CN109461781A

CN109461781A - 一种卷绕式柔性薄膜太阳能组件

Info

Publication number: CN109461781A
Application number: CN201811196515.8A
Authority: CN
Inventors: 吉心紫; 任宇航; 黄书斌
Original assignee: Zhejiang Shang Yue New Energy Development Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Shang Yue New Energy Development Co Ltd
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2019-03-12
Anticipated expiration: 2038-10-15
Also published as: CN109461781B

Abstract

本发明公开了一种卷绕式柔性薄膜太阳能组件，所述卷绕式柔性薄膜太阳能组件从上到下依次包括上封装氟膜(1)、第一上封装胶膜(2)、上封装阻水膜(3)、第二上封装胶膜(4)、CIGS太阳能电池组(5)、第一下封装胶膜(6)、下封装阻水膜(7)，所述CIGS太阳能电池组由若干CIGS太阳能电池串(51)串联而成，所述CIGS太阳能电池串由若干CIGS电池片组合而成，相邻的CIGS电池片(52)首尾交叠并粘接固定。本发明将CIGS太阳能电池与古代的画卷进行结合创新，对柔性薄膜太阳能电池的结构和工艺进行改进，从而实现卷绕式柔性薄膜太阳能电池耐卷绕，且性能优良的特点。

Description

一种卷绕式柔性薄膜太阳能组件

技术领域

本发明涉及太阳能电池生产技术领域，特别涉及一种卷绕式柔性薄膜太阳能组件。

背景技术

太阳能是一种可再生、清洁无污染、不受地域资源限制的新兴能源，正在逐渐的、被大范围的广泛应用。太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位，预计到2030年，太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到21世纪末，太阳能发电将占到60％以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。

现有的太阳能利用方式有大规模的太阳能电站、也有个人使用的小规模太阳能光伏电池板等。传统的太阳能光伏电池板多为硬板，多用于固定设置，折叠不便，携带不便，不能随身携带，因此很少能作为户外电源使用。而户外运动爱好者在户外对手机、相机、MP4等经常有充电需求，随身携带的充电宝远远不能满足充电需求，而且一些大功率的音箱、照明灯具等受电量限制不能长时间在户外使用。

现有的柔性太阳能电池要么是一整片，一整片的柔性太阳能电池制作成本高，且一整片的柔性太阳能电池在长度较短时还能凑合使用，但是当长度稍长时，尤其是需要经常卷绕时，电池的格栅容易受损导致电池报废；还有一种是采用焊带将小片的电池片连接起来形成一个整体柔性电池，这种结构在卷绕时连接处的焊带也很容易断开或脱开而导致电池报废。

中国专利CN102969543A公开了一种太阳能柔性卷绕式可充电电池，包括电池外壳、电芯、正极、负极、柔性薄膜太阳能电池、端盖和控制电路；所述的电芯设在电池外壳内；所述的柔性薄膜太阳能电池一端与端盖相连，另一端与电芯相连，并可卷绕在电芯上；所述的端盖与电池壳体配合连接后密闭电池壳体；所述的电芯、正极、负极与柔性薄膜太阳能电池连接后形成一个能对电芯进行充电的电路，在所述的电路上连接有控制电路。所述的柔性薄膜太阳能电池为非晶硅薄膜电池、CIGS电池、染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池或砷化镓电池。该专利并没有对具体的柔性薄膜太阳能电池的结构和制备方法进行描述，没有给出解决现有柔性太阳能电池在卷绕时容易出现损伤导致报废的技术启示。

发明内容

本发明的目的在于解决现有柔性太阳能电池在卷绕时容易出现损伤导致报废的问题，提供一种卷绕式柔性薄膜太阳能组件，将CIGS太阳能电池与古代的画卷进行结合创新，对柔性薄膜太阳能电池的结构和工艺进行改进，从而实现卷绕式柔性薄膜太阳能电池耐卷绕，且性能优良的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种卷绕式柔性薄膜太阳能组件，所述卷绕式柔性薄膜太阳能组件从上到下依次包括上封装氟膜(1)、第一上封装胶膜(2)、上封装阻水膜(3)、第二上封装胶膜(4)、CIGS太阳能电池组(5)、第一下封装胶膜(6)、下封装阻水膜(7)，所述CIGS太阳能电池组由若干CIGS太阳能电池串(51)串联而成，所述CIGS太阳能电池串由若干CIGS电池片组合而成，相邻的CIGS电池片(52)首尾交叠并粘接固定。

