CN110047959B - 柔性太阳能薄膜电池的封装结构、封装工装及封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性太阳能薄膜电池的封装结构、封装工装及封装方法，属于太阳能薄膜电池，解决现有太阳能薄膜电池侧面封装效果较差的问题。一种柔性太阳能薄膜电池的封装结构，封装结构为矩形，包括自上至下压紧的保护膜、结构膜、CIGS电池单元和背膜；结构膜和CIGS电池单元的大小相同；背膜的大小大于CIGS电池单元；保护膜包括主体和边部，主体与CIGS单元的大小相同，边部设置在主体的四边且与主体为一体结构，边部密封紧密覆盖结构膜和CIGS电池单元的侧面并与背膜压紧。本发明使得侧边封装的结构与保护膜形成一体结构，无需使用专门的侧边封装材料，简化了太阳能薄膜电池的封装结构。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能薄膜电池技术领域，尤其涉及一种柔性太阳能薄膜电池的封装结构、封装工装及封装方法。
背景技术
传统晶体硅太阳电池由于由硅组成，电池主要部分易碎,易产生隐形裂纹，大多有一层钢化玻璃作为防护，造成重量大，携带不便，抗震能力差，造价高，效率或多或少降低。太阳薄膜电池克服了上述缺点，具有质量小、厚度极薄(几个微米)、可弯曲、制造工艺简单等优点。
但是太阳能薄膜电池依然存在一些缺点：容易潮解。因此太阳能薄膜电池需要进行防水防尘的封装。现有的太阳能薄膜电池的封装方法为将多层膜结构层压到一起，能够实现良好的防水封装，但是侧面通常需要单独添加其他材料作为电池的侧边封装，不仅增加了封装成本，还需要单独考虑侧边封装材料与电池的相性，而且侧边封装材料的设置增加了电池侧面的粘结面，提高了漏水的风险，不利于太阳能薄膜电池的长期使用，限制了太阳能薄膜电池的使用环境。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种柔性太阳能薄膜电池的封装结构、封装工装及封装方法，用以解决现有太阳能薄膜电池侧面封装效果较差的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种柔性太阳能薄膜电池的封装结构，封装结构为矩形，包括自上至下压紧的保护膜、结构膜、CIGS电池单元和背膜；
结构膜和CIGS电池单元的大小相同；
背膜的大小大于CIGS电池单元；
保护膜包括主体和边部，主体与CIGS单元的大小相同，边部设置在主体的四边且与主体为一体结构，边部密封紧密覆盖结构膜和CIGS电池单元的侧面并与背膜压紧。
本发明的技术方案中，保护膜为ETFE膜；
结构膜为EEA膜；
背膜为双层膜，与CIGS接触的一层为DNP膜，另一层为PET膜。
本发明的技术方案中，ETFE膜的主体与EEA膜之间通过POE胶粘贴；
EEA膜与CIGS电池单元之间通过EVA胶粘贴；
CIGS电池电源与DNP膜之间通过PVB胶粘贴。
本发明的技术方案中，ETFE膜的边部与结构膜的侧面、CIGS电池单元的侧面和背膜均通过POE胶粘贴。
本发明的技术方案中，CIGS电池电源的表面电极层和背电极层分别通过导线与设置在背膜上的电池电极电连接，且导线在边部与背膜之间的连接面处布线。
本发明的技术方案中，ETFE膜、EEA膜、POE胶、EVA胶均为透明材料。
一种柔性太阳能薄膜电池封装结构的封装工装，封装工装用于加工上述技术方案中的封装结构；
封装工装包括第一工装和第二工装，第一工装和第二工装均至少设有一组平行的面，其中一面为平面，另一面设有方形的凹槽；
第一工装的凹槽的尺寸与封装结构的EEA膜、EVA胶和CIGS电池单元的尺寸相等；
第二工装的凹槽的尺寸与封装结构的整体尺寸相等。
