CN108321233B - 双玻璃碲化镉太阳能电池组件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双玻璃碲化镉太阳能电池组件，主要包括自上而下依次设置的钢化玻璃，涂布在玻璃单面上的聚氨酯胶层，涂布在聚氨酯胶层面上的碲化镉光电材料膜层，PVC透明封胶膜、钢化玻璃背板、背板固定上接线盒并引出线连接，利用背板封装固定后装入铝合金边框，在铝合金边框右下方设置绝缘槽以利于放置输电导线，其中玻璃碲化镉太阳能电池由钢化玻璃，采用网纹辊涂布工艺按配方配置聚氨酯+丙酮胶浆涂布在玻璃单面为底层，配置碲化镉+聚氨酯+丙酮的胶浆涂布在聚氨酯膜层，再在碲化镉膜层上印刷栅线而成。本发明的太阳能电池组件填补了国内空白，具有生产成本低，终端投入少，推广应用空间大，高性能，环保型，使用寿命长的特点。

Description

双玻璃碲化镉太阳能电池组件及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种双玻璃碲化镉太阳能电池组件及其制备方法，属于太阳能光伏复合组件领域。

背景技术

目前晶硅体光伏产业规模已经快速扩大，到2016年，电池片有效产能达到70-75GW，晶硅组件达到85-90GW。根据全国工商联新能源商会发布的《2016-2017中国新能源产业年度报告》显示，目前晶硅技术发展已经相对成熟，未来转换效率及降低成本空间将越来越小，光伏电站区域空间越来越少。

从晶硅太阳能电池的技术原理出发，多年来的技术创新各国企业主要在“开源”和“节流”这二个方向上研发优化。而“开源”方面如何最大限度地增加光吸收，提高光的使用效率，提高电池的转换效率。通过十多年的努力，虽然提高了一些，但提高速度缓慢，提高幅度也不大，而且今后提高空间也有限。至于“节流”方面如何减小电量损耗，减少复合，使更多的光生载流子可以传输到外接电路中形成有效电流，这方面国内外厂家研发机构经过长期的优化改进，使太阳能电池的转换效率有了一定的提升，但目前该方面的创新优化已经接近极限，现有的各种电池结构大多在十年前就已经被提出，还有一些结构由于工艺复杂，成本较高，耐候性和安全性差，发展相对缓慢。

随着光伏产业的不断发展，国内外电池厂家围绕替代晶硅光伏电池进行了多年探索和大胆创新的研究开发，一些能替代晶硅光伏电池发明创造在光伏领域崭露头角。如碲化镉薄膜光伏电池已经逐渐成熟且走向产业化。由于碲化镉薄膜光伏电池具有工艺简单、生产过程环保、没有废气废水产生，自身重量轻，易安装建设，而且电性能、安全性能高的优点，将成为高效太阳能电池的主流方向。2015年光伏领跑者计划推出，国家通过此项计划引导光伏行业有序升级，全行业积极响应并顺势加快高效光伏电池技术从研发走向量产的步伐。

从目前来看，中国光伏企业正在经历由低成本、低效益的商业模式向高科技、重创新的商业模式的快速转变阶段。光伏企业在晶硅光伏电池更新替代方面的技术创新突破正是这一发展趋势的范例。随着碲化镉光电材料生产过程中各环节技术的突破，其生产材料单耗，辅材价格的下降以及形成规模生产后，其上下游产业的配套必将进一步推动碲化镉薄膜光伏电池的扩大应用和大发展，进而推广到国内外光伏市场的应用。

但是，碲化镉薄膜光伏电池在终端应用上仍然和晶硅光伏电池一样要占用大量有限的区域空间。全球光伏终端需求空间有限，趋势已十分显露。大部分终端市场(欧、美、日、中)的需求重心逐步从大型地面电站向中小型屋顶及分布式项目转移。而不久的将来可预见屋顶资源也将越来越稀缺，同样会和土地资源一样越来越少，越来越紧缺。因此寻求一种碲化镉双玻璃太阳能电池及其制备方法尤为重要。

现在玻璃可以说是人们生活中最为常见的建筑材料了，家家户户、各幢建筑都安装大面积玻璃。据不完全统计，中国目前有400亿平方米建筑，如果其中12％的面是按装玻璃，就有48亿平方米可利用本项目发明产品，这个利用空间是个十分巨大的空间资源。目前国内外厂商都在大力研究解决制约碲化镉薄膜光伏发展的各种不利因素。相信不久的将来双玻璃碲化镉太阳能电池会推广应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述现有晶硅光伏电池和碲化镉薄膜电池等光伏产品提供一种终端不占用土地及屋顶空间，而是利用建筑玻璃面资源的双玻璃碲化镉太阳能电池组件及其制备方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种双玻璃碲化镉太阳能电池组件，主要包括自上而下依次设置的钢化玻璃，涂布在玻璃单面上的聚氨酯胶层，涂布在聚氨酯胶层面上的碲化镉光电材料膜层，PVC透明封胶膜、钢化玻璃背板、背板固定上接线盒并引出线连接，利用背板封装固定后装入铝合金边框，在铝合金边框右下方设置绝缘槽以利于放置输电导线，其中玻璃碲化镉太阳能电池由钢化玻璃，采用网纹辊涂布工艺按配方配置聚氨酯+丙酮胶浆涂布在玻璃单面为底层，配置碲化镉+聚氨酯+丙酮的胶浆涂布在聚氨酯膜层，再在碲化镉膜层上印刷栅线而成。

本发明还提供了一种制备上述双玻璃碲化镉太阳能电池组件的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：将规格钢化玻璃经清洗机清洗干净；

步骤二：经清洗干净的钢化玻璃经烘箱烘干并加温；

步骤三：配置聚氨酯胶液；

步骤四：配置碲化镉胶液；

步骤五：分别将聚氨酯胶液和碲化镉胶液注入前后二道涂布工序胶槽内；

步骤六：采用网纹辊涂布工艺进行钢化玻璃单面涂布一层聚氨酯胶膜；

步骤七：经涂布好聚氨酯层的玻璃进入烘箱加温加风，使溶剂丙酮挥发收集干净，再进入下一道涂布工序；

步骤八：在聚氨酯膜面层再进行第二次涂布一层碲化镉胶膜层；

步骤九：经二次涂布好的玻璃再经烘箱烘吹挥发收集干净溶剂丙酮；

步骤十：再经冷却箱道使玻璃膜快速冷却到常温状态，使膜层固化并与玻璃紧密粘结牢；

步骤十一：完成固化后的玻璃膜层表面进行印刷银浆栅线；

步骤十二：用涂锡铜带串并栅线汇集引出导电线；

步骤十三：双玻璃碲化镉太阳能电池组件封装方法如下：

1)层叠：依次将钢化玻璃膜，PVC透明封胶膜、背板钢化玻璃整齐叠合；

2)层压：将叠合好的整体按照层压要求进行压合成双玻璃碲化镉太阳能电池组件整体、层压工艺参数如下：

(1)层压速度比晶硅片太阳能电池组件减少3秒/次；

(2)层压温度比晶硅片太阳能电池组件增加5℃；

(3)层压压力比晶硅片太阳能电池组件减少0.05kg；

3)用硅胶按照工艺要求将接线盒固定在背板上，接好引出线。

4)将层压好装好接线盒的复合光伏组件用铝合金边框组装固定起来，从而形成光伏组件整体。

5)与现有晶硅片太阳能电池组件测试方法一样，检测组件的电性能、安全性、耐候性能。

优选地，步骤二中将钢化玻璃经烘箱烘干并加温至玻璃表面温度达72℃±2℃。

优选地，步骤三中配置聚氨酯胶液：按配方：聚氨酯胶100份，丙酮35份，温度85℃±2℃，搅拌机速度130转/分钟，时间12分钟。

优选地，步骤四中配置碲化镉胶液，按配方：碲化镉100份，聚氨酯51份，丙酮55份，温度85℃±2℃，搅拌机速度130转/分钟，时间15分钟。

优选地，步骤五中注入胶槽内的溶液保持温度85℃±2℃，液位15CM±0.5CM。

优选地，步骤六至步骤十的线速度一致为32米/分钟。

优选地，步骤七和步骤九的烘箱温度控制在85℃-120℃。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、创新性方面：

在碲化镉薄膜太阳能电池刚问世应用时，研发创新成双玻璃碲化镉太阳能电池，成为推广应用非常有前途、市场空间非常大的光伏领域新成员。其制造工艺简单，采用透明度好，溶合性好、剥离强度高的聚氨酯作底层和粘结层胶剂，采用二次涂布工艺，可以流水线作业，而大规模生产，生产成本及终端安装成本更低、更高效安全、更长久，能充分利用建筑物向阳面玻璃面积而不占用土地及屋顶空间，而避开了现有太阳能光伏电站的空间竞争。

2、光照能利用及发电效率方面：

本发明双玻璃碲化镉太阳能电池光利用率和组件功率与现有太阳能电池相等，而光电转换率达17.8以上。

3、降低成本方面：

本发明双玻璃碲化镉太阳能电池组件中涂布在钢化玻璃面上聚氨酯胶层上的碲化镉光电材料层只有4微米，比碲化镉薄膜太阳能电池中的碲化镉光电材料层的厚度少2-3微米，光这一项碲化镉光电材料可节省成本20％以上；另外，由于是利用建筑物闲置的向阳面玻璃面积而可节约大量的土地、屋顶水面等空间面积而节省电站投入成本28％以上。还可同时节省在建房屋外墙玻璃成本。

4、推广应用方面：

可以应用到所有建筑物的外墙有阳光照射的玻璃面，例如幕墙玻璃、窗、阳光房、玻璃暖房大棚等凡是用玻璃的面积，可以建设大小不一的分布式太阳能电站，据相关统计显示：全国有400亿平方米建筑面积，其中有12％向阳面玻璃可以应用本光伏电池组件。按照17.8％的转换效率，今后全部利用起来则发电量十分巨大，可抵上三个以上长江三峡水电站。所以应用市场广阔、市场空间巨大，前景非常乐观。

5、生产制备方面：

本发明双玻璃碲化镉太阳能电池组件的制备方法，比现有晶硅片太阳能电池组件的制备工艺要简单易操作，设备投入也少很多，厂房少，用工量也少得多，生产过程安全风险低，而且不会产生“三废”而符合环保要求，生产耗用电、水、气均要少很多，所需原辅材料国内市场充足，均可满足供应。

6、相关性能方面：

由于终端应用于墙面而常年处于室内半室内环境下，对本发明光伏电池组件侵蚀程度要比现有地面及屋顶电站的电池组件轻许多，从而能确保和延长使用寿命5年以上，由此在抗PID方面和抗老化方面以及安全性能方面均优于现有光伏电站的光伏电池组件。

附图说明

图1为本发明中的双玻璃碲化镉太阳能电池组件结构示意图。

图2为本发明中的玻璃碲化镉太阳能电池结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明涉及一种双玻璃碲化镉太阳能电池组件，主要包括自上而下依次设置的钢化玻璃1；在钢化玻璃背面采用网纹辊先后涂布一层厚度为3微米的聚氨酯膜层2和厚度为4微米的碲化镉光电材料胶层3；并使之固化与钢化玻璃1紧密牢固地粘结在一起。在碲化镉膜表面印刷汇集导电栅线后贴合一层透明的PVC封装胶膜4；背板采用钢化玻璃5；以利透光及增加组件强度，用涂锡铜带串并联汇集引出线，用硅胶固定安装接线盒7；利用铝合金边框6，将叠合在一起的复合材料封装成光伏电池组件。其中铝合金边框右下边设置绝缘线槽8，以利于安装光伏电站组件串并接线埋设保护。所述面板钢化玻璃厚度为3.2mm，背板钢化玻璃厚度为2.2mm，长×宽规格可以任意选定(可依据建筑物而定)

上述光伏电池组件制备方法如下：

1、清洗玻璃：将同一规格钢化玻璃表面油污、灰尘清洗干净；

2、烘干加温：经清洗干净的钢化玻璃经烘箱烘干并加温至72℃±2℃；

3、配置聚氨酯胶液：按配方：聚氨酯胶100份，丙酮35份，温度85℃±2℃，搅拌机速度130转/分钟，时间12分钟；

4、配置碲化镉胶液：按配方：碲化镉100份，聚氨酯51份，丙酮55份，温度85℃±2℃，搅拌机速度130转/分钟，时间15分钟；

5、第一次涂布：采用网纹辊涂布工艺将聚氨酯胶液涂布于钢化玻璃单面上，胶槽液位15cm±0.5cm，液温85℃±2℃，刮刀压力0.7kg，涂布厚度3微米；

6、第一次溶剂挥发：经涂布聚氨酯胶的玻璃经烘箱加温鼓风(温度为85℃-120℃)使溶剂丙酮挥发收集干净；

7、第二次涂布：在聚氨酯膜面上进行涂布一层碲化镉光电材料胶层，胶槽液位15cm±0.5cm，胶液温度85℃±2℃，刮刀压力0.6kg，涂布厚度4微米；

8、第二次溶剂挥发：经二次涂布好的玻璃膜再次进入烘箱通道加温鼓风(温度为85℃-120℃)，使溶剂丙酮挥发收集干净；

9、固化：经冷却通道使膜层快速冷却到常温状态，使膜层固化，并与玻璃紧密结牢。步骤5至9线速度均为32米/分钟；

10、在玻璃碲化镉膜层表面印刷银浆栅线；

11、用涂锡铜带串并栅线并汇集引出导电线；

12、双玻璃碲化镉太阳能电池组件封装方法如下：

(1)层叠：依次将钢化玻璃膜(膜层朝上)PVC透明封胶膜、背板钢化玻璃(厚度为2.2mm，长×宽规格与面板玻璃相同)整齐叠合，特别要注意层叠时不能擦伤玻璃面层上的碲化镉膜层；

(2)层压：将叠合好的整体按照要求进行层压成双玻璃碲化镉太阳能电池组件整体，层压工艺参数如下：

a.层压速度比晶硅片太阳能电池组件减少3秒/次；

b.层压温度比晶硅片太阳能电池组件增加5℃；

c.层压压力比晶硅片太阳能电池组件减少0.05kg；

(3)接线盒：用硅胶按照工艺要求固定好接线盒，接好引出线；

(4)装框：将层压好、装好接线盒的光伏组件用铝合金边框组装固定起来，从而形成双玻璃碲化镉太阳能电池组件整体。

13、包装测试：与现有晶硅片太阳能电池组件测试方法一样，检测组件的电性能、安全性能、耐候性能。

要解决从碲化镉膜太阳能电池创新发明成玻璃碲化镉膜太阳能电池，而且既要使昂贵的碲化镉光电材料大幅节省而降低成本，又要使碲化镉均匀地分布在玻璃面上，与玻璃面粘结牢，而且又要尽量提高透光率，终端使用既能替代建筑物玻璃又能成为光伏发电组件的双重功能。采用在钢化玻璃面上先涂布一层3微米的聚氨酯底胶，然后在涂布一层4微米的碲化镉胶层。选用透明度极高，既能与玻璃很好地粘贴牢，又能很好地与碲化镉光电材料溶合，各项理化指标极好的聚氨酯胶作底层胶膜和碲化镉胶膜溶粘剂；选用涂布工艺能使膜层均匀而且非常薄，最终达到了碲化镉层薄而均匀，剥离强度大，节省原材料，成本低，工艺简单，操作方便，产量高，质量稳定可控，透明度好，电性能、耐候性、安全性各项技经指标俱佳的效果。

如图2所示，本发明中的玻璃碲化镉太阳能电池的结构为：钢化玻璃2.1、聚氨酯膜层2.2，碲化镉膜层2.3和栅线2.4复合而成。

上述复合而成的玻璃碲化镉太阳能电池的制备方法如下：

1、选用厚度为3.2mm规格的钢化玻璃(长×宽依据需要定)为面板及膜层基材。由于钢化玻璃既透明又有强度，适用建筑物外墙用玻璃、又适用于电池组件面板，达到一举两得的效果。

2、选用既可以和碲化镉能良好熔合，还能和玻璃很好粘合牢而且透明度极高，强度及韧性极好，耐老化、耐腐蚀、耐热、耐寒、防湿性能好、性价比高的聚氨酯作基层胶膜和替代胶水起到碲化镉光电材料的粘合作用。

3、采用玻璃先涂布聚氨酯胶作底层，利用聚氨酯胶膜能与玻璃面很好粘合的优点，能确保碲化镉膜层与聚氨酯膜层很好地结合而增加剥离强度；

4、采用网纹辊涂布法能适应被涂基材的硬质块状特点，能最少的涂布量控制，最少的胶液浪费，达到最均匀的涂层，涂布机械中，刮刀压力可以以0.1kg-1.8kg任意调节，涂层厚度可以从1.5微米-8微米任意选择，线速度可以从5米/分钟-180米/分钟任意调节，烘箱温度可以从120℃-10℃任义设定，溶剂丙酮的回收率达95％以上。

5、采用二次涂布除了能与玻璃很好地粘合牢，具有很好的剥离强度外，主要为第二次涂布碲化镉膜层能达到最均匀最薄的效果，使光电材料层既能最好地进行光能吸收和光电转换率17.8％以上，又达到了节约昂贵的光电材料20％以上，大幅度地降低了成本；

6、采用冷却法将涂布膜层快速固化而提高剥离强度；

7、采用专用检测设施对玻璃膜层有否脱壳、气泡、露白、拖丝、剥离强度指标进行检测而确保A级质量；

8、检测好的玻璃膜面采用印刷工艺进行栅线印刷；

9、用涂锡铜带串并汇集引出输导电线。

10、上述工艺方法均是流水线生产操作，自动化程度高，易操作，产量高，质量可控，劳动成本低，劳动强度小，生产效率高。

本发明双玻璃碲化镉太阳能电池组件特性方面：该太阳能电池组件是一种新型的创新产品，以玻璃面上涂布碲化镉光电材料进行阳光利用并转换成电能。其独特的工艺设计比碲化镉膜电池组件省工、省料。由于其专门安装于建筑物阳面替代玻璃幕墙，玻璃窗，暖棚玻璃以及阳光房玻璃而一举二得还能节省大量投入成本，并且由于处于室内或半室内而少恶劣环境影响，更能保证光伏组件运行的安全性及长久的耐老化性，真正能确保光伏组件能够正常使用30年以上，从而真正能够达到当前各国提出的光伏组件使用新目标，充分利用了我国非常巨大的建筑阳面玻璃面积，极大地扩展了应用范围和终端市场，极大地降低了单位投入成本，极大地提高了经济效益。

