CN105336804A - 使用具有展开的uv透射曲线的密封剂的太阳能电池极化的模块级解决方案 - Google Patents

使用具有展开的uv透射曲线的密封剂的太阳能电池极化的模块级解决方案 Download PDF

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Abstract

一种太阳能电池模块(100)包括互连的太阳能电池(101)、位于太阳能电池(101)正面上方的透明覆层(201)和太阳能电池(101)背面上的背板(205)。密封剂(203)保护性地封装太阳能电池。密封剂(203)和透明覆层(201)形成了一个具有能够解决极化问题的复合UV透射曲线和体积电阻率的顶保护封装。密封剂具有相对宽的UV透射曲线。

Description

使用具有展开的UV透射曲线的密封剂的太阳能电池极化的模块级解决方案
本申请是基于申请日为2010年6月21日、申请号为201080038089.0(国际申请号为PCT/US2010/039361)、发明创造名称为“使用具有展开的UV透射曲线的密封剂的太阳能电池极化的模块级解决方案”的中国专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年8月27日提交的题为ModuleLevelSolutionToSolarCellPolarizationUsingAnEncapsulantWithOpenedUVTransmissionCurve的美国临时申请No.61/237588的权利。
技术领域
本发明一般地涉及太阳能电池，更具体地但并非唯一地涉及太阳能电池模块。
背景技术
太阳能电池是公知的用于将太阳能辐射转化为电能的装置。可以使用半导体工艺技术来在半导体晶片上制造太阳能电池。一般来说，太阳能电池可以通过在硅基底中形成p型区和n型区来制造。每个相邻的p型区和n型区形成一个p-n结。施加到太阳能电池上的太阳能辐射产生向p型区和n型区迁移的电子和空穴，从而在p-n结上产生电压差。在背面结(backjunction)太阳能电池中，在背面上沿着金属触点形成p型区和n型区，这些金属触点使得外部电路或装置可以耦接到太阳能电池并由太阳能电池供电。背面结太阳能电池还在美国专利第5,053,083号和第4,927,770号中有公开，它们的整体内容通过引用合并于此。
可以将数个太阳能电池连接在一起以形成太阳能电池阵列。太阳能电池阵列可被封装到一个太阳能电池模块中，该太阳能电池模块包括保护层以使得该太阳能电池阵列能够应付环境状况并在野外中使用。
如果没有采取保护措施，太阳能电池在野外会变得高度极化，导致输出电能减小。在美国专利第7,554,031号中公开了太阳能电池极化的解决方案，其整体内容通过引用合并于此。本公开涉及使用改进了的密封剂来实现的太阳能电池极化的模块级解决方案。
发明内容
在一个实施例中，太阳能电池模块包括互连的多个太阳能电池、位于多个太阳能电池的正面上方的透明覆层、以及多个太阳能电池的背面上的背板。密封剂保护性地封装所述多个太阳能电池。密封剂和透明覆层形成了一个具有能够解决极化问题的复合UV透射曲线和体积电阻率的顶保护封装。在一个实施例中，密封剂具有相对宽的UV透射曲线。
本领域普通技术人员在阅读了包括附图和权利要求的整个本公开以后将会容易地理解本发明的这些和其它特征。
附图说明
图1示出根据本发明一个实施例的太阳能电池模块。
图2示出图1的根据本发明一个实施例的太阳能电池模块的横截面。
图3示出用作密封剂的玻璃和EVA的透射曲线。
图4示出根据本发明一个实施例的太阳能电池模块的密封剂的透射曲线。
图5示出对具有EVA密封剂的太阳能电池模块和具有UV透射曲线相对较宽的密封剂的太阳能电池模块执行加速UV曝光测试所得到的结果。
图6示出从用于将具有UV透射曲线较宽的密封剂的太阳能电池模块与具有EVA密封剂的太阳能电池模块进行比较的实验得出的测试数据的曲线图。
图7示出将具有EVA密封剂的模块的输出功率与使用具有宽UV透射曲线和高体积电阻率的密封剂制成的模块的输出功率进行比较得到的现场测试结果。
图8示出可用于本发明实施例的密封剂的透射曲线。
图9至图11示出将根据本发明一个实施例具有正面保护封装的太阳能电池模块与具有玻璃透明覆层和EVA密封剂的太阳能电池模块进行比较得到的测试数据的曲线图。
不同附图中使用相同参考标号来表示相同或相似的部件。附图没有按比例绘制。
具体实施方式
在本公开中，提供了诸如设备、部件和方法的示例之类的许多具体细节，以供对本发明实施例深入理解。然而，本领域普通技术人员将明了在没有一个或多个这些具体细节的情况下也可以实现本发明。在其它实例中，没有示出或描述公知细节以避免模糊了本发明的方面。
