CN1095597C - 太阳能电池组件、其制造方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能电池组件包括基片、光电产生器件(即太阳能电池或太阳能电池块)、将光电产生器件密封在基片上的填充树脂，和覆盖填充树脂的表面薄膜。绝缘薄膜插在光电产生器件与基片之间以使之位于基片内，无机纤维片插在光电产生器件与表面薄膜之间，以使之位于绝缘薄膜内。基片在没有绝缘薄膜处弯折。因为有效地抑制了湿气的侵入，所以在户外使用时，太阳能电池具有长期可靠性。

Description

太阳能电池组件、其制造方法及其应用
本发明涉及一种太阳能电池组件，该组件包括用树脂固定在基片上且用表面薄膜覆盖的光电产生器件(即太阳能电池或太阳能电池块)。更具体地，本发明涉及这样一种太阳能电池组件，它具有极好的易燃性(excellentinflammability)、极好的防水性能和适于组装的弯折结构。
迄今为止，已知一种包括用树脂固定在基片上且用表面薄膜覆盖的光电产生器件的太阳能电池组件。关于树脂，广泛使用的是EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)。关于表面薄膜，已知用含氟的树脂薄膜，如四氟乙烯-乙烯共聚物或聚氟乙烯，或用含氟树脂涂料覆盖形成的透明含氟聚合物薄膜。
与包括玻璃基片作光入射侧表面材料的太阳能电池组件相比，用含氟聚合物作光入射侧最外表面覆盖材料的太阳能电池组件的抗划伤能力差。因此，众所周知，可以在作填料的有机聚合物树脂中加入如无纺玻璃纤维布等无机纤维片来形成表面覆盖材料。
但是，在如玻璃纤维等无机纤维片暴露于太阳能电池组件边缘的情况下，外界湿气容易进入，会降低电绝缘性能，或导致层叠组件的剥离，使外观变差。这是可以估计到的，因为包括如玻璃纤维和浸入玻璃纤维中的填充树脂的无机纤维片彼此间粘附性很差，所以湿气会沿玻璃纤维进入。
为此，已提出防止玻璃纤维材料暴露于太阳能电池组件边缘、或使用具有较少端部的玻璃纤维材料的设想。例如，日本专利公开(JP-B)62-33756公开了一种太阳能电池组件，其中有很少端部的玻璃纤维片材料置于太阳能电池的两侧，并且其端部用填充树脂密封。
这样，JP-B 62-33756建议用选自如连续多股织物、玻璃布和滚光布等有限几种材料中且具有很少端部的长纤维玻璃纤维材料。没有考虑太阳能电池与太阳能电池置于其上的基片之间的绝缘性。
日本特许公开(JP-A)7-288333公开了一种太阳能电池组件，其中与太阳能电池接触的透光无纺布(玻璃纤维布)置于太阳能电池组件边缘的内部，绝缘薄膜置于太阳能电池和组件基片之间。但是，所放置的绝缘薄膜从组件基片突出出来，没有考虑组件基片的弯折。
对于包括用填充树脂密封于基片上并用填充树脂覆盖表面的太阳能电池的太阳能电池组件来说，在太阳能电池组件的基片弯折的地方，有应力作用于弯折部分的填充材料和表面薄膜，会导致剥离。在具有这样结构的常规太阳能电池组件中，即使防止了玻璃纤维的端部暴露于组件边缘，并在玻璃纤维和薄膜表面上应用硅烷耦合剂，当长时间用于户外时，其绝缘性能仍不可避免地要降低。
因此本发明的主要目的是：提供一种太阳能电池组件，即使长时间用于户外时，仍能有效抑制湿气进入太阳能电池组件内部。
根据本发明，提供一种太阳能电池组件，包括：基片，光电产生器件，将光电产生器件密封在基片上的填充树脂，和覆盖填充树脂的表面薄膜；其中绝缘薄膜置于光电产生器件与基片之间，以使之位于基片的所有边缘之内，无机纤维片置于光电产生器件与表面薄膜之间，以使之置于绝缘薄膜的所有边缘之内，所述太阳能电池组件在具有三层叠层的部位处被弯折，该三层叠层包括表面薄膜、填充树脂和基片，所述部位处没有绝缘薄膜和无机纤维片。
通过下面参照附图对本发明优选实施例的说明，可以更清楚本发明的这些和其他目的、特征和优点。
图1A示出了根据本发明的具有相应尺寸的太阳能电池组件的各构成部件，图1B是展示层叠形式的各部件的太阳能电池组件的剖面图。
图2是图1A和1B所示太阳能电池组件中的光电产生器件(太阳能电池)的剖面图。
图3是串联组装的本发明太阳能电池组件的剖面图。
图4A和4B分别对应图1A和1B，表示根据本发明另一实施例的太阳能电池组件。
图5A到5C示出了本发明的房顶部件的实施例。
图6是本发明的通风装置的实施例。
图1A和1B是本发明的太阳能电池组件一个的实施例。参见这些图，太阳能电池组件包括光电产生器件(即太阳能电池或太阳能电池块)101、无机纤维(片)材料102、填充树脂103、表面薄膜104、粘结剂105、绝缘薄膜106和基片107。这些部件按图1A的顺序堆叠，形成具有图1B所示的层叠剖面结构的太阳能电池组件。
在优选实施例中，如下所述设定各部件的相对表面(或平面)尺寸。如下所述设定无机纤维片102。无机纤维片102大于光电产生器件101，使它覆盖光电产生器件101。绝缘薄膜106与粘结剂105尺寸几乎相同，但大于无机纤维片102。基片107、填充树脂103、和表面薄膜104尺寸几乎相同，但都大于绝缘薄膜106。填充树脂103和表面薄膜104稍大于基片107，以覆盖基片107的边缘。
