CN107046076A - 一种高性能光电转换模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高性能光电转换模块,包括设置在第一层的超白玻璃层,设置在第二层的高透EVA胶膜层,设置在第三层的电池片层,设置在第四层的低导热EVA胶膜层,以及设置在第五层的导热背板层,本发明在电池片层的下层设置了低导热EVA胶膜层,不仅让太阳能电池组件保持原有的性能,避免发生绝缘电阻下降,耐水性能降低,出现PID的现象,同时设置的导热背板层又起到良好的导热作用。

Description

一种高性能光电转换模块
技术领域
本发明涉及光电转换的技术领域,特别是涉及一种高性能光电转换模块。
背景技术
太阳能电池是一种有效地吸收太阳辐射能,利用光生伏打效应把光能转换 成电能的器件,当太阳光照在半导体P-N结(P-N Junction)上,形成新的空穴- 电子对(V-Epair),在P-N结电场的作用下,空穴由N区流向P区,电子由P 区流向N区,接通电路后就形成电流。由于是利用各种势垒的光生伏特效应将 太阳光能转换成电能的固体半导体器件,故又称太阳能电池或光伏电池,是太 阳能电池阵电源系统的重要组件。太阳能电池主要有晶硅(Si)电池,三五族半导体电池,无机电池,有机 电池等,其中晶硅太阳能电池居市场主流主导地位。晶硅太阳能电池的基本材 料为纯度达99.9999%、电阻率在10Ω-cm以上的P型单晶硅,包括正面绒面、正面p-n结、正面减反射膜、正背面电极等部分。在组件封装为正面受光照面 加透光盖片(如高透玻璃及EVA)保护,防止电池受外层空间范爱伦带内高能电子和质子的辐射损伤。单体太阳能电池不能直接做电源使用,必须将若干单体电池串、并联连接 和严密封装成组件。然而组件是太阳能发电系统中的核心部分,其作用是将太 阳能转化为电能,再将电能送往蓄电池中存储起来,或推动负载工作。
太阳能电站在运行过程中,由于电池组件要接受太阳光的辐射,同时自身发电的原因,导致电池及组件产生很大的热量,造成温度升高。其中温度对太 阳能电池组件功率的输出有很大的影响。太阳能电池组件温度较高时,工作效率下降。随着太阳能电池温度的增加,其输出开路电压减小,在20-100℃范围, 大约每升高1℃,每片电池的电压减小2mV。整体而言,温度升高,太阳能电池 的功率下降,典型温度系数为-0.35%/℃。有数据表明,电池板的温度每升1℃, 光电转化率下降0.4%。目前光伏太阳能转换率在14%-18%之间,因此降低电池 板自身工作温度,让电池板的温度有效散发出来,保证光转换效率是一个不可忽 略的因素。目前有实验改变电池片下层EVA导热性的方法来解决散热问题,因 为100%EVA膜导热系数只有0.32W/m*K。如果加入合适的导热材料能使EVA 的导热系数提高到2.8W/m*K,这会是一个十分理想效果。但是把导热材料加入 到EVA后,会影响到EVA拉伸度,耐水性能,以及绝缘强度。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足,提供一种高性能光电转换模块。
为实现上述目的,本发明提出的一种高性能光电转换模块,包括设置在第一层的超白玻璃层,设置在第二层的高透EVA胶膜层,设置在第三层的电池片层,设置在第四层的低导热EVA胶膜层,以及设置在第五层的导热背板层,所述电池片层中的电池片包括正面银电极、氮化硅层、氧化硅层、N+层、P型硅、背面铝背场和背面银电极,所述氮化硅层、氧化硅层、N+层、P型硅和背面铝背场依次层叠设置,正面银电极位于氮化硅层上侧且与氮化硅层相接触,背面银电极位于背面铝背场下侧与背面铝背场相接触,所述背面铝背场下侧层叠有石墨烯导热膜,背面银电极穿过石墨导热膜与背面铝背场相接触。
作为优选,所述低导热EVA胶膜层由如下质量百分比的各组份组成:EVA 75%,硫化锌母粒25%,过氧化物交联剂1.6-1.8%,抗老化剂0.8%,以及交联促进剂1.2%。
作为优选,所述导热背板层包括由上至下依次层叠的导热E膜,PET胶膜,以及PVDF胶膜,所述导热E膜的厚度为0.3mm,所述PET胶膜的厚度为0.3mm,所述PVDF胶膜的厚度为0.05mm。
作为优选,所述导热E膜由如下质量百分比的各组份组成:茂金属m-PE 75%,硫化锌母粒22%,以及抗老化剂 3%。
作为优选,所述石墨烯导热膜设有可让背面银电极穿过的镂空部,所述石墨烯导热膜厚度为30至60微米。
作为优选,所述石墨烯导热膜密度为1.5至2.1g/cm3,所述石墨烯导热膜导热系数为1000至2500W/mK。
作为优选,所述石墨烯导热膜为单层石墨烯层或者石墨烯复合层。
作为优选,所述石墨烯复合层由石墨烯层和PEN层压合而成。
作为优选,所述石墨烯导热膜与背面铝背场相接触,正面银电极的主栅根数为二至五根。
本发明的有益效果:本发明在电池片层的下层设置了低导热EVA胶膜层,不仅让光电转换模块保持原有的性能,避免发生绝缘电阻下降,耐水性能降低,出现PID的现象。另外,本发明通过改善导热背板的结构,从而使得导热背板的导热系数由低至高,满足原有电池板的要求,又能解决散热、确保光能转化的效率,同时在电池片的背面铝背场下侧加入石墨烯导热膜,由于石墨导热膜具有超高热传导率,在组件端可以将电池组于发电过程中的热量传导出去,并降低峰值温度,将电池组本身的热量均匀再分布,进而有效的降低电池组热斑效应,保持电池片的光电转换效率稳定,进而提升组件的发电量。
附图说明
图1是本发明的一种高性能光电转换模块的结构示意图;图2是本发明的电池片的结构示意图;图3是石墨烯导热膜的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:图1-3所示,涉及一种高性能光电转换模块,包括设置在第一层的超白玻璃层1,设置在第二层的高透EVA胶膜层2,设置在第三层的电池片层3,设置在第四层的低导热EVA胶膜层4,以及设置在第五层的导热背板层5,所述电池片层4中的电池片包括正面银电极31、氮化硅层32、氧化硅层33、N+层34、P型硅35、背面铝背场36和背面银电极37,所述氮化硅层32、氧化硅层33、N+层34、P型硅35和背面铝背场36依次层叠设置,正面银电极31位于氮化硅层32上侧且与氮化硅层32相接触,背面银电极37位于背面铝背场36下侧与背面铝背场36相接触,所述背面铝背场36下侧层叠有石墨烯导热膜38,背面银电极37穿过石墨导热膜38与背面铝背场36相接触。
所述低导热EVA胶膜层4由如下质量百分比的各组份组成:EVA 75%,硫化锌母粒25%,过氧化物交联剂1.6-1.8%,抗老化剂0.8%,以及交联促进剂1.2%。制造时,将上述各组分的物质经过混合均匀后,通过流延或压延工艺制膜,制得的低导热EVA胶膜层4的厚度在0.3-0.5mm之间。这样制得的低导热EVA 胶膜层4的体积电阻率:1*1013~1*1014,吸水率:〈0.025%,交联度:140℃,18min 75~85%,导热系数:0.6W/m*K。上述低导热EVA胶膜层4是相对于纯EVA 0.32W/m*K和导热最好的 EVA2.8W/m*K而言,在不影响EVA原有绝缘强度和耐水性提前下对EVA进行 适当导热改性。
所述导热背板层5包括由上至下依次层叠的导热E膜,PET胶膜,以及PVDF胶膜,所述导热E膜的厚度为0.3mm,所述PET胶膜的厚度为0.3mm,所述PVDF胶膜的厚度为0.05mm。制造时,将导热E膜、PET胶膜和PVDF 胶膜经过二次复合,在经60℃100小时老化处理即成导热背板。
其中,所述导热E膜由如下质量百分比的各组份组成:茂金属m-PE 75%,硫化锌母粒22%,以及抗老化剂 3%。制造时,按上述比例将茂金m-PE和处理过的硫化锌母粒、以及抗老化剂混合均匀后,由105℃开练20min,开练好的材料经压延或流延成厚度0.3mm的导热E膜。这样制得的导热E膜的体积电阻1*1013~1*1014,耐水性〈0.01%,导热系数1.0W/m*K。另外,还需要对硫化锌母粒进行活化处理;首先,选择直径1um以下的硫化锌母粒40份,含10%NDZ40-1的醇溶液100份(四异丙基(二辛基亚磷酸酰氧 基))钛酸酯。工艺为:将上述硫化锌母粒和含10%NDZ40-1的醇溶液升温60℃,然后充分 搅拌混合20min,脱醇去水,真空干燥100℃/600mmHg 2小时,粉碎成原粒。成品活性硫化锌水含量〈0.02%
此外,所述石墨烯导热膜38设有可让背面银电极37穿过的镂空部381,所述石墨烯导热膜38厚度为30至60微米,所述石墨烯导热膜38密度为1.5至2.1g/cm3,所述石墨烯导热膜38导热系数为1000至2500W/mK。
其中,所述石墨烯导热膜38为单层石墨烯层或者石墨烯复合层,所述石墨烯复合层38由石墨烯层和PEN层压合而成,所述石墨烯导热膜38与背面铝背场36相接触,正面银电极31的主栅根数为二至五根。
本发明在电池片层的下层设置了低导热EVA胶膜层,不仅让光电转换模块保持原有的性能,避免发生绝缘电阻下降,耐水性能降低,出现PID的现象。另外,本发明通过改善导热背板的结构,从而使得导热背板的导热系数由低至高,满足原有电池板的要求,又能解决散热、确保光能转化的效率,同时在电池片的背面铝背场下侧加入石墨烯导热膜,由于石墨导热膜具有超高热传导率,在组件端可以将电池组于发电过程中的热量传导出去,并降低峰值温度,将电池组本身的热量均匀再分布,进而有效的降低电池组热斑效应,保持电池片的光电转换效率稳定,进而提升组件的发电量。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,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,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高性能光电转换模块,其特征在于,包括设置在第一层的超白玻璃层,设置在第二层的高透EVA胶膜层,设置在第三层的电池片层,设置在第四层的低导热EVA胶膜层,以及设置在第五层的导热背板层,所述电池片层中的电池片包括正面银电极、氮化硅层、氧化硅层、N+层、P型硅、背面铝背场和背面银电极,所述氮化硅层、氧化硅层、N+层、P型硅和背面铝背场依次层叠设置,正面银电极位于氮化硅层上侧且与氮化硅层相接触,背面银电极位于背面铝背场下侧与背面铝背场相接触,所述背面铝背场下侧层叠有石墨烯导热膜,背面银电极穿过石墨导热膜与背面铝背场相接触。
2.如权利要求1所述的高性能光电转换模块,其特征在于,所述低导热EVA胶膜层由如下质量百分比的各组份组成:EVA 75%,硫化锌母粒25%,过氧化物交联剂1.6-1.8%,抗老化剂0.8%,以及交联促进剂1.2%。
3.如权利要求2所述的高性能光电转换模块,其特征在于,所述导热背板层包括由上至下依次层叠的导热E膜,PET胶膜,以及PVDF胶膜,所述导热E膜的厚度为0.3mm,所述PET胶膜的厚度为0.3mm,所述PVDF胶膜的厚度为0.05mm。
4.如权利要求3所述的高性能光电转换模块,其特征在于,所述导热E膜由如下质量百分比的各组份组成:茂金属m-PE 75%,硫化锌母粒22%,以及抗老化剂 3%。
5.如权利要求1所述的高性能光电转换模块,其特征在于,所述石墨烯导热膜设有可让背面银电极穿过的镂空部,所述石墨烯导热膜厚度为30至60微米。
6.如权利要求1所述的高性能光电转换模块,其特征在于,所述石墨烯导热膜密度为1.5至2.1g/cm3,所述石墨烯导热膜导热系数为1000至2500W/mK。
7.如权利要求1所述的高性能光电转换模块,其特征在于,所述石墨烯导热膜为单层石墨烯层或者石墨烯复合层。
8.如权利要求7所述的高性能光电转换模块,其特征在于,所述石墨烯复合层由石墨烯层和PEN层压合而成。
9.如权利要求1所述的高性能光电转换模块,其特征在于,所述石墨烯导热膜与背面铝背场相接触,正面银电极的主栅根数为二至五根。
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