图1示出根据本发明一个实施例的太阳能电池模块100。太阳能电池模块100是所谓的“地面太阳能电池模块”，因为它通常被用于固定的应用中，比如位于房顶上或者由发电站使用。在图1的示例中，太阳能电池模块100包括互连的太阳能电池101的阵列。为图示清楚起见，在图1中仅标注了太阳能电池101中的一些。太阳能电池101可以包括非常易于被极化的背面结太阳能电池。图1中可以看到太阳能电池101的正面，其在正常工作期间面对太阳。太阳能电池101的背面与正面相对。框架102为太阳能电池阵列提供机械支撑。
标注为103的太阳能电池模块100的正面部分与太阳能电池101的正面位于相同侧，并在图1中可见。太阳能电池模块100的背面部分104在正面部分103的下方。如下文中那样将会更明显的是，正面部分103包括透光密封剂。
图2示出根据本发明一个实施例的太阳能电池模块100的横截面。太阳能电池模块100包括透明覆层201、密封剂203、太阳能电池101和背板205。透明覆层201作为正面部分103的最上层，保护太阳能电池101不受环境影响。将太阳能电池模块100安装为使得透明覆层201在正常工作期间面对太阳。太阳能电池101的正面通过透明覆层201而面向太阳。在图2的示例中，透明覆层201包括玻璃(例如3.2mm厚)。
太阳能电池101的背面面向附接到密封剂203的背板205。在一个实施例中，背板205包括Madico公司的Tedlar/聚酯/EVA(“TPE”)。在TPE中，Tedlar是防止环境影响的最外层，聚酯进一步提供电绝缘性，而EVA是增进对密封剂203的粘合的非交联性薄层。用作背板205的TPE的替代品例如包括Tedlar/聚酯/Tedlar(“TPT”)。在不会有损本发明优点的情况下还可使用其它背板。
密封剂203将太阳能电池101、透明覆层201和背板205固化并粘结，以形成保护封装。如下所述将更为显见的是，在一个实施例中，密封剂203具有允许更多UV光通过的最优UV(紫外线)透射曲线。在一个实施例中，该密封剂203与传统密封剂相比允许更多的UV光通过。
传统的太阳能电池模块使用玻璃来作为透明覆层并使用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(“EVA”)来作为密封剂。图3示出了玻璃和EVA的透射曲线。玻璃阻止波长为大约275nm或更短的光，而EVA阻止波长为大约350nm或更短的光。为参考目的，UV光具有10nm至400nm的波长。由于相信UV将使太阳能电池退化，所以通常将太阳能电池模块设计成具有相对窄的UV透射曲线，以限制太阳能电池暴露在UV辐射之下。然而本发明的发明人相信能够展开UV透射曲线而基本上不会使太阳能电池退化。本领域技术人员能够明了，“阻止”并非必须意味着完全地阻止。在本发明公开中所使用的“阻止”是指大体上的减小，其包括了小于或等于1％的透射。
图5示出了对具有EVA密封剂的太阳能电池模块(曲线501和502)和具有UV透射曲线相对较宽的密封剂的太阳能电池模块(曲线503和504)执行加速UV曝光测试所得到的结果。模块中的太阳能电池是来自太阳能公司的背面结太阳能电池。图5示出了得到的效率(“Eff”)测试数据与时间的关系。每天的测试模拟的是大约现场使用一年的1/3；该测试模拟的是大约在现场进行相当于11年的UV曝光。曲线501和502是来自具有EVA密封剂的太阳能电池模块的测试数据，而曲线503和504是来自具有UV透射曲线较宽的密封剂的太阳能电池模块的测试数据。从图5的效率数据能够看出，使用UV透射曲线较宽的密封剂对太阳能电池模块的UV稳定性没有显著影响。
通过相对较宽的UV透射曲线，使得在太阳能电池模块100中使用密封剂203能够帮助防止太阳能电池101的极化。图6示出了从用于将具有UV透射曲线较宽的密封剂的太阳能电池模块(曲线601和602)与具有EVA密封剂的太阳能电池模块(曲线603)进行比较的实验得出的测试数据的曲线图。该实验是在85摄氏度以及1kV偏压的条件下执行的，并且显示出了标称相对效率变化与时间的关系。标称相对效率的损失源于极化。从曲线601和602能够看出，具有UV透射曲线较宽的密封剂的太阳能电池模块能够在小于4小时的日照之后从极化中恢复过来。曲线图显示出具有UV透射被增大的密封剂的太阳能电池模块在日照期间比没有UV透射被增大的密封剂的太阳能电池模块具有从极化恢复过来的更快的回复率(见621)。