如下所述无机纤维片102与弯折基片结构一起置于绝缘薄膜106内部，所以有可能提供这样一种太阳能电池组件，即使在温度-湿度循环试验和长时间户外使用后，仍没有湿气进入，由此提供没有电绝缘性能降低的可靠的太阳能电池组件。
下面将详细说明各部件。
无机纤维片102
无机纤维片102的平面尺寸最好大于光电产生器件101。在层叠制备组件时，无机纤维片102有促进从组件叠层除气的功能。如果它小于光电产生器件，电池就不能充分防止外部冲击，在层叠时从组件中除气就容易不充分，因而在组件中留下气泡。
无机纤维片102的平面尺寸最好还小于基片107，不延伸出组件的边缘。如果无机纤维片102等于或大于基片107的尺寸，暴露于组件边缘的话，则外部湿气会沿纤维进入组件中，因而会加速退化或覆盖材料的剥离。而且，由于湿气的侵入，内部和外部的电绝缘变差。这是因为无机纤维片102和填充树脂103之间粘附性很弱，使它们的界面容易为湿气提供通道，使湿气沿无机纤维片102进入。另外，即使无机纤维片102未到达组件边缘，如果无机纤维片102从上述光电产生器件101连续延伸到基片107，湿气也会沿无机纤维片102移动，使基片107和光电产生器件101之间发生电连通，这样，有时不能保证两者间的电绝缘。
而且，无机纤维片102最好小于绝缘薄膜106，而不是与绝缘薄膜106尺寸相同。迄今为止，表面薄膜104和填充树脂103在弯折后可以引起很大的翘曲，导致在弯折时剥落或破裂，由此会使湿气进入。根据本发明，使容易提供湿气移动通道的无机纤维片102的尺寸小于绝缘薄膜106的尺寸，这样，即使当基片107在接近光电产生器件101处和在绝缘薄膜106之外弯折时，也变得可以显著降低湿气穿过此部分到达光电产生器件101的几率，因而具备改进了的长期可靠性。如果可以在接近光电产生器件101的位置弯折基片107，当根据本发明的太阳能电池组件用作房顶片部件时，可以包括填满房顶片工作宽度的光电产生器件，因此较少量的房顶片便可以产生足够的电能。
如果用硅烷耦合剂对无机纤维片102和填充树脂103中的一个或两个进行表面处理，则它们之间的粘附性可以显著增强。但是，处理效果有一定的限制，而且长时间户外暴露或相应的温度-湿度循环试验后，处理效果会退化，导致粘附性降低。
对此问题，本发明的解决办法是，按比绝缘薄膜106小的尺寸设置无机纤维片102。因此，粘结太阳能电池101和绝缘薄膜106的粘结层105的部分可以直接接触填充树脂103，不需中间的无机纤维片102。这给光电产生器件101提供了改进的封装效果，可以防止形成连接光电产生器件101和基片107的湿气移动通道，由此确保长时间户外工作或相应的温度-湿度循环试验后的电绝缘性能。另外，还可以防止产生的电泄漏到外面，并提供在实际应用中安全性提高的太阳能电池组件。
此外，由于弯折部位没有无机纤维片102和绝缘薄膜106，所以容易进行弯折，并可以抑制如弯折处混浊等外观缺陷的出现。
为了减少填充树脂的量，提供改进的抗划伤能力，及提供改善的不易燃性，需要用于本发明的无机纤维片102。而且，在房顶型或墙壁安装型等大尺寸太阳能电池组件的情况下，无机纤维片102对层叠时从组件中的除气非常有效。
合适的无机纤维片102可以包括各种无纺纤维布，对此没有特殊的限制。较好用丙烯酸树脂作粘合各玻璃纤维的粘合剂。最好用硅烷耦合剂对无机纤维片进行表面处理。
无机纤维片102最好有150-450μm的厚度，并包括直径为5-15μm的玻璃纤维。
填充树脂103
填充树脂103用来覆盖光电产生器件101的不平，并在如温度变化、湿度和冲击等恶劣环境条件下保护电池，确保电池101和表面薄膜104之间的粘附性。由此，需要填充树脂有抗气候性、粘附性、填充性能、耐热性能、耐冷性能、和耐冲击性能。满足这些要求的树脂的例子包括：聚烯烃类树脂，如乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、和聚乙烯丁醛树脂，尿烷树脂，硅氧烷树脂，和含氟树脂。其中，EVA有适宜用于太阳能电池的稳定特性，最好使用EVA。
没有太阳能电池101时，填充树脂103可以提供薄填充树脂部分，此处的无弹性产生区中没有无机纤维片102。包括填充树脂103但不包括无机纤维片102的薄填充树脂部分的厚度最好小于在弹性产生区中包括填充树脂103和无机纤维片102的层的厚度。希望在薄填充树脂部分弯折组件基片107。
垂直形式的填充树脂103具有较低的热形变温度，并在升高的温度下容易导致形变或蠕变，所以最好交联填充树脂，以提供增强的耐热性能。EVA通常在存在有机过氧化物的地方交联。有机过氧化物产生的自由基从树脂拉走一个氢原子或氯原子形成C-C键，从而开始与有机过氧化物交联。可以通过热分解、氧化还原分解或离子分解来激活过氧化物。通常优选热分解。有机过氧化物结构的实例可以包括：过氧化氢，二烃基(丙烯基)过氧化物，二酰基过氧化物，过氧缩酮，过氧脂，过氧碳酸酯和过氧化酮。按重量计，在100份填充或密封树脂103中使用0.5-5份有机过氧化物。
这些有机过氧化物可以和填充树脂混合，在真空中热压下实现交联和热-压键合。可以根据所用有机过氧化物的热分解特性来决定加热的温度和时间，但通常以至少分解90％所需的温度和时间，更好以分解95％所需的温度和时间加热和加压。
通常通过测量下面等式所给的胶含量来确定填充树脂的交联：
胶含量(wt.％)＝[不溶树脂重量/原始树脂重量]×100。
更具体地，在如135-145℃的沸点下，用按每g(克)填料100ml的溶剂如二甲苯萃取填料6小时，此时，只有未交联溶胶部分可以溶解，剩下不溶解的凝胶部分。由此，100％的凝胶含量意味着完全交联。萃取后剩下的样品可以回收，在如85℃下，蒸发6小时，从中蒸发出二甲表选择性回收不溶凝胶物质。可以把不溶物质的重量和原始样品的重量代入上述等式来计算凝胶含量。
为了有效防止填充树脂在升高的温度下形变，填充树脂最好含有按上述方法测量的凝胶含量的至少70％。
为了有效产生交联反应，还可以用交联剂，如三聚异氰尿酸三烯丙酯(triallyl isocyanurate)(TAIC)，通常按每100份重量的填充或密封树脂中1-5份重量的量使用。
如上具体所述的填充树脂通常有极好的耐气候特性，但为了进一步改善气候特性或保护下面的层，还可以含紫外吸收剂。紫外吸收剂可以包括已知的化合物，但从太阳能电池的工作环境来看，最好用低粘度的紫外吸收剂。其具体实例可以包括如二苯酮型、苯并三唑型、腈基丙烯酸脂型紫外吸收剂。
在添加紫外吸收剂的同时，添加光稳定剂，可以提供光稳定更好的填充树脂。典型光稳定剂实例包括：受阻胺型光稳定剂。受阻胺型光稳定剂不吸收紫外线，但当和紫外吸收剂一起使用时，表现出协同稳定效果。还可以使用其他光稳定剂，但因为它们很多都有颜色，所以不如受阻胺型光稳定剂。
上述紫外光吸收剂和光稳定剂最好分别按填充树脂的0.1-1.0wt％和0.05-1.0wt％的比例使用。
为了改进耐热特性和热处理特性，填充树脂还含抗氧化剂。抗氧化剂可以是单酚型、双酚型、聚合酚型、硫型和磷酸型。最好按填充树脂的0.05-1.0wt％的比例加入这种抗氧化剂。
当太阳能电池组件用于严酷环境时，最好增强填充树脂103与表面薄膜104和/或包括无机纤维片102的底层的粘附性。要达到此目的，使用硅烷耦合剂比较有效。硅烷耦合剂的具体实例可以包括：三氯乙烯硅烷(vinyltrichlorosilane)、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)-硅烷、乙烯三乙氧基硅烷(vinyltriethoxysilane)、乙烯三甲氧基硅烷(vinyltrimethoxysilane)、γ-甲基丙烯酢酰氧基丙氧基三甲氧基硅烷(γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane)、β-(3，4-环氧巳基)-乙基三甲氧基硅烷(ethyltrimethoxysilane)、γ-缩水甘油氧-丙基甲基二乙氧基硅烷(γ-glycidoxy-propylmethyldiethoxysilane)、N-β(氨基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷(γ-aminopropyltrimethoxysilane)、N-β(氨基)-γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷(γ-aminopropylmethyldimethoxysilane)、γ-氨基丙基-三乙氧基硅烷(γ-aminopropyltriethoxysilane)、N-苯基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷(N-phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilane)、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷(γ-mercaptopropyltrimethoxysilane)、γ-氯丙基三甲氧基硅烷(γ-chloropropyltrimethoxysilane).
按重量计，较好按100份填充树脂中0.1-3份来添加这种硅烷耦合剂，最好按0.25-1份添加。
另一方面，为了将到达光电产生器件101的光量的变弱减到最小，填充树脂103要基本透明。更具体地，对于400-800nm的可见光波长范围，要求填充树脂103至少有80％的透光度，较好有90％的透光度。另外，为了让通过大气的光容易地进入，填充树脂103较好在25℃下有1.1-2.0的折射率，最好为1.1-1.6。
填充树脂103最好用片状形式来提供，且其厚度足以提供同样平面尺寸的无机纤维片102的7-23倍的量。
有些由含如上述添加剂的EVA片来制备的太阳能电池EVA薄片已能大批量供应。市售的太阳能电池EVA薄片的实例包括Hi-Sheet Kogyo K.K.，的“SOLAR EVA”、Bridgestone K.K.的“EVASAFE WG Series”、和SpringbronLaboratories公司的“PHOTOCAP”。这些市售的EVA薄片可以插在表面薄膜和覆盖光电产生器件的无机纤维片之间，并热压，很容易地形成太阳能电池组件。
表面薄膜104