本发明以古代画卷为创意来源，将现代的CIGS太阳能电池与古代画卷进行结合创新，对柔性薄膜太阳能电池的结构和工艺进行改进，将CIGS太阳能电池制成了画卷形式产品。在结构上，本发明将小型的CIGS电池片采用首尾交叠的连接方式先形成电池串，然后将电池串拼合形成卷的形式，这样能避免单片CIGS电池片制作难度高，成本高，容易受损的问题，CIGS电池片采用首尾交叠的连接方式，接触面积大，粘接牢固，通过对粘接胶的选择和胶的涂布位置设计，使得相邻两片电池片连接牢固，不易在卷绕过程中脱开，更耐卷绕。为了实现更好地耐卷绕，本发明进一步设计了封装的层级结构和一体封装工艺，防止内部CIGS电池片粘接胶的过快紫外老化，配合CIGS电池片的连接结构的改进，使得最终的产品耐卷绕性能好，且性能优良。

作为优选，所述卷绕式柔性薄膜太阳能电池从上到下依次包括上封装氟膜(1)、第一上封装胶膜(2)、上封装阻水膜(3)、第二上封装胶膜(4)、CIGS太阳能电池组(5)、第一下封装胶膜(6)、下封装阻水膜(7)、第二下封装胶膜(8)、下封装防水布层(9)。通过进一步加装防水布层，使得卷的外表面更防水耐磨、抗拉。

作为优选，所述上封装阻水膜的单面或双面涂覆纳米颗粒阻水层，所述下封装阻水膜的单面或双面涂覆纳米颗粒阻水层。

区别于常规的平板型太阳能电池，本发明的上封装阻水膜、下封装阻水膜的单面或双面涂覆纳米颗粒阻水层。因为，常规的平板型太阳能电池的上封装阻水膜、下封装阻水膜平面设置，不需要卷绕，这些膜的刚性较大，如果直接用于卷绕型太阳能电池，一卷绕表面就容易碎裂，为了使得阻水膜能够适合卷绕，本发明上封装阻水膜、下封装阻水膜的单面或双面涂覆纳米颗粒阻水层，纳米颗粒阻水层通过纳米颗粒的相互作用，能分散和缓冲卷绕时产生的应力，从而有效防止阻水膜的破裂。纳米颗粒阻水层厚度2-5微米，纳米颗粒可以为纳米二氧化硅颗粒、纳米氮化硅颗粒等。

纳米颗粒阻水层可以采用纳米二氧化硅水溶胶(纳米二氧化硅含量5％以下)涂覆形成，也可以采用纳米氮化硅颗粒与胶黏剂(如聚氨酯胶黏剂)形成的混合物(其中纳米氮化硅颗粒含量5％以下)涂覆形成，还可以采用纳米二氧化硅颗粒与胶黏剂(如聚氨酯胶黏剂)形成的混合物(其中纳米二氧化硅颗粒含量5％以下)涂覆形成。

作为优选，所述上封装氟膜为ETFE膜。

作为优选，所述CIGS电池片的负极朝上。这样卷绕后，负极面收卷在内部。

作为优选，相邻的CIGS电池片首尾交叠并粘接固定具体为：前一CIGS电池片尾部的正极面叠在后一CIGS电池片首部的负极面上。

进一步优选的方案，相邻的CIGS电池片首尾交叠并粘接固定具体为：前一CIGS电池片尾部的正极面叠在后一CIGS电池片首部的负极面上并覆盖后一CIGS电池片首部负极面上的主栅线。交叠的宽度一般在6-7mm左右，这样能保证连接牢固，过多的交叠范围会使得CIGS电池片的发电部分损失过多，也容易脱开。覆盖主栅线能使得整体更美观连续，而且相邻的CIGS电池片在主栅线部位导电连接，电连接性能更好。