通过将密封剂203的体积电阻率在-40℃到90℃的正常操作温度范围内增大为至少5×1013Ohm-cm(按照测量电阻率的ASTM标准D257测得)也能够进一步阻止太阳能电池的极化。增大的体积电阻率以及宽UV透射曲线有利地提供了针对太阳能电池极化问题的模块级解决方案。
优选地，密封剂203具有允许波长小于350nm的光通过的透射曲线。图4示出根据本发明一个实施例的密封剂203的透射曲线。图4还示出了用作透明覆层201的玻璃和EVA的透射曲线。在图4的示例中，密封剂203具有从280nm开始的UV透射曲线。也就是说，图4的密封剂203允许波长为280nm和更长的光通过；而波长更短的光则被阻止。因此，密封剂203与EVA相比允许更多的UV光通过。
在一个实施例中，密封剂203包括这样一种密封剂，其具有允许波长短于350nm的UV光通过的UV透射曲线，并具有使用测量电阻率的ASTM标准D257在-40℃到90℃的温度范围中测得的大于5×1013Ohm-cm的体积电阻率。
图7示出将具有EVA密封剂的太阳能电池模块(样本#1、#2和#3)与使用具有宽UV透射曲线和高体积电阻率的密封剂制成的太阳能电池模块(样本#4、#5和#6)进行比较得到的测试结果。测试中的所有太阳能电池模块包括来自太阳能公司的背面结太阳能电池。垂直轴表示归一化的太阳能电池模块输出功率。针对每个太阳能电池模块样本执行三次测量。图中从左到右的图形表示在不同的天中执行的测量，其中最左边的图形针对第一天的测试，中间的图形针对第四天，而最右边的图形针对第十三天。注意，样本#1、#2和#3的输出功率与样本#4、#5和#6的输出功率相比在第十三天发生退化，证明了具有宽UV透射曲线和高体积电阻率的密封剂的优越效果。
UV优化了的密封剂203使得在无需对太阳能电池101作出改变或者在不改变太阳能电池模块100的电气配置(例如接地)的情况下就能防止极化。因此本文所述的模块级解决方案能够容易地在当前可得的或新设计的太阳能电池模块中实现。
按照本发明的公开，本领域技术人员将明了太阳能电池模块正面部分上的透明顶覆层和密封剂可总体地被视为具有复合UV透射曲线和体积电阻率的正面保护封装。例如，太阳能电池101正面上的透明顶覆层201和密封剂203一起可以具有图8所示的复合UV透射曲线和使用测量电阻率的ASTM标准D257测得的至少5×1013Ohm-cm的体积电阻率。在图8的示例中，太阳能电池101正面上的密封剂203的厚度大约为450μm加减50μm。在图8的示例中，太阳能电池101正面上的透明顶覆层201和密封剂203具有在小于350nm波长(1％透射)处的阻带。
图9至图11示出将根据本发明一个实施例具有正面保护封装的太阳能电池模块(标记为“改进”)与具有玻璃透明覆层和EVA密封剂的太阳能电池模块(标记为“检验”)进行比较得到的测试数据的曲线图。改进太阳能电池模块和检验太阳能电池模块中的太阳能电池均是来自太阳能公司的背面结太阳能电池。图9至图11中，改进太阳能电池模块的顶保护封装具有使波长短于350nm的光通过的UV透射曲线，具有大于5×1013Ohm-cm的体积电阻率(按照用于测量电阻率的ASTM标准D257测得的)，并且太阳能电池正面上的密封剂在正面上具有大约为450μm加减50μm的厚度。
在图9中，垂直轴代表加权透射中的归一化的变化，水平轴表示UV曝光的等效年份。加权透射被定义为在每个波长处通过太阳光AM1.5G光谱和太阳能电池量子效率进行加权的净密封剂透射。“X”曲线针对的是改进太阳能电池模块，而菱形曲线针对的是检验太阳能电池模块。改进太阳能电池模块与检验太阳能电池模块相比在透射中表现出更小的显著下降。
图10示出了与检验太阳能电池模块相比改进太阳能电池从退化或极化状态恢复其效率的速度有多快。在图10中，垂直轴表示相对效率变化而水平轴表示以小时为单位的时间。实线针对的是改进太阳能电池模块，虚线针对的是检验太阳能电池模块。注意，改进太阳能电池模块在一小时内恢复，而检验太阳能电池模块即使在七小时以后还处于极化状态。
图11示出了在十二周的时间段内改进太阳能电池模块和检验太阳能电池模块在现场的能量输出。在图11中，垂直轴表示每周的能量输出(以kWh为单位)，水平轴表示从安装时算起的周数。深色条形图针对的是检验太阳能电池模块，浅色条形图针对的是改进太阳能电池模块。在图11中得到证明，从能量输出方面进行考虑，改进太阳能电池模块与检验太阳能电池模块相比具有相等或更佳的性能。因此本文所述的模块级解决方案防止或减小了极化效应，而未对能量输出造成不利影响。
尽管已经提供了本发明的具体实施例，然而可以理解这些实施例用于说明目的而非限制目的。对于阅读本公开的本领域技术人员而言许多其他实施例将是明显的。

