸蜂窝的另一面涂覆或贴覆粘结胶，与柔性太阳能电池组件进行粘结并固化，得到芳纶支撑的柔性太阳能电池组件。
7.根据权利要求6所述的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件的制备工艺，其特征在于，所述方式一的步骤（3）中，所述固化的压力为0～30kPa，所述固化的温度为10℃～300℃，所述固化的时间为0.1h～24h；
所述方式二的步骤（1）和步骤（2）中，所述固化的压力均为0～30kPa，所述固化的温度均为10℃～300℃，所述固化的时间均为0.1h～24h；
所述方式三的步骤（1）中，所述固化的压力为0～50kPa，所述固化的温度为10℃～300℃，所述固化的时间为0.1h～24h；所述方式三的步骤（2）中，所述固化的压力为0～30kPa，所述固化的温度为10℃～300℃，所述固化的时间为0.1h～24h。
8.根据权利要求7所述的芳纶支撑的柔性太阳能电池组件的制备工艺，其特征在于，所述方式一的步骤（3）中，所述固化的压力为15kPa～25kPa，所述固化的温度为25℃～80℃，所述固化的时间为0.5h～12h；
所述方式二的步骤（1）和步骤（2）中，所述固化的压力为15kPa～25kPa，所述固化的温度为25℃～80℃，所述固化的时间为0.5h～12h；
所述方式三的步骤（1）中，所述固化的压力为30kPa～45kPa，所述固化的温度为25℃～80℃，所述固化的时间为0.5h～12h；所述方式三的步骤（2）中，所述固化的压力为15kPa～25kPa，所述固化的温度为25℃～80℃，所述固化的时间为0.5h～12h。
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