作为优选，相邻的CIGS电池片首尾交叠后：通过导电胶导通、通过绝缘胶绝缘，并实现粘接固定。进一步优选的方案，围绕后一CIGS电池片首部负极面上的主栅线涂有一圈绝缘胶，后一CIGS电池片首部负极面上的主栅线上涂覆有导电胶，相邻的CIGS电池片首尾交叠后通过绝缘胶和导电胶实现粘接。

作为优选，所述绝缘胶为UV绝缘胶或无基材压敏胶。

作为优选，所述卷绕式柔性薄膜太阳能组件的制备方法为：将上封装氟膜(1)、第一上封装胶膜(2)、上封装阻水膜(3)、第二上封装胶膜(4)、CIGS太阳能电池组(5)、第一下封装胶膜(6)、下封装阻水膜(7)或上封装氟膜(1)、第一上封装胶膜(2)、上封装阻水膜(3)、第二上封装胶膜(4)、CIGS太阳能电池组(5)、第一下封装胶膜(6)、下封装阻水膜(7)、第二下封装胶膜(8)、下封装防水布层(9)组装完成后，进入层压机的层压腔进行层压加工。

作为优选，层压加工的工艺流程包括：一、层压腔的上、下腔体均抽真空；二、一段变温过程加压；三、二段变温过程加压；四、三段变温过程加压；五、下腔体充气，上腔体抽真空；六、降温加压，出机台冷却。

进一步优选的方案，层压加工的参数设置如下：

一、层压腔的上、下腔体均抽真空5-6分钟，真空度维持在0-20mbar，初始温度设置75±2℃；

二、一段变温过程加压：时间2-3分钟，上腔体加压到100-300mbar，下腔体抽真空，真空度维持在0-20mbar，温度维持81±2℃；

三、二段变温过程加压：时间3-4分钟，上腔体加压到300-600mbar，下腔体抽真空，真空度维持在0-20mbar，温度维持115±2℃；停滞保压2-3分钟；

四、三段变温过程加压：时间3-4分钟，上腔体加压到600-800mbar，下腔体抽真空，真空度维持在0-20mbar，温度维持135±2℃；停滞保压5-8分钟；

五、下腔体充气，上腔体抽真空，真空度维持在0-20mbar，时间50±1秒；

六、降温加压，出机台冷却。

所述降温加压的工艺参数如下：时间5-10分钟，上腔体加压到600-800mbar，下腔体抽真空，真空度维持在0-20mbar，温度从135±2℃下降至50±2℃。

本发明通过对封装层压工艺的开发设计，开发了一种适合的一体层压工艺，使得最终的产品耐卷绕性能好，且性能优良。

本发明的有益效果是：将CIGS太阳能电池与古代的画卷进行结合创新，对柔性薄膜太阳能电池的结构和工艺进行改进，从而实现卷绕式柔性薄膜太阳能电池耐卷绕，且性能优良的特点。

附图说明

图1是本发明的一种剖视结构示意图。

图2是本发明的另一种剖视结构示意图。

图3是本发明相邻的CIGS电池片首尾交叠方式的一种透视结构示意图。

图4是本发明CIGS太阳能电池组的一种结构示意图。

图5是本发明的一种使用状态图。

图中：1、上封装氟膜，2、第一上封装胶膜，3、上封装阻水膜，4、第二上封装胶膜，5、CIGS太阳能电池组，CIGS太阳能电池串51，CIGS电池片52，主栅线53，交叠区54，6、第一下封装胶膜，7、下封装阻水膜，8、第二下封装胶膜，9、下封装防水布层，10、卷筒。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1：

如图1所示的一种卷绕式柔性薄膜太阳能组件，所述卷绕式柔性薄膜太阳能电池从上到下依次包括上封装氟膜1(EFTE膜，厚度25μm)、第一上封装胶膜2(高透EVA膜，50μm，MZ50、AR)、上封装阻水膜3(12μm，PET阻水膜，CI、大金)、第二上封装胶膜4(高透EVA膜，50μm，型号MZ50、厂家AR)CIGS太阳能电池组5、第一下封装胶膜6(热塑性胶膜，厚度200μm、型号Z68、厂家杜邦)、下封装阻水膜7(12μm，PET阻水膜，型号、CI厂家大金)，所述CIGS太阳能电池组由若干CIGS太阳能电池串51串联而成(如图4，两串CIGS太阳能电池串组成CIGS太阳能电池组)，所述CIGS太阳能电池串由多片CIGS电池片组合而成(如12片CIGS电池片形成一串CIGS太阳能电池串)，相邻的CIGS电池片52首尾交叠并粘接固定，CIGS电池片的负极朝上。

