CN108767058A - 一种太阳能电池组件及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能电池组件及其封装方法，所述封装方法包括：在芯片的第一面和第二面上均依次铺设内胶膜和阻水膜，进行单次层压，得到单次层压组件；将所述单次层压组件与装饰材料层通过热压或粘贴的方式进行贴合，得到所述太阳能电池组件；其中，所述热压的温度为100℃～260℃，时间为2秒～60秒。所述方法简化了工艺，缩短了生产周期，提升了产能，而且打破了采用层压工艺时必须选用长时间耐高温装饰材料的局限，可将多种材料运用于组件封装中，满足产品多样化的需求。
Description
技术领域
本申请涉及但不限于太阳能电池领域，具体地，涉及但不限于一种太阳能电池组件及其封装方法。
背景技术
随着太阳能电池技术的快速发展，人们对太阳能电池产品运用的需求越来越多，且不再仅仅满足于太阳能电池的发电需求，更需要其满足方便携带、可折叠或者可与现有产品直接融合的性能，柔性太阳能电池组件应运而生。
现有柔性组件封装，特别是可折叠柔性组件多采用多次层压的方式进行封装，第一次层压完成子串的封装，以达到降低水汽侵蚀和提高组件可靠性的效果。第一次层压封装得到的子串结构如图1所示，为阻水膜3/胶膜2/芯片1/胶膜2/阻水膜3的结构。然后进行二次至多次层压以完成子串串接、窗口材料及底层材料的封装，二次至多次层压后得到的结构如图2所示，可包括乙烯-聚四氟乙烯(ethylene-tetra-fluoro-ethylene，ETFE)层7/胶膜2/窗口材料5/胶膜2/串接的子串4/胶膜2/底层材料6等层，以达到抗老化、可折叠及美观的目的。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
现有的太阳能电池组件在封装时，多采用ETFE作为封装材料以提高电池组件的抗老化能力，该封装方法可以达到组件柔性好、可折叠等需求，但是本申请的发明人发现其也存在以下缺点：由于ETFE材料的使用，封装时层压工艺的温度达到120℃～180℃，时间长达30min～120min，这就需要材料能长时间的经受高温，对材料的要求比较高，局限了窗口材料和底层材料等装饰材料的选择范围；同时，ETFE材料价格高，不利于生产成本的降低；并且，使用ETFE材料的电池组件厚度大，不利于电池组件的小型化、柔性化；此外，多次层压工艺的应用，需进行多次定位，工艺复杂，生产周期长。
为了解决上述问题，本申请提供了一种太阳能电池组件的封装方法，所述方法包括：在芯片的第一面和第二面上均依次铺设内胶膜和阻水膜，进行单次层压，得到单次层压组件；将单次层压组件与装饰材料层通过热压或粘贴的方式进行贴合，得到太阳能电池组件；其中，所述热压的温度为100℃～260℃，时间为2秒～60秒。
在一些实施方式中，该封装方法还可以包括：在芯片的第一面和第二面上均依次铺设内胶膜和阻水膜之后，在进行单次层压之前，在芯片的第一面和/或第二面的阻水膜上铺设外胶膜。
在一些实施方式中，该封装方法还可以包括：在得到单次层压组件之后，将单次层压组件与装饰材料层贴合之前，在单次层压组件的第一面和/或第二面上铺设外胶膜。
在一些实施方式中，单次层压的温度可以为100℃～160℃，时间可以为10分钟～45分钟，压力可以为10kPa～90kPa。
在一些实施方式中，芯片可以为单体芯片，或由复数个单体芯片串联和/或并联形成。
在一些实施方式中，单体芯片可以为柔性衬底芯片、单晶硅太阳能电池芯片或多晶硅太阳能电池芯片；其中柔性衬底芯片可以为铜铟镓硒薄膜太阳能电池(CuInxGa(1-x)Se2，CIGS)芯片、砷化镓(GaAs)薄膜太阳能电池芯片或硅基薄膜太阳能电池芯片。
在一些实施方式中，内胶膜和外胶膜可以各自独立地选自乙烯-醋酸乙烯共聚物(ethylene vinyl acetate，EVA)胶膜、聚乙烯醇缩丁醛(polyvinyl butyral，PVB)胶膜或乙烯-辛稀共聚物(polyolefin elastomer，POE)胶膜；其中，内胶膜的尺寸可以与阻水膜的尺寸一致。
在一些实施方式中，阻水膜的尺寸可以大于芯片的尺寸，阻水膜的边缘与芯片相应侧的边缘的距离可以为4mm～15mm。
在一些实施方式中，装饰材料层可以选自窗口材料层和底层材料层中的任意一种或更多种；其中，窗口材料层和底层材料层各自独立地可以由可折叠的材料形成；可折叠的材料可以为布料。
在一些实施方式中，所述阻水膜可以选自高阻隔层、透明无机非金属和高透光玻璃中的任意一种或更多种。阻水膜可采用现有能够商购得到的材料。
本申请还提供了一种太阳能电池组件，该太阳能电池组件通过上述的封装方法制备得到。
与现有技术相比，本申请具有的有益效果在于：
本申请的太阳能电池组件不使用ETFE材料，使得电池组件的封装工艺从多次层压简化为单次层压，在单次层压得到的单次层压组件的一面或两面增加外胶膜；或者将外胶膜设置在一面或两面的阻水膜上，形成一面或两面带有外胶膜的单次层压组件；并且采用加热持续时间短的热压或不加热的粘贴的方式来贴合装饰材料层，简化了工艺，缩短了生产周期，提升了产能，而且打破了采用多次层压工艺时必须选用长时间耐高温装饰材料的局限，可将多种材料运用于组件封装中，满足产品多样化的需求。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为现有技术经过第一次层压封装得到的子串的结构图；
图2为现有技术经过多次层压封装得到的太阳能电池组件的结构图；
图3为本申请实施例的单次层压组件的结构图；
图4为本申请实施例的单次层压组件的另一角度的示意图。
图中：1.芯片；2.胶膜；3.阻水膜；4.串接的子串；5.窗口材料；6.底层材料；7.ETFE层；8.内胶膜；9.外胶膜。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本申请实施例提供了一种太阳能电池组件的封装方法，所述方法包括：在芯片1的第一面和第二面上均依次铺设内胶膜8和阻水膜3，进行单次层压，得到单次层压组件；将单次层压组件与装饰材料层通过热压或粘贴的方式进行贴合，得到太阳能电池组件。
该封装方法只进行单次层压，然后根据需要，采用加热持续时间短的热压或无需加热的粘贴的方式来贴合装饰材料层，例如窗口材料5或底层材料6。图3示出了单次层压组件的一种结构，其包括外胶膜9/阻水膜3/内胶膜8/芯片1/内胶膜8/阻水膜3/外胶膜9。
在本申请中，可根据需要在单次层压组件的一面或两面贴合装饰材料层：当需要在单次层压组件的一面贴合装饰材料层时，在一面的阻水膜3上铺设外胶膜9；当需要在单次层压组件的两面都贴合装饰材料层时，在两面的阻水膜3上都铺设外胶膜9。其中，外胶膜9的铺设方式有两种：一种是在芯片1的第一面和第二面上均依次铺设内胶膜8和阻水膜3之后，在进行单次层压之前，在阻水膜3上铺设外胶膜9，此时外胶膜9作为单次层压组件的一部分设置在单次层压组件内；另一种是在得到单次层压组件之后，将单次层压组件与装饰材料层贴合之前，在阻水膜3上铺设外胶膜9。可根据产品及实际生产需要，选择外胶膜9的铺设方式。
芯片1可为单体芯片，也可由复数个单体芯片串联和/或并联形成。如图4所示，多个单体芯片串联和/或并联后进行单次层压，其中内胶膜8的尺寸与阻水膜3的尺寸一致，从图4的角度看，二者重合。
其中内胶膜8主要是用于芯片1与阻水膜3结构的有效粘结，保护芯片1，外胶膜9主要用于保护阻水膜3，且为下一步与表面的窗口材料5或底层材料6的热压或粘贴提供有效粘贴胶层。
内胶膜8和外胶膜9根据产品性能需求可以为透明或者彩色，为保证太阳能电池的电性能，与芯片1相邻的内胶膜8在确保粘贴性的前提下，需有高的光学透过率。外胶膜9根据产品性能需求，也可选择布料、聚氨基甲酸酯(polyurethane，PU)材料领域使用的胶膜。
阻水膜3可为高阻隔功能层、透明无机非金属和高透光玻璃中的任意一种或更多种，具有低水蒸气透过率、高光学透过率、低雾度及出色的可粘贴性，可阻挡水蒸汽进入芯片1内部，延长组件的使用寿命。阻水膜3可采用现有能够商购得到的材料，例如，可选择聚偏二氟乙烯(poly(vinylidene chloride)，PVDC)、乙烯-乙烯醇共聚物(ethylene vinyalcohol copolymer，EVOH)、聚酰胺(polyamide，PA)等高阻隔功能层；氧化铝、氧化硅等透明无机氧化物层；超白压延玻璃等高透光玻璃。为达到最佳抗老化性能，一般阻水膜3的尺寸大于芯片1的尺寸，阻水膜3的边缘与芯片1相应侧的边缘的距离可以为4mm～15mm，以确保有效的阻水距离。
可根据产品需求，将单次层压得到的组件直接与窗口材料5和/或底层材料6采用热压或粘贴的方式贴合。例如，将窗口材料5和/或底层材料6直接铺敷在外胶膜9上，然后采用热压的方式，如热熨斗等，在2秒～60秒的时间内实现与单次层压组件快速粘合。或者例如：利用常温粘结剂，无需加热将单次层压组件与窗口材料5和/或底层材料6进行粘贴。其中窗口材料5及底层材料6为可折叠的各种材料，如雨伞、帐篷布等各种布料。
实施例1
芯片1：CIGS薄膜太阳能电池芯片；
内胶膜8：EVA胶膜；
外胶膜9：EVA胶膜；
阻水膜3：PVDC高阻隔功能层；
按照外胶膜9/阻水膜3/内胶膜8/芯片1/内胶膜8/阻水膜3/外胶膜9的顺序层叠各层材料，进行单次层压，层压温度100℃，层压时间45分钟，层压压力60kPa，得到单次层压组件。
窗口材料5：PU；
底层材料6：布料；
用热熨斗对窗口材料5/单次层压组件/底层材料6进行热压，热压温度100℃，热压时间30秒，得到封装组件。