根据本发明，表面薄膜104构成本发明太阳能电池组件的最外表面层，因此需要它具有确保太阳能电池组件长时间可靠地暴露于户外的性能，包括透明度、耐气候性、耐着色性和机械强度。适合用于本发明的材料可以包括白片增强玻璃、含氟树脂薄膜或丙烯酸树脂薄膜。白片增强玻璃具有高透明度、是抗冲击树脂薄膜或丙烯酸的精制薄膜。由于白片增强玻璃有高透明度，抗冲击且不易破裂，所以已广泛用于太阳能电池组件的表面材料。
但是，最近，很多情况下要求组件轻且能弯折。此时，要用薄膜表面部件。其中，因为含氟树脂薄膜有极好的气候稳定性和抗着色性能，所以最好使用含氟树脂薄膜。含氟树脂的具体例子包括聚偏氟乙烯树脂、聚氟乙烯树脂和四氟乙烯-乙烯共聚物。聚偏氟乙烯树脂有极好的气候稳定性，四氟乙烯-乙烯共聚物在气候稳定性、机械强度和透明度上很协调。为了确保机械强度，表面薄膜应该有一定的厚度，但从生产成本来看又不应该太厚。厚度可以为20-200μm，更好为30-100μm。
为了改善与填充树脂103的粘附性，最好对表面薄膜的一面(不暴露面)进行电晕处理、等离子处理、臭氧处理、UV光辐照处理、电子束辐照处理、火焰处理(flame treatment)。其中，等离子放电处理最适合，因为该处理可以用较简单的装置进行快速处理，并对粘附性有显著改善。
粘结层105
在组件的不接收光侧使用的粘结层105可以包括和置于光接收侧的填充树脂103类似的材料。如图1A和1B所示，希望粘结层105的面积小于填充树脂103，使组件的弯折部分有较小的厚度，从而容易弯折，并改善不燃性能。
当进行光和热、户外使用或温度-湿度循环试验时，宁愿要求置于非光接收端的粘结层105不降低光电产生器件101与绝缘薄膜106和基片107之间的粘附性，而不是在进行光、加热等时光接收侧需要的不着色特性。
在用由有机聚合物覆盖且有极好气候稳定性和防锈能力的电镀钢片作为基片107时，有很差的粘附性，在长期可靠性上有问题。覆盖的有机聚合物可以包括聚烯烃类树脂，如乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、聚乙烯和丁醛树脂，尿烷树脂，硅酮树脂，和可弯折的环氧树脂粘结剂。此时，最好在聚合物层上涂粘结剂，如下所述。
所以，用于此目的的粘结剂实例包括：聚烯烃类树脂，如乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸乙酯其聚物(EEA)、和丁醛树脂，尿烷树脂，硅酮树脂，其中混有增粘剂树脂，该树脂的实例包括：苯并呋喃-茚树脂，酚醛树脂，聚戊烯树脂，二甲苯甲醛树脂，聚丁烯，松香，松香-季戊四醇酯，松香-甘油酯，氢化松香，氢化松香甲酯，氢化松香季戊四醇酯，氢化松香三甘油酯，聚合松香酯，脂族石油，脂环族石油，合成多萜，戊二烯树脂，α-蒎烯，β-蒎烯，二聚戊烯树脂，和萜烯酚树脂。
粘结层105可以有200μm以上的厚度。
绝缘薄膜106
要求绝缘薄膜106确保光电产生器件101的导电基片与外界电绝缘。设置绝缘薄膜106，使其不存在于基片的弯折部分，由此抑制在弯折部分产生应力，并防止在弯折部分出现难看的白色混浊现象。同时也能提供有改进的气候稳定性的最终组件。绝缘薄膜106最好是能确保导电基片充分电绝缘且有长时间耐热膨胀和热收缩的持久性能、并能弯折的材料。合适的薄膜材料的实例包括：尼龙、聚碳酸酯、和聚对苯二甲酸乙二酯。绝缘薄膜106的厚度较好是足以承受至少10kV的电压，如对于聚对苯二甲酸乙二酯薄膜来说膜厚为50μm以上。为了简化层叠工艺，可以使用预先制备的层叠片，其中包括绝缘薄膜106和上述层叠在绝缘薄膜106两面的粘结层105。
基片107
要求基片107确保太阳能电池组件的机械强度，并防止温度变化引起的形变或组件翘曲。更具体地，基片107最好包括钢片、塑料片或FRP(纤维增强塑料)片。特别地，用钢片基片107的组件具有极好的可加工性，如弯折性能，没有以前所用的附加框架也能形成产品。组件可以构成与房顶部件或墙壁部件成一体的太阳能电池组件。这对降低生产成本和简化生产步骤非常有利。另外，通过使用覆盖有有机聚合物树脂的钢片作基片，可以提供具有极好抗气候性和耐锈蚀性能的高可靠性太阳能电池组件。
使基片107比其他构成组件的层的面积大一些，但除了置于光接收端的填充树脂层103和最外表面的透明薄膜104外，这样便可以提供有易弯折的周围部分的太阳能电池组件。结果，所得太阳能电池组件不仅有极好的初始外观，而且即使在长时间户外使用后也没有剥离或弯折处变白，由此得到高可靠性太阳能电池组件。当需要可弯折太阳能电池组件时，基片107可以是塑料基片。
光电产生器件101
光电产生器件101可以包括如结晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池，或如铜-铟-硒化物等化合物半导体的太阳能电池，无需具体限制。图2是包括半导体光敏层(光转换部件)和透明导电层的太阳能电池的剖面图。参照图2，太阳能电池包括导电基片201、背面反射层202、半导体光敏层203、透明导电层204、收集电极205、和输出端206。
导电基片201构成太阳能电池的基片，还作为下电极。基片201可以包括如硅、钽、钼、钨、不锈钢、铝、铜、钛、碳片、镀铅钢片、或有导电层的薄膜或陶瓷。导电基片201可以有背面反射层202，背面反射层可以是金属层、金属氧化物层、或金属层与金属氧化物的叠层。金属层可以包括如Ti、Cr、Mo、W、Al、Ag或Ni。金属氧化物层可以包括如ZnO、TiO2或SnO2。可以通过如电阻加热蒸发、电子束蒸发或溅射等形成金属层和金属氧化物层。
半导体光电导层203是实现光电转换的层。层203可以包括如pn结多晶硅、pin结非晶硅，或如CuInSe2、CuInS、GaAs、CdS/Cu2S、CdS/CdTe、CdS/InP或CdTe/Cu2Te等化合物半导体。在为多晶硅时通过形成熔硅片或热处理非晶硅、对非晶硅用等离子CVD非晶硅工艺、或通过离子镀、离子束淀积、真空蒸发、溅射或电子淀积来形成半导体光敏层203。
透明导电层204作为太阳能电池的上电极，可以包括如In2O3、SnO2、In2O3-SnO2(ITO)、ZnO、TiO2、Cd2SnO4或高掺杂浓度的结晶半导体。可以用电阻加热蒸发、溅射、旋涂、CVD工艺、和杂质扩散来形成透明导电层。
为有效收集电流，透明导电层204可以有栅形收集电极205(栅)，它包括如Ti、Cr、Mo、W、Al、Ag、Ni、Cu、Sn、或如银膏等导电膏。通过掩模图形的溅射、电阻加热蒸发或CVD，用蒸发淀积形成均匀金属薄膜，接着腐蚀不需要部分以构图，用光CVD、用栅电极图形的负掩模图形电镀、或印刷导电膏来直接形成栅电极图形等皆可以形成收集电极205。导电膏通常可以包括分散于粘合剂聚合物中的银、金、铜、镍或碳的细粉末。粘合剂聚合物可以包括如聚酯、环氧树脂、丙烯酸酯、烷基树脂、聚乙烯乙酸酯、橡胶、尿烷树脂或酚醛树脂。
最后，用点焊、熔焊或用导电膏焊接如铜片等金属部件207，将引出电力的输出端206固定在导电基片201和收集电极205上。
尽管参照图2说明了简单的太阳能电池结构，但太阳能电池101可以有更复杂的结构，如为了有效地进行光电转换，一个太阳能电池结构可以包括多个(二或三个或以上)层叠的半导体光敏层。
可以串联或并联按上述方法制备的多个太阳能电池，形成太阳能电池块，由此得到所需电压和电流。此外，还可以将太阳能电池集成于绝缘基片上，以提供所需的电压和电流。
制备太阳能电池组件的工艺
下面，用上述光电产生器件101、无机纤维片102、填充树脂(层或片)103、透明表面薄膜104、粘结层105、绝缘层106和基片107，制备太阳能电池组件。
按常规太阳能电池组件的生产工艺，通常采用这样的顺序，片状填充树脂103置于光电产生器件101的两面，并将所得叠层进行热压键合。
与此不同，本发明的太阳能电池组件有图1A和1B的叠层结构。这样，堆叠结构包括按图1A的顺序或相反的顺序堆叠的光电产生器件101、无机纤维片102、填充树脂片103、表面薄膜104、粘结层105、绝缘薄膜106和基片107，将该堆叠结构在加热和加压情况下进行键合。最好采用如图1A所示的表面薄膜104在上的顺序，因为这样便可以用少量的填充树脂103充分覆盖太阳能电池101。
确定加压键合的加热温度和时间，使填充树脂103有充分的交联度。
可以适当选用实际已知的双真空喷射系统、单真空喷射系统、或旋转层叠系统来进行热压键合。较好用单真空蒸发系统进行热压键合，因为这便可以用便宜的设备容易地制备太阳能电池组件。
当基片107包括金属片时，上述层叠步骤后的组件片可以用弯折机或滚压形成机弯折其周边部分，以提供如图1B所示的弯折边缘结构为例，该结构适用于房顶部件或墙壁部件。图5A到5C是本发明的房顶部件的一些实施例。更具体地，图5A表示房顶部件500，它具有脊形啮合部分501和檐形啮合部分502，相邻一对部件的啮合部分彼此啮合。图5B表示具有啮合部分505的房顶部件，啮合部分沿固定于房顶顶层503上的固定导轨504可滑动地插入。图5C表示在两边皆有弯折啮合部分506的房顶部件(即与图1B类似的结构)，这样房顶部件邻近一对啮合部件506通过与盖507啮合而彼此固定。每个房顶部件在其光接收侧配有光电产生器件500。
减薄在弯折处的填充树脂103，可以实现更复杂的弯折形式，还可以避免如剥离和变白等外观异常。而且图1B所示的太阳能电池组件形成放置光电产生器件的突出区域，使器件不会定位于组件弯折部分的阴影中，实际应用中可以增加有效光照时间，以增加产生的电力。
应用于通风装置
图6是与房顶部件成一体的太阳能电池应用于房屋的通风装置的实例。图6中，各箭头代表气流，通过檐601进入的外部空气流入房顶602与低顶层603之间的空间604，从接近屋脊的部分605进入房屋中。沿着空气通道，设置风扇F，以使空气流动。在寒冷季节，空间604中变暖的空气进入房屋中，在炎热季节，通过排气通道604排气，以改进房顶的隔离性能。可以在楼下设置热积累装置。
与房顶部件602成一体的太阳能电池产生的电通过屋脊引入房屋中，通过转换器I转换，由负载L消耗。转换器I可以与商业用电源系统E连接。
下面参照实例说明本发明。
例1
制备具有如图2所示层叠结构的非晶硅(α-Si)太阳能电池，形成为如图3所示的太阳能电池块。所得的太阳能电池块401与图4A所示的其他部件层叠，以形成具有图4B所示剖面结构的太阳能电池组件。
首先，按下面方法制备太阳能电池。
(1)在清洁的不锈钢基片201上，用溅射依次形成500nm厚的Al层和500nm厚的ZnO层，以提供背面反射层202。
(2)根据等离子CVD工艺，串联型α-Si光电转换半导体层203具有下面叠层结构：15nm厚的n型层/400nm厚的i型层/10nm厚的p型层/10nm厚的n型层/80nm厚的i型层/10nm厚的p型层。n型α-Si层由SiH4-PH3-H2混合气体形成，i型α-Si层由SiH4-H2混合气体形成，p型微晶硅(μc)-Si层由SiH4-BF3-H2混合气形成。
(3)用电阻加热方法，在O2气氛中蒸发In，形成70nm厚的In2O3薄膜的透明导电层204。
(4)丝网印刷银膏形成收集栅电极205。
(5)用焊料207将铜片负极端子206b固定在不锈钢基片上，用焊料207将与绝缘带208层叠的正极端子206a固定在收集电极205上，从而完成太阳能电池的制备。
然后，结合图3，按以下所述方法，串联通过上述步骤(1)-(5)制备的多个太阳能电池，形成具有300mm×1200mm的外部尺寸的电池块，其中有源区厚度为150μm，收集电极部分厚度为450μm。
(6)并排排列多个太阳能电池，对于相互邻近的一对太阳能电池，一个太阳能电池的正极端子305a与另一个电池的负极端子305b借助铜片306和焊料308彼此连接。按此方式，制备包括5个串联太阳能电池的太阳能电池块。在该例中，连接置于边缘的太阳能电池输出端的铜片延伸到背侧，并从以下将说明的背侧覆盖层中形成的孔中引出来。
参照图4，按以下所述方式，将上述制备的电池块形成为层叠太阳能电池组件。
(7)电池块401夹在无机纤维片402、填充树脂片403、置于光接收侧的透明薄膜与背侧整体叠层薄膜405、置于非光接收侧的基片406之间，以形成包括如图4A所示各部件的堆叠结构。
(8)然后，在单真空腔型层叠装置中，将层叠结构置于底盘的中央部分。底盘为矩形并配有框形多孔管，该多孔管沿底盘的周围固定在上表面部分，围出放置堆叠结构的内部空间。多孔管有向内部空间和向连接到真空泵的排气口开口的孔。将堆叠结构放置在由框形多孔管围绕的在底盘上的内部空间中，使透明薄膜404位于最上面，然后用矩形硅氧烷橡胶片覆盖，该橡胶片的平面尺寸与底盘几乎相同，可以使放置堆叠结构的内部空间真空密封。
(9)然后，真空泵工作，抽空放置堆叠结构的内部空间，橡胶片朝向底盘，将堆叠结构压在底盘上。此时，内部空间的压力以76Torr/sec的速率降低。并在5Torr抽空30分钟。
(10)将载有用橡胶片覆盖的堆叠结构的底盘放入预先稳定到150℃的热气烤箱中，当底盘温度达到150℃后，在150℃保持30分钟，由此熔化和交联EVA填充树脂片403。
(11)之后，当结束抽空后，从烤箱中取出底盘，并用风扇给底盘通风冷却到40℃。然后，取出构成太阳能电池组件的层叠结构。
(12)沿基片的边缘切除延伸出基片的多余的覆盖材料，沿长度端弯折边缘。
(13)输出端预先延伸到电池块的背面，层叠后，从预先形成在基片(电镀钢片)上的引出孔引出输出端子。
这样，通过上述步骤(1)-(13)制备出该例的太阳能电池组件。
现在，补充说明用于覆盖太阳能电池块401以形成该例的太阳能电池组件的各部件402-408。
置于光接收侧的无机纤维片402包括400μm厚的无纺玻璃纤维片，该玻璃纤维片的基准重为80g/m2，包括直径为10μm的玻璃纤维，并含4.0wt％的粘合剂丙烯酸树脂。无机纤维片402每端皆大于电池块5mm。
填充树脂片403包括按重量计100份的乙烯-乙酸乙烯共聚物(乙酸乙烯酯含量为33wt％，融流速率(melt-flowrate)＝30)(填充树脂)、1.5份的2，5-二甲基-2，5-二(t-丁过氧基)己烷(交联剂)、0.3份的2-羟基-4-n-辛羟苯酮(UV吸收剂)、0.2份的三(单-壬苯基)亚磷酸酯(抗氧化剂)、和0.1份的(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯，并形成460μm厚的片。填充树脂片每端皆比电池块401大90mm。
表面透明薄膜404包括50μm厚的非拉伸乙烯-四氟乙烯薄膜，预先将其和填充树脂片403粘附的表面进行等离子处理。透明表面薄膜404每端皆比电池块大90mm。
背面整体层叠薄膜405为绝缘薄膜和粘结层的叠层。粘结层包括200μm厚的乙烯-丙烯酸乙酯层(表示为“EEA”)和25μm厚的聚乙烯层(“PE”)，绝缘薄膜为50μm厚的双轴向拉伸的聚乙烯四氟乙烯薄膜(“PET”)。按EEA/PE/PET/PE/EEA的顺序堆叠这些层以提供500μm厚的整体叠层薄膜407，其尺寸每端皆比电池块401大15mm。
基片408为400μm厚的电镀钢片(钢片镀有Al(55％)/Zn(43.4％)/Si(1.6％)合金)，其一面覆盖聚酯涂料，另一面覆盖加玻璃纤维的聚酯涂料。基片408每端皆比电池块401大80mm。
例2
除了用EVA/PET/EVA(230μm/100μm/230μm)的叠层代替背面整体叠层薄膜外，按例1的方法制备太阳能电池组件，其中EVA为与例1中置于组件光接收侧的填充树脂片403相同的填充树脂片，PET除了厚度外与例1相同。
例3
除了下面变化外，按例1相同的方法制备太阳能电池组件。
各部件的尺寸做如下变化。与电池块401相比，无机纤维片402、背面整体叠层薄膜405、基片406、填充树脂片403和透明薄膜404的每端分别大15mm、45mm、80mm、90mm。