Claims (20)

1.一种太阳能电池模块，包括：
多个互连的太阳能电池，每个太阳能电池具有在正常工作期间面对太阳的正面和与正面相对的背面；
位于所述太阳能电池的正面上方的透明覆层；和
位于所述太阳能电池的正面上方的密封剂，该密封剂具有允许波长小于等于350nm的光通过的UV透射曲线并且在-40℃至90℃的温度范围内具有至少5×1013Ωcm的体积电阻率。
2.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中所述太阳能电池包括背面结太阳能电池。
3.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中所述透明覆层包括玻璃。
4.如权利要求1所述的太阳能电池模块，还包括：
在所述太阳能电池的背面上的背板。
5.如权利要求4所述的太阳能电池模块，其中所述密封剂保护性地粘结所述太阳能电池和所述背板。
6.如权利要求4所述的太阳能电池模块，其中所述背板包括Tedlar/聚酯/EVA(TPE)。
7.如权利要求4所述的太阳能电池模块，其中所述背板包括Tedlar/聚酯/Tedlar(TPT)。
8.一种太阳能电池模块，包括：
多个互连的太阳能电池，每个太阳能电池包括具有在正常工作期间面对太阳的正面和与正面相对的背面的背面结太阳能电池；
位于所述太阳能电池的正面上方的透明覆层；和
位于所述太阳能电池的正面上方的密封剂，其中所述密封剂和所述透明覆层总体具有允许波长小于等于350nm的光通过的UV透射曲线并且在-40℃至90℃的温度范围内总体具有至少5×1013Ωcm的体积电阻率。
9.如权利要求8所述的太阳能电池模块，其中所述透明覆层包括玻璃。
10.如权利要求8所述的太阳能电池模块，还包括：
在所述太阳能电池的背面上的背板。
11.如权利要求10所述的太阳能电池模块，其中所述密封剂保护性地粘结所述太阳能电池和所述背板。
12.如权利要求10所述的太阳能电池模块，其中所述背板包括Tedlar/聚酯/EVA(TPE)。
13.如权利要求10所述的太阳能电池模块，其中所述背板包括Tedlar/聚酯/Tedlar(TPT)。
14.一种太阳能电池模块，包括：
多个互连的太阳能电池，每个太阳能电池具有在正常工作期间面对太阳的正面和与正面相对的背面；
位于所述太阳能电池的正面上方的透明覆层和密封剂，所述透明覆层和所述密封剂具有阻带位于小于350nm波长处的复合UV透射曲线并且在-40℃至90℃的温度范围内具有至少5×1013Ωcm的复合体积电阻率。
15.如权利要求14所述的太阳能电池模块，其中所述太阳能电池包括背面结太阳能电池。
16.如权利要求14所述的太阳能电池模块，其中所述透明覆层包括玻璃。
17.如权利要求14所述的太阳能电池模块，还包括位于所述太阳能电池的背面上的背板。
18.如权利要求17所述的太阳能电池模块，其中所述密封剂保护性地粘结所述太阳能电池和所述背板。
19.如权利要求17所述的太阳能电池模块，其中所述背板包括Tedlar/聚酯/EVA(TPE)。
20.如权利要求17所述的太阳能电池模块，其中所述背板包括Tedlar/聚酯/Tedlar(TPT)。
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