CN109119505A - 一种用于太阳能光伏瓦的太阳能电池组件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于太阳能光伏瓦的太阳能电池组件,包括背板、保护层、太阳能电池和胶膜，所述保护层包含基体材料和上转化光基质。本发明又提供了一种制备太阳能电池组件的方法，将背板、保护层、太阳能电池和胶膜高温高压一体成型，制备可以将近红外光转换为可见光的太阳能电池组件，增加了太阳光的利用率，提升单位面积光伏瓦的输出功率。

Description

一种用于太阳能光伏瓦的太阳能电池组件及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种光伏建材领域，特别涉及一种用于太阳能光伏瓦的太阳能电池组件。

背景技术

太阳能光伏瓦是将太阳能发电整合到建筑上的技术，然而单体建筑可安装太阳能电池组件的面积相对较小，如何在有限的太阳能电池组件的安装空间内提升太阳能利用率成为太阳能光伏瓦的发展方向。太阳能电池可以对 380-1100nm波长处的太阳光有效吸收，近红外的部分吸收较少，在太阳能光谱中，近红外的占比高达53％，将近红外光转化为可供太阳能电池组件吸收的光谱，不仅有利于提升组件的效率，还有利于降低热辐射造成的温度上升。

申请号为CN201020202282.0公开了一种太阳能光伏瓦，应用于建筑一体化新型太阳能电池组件。所述太阳能光伏瓦从上下依次由低铁超白钢化玻璃、热熔胶膜、太阳能电池、热熔胶膜、太阳能背衬材料、热熔胶膜、钢化玻璃经加热层压封装而成，能抗风霜、雨雪、灰、沙、冰雹、等恶劣气象条件和灾害性气象条件。但是将低铁超白钢化玻璃用于光伏组件，一般厚度为3.2mm 到4mm，建材光伏组件可以用到5-10mm，对光的透过率高达90％以上，对320 到1100nm范围的光有较好的吸收性，对波长大于1200nm的近红外光有强反射率，因此会造成太阳能源的浪费。因此，如何在有限的太阳能电池组件安装空间内提升太阳能利用率是目前亟待解决的问题。

发明内容

为解决目前太阳能光伏瓦的太阳能利用率问题，本发明提出了一种用于太阳能光伏瓦的太阳能电池组件，将波长大于900nm的近红外光转换为可见光，进一步利用太阳光中的近红外光部分的能量，可有效提高太阳能电池组件的转化率。太阳能电池组件包括背板、保护层、太阳能电池和胶膜，所述保护层包含基体材料和上转化光基质。

进一步地，太阳能电池组件采用层状结构，从下至上依次铺设背板、胶膜、太阳能电池、胶膜以及保护层，太阳能电池的两面分与背板和保护层粘合，其中，保护层的各组分含量按照质量百分比分配如下：基体材料为 70％～90％；上转化光基质为0.5％-10％；余量为增塑剂。上转化光基质的发光中心接受供体离子的能量跃迁到中间态，然后在接受到另一个供体离子能量跃迁到激发态，激发态发射短波光子，这样上转化光基质可以将900nm以上波长的近红外光转化为可见光，提升太阳能电池对太阳光的利用率。另外，增塑剂可选用脂肪族二元酸酯类、苯二甲酸酯类(包括邻苯二甲酸酯类、对苯二甲酸酯类)、苯多酸酯类、苯甲酸酯类、多元醇酯类，优选邻苯二甲酸二(2- 乙基己)酯。

进一步地，上转化光基质包含主体材料和掺杂的化合物，其中，主体材料采用至少一种氟化物、氧化物或硫化物；掺杂的化合物为采用的至少一种含有Yb³⁺、Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺氧化物或氟化物。氧化物或氟化物本身具有很好的可掺入性，掺入Yb³⁺、Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺的氧化物或氟化物内层4f电子可以在不同的能级之间跃迁，由于4f层电子被5s和5p电子层的电子所屏蔽, 晶体场对谱线位置影响较小,所以晶体场中的能级类似于自由电子的能级,表现为分离能级，以光的形式释放能量，从而可以将900nm以上波长的近红外光转化为可见光。

进一步地，在所述主体材料内掺杂化合物，其中，上转化光基质的各组分含量按照质量百分比分配如下：所述主体材料采用的至少一种氟化物、氧化物或硫化物为70％～95％；所述掺杂的化合物采用的少一种含有Yb³⁺、Er³⁺、 Tm³⁺、Ho³⁺氧化物或氟化物为1％～5％；余量采用表面活性剂。另外，表面活性剂可选用阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂，两性表面活性剂，非离子型表面活性剂，优选十二烷基苯磺酸钠。

进一步地，所述基体材料采用氟膜材料或聚酯膜材料中的一种。

进一步地，所述太阳能电池采用非晶硅薄膜电池、铜铟镓硒薄膜电池、砷化镓电薄膜池、有机太阳能电池中的一种。太阳能电池选用非晶硅薄膜电池、铜铟镓硒薄膜电池、砷化镓电薄膜池、有机太阳能电池不但成本低廉，还有轻、薄、柔的独特应用优势。

进一步地，所述胶膜采用热熔性胶膜。所述热熔性胶膜可优选EVA胶膜或POE胶膜。其EVA胶膜有熔点低，流动性好，透明度高，层压工艺成熟等优点。POE胶膜是一种乙烯-辛稀共聚物，是以茂金属作催化剂开发的具有窄相对分子质量分布和窄共聚单体分布、结构可控的新型聚烯烃热塑性弹性体。

进一步地，所述背板采用聚酯薄膜、氟膜、不锈钢或复合薄膜材料中的一种。太阳能电池背板位于组件背面的最外层，对电池片起保护和支撑作用，需具备可靠的绝缘性、阻水性、耐老化性的特性。尤其在户外环境下，背板可保护太阳能电池组件不受水汽的侵蚀，阻隔氧气防止氧化、耐高低温。所述背板可优选含氟树脂，其耐侯性最佳。氟树脂独特的性能源于其特殊的分子结构C-F。C-F键是有机化合物共价键中键能最大的，C-F键能485KJ/mol，太阳光中紫外光波长200～380nm，220nm的光子的能量为544KJ/mol，只有小于220nm的光子才能离解C-F键。在阳光中，小于220nm的光子比例很小 (不到5％)，而且这些短波紫外线容易被大气圈外臭氧层吸收，能到达地面的极少，所以太阳光几乎对氟聚合物没有任何影响。

进一步地，所述太阳能电池组件还包括集线盒，所述集线盒设置在所述背板上。

本发明提供的一种制备用于太阳能光伏瓦的太阳能电池组件，将上转化光基质掺入保护层，将背板、胶膜、太阳能电池、保护层构成的层状结构高温高压一体成型，可提升光能利用，增加太阳能电池组件单位面积的光伏瓦输出功率。

根据本发明实施例的一个方面提供了一种方法，该方法包括如下步骤：

(a)将所述上转化光基质加入所述基体材料中共混，将共混物搅拌至均匀；

(b)将步骤(a)中制备的所述共混物进行挤出造粒,制成片状所述保护层；

(c)按照所述背板、保护层、太阳能电池和胶膜以及步骤(b)制备得到的保护层从下至上的顺序为依次铺设所述背板、胶膜、太阳能电池、胶膜以及保护层得到所述层状结构；

(d)将步骤(c)得到的所述层状结构进行高温高压一体成型。制备可高温高压一体成型设备可优选层压机，其温度可设置为120-160℃，压力可设置为80-100KPa，抽真空时间可设置为3-8min，加压时间可设置为5-15min。所述层压机可连续循环供热，使胶膜均匀受热，一般对大面积、多层封装电池组件进行封装。另外使用层压机进行封装一体成型，可以使整条流水线自动运行，降低人力成本。

进一步地，在本发明制备方法中，在所述步骤(c)之前还包括：在所述太阳能电池上铺设汇流条。

进一步地，在本发明制备方法中，还包括在所述背板上安装集线盒。

另外，本发明还提供了一种太阳能光伏瓦，包括用于承载所述太阳能电池组件瓦框本体和太阳能电池组件，其中，所述太阳能电池组件用于将太阳能转化为电能，为太阳能光伏瓦运行提供电能。

本实施例的有益效果在于：在保护层中掺入上转化光基质，可替换传统的太阳能电池组件保护层；掺入上转化光基质的保护层增加了太阳光的利用率，提升了太阳能电池组件的单位面积输出。

另外，本发明提供了一种制备所述太阳能电池组件的方法，与涂层工艺制备的掺杂上转化光基质的保护层相比，通过共混掺杂工艺制备的掺杂上转化光基质的保护层工艺简单、不需要额外增加如涂布机等设备，同时由于上转化光基质掺杂在基体材料内部，可以防止涂层工艺中膜层与基体材料附着力差和不耐刮擦的问题。而且，在太阳能电池组件进行封装工艺时，在常压状态下即可完成组件的封装，无需填制加压设备，可有效降低制备工艺成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种太阳能电池组件主视图；

图2是图1的后视图；

图3是图1的结构分解示意图；

图4是本发明提供的太阳能电池组件的制备方法的流程图；

图中：

100太阳能电池组件；2保护层；21上转化光基质；22基体材料；3胶膜；4汇流条；5太阳能电池；6背板；7接线盒。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合本发明的实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

太阳能电池组件(100)为层状结构，包括背板(6)、保护层(2)、太阳能电池(5)和胶膜(3)，所述保护层(2)包含基体材料(22)和上转化光基质(21)。上转化光基质(21)是将主体材料中掺入掺杂化合物。将背板(6)、保护层(2)、太阳能电池(5)和胶膜(3)从下至上依次铺设，顺序为背板 (6)、胶膜(3)、太阳能电池(5)、胶膜(3)以及保护层(2),将得到层状结构送入高温高压一体成型得到太阳能电池组件(100)。

保护层(2)包含基体材料(22)、上转化光基质(21)以及增塑剂。组分含量可按照质量百分比分配如下：基体材料(22)为70％～90％；上转化光基质(21)为0.5％～10％，余量为增塑剂。增塑剂可选用脂肪族二元酸酯类、苯二甲酸酯类(包括邻苯二甲酸酯类、对苯二甲酸酯类)、苯多酸酯类、苯甲酸酯类、多元醇酯类，优选邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯。上转化光基质(21) 因太阳光照射可使其离子发生跃迁，跃迁的离子可将900nm以上波长的近红外光转化为可见光。

上转化光基质(21)包含主体材料、掺杂化合物以及表面活性剂。组分含量可按照质量百分比分配如下：主体材料为70％～95％；掺杂化合物为 1％～5％，余量为表面活性剂。掺杂化合物可选用固体粉末状或是纳米颗粒。表面活性剂可选用阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂，两性表面活性剂，非离子型表面活性剂，优选十二烷基苯磺酸钠。

实施例的提供了一种制备太阳能电池组件的制备方法，该方法包括如下步骤：

(a)将所述上转化光基质(21)加入所述基体材料(22)中共混，并用搅拌装器搅拌5～10min至搅拌均匀，得到共混物；

(b)将步骤(a)中制备的所述共混液体送入螺杆挤出机进行挤出造粒, 制成片状所述保护层(2)，其温度可设置为160℃～220℃，进料转速可设置为5～20r/min，螺杆转速可设置为40～120r/min；

(c)按照背板(6)、胶膜(3)、太阳能电池(5)、胶膜(3)以及步骤 (b)制备得到的保护层(2)从下至上的顺序依次铺设得到层状结构；

(d)将所述层状结构送入层压机进行一体成型，其温度可设置为 120～160℃，压力可设置为80～100KPa，抽真空时间可设置为3-8min，加压时间可设置为5～15min。

在步骤(c)还包括：在所述太阳能电池(5)上铺设汇流条(4)。

在本方法中，还包括在所述背板上安装集线盒(7)。

实施例一

将基体材料(22)聚对苯二甲酸乙二醇酯和上转化光基质(21)NaYF4 粉末和Yb2O3粉末混合物、按照一定的质量配比(见表1)，余量为增塑剂、表面活性剂，增塑剂选用邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯，表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠，通过加料装置加入到螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出机各段温度分别为:160℃、180℃、210℃、220℃、180℃、170℃,机头温度170℃；送料转速为10r/min；螺杆转速为65r/min，然后共混粒子经双螺杆挤出机挤出成片，制成保护层(2)，各段温度分别为175℃、260℃，260℃，膜头260℃。螺杆转速150r/min,进料速度10r/min,成膜厚度为200um，然后将背板(6)、POE胶膜(3)、铜铟镓硒电池片(5)、POE胶膜(3)以及保护层(2)从下至上依次铺设，经过层压工艺(140℃，抽5min真空，加压9min) 制备成太阳能电池组件组件。

表1

Pmax—常规聚酯膜为窗口层时组件的最大输出功率；Pmax_未掺杂—含有上转化光基质聚酯薄膜为窗口层时组件的最大输出功率。

实施例二

将基体材料(22)聚对苯二甲酸乙二醇酯和上转化光基质(21)NaYF4 粉末和Yb2O3粉末混合物、按照一定的质量配比(见表2)，余量为增塑剂、表面活性剂，增塑剂选用邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯，表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠，通过加料装置加入到双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出机各段温度分别为:160℃、180℃、210℃、220℃、180℃、170℃,机头温度170℃；送料转速为10r/min；双螺杆转速为65r/min，然后共混粒子经双螺杆挤出机挤出成片，制成保护层(2)，各段温度分别为175℃、260℃，260℃，膜头260℃。螺杆转速150r/min,进料速度10r/min,成膜厚度为200um，然后将背板(6)、POE胶膜(3)、铜铟镓硒电池片(5)、POE胶膜(3)以及保护层(2)从下至上依次铺设，经过层压工艺(140℃，抽5min真空，加压9min) 制备成太阳能电池组件组件。