进一步地，在上封装阻水膜的单面涂覆纳米颗粒阻水层(厚度5微米)，在下封装阻水膜的单面涂覆纳米颗粒阻水层(厚度5微米)。本实施例中，纳米颗粒为纳米二氧化硅颗粒，纳米颗粒阻水层采用5％纳米二氧化硅含量的二氧化硅水溶胶单面涂覆在上封装阻水膜、下封装阻水膜上形成。

相邻的CIGS电池片首尾交叠并粘接固定具体为(图3)：前一CIGS电池片尾部的正极面叠在后一CIGS电池片首部的负极面上并覆盖后一CIGS电池片首部负极面上的主栅线，两片电池片交叠区54的宽度在6-7mm。粘接时涂胶操作为：围绕后一CIGS电池片首部负极面上的主栅线53涂有一圈绝缘胶(UV绝缘胶，型号C2100、厂家ITW)，后一CIGS电池片首部负极面上的主栅线上涂覆有导电胶(型号HP-090、厂家杜邦)，相邻的CIGS电池片首尾交叠后通过绝缘胶和导电胶实现粘接。绝缘胶涂胶宽2mm，厚度30-50μm，涂导电胶宽1mm，厚度0.12mm。

制备方法如下：

将上封装氟膜1、第一上封装胶膜2、上封装阻水膜3、第二上封装胶膜4、CIGS太阳能电池组5、第一下封装胶膜6、下封装阻水膜7组装完成后，进入层压机的层压腔进行层压加工，层压加工的参数设置如下：

六、降温加压，出机台冷却。所述降温加压的工艺参数如下：时间5-10分钟，上腔体加压到600-800mbar，下腔体抽真空，真空度维持在0-20mbar，温度从135±2℃下降至50±2℃。

实施例2：

如图2所示的一种卷绕式柔性薄膜太阳能组件，所述卷绕式柔性薄膜太阳能电池从上到下依次包括上封装氟膜1、第一上封装胶膜2、上封装阻水膜3、第二上封装胶膜4、CIGS太阳能电池组5、第一下封装胶膜6、下封装阻水膜7、第二下封装胶膜8(高透EVA膜，50μm，型号MZ50、厂家AR)、下封装防水布层9(厚度90μm，市售)。

所述CIGS太阳能电池组由若干CIGS太阳能电池串51串联而成(如图4，两串CIGS太阳能电池串组成CIGS太阳能电池组)，所述CIGS太阳能电池串由多片CIGS电池片组合而成(如12片CIGS电池片形成一串CIGS太阳能电池串)，相邻的CIGS电池片52首尾交叠并粘接固定，CIGS电池片的负极朝上。

进一步地，在上封装阻水膜的双面涂覆纳米颗粒阻水层(厚度2微米)，在下封装阻水膜的双面涂覆纳米颗粒阻水层(厚度2微米)。本实施例中，纳米颗粒为纳米二氧化硅颗粒，纳米颗粒阻水层采用3％纳米二氧化硅含量的二氧化硅水溶胶双面涂覆在上封装阻水膜、下封装阻水膜上形成。

此外，纳米颗粒阻水层也可以采用纳米氮化硅颗粒与胶黏剂(如聚氨酯胶黏剂)形成的混合物(其中纳米氮化硅颗粒含量5％以下)涂覆形成，还可以采用纳米二氧化硅颗粒与胶黏剂(如聚氨酯胶黏剂)形成的混合物(其中纳米二氧化硅颗粒含量5％以下)涂覆形成。

相邻的CIGS电池片首尾交叠并粘接固定具体为：前一CIGS电池片尾部的正极面叠在后一CIGS电池片首部的负极面上并覆盖后一CIGS电池片首部负极面上的主栅线，两片电池片交叠区54的宽度在6-7mm。粘接时涂胶操作为：围绕后一CIGS电池片首部负极面上的主栅线涂有一圈绝缘胶(无基材亚敏胶，型号468、厂家3m)，后一CIGS电池片首部负极面上的主栅线上涂覆有导电胶，相邻的CIGS电池片首尾交叠后通过绝缘胶和导电胶实现粘接。绝缘胶涂胶宽2mm，厚度30-50μm，涂导电胶宽1mm，厚度0.12mm。

制备方法如下：

将上封装氟膜1、第一上封装胶膜2、上封装阻水膜3、第二上封装胶膜4、CIGS太阳能电池组5、第一下封装胶膜6、下封装阻水膜7、第二下封装胶膜8、下封装防水布层9组装完成后，进入层压机的层压腔进行层压加工，层压加工的参数设置如下：

如图5所示，本发明的卷绕式柔性薄膜太阳能组件11使用时，安装在卷筒10上，可收卷、展开，展开后阳光照射本发明CIGS电池的负极面。

本发明的产品的性能测试(其中，产品1不带下封装防水布)：

。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims

1.一种卷绕式柔性薄膜太阳能组件，其特征在于：所述卷绕式柔性薄膜太阳能组件从上到下依次包括上封装氟膜(1)、第一上封装胶膜(2)、上封装阻水膜(3)、第二上封装胶膜(4)、CIGS太阳能电池组(5)、第一下封装胶膜(6)、下封装阻水膜(7)，所述CIGS太阳能电池组由若干CIGS太阳能电池串(51)串联而成，所述CIGS太阳能电池串由若干CIGS电池片组合而成，相邻的CIGS电池片(52)首尾交叠并粘接固定。

2.根据权利要求1所述的一种卷绕式柔性薄膜太阳能组件，其特征在于：所述卷绕式柔性薄膜太阳能电池从上到下依次包括上封装氟膜(1)、第一上封装胶膜(2)、上封装阻水膜(3)、第二上封装胶膜(4)、CIGS太阳能电池组(5)、第一下封装胶膜(6)、下封装阻水膜(7)、第二下封装胶膜(8)、下封装防水布层(9)。

3.根据权利要求1或2所述的一种卷绕式柔性薄膜太阳能组件，其特征在于：所述上封装阻水膜的单面或双面涂覆纳米颗粒阻水层，所述下封装阻水膜的单面或双面涂覆纳米颗粒阻水层。

4.根据权利要求1或2所述的一种卷绕式柔性薄膜太阳能组件，其特征在于：所述上封装氟膜为ETFE膜。

5.根据权利要求1或2所述的一种卷绕式柔性薄膜太阳能组件，其特征在于：所述CIGS电池片的负极朝上。

6.根据权利要求1或2所述的一种卷绕式柔性薄膜太阳能组件，其特征在于：相邻的CIGS电池片首尾交叠并粘接固定具体为：前一CIGS电池片尾部的正极面叠在后一CIGS电池片首部的负极面上。

7.根据权利要求6所述的一种卷绕式柔性薄膜太阳能组件，其特征在于：相邻的CIGS电池片首尾交叠后：通过导电胶导通、通过绝缘胶绝缘，并实现粘接固定。

8.根据权利要求1或2所述的一种卷绕式柔性薄膜太阳能组件，其特征在于：所述卷绕式柔性薄膜太阳能组件的制备方法为：将上封装氟膜(1)、第一上封装胶膜(2)、上封装阻水膜(3)、第二上封装胶膜(4)、CIGS太阳能电池组(5)、第一下封装胶膜(6)、下封装阻水膜(7)或上封装氟膜(1)、第一上封装胶膜(2)、上封装阻水膜(3)、第二上封装胶膜(4)、CIGS太阳能电池组(5)、第一下封装胶膜(6)、下封装阻水膜(7)、第二下封装胶膜(8)、下封装防水布层(9)组装完成后，进入层压机的层压腔进行层压加工。

9.根据权利要求8所述的一种卷绕式柔性薄膜太阳能组件，其特征在于：层压加工的工艺流程包括：一、层压腔的上、下腔体均抽真空；二、一段变温过程加压；三、二段变温过程加压；四、三段变温过程加压；五、下腔体充气，上腔体抽真空；六、降温加压，出机台冷却。