本发明双玻璃碲化镉太阳能电池组件技经指标方面：该电池组件比现有其他光伏电池组件单位成本低20％以上，终端安装单位投入节省28％以上，而且今后随着推广应用，特别是建筑物未安装玻璃时还可节省建筑成本，所以价格有较大下降通道；经双八五湿热老化测试10000h后，本太阳能电池的功率衰减仍低于5％，好于其他光伏组件；另外，抗PID性能也优于其他光伏组件；而在85℃，85％湿度，-1000V的测试条件下，可测试500h后，本光伏组件功率衰减仍然低于5％，而同时测试的其他光伏组件功率衰减已超过了5％，而且双玻璃碲化镉太阳能电池组件光转换效率达17.8％以上，使用寿命比其他光伏电池组件延长5年以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种双玻璃碲化镉太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：主要包括自上而下依次设置的钢化玻璃（1），涂布在钢化玻璃上的聚氨酯胶层（2），涂布在聚氨酯胶层（2）面上的碲化镉光电材料膜层（3），PVC透明封胶膜（4）、钢化玻璃背板（5）、背板固定上接线盒（7）并引出线连接，利用背板封装固定后装入铝合金边框（6），在铝合金边框右下方设置绝缘槽（8）以利于放置输电导线，其中玻璃碲化镉太阳能电池由钢化玻璃（2.1），采用网纹辊涂布工艺按配方配置聚氨酯+丙酮胶浆涂布在玻璃单面为底层（2.2），配置碲化镉+聚氨酯+丙酮的胶浆涂布在底层（2.2）上形成的碲化镉膜层（2.3），再在碲化镉膜层上印刷栅线（2.4）而成；所述方法包括以下步骤：

步骤一：将规格钢化玻璃经清洗机清洗干净；

步骤二：经清洗干净的钢化玻璃经烘箱烘干并加温；

步骤三：配置聚氨酯胶液；

步骤四：配置碲化镉胶液；

步骤五：分别将聚氨酯胶液和碲化镉胶液注入前后二道涂布工序胶槽内；

步骤六：采用网纹辊涂布工艺进行钢化玻璃单面涂布一层聚氨酯胶膜；

步骤七：经涂布好聚氨酯胶膜的玻璃进入烘箱加温加风，使溶剂丙酮挥发收集干净，再进入下一道涂布工序；

步骤八：在聚氨酯胶膜再进行第二次涂布一层碲化镉胶膜层；

步骤九：经步骤八中二次涂布好的钢化玻璃再经烘箱烘吹挥发收集干净溶剂丙酮；

步骤十：再经冷却箱道使玻璃膜快速冷却到常温状态，使膜层固化并与钢化玻璃紧密粘结牢；

步骤十一：完成固化后的玻璃膜层表面进行印刷银浆栅线；

步骤十二：用涂锡铜带串并栅线汇集引出导电线；

步骤十三：双玻璃碲化镉太阳能电池组件封装方法如下：

1）层叠：依次将步骤十二中的钢化玻璃膜，PVC透明封胶膜、背板钢化玻璃整齐叠合；

2）层压：将叠合好的整体按照层压要求进行压合成双玻璃碲化镉太阳能电池组件整体、层压工艺参数如下：

（1）层压速度比晶硅片太阳能电池组件减少3秒/次；

（2）层压温度比晶硅片太阳能电池组件增加5℃；

（3）层压压力比晶硅片太阳能电池组件减少0.05kg；

3）用硅胶按照工艺要求将接线盒固定在背板上，接好引出线；

4）将层压好装好接线盒的复合光伏组件用铝合金边框组装固定起来，从而形成光伏组件整体；

5）与现有晶硅片太阳能电池组件测试方法一样，检测组件的电性能、安全性、耐候性能。

2.根据权利要求1所述的一种双玻璃碲化镉太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：步骤二中将钢化玻璃经烘箱烘干并加温至钢化玻璃表面温度达72℃±2℃。

3.根据权利要求1所述的一种双玻璃碲化镉太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：步骤三中配置聚氨酯胶液：按配方：聚氨酯胶100份，丙酮35份，温度85℃±2℃，搅拌机速度130转/分钟，时间12分钟。

4.根据权利要求1所述的一种双玻璃碲化镉太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：步骤四中的碲化镉胶液按重量百分比包括：碲化镉100份，聚氨酯51份，丙酮55份，温度85℃±2℃，搅拌机速度130转/分钟，时间15分钟。

5.根据权利要求1所述的一种双玻璃碲化镉太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：步骤五中注入胶槽内的溶液保持温度85℃±2℃，液位15CM±0.5CM。

6.根据权利要求1所述的一种双玻璃碲化镉太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：步骤七和步骤九的烘箱温度控制在85℃-120℃。