本实施例在单次层压时采用的温度为100℃，低于现有技术中的层压温度120～180℃，降低了层压成本；在得到单次层压组件后，通过热压的方式进行后续的封装，相对于现有技术中的多次层压方式，简化了封装工艺，同时热压采用的温度时间相对于现有技术均明显降低，降低了对材料的耐温要求，使得PU可以作为窗口材料、布料可以作为底层材料，还降低了成本。
实施例2
芯片1：GaAs薄膜太阳能电池芯片；
内胶膜8：PVB胶膜；
外胶膜9：POE胶膜；
阻水膜3：超白压延玻璃；
按照外胶膜9/阻水膜3/内胶膜8/芯片1/内胶膜8/阻水膜3的顺序层叠各层材料，进行单次层压，层压温度130℃，层压时间25分钟，层压压力10kPa，得到单次层压组件。
窗口材料：布料；
利用胶对窗口材料/单次层压组件进行粘贴，窗口材料设置在外胶膜9一侧，得到封装组件。
本实施例在得到单次层压组件后，通过粘贴的方式进行后续的封装，相对于现有技术中的多次层压方式，简化了封装工艺，同时粘贴无需加热，更进一步降低了对材料的耐温要求，扩大了材料的选择范围，降低了层压成本。
实施例3
芯片1：硅基薄膜太阳能电池；
内胶膜8：POE胶膜；
阻水膜3：透明氧化铝层；
按照阻水膜3/内胶膜8/芯片1/内胶膜8/阻水膜3的顺序层叠各层材料，进行单次层压，层压温度160℃，层压时间10分钟，层压压力90kPa，得到单次层压组件。
外胶膜9：EVA胶膜；
窗口材料5：布料；
底层材料6：布料；
用热熨斗对窗口材料5/外胶膜9/单次层压组件/外胶膜9/底层材料6进行热压，热压温度130℃，热压时间10秒，得到封装组件。
性能测试
对本申请实施例1-3得到的太阳能电池组件进行测试，密封性能良好，具有足够的机械强度，电性能优异；在50℃、85％湿度条件下进行老化，耐老化性能强。
本申请的封装方法制备得到的太阳能电池组件均能够满足柔性太阳能电池组件的要求。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种太阳能电池组件的封装方法，所述封装方法包括：
在芯片的第一面和第二面上均依次铺设内胶膜和阻水膜，进行单次层压，得到单次层压组件；
将所述单次层压组件与装饰材料层通过热压或粘贴的方式进行贴合，得到所述太阳能电池组件；
其中，所述热压的温度为100℃～260℃，时间为2秒～60秒。
2.根据权利要求1所述的封装方法，所述封装方法还包括：在所述芯片的第一面和第二面上均依次铺设所述内胶膜和所述阻水膜之后，在进行单次层压之前，在所述芯片的第一面和/或第二面的所述阻水膜上铺设外胶膜。
3.根据权利要求1所述的封装方法，所述封装方法还包括：在得到所述单次层压组件之后，将所述单次层压组件与所述装饰材料层贴合之前，在所述单次层压组件的第一面和/或第二面上铺设外胶膜。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的封装方法，其中，所述单次层压的温度为100℃～160℃，时间为10分钟～45分钟，压力为10kPa～90kPa。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的封装方法，其中，所述芯片为单体芯片，或由复数个所述单体芯片串联和/或并联形成。
6.根据权利要求5所述的封装方法，其中，所述单体芯片为柔性衬底芯片、单晶硅太阳能电池芯片或多晶硅太阳能电池芯片；
任选地，所述柔性衬底芯片为铜铟镓硒薄膜太阳能电池芯片、砷化镓薄膜太阳能电池芯片或硅基薄膜太阳能电池芯片。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的封装方法，其中，所述内胶膜和所述外胶膜各自独立地选自乙烯-醋酸乙烯共聚物胶膜、聚乙烯醇缩丁醛胶膜和乙烯-辛稀共聚物胶膜中的任意一种或更多种；
任选地，所述内胶膜的尺寸与所述阻水膜的尺寸一致。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的封装方法，其中，所述阻水膜的尺寸大于所述芯片的尺寸，所述阻水膜的边缘与所述芯片相应侧的边缘的距离为4mm～15mm。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的封装方法，其中，所述装饰材料层选自窗口材料层和底层材料层中的任意一种或更多种；
任选地，所述窗口材料层和所述底层材料层各自独立地由可折叠的材料形成；
任选地，所述可折叠的材料为布或聚氨基甲酸酯材料。
10.一种太阳能电池组件，所述太阳能电池组件通过权利要求1-9中任一项所述的封装方法制备得到。
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