例4
除了下面变化外，按例1相同的方法制备太阳能电池组件。
增加串联太阳能电池的数量，制备层的外部尺寸为300mm×2400mm的电池块。由于电池块尺寸的增加，很难从组件内部抽气，所以，将每端比电池块大5mm的100μm厚的无机纤维片(基准重＝20g/m2，粘结丙烯酸树脂含量＝4.0％，玻璃纤维直径＝10μm)插入电池块与背面整体叠层薄膜之间。
比较例1
除了各部件的尺寸有下面变化外，按例1相同的方法制备太阳能电池组件。
分别与电池块401相比，基片406每端大80mm，其他部件每端分别大90mm。
比较例2
除了各部件的尺寸有下面变化外，按例1相同的方法制备太阳能电池组件。
分别与电池块401相比，无机纤维片402每端大90mm，背面整体叠层薄膜405每端大15mm，基片406每端大80mm，填充树脂片403和透明薄膜404每端大90mm。
比较例3
除了各部件的尺寸有下面变化外，按例1相同的方法制备太阳能电池组件。
分别与电池块401相比，无机纤维片402每端大30mm，背面整体叠层薄膜405每端大15mm，基片406每端大80mm，填充树脂片403和透明薄膜404每端大90mm。
比较例4
除了各部件的尺寸有下面变化外，按例1相同的方法制备太阳能电池组件。
分别与电池块401相比，无机纤维片402每端大5mm，背面整体叠层薄膜405每端大90mm，基片406每端大80mm，填充树脂片403和透明薄膜404每端大90mm。
比较例5
除了用FRP(纤维增强塑料)的基片代替例1中的覆盖电镀钢片基片406外，按例1相同的方法制备太阳能电池组件。
将按上述实例和比较例制备的太阳能电池组件按下面各项进行评估，所得结果列于表1。
(1)初始外观
在制备成片状后及弯折前，立即按下面标准用肉眼评估各太阳能电池组件的外观。
A：没有任何外观缺陷。
B：有一些外观缺陷，但为实用时可接受程度。
C：抽空失效。有显著外观缺陷，如组件弯折等。
(2)弯折后的外观
在沿长度端弯折后，用肉眼评估各太阳能电池组件的外观。按两种方式弯折，即向上弯(朝光接收侧(图1B所示)弯折90度)和向下弯(朝非光接收侧弯折90度)。根据下面标准进行评估。
A：没有任何外观缺陷。
B：有一些外观缺陷，但为实用时可接受的程度。
C：有显著外观缺陷，如变白和剥离等。
(3)高温度-高湿度试验
在85℃/85％RH环境中存放各太阳能电池组件1000小时，取出后，根据下面标准用肉眼进行评估。
A：没有任何外观缺陷。
B：有一些外观缺陷，但为实用时可接受的程度。
C：有显著外观缺陷，如组件剥落、形变或弯折等。
在高温度-高湿度试验后两小时，在干高压通电试验(hi-pot)条件(干燥环境中电池与基片之间在2200伏下的漏电)和湿高压通电试验条件(将组件浸入电阻率为300ohm.cm的电解液中，太阳能电池与溶液之间加2200V时的漏电)下，对每个太阳能电池组件进行漏电测量。根据下面标准将漏电流评估结果列于表1。
A：＜1μA，
B：≥1μA但＜50μA，
C：≥50μA。
(4)温度-湿度循环试验
将每个太阳能电池组件进行100次温度-湿度循环试验，其中包括-40℃下存放1小时和85℃/85％RH下存放20小时。
循环试验后，以同样的方法，按上述高温度-高湿度试验后相同的标准，对每个太阳能电池组件的外观进行评估，在干高压通电试验(hi-pot)条件和湿高压通电试验(hi-pot)条件下测量漏电流，并进行评估。
所得各试验结果列于表1。
表1
外观(Ap)   高温-高湿试验   温度-湿度循环试验
初始  弯折后 Ap.        漏电流   Ap.         漏电流
 干高压通电试验  湿高压通电试验  干高压通电试验  湿高压通电试验
  例1   A     A   A     A     A   A     A     A
  例2   A     A   A     A     A   A     A     A
  例3     A     A   A     A     A   A     A     A
  例4     A     A   A     A     A   A     A     A
 比较例1     A     C   C     A     C   C     A     C
 比较例2     A     C*1   C     C     C   B     C     C
 比较例3     A     A   A     C     C   A     C     C
 比较例4     B     A   C     C     C   C     C     C
 比较例5     A     A*2   C     A     A   C     A     A
*1：向下弯折后比较例2的组件变白。
*2：比较例2的的组件不能弯折。
下面补充说明列于表1的上述试验结果。
(1)在高温度-高湿度试验和温度-湿度循环试验后，根据各实例的所有太阳能电池组件的漏电流小于1μA，这样便可确保充分的电绝缘性能。在制备和各试验后，每个组件有很好的外观，没有如抽空失效或剥落等缺陷。每个组件有极好的可弯折性能，所以有极好的批量生产度。每个组件还有极好的不燃性能，已发现特别适合用作安装在房顶或墙壁上的太阳能电池组件。
(2)比较例1的组件弯折后，其所有冷却部件延伸到基片边缘，导致组件剥离和变白。还有，因为在组件边缘上有玻璃纤维片，在高温度-高湿度试验和温度湿度循环试验后，在湿环境(湿高压通电试验条件)测量漏电流时，这些组件电绝缘性能明显较差。另外，因为背面粘结层也延伸到边缘上，组件容易燃烧，在燃烧试验中报废。
(3)比较例2的组件中，无纺玻璃纤维布延伸到基片边缘上，组件弯折后弯折处变白。另外，在高温度-高湿度试验和温度湿度循环试验后，这些组件电绝缘性能明显较差。
(4)比较例3的组件中，无纺玻璃纤维布比背面整体绝缘薄膜尺寸大，在和比较例1相同的高温度-高湿度试验后，有较好的外观，没有缺陷，但这些组件电绝缘性能明显较差。
(5)比较例4的组件中，背面整体叠层薄膜延伸到基片边缘上，可以推测，层叠后抽空失效，这是因为表面侧填充树脂片EVA和整体叠层薄膜的背面粘结层没有通过其间的无纺玻璃纤维布按基本面积键合的缘故。另外，由于弯折处绝缘薄膜(PET)产生应力，当高温度-高湿度试验和温度-湿度循环试验后，弯折处组件的基片与粘结层间剥落。
(6)比较例5的组件中，用FRP作基片的组件不能弯折。
因此，上述结果表明：根据本发明实例的太阳能电池组件在长时间使用时有很高的可靠性。

Claims (13)

1.太阳能电池组件，包括：基片，光电产生器件，将光电产生器件密封在基片上的填充树脂，和覆盖填充树脂的表面薄膜；其中
绝缘薄膜置于光电产生器件与基片之间，以使之位于基片的所有边缘之内，
无机纤维片置于光电产生器件与表面薄膜之间，以使之置于绝缘薄膜的所有边缘之内，
所述太阳能电池组件在具有三层叠层的部位处被弯折，该三层叠层包括表面薄膜、填充树脂和基片，所述部位处没有绝缘薄膜和无机纤维片。
2.如权利要求1的太阳能电池组件，其特征为：设置无机纤维片，以覆盖光电产生器件的整个面积。
3.如权利要求1的太阳能电池组件，其特征为：填充树脂和/或表面薄膜的面积比基片大。
4.如权利要求1的太阳能电池组件，其特征为：无机纤维片包括无纺纤维布。
5.如权利要求1的太阳能电池组件，其特征为：绝缘薄膜包括选自由聚碳酸酯、聚乙烯四氟乙烯和尼龙构成的组中的一种。
6.如权利要求1的太阳能电池组件，其特征为：粘结层插在光电产生器件与绝缘薄膜之间，和/或绝缘薄膜与基片之间，粘结层的面积小于填充树脂。
7.如权利要求1的太阳能电池组件，其特征为：所述绝缘薄膜的两个表面上有粘结层，以便在将它插入光电产生器件与基片之间以前形成整体叠层薄膜。
8.权利要求1-7任一项的太阳能电池组件用作房顶部件的应用。
9.制备太阳能电池组件的方法，包括：
顺序堆叠基片、绝缘薄膜、太阳能电池、无机纤维片、填充树脂层、和表面薄膜，以形成堆叠体，其中，所述绝缘薄膜置于基片边缘内，无机纤维片置于绝缘薄膜边缘内，
热压堆叠体，以形成有边缘的整体叠层片形状的组件，
在具有三层叠层的部位处弯折所述太阳能电池组件，该三层叠层包括表面薄膜、填充树脂和基片，所述部位处没有绝缘薄膜和无机纤维片。
10.如权利要求9的方法，其特征为：粘结层包括在堆叠体中，插在光电产生器件与绝缘薄膜之间，和/或绝缘薄膜与基片之间，粘结层的面积比填充树脂层小。
11.电力产生装置，包括太阳能电池组件和转换太阳能电池组件输出的转换器；
其中太阳能电池组件包括基片、光电产生器件、将光电产生器件密封在基片上的填充树脂、和覆盖填充树脂的表面薄膜；其中
绝缘薄膜置于光电产生器件与基片之间，以使之位于基片的所有边缘之内，
无机纤维片置于光电产生器件与表面薄膜之间，以使之置于绝缘薄膜的所有边缘之内，
所述太阳能电池组件在具有三层叠层的部位处被弯折，该三层叠层包括表面薄膜、填充树脂和基片，所述部位处没有绝缘薄膜和无机纤维片。
12.制备房顶的方法，包括：用固定装置将多个房顶部件固定在房顶顶层上，连接一对相互邻近的房顶部件；
其中每个房顶部件包括基片、光电产生器件、将光电产生器件密封在基片上的填充树脂、和覆盖填充树脂的表面薄膜；其中
绝缘薄膜置于光电产生器件与基片之间，以使之位于基片的所有边缘之内，
无机纤维片置于光电产生器件与表面薄膜之间，以使之置于绝缘薄膜的所有边缘之内，
所述太阳能电池组件在具有三层叠层的部位处被弯折，该三层叠层包括表面薄膜、填充树脂和基片，所述部位处没有绝缘薄膜和无机纤维片。
13.通风装置，包括房顶顶层和多个固定在房顶顶层上的房顶部件，以在顶层与房顶部件之间形成空间，用来将外部空气引入，将空间中的空气引入到建筑物里面的通道，和/或将空间内的空气排放到建筑物外面的通道；
其中每个房顶部件皆包括基片、光电产生器件、将光电产生器件密封在基片上的填充树脂、和覆盖填充树脂的表面薄膜；其中
绝缘薄膜置于光电产生器件与基片之间，以使之位于基片的所有边缘之内，
无机纤维片置于光电产生器件与表面薄膜之间，以使之置于绝缘薄膜的所有边缘之内，
所述太阳能电池组件在具有三层叠层的部位处被弯折，该三层叠层包括表面薄膜、填充树脂和基片，所述部位处没有绝缘薄膜和无机纤维片。
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