表2

Pmax—常规聚酯膜为窗口层时组件的最大输出功率；Pmax_未掺杂—含有上转化光基质聚酯薄膜为窗口层时组件的最大输出功率

实施例三

将基体材料(22)聚对苯二甲酸乙二醇酯和上转化光基质(21)NaYF4 粉末和Yb2O3粉末混合物、按照一定的质量配比(见表3)，余量为增塑剂、表面活性剂，增塑剂选用邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯，表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠，通过加料装置加入到双螺杆挤出机进行挤出造粒，挤出机各段温度分别为:160℃、180℃、210℃、220℃、180℃、170℃,机头温度170℃；送料转速为10r/min；双螺杆转速为65r/min，然后共混粒子经双螺杆挤出机挤出成片，制成保护层(2)，各段温度分别为175℃、260℃，260℃，膜头260℃。螺杆转速150r/min,进料速度10r/min,成膜厚度为200um，然后将背板(6)、POE胶膜(3)、铜铟镓硒电池片(5)、POE胶膜(3)以及保护层(2)从下至上依次铺设，经过层压工艺(140℃，抽5min真空，加压9min) 制备成太阳能电池组件组件。

表3

Pmax—常规聚酯膜为窗口层时组件的最大输出功率；Pmax_未掺杂—含有上转化光基质聚酯薄膜为窗口层时组件的最大输出功率

根据以上实施例1～3可以证明，在掺杂上转化光基质的质量分数为2％，NaYF4占上转化光基质的质量分数为75％，Yb2O3占上转化光基质的质量分数为占比2％，组件是输出功率可增加10％。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (13)

1.一种用于太阳能光伏瓦的太阳能电池组件，包括背板(6)太阳能电池(5)和胶膜(3)，其特征在于，还包括保护层，所述保护层(2)包含基体材料(22)和上转化光基质(21)；以及

从下至上依次铺设背板(6)、胶膜(3)、太阳能电池(5)、胶膜(3)以及保护层(2)，所述太阳能电池(5)的两面分别与背板(6)和保护层(2)通过胶膜(3)粘合。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述保护层(2)的各组分含量按照质量百分比分配如下：

所述基体材料(22)为70％～90％；

所述上转化光基质(21)为0.5％-10％；

余量为增塑剂。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述上转化光基质(21)包含主体材料和掺杂的化合物；其中

所述主体材料采用的至少一种氟化物、氧化物或硫化物；

所述掺杂的化合物为采用的至少一种含有Yb³⁺、Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺氧化物或氟化物。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池组件，其特征在于，在所述主体材料内掺杂化合物，其中，所述上转化光基质(21)的各组分含量按照质量百分比分配如下：

所述主体材料采用的至少一种氟化物、氧化物或硫化物为70％～95％；

所述掺杂的化合物采用的至少一种含有Yb³⁺、Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺氧化物或氟化物为1％～5％；

余量采用表面活性剂。

5.根据权利要求1～4任一项所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述基体材料采用氟膜材料或聚酯膜材料中的一种。

6.根据权利要求1～4任一项所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述太阳能电池(5)采用非晶硅薄膜电池、铜铟镓硒薄膜电池、砷化镓电薄膜电池、有机太阳能电池中的一种。

7.根据权利要求1～4任一项所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述胶膜(3)采用热熔性胶膜。

8.根据权利要求1～4任一项所述的太阳能电池组件，其特征在于，所述背板(6)采用聚酯薄膜、氟膜、不锈钢或复合薄膜材料中的一种。

9.根据权利要求1～4任一项所述的太阳能电池组件，其特征在于，还包括集线盒(7)，所述集线盒(7)设置在所述背板(6)上。

10.一种如权利要求1～9任一项所述的太阳能电池组件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)将所述上转化光基质(21)加入所述基体材料(22)中共混，将共混物搅拌至均匀；

(b)将步骤(a)中制备的所述共混物进行挤出造粒,制成片状所述保护层(2)；

(c)按照所述背板(6)、保护层(2)、太阳能电池(5)和胶膜(3)以及步骤(b)制备得到的保护层(2)从下至上的顺序为依次铺设所述背板(6)、胶膜(3)、太阳能电池(5)、胶膜(3)以及保护层(2)得到所述层状结构；

(d)将步骤(c)得到的所述层状结构进行高温高压一体成型，制备得到太阳能电池组件(100)。

11.根据权利要求10所述的太阳能电池组件的制备方法，其特征在于，在所述步骤(c)之前还包括：在所述太阳能电池(5)上铺设汇流条(4)。

12.根据权利要求10所述的太阳能电池组件的制备方法，其特征在于，还包括在所述背板(6)上安装集线盒(7)。

13.一种太阳能光伏瓦，其特征在于，包括用于承载所述太阳能电池组件瓦框本体和如权利要求1～9任一项所述的太阳能电池组件(100)，其中，所述太阳能电池组件(100)用于将太阳能转化为电能，为太阳能光伏瓦运行提供电能。