本发明的技术方案中，封装工装的材料与层压机的压头材料相同。
一种柔性太阳能薄膜电池的封装方法，封装方法使用上述技术方案中的封装工装进行柔性太阳能薄膜电池封装；
封装方法具体为：
S1、加工CIGS电池单元；
S2、将第一工装的凹槽朝上放置，在凹槽内依次放置EEA膜、EVA胶和CIGS电池单元；
S3、将第一工装放置在层压机内，进行高温压合成整体结构；
S4、第一工装冷却至室温后，取出步骤S3压合后的整体结构；
S5、将第二工装的凹槽朝上放置，在凹槽内依次放置ETFE膜、POE胶、上一步的整体结构、PVB胶、DNP膜和PET膜，并在上一步的整体结构的侧面加入POE胶；
S6、将第二工装放置在层压机内，进行高温压合成整体结构；
S7、第二工装冷却至室温后，取出步骤S6压合后的整体结构；
S8、裁剪背膜，完成柔性太阳能薄膜电池的封装。
本发明的技术方案中，ETFE膜、POE胶、EEA膜、EVA胶、CIGS电池单元和PVB胶均通过柔性太阳能薄膜电池的预设尺寸确定尺寸；DNP膜和PET膜的尺寸大于柔性太阳能薄膜电池的预设尺寸；
步骤S5中，ETFE膜的主体与第二工装凹槽的底面紧密接触并对齐，ETFE膜的边部与第二工装凹槽的侧壁紧密接触并对齐。
本发明技术方案至少能够实现以下效果之一：
1、本发明通过在保护膜上设置边部来进行太阳能薄膜电池的侧面封装，使得侧边封装的结构与保护膜形成一体结构，无需使用专门的侧边封装材料，简化了太阳能薄膜电池的封装结构。
2、本发明优化了多层封装的结构，通过结构膜的优化以及各层夹胶的设置，提高了光透过率和电池的效率。
3、本发明设置了特殊结构(方槽)的封装工装，通过封装工装的方槽来实现太阳能薄膜电池封装结构的层压结合，并防止各层之间发生位错，保证了太阳能薄膜电池的封装质量，提高了成品率。
4、本发明还将传统的一步层压封装优化为二步层压封装，不仅能够保证太阳能薄膜电池封装结构各层之间良好的层压效果，还能保证封装结构的侧边封装效果，使得封装后的太阳能薄膜电池能够形成一个整体，进而提高光透过率和电池效率，在一定程度上防止侧边出现潮解现象，延长了太阳能薄膜电池的使用寿命，提高了太阳能薄膜电池的使用环境适应性。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例一提供的双节型CIGS电池单元的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的双节型CIGS电池单元的另一种结构示意图；
图3为本发明实施例一提供的双节型CIGS电池单元中导电导热柱的分布示意图；
图4为本发明实施例一提供的双节型CIGS电池单元中第一子层的结构示意图；
图5为本发明实施例一提供的双节型CIGS电池单元中第二子层的结构示意图；
图6为本发明实施例一提供的双节型CIGS电池单元中第一子层与形状记忆合金纤维层的位置示意图；
图7本发明实施例一提供的双节型CIGS电池单元中透明电极层的剖视图；
图8本发明实施例一提供的柔性太阳能薄膜电池的封装结构的示意图；
图9本发明实施例一提供的柔性太阳能薄膜电池的封装结构的剖视图；
图10本发明实施例二提供的封装工装的结构示意图。
附图标记：
1-基板；2-背面电极层；21-第一电极子层；22-第二电极子层；23第三电极子层；3-第一吸收层；4-缓冲层；5-第一透明电极层；6-第一子层；61-第一ITO区；62-第一IZTO区；7-第二子层；71-第二ITO区；72-第二IZTO区；8-形状记忆合金纤维层；9-透明绝缘层；10-第二透明电极层；11-第二吸收层；12-第三透明电极层；13-第一电极；14-第二电极；15-导电导热柱；16-绝缘导热柱；101-ETFE膜；102-POE胶；103-EEA膜；104-EVA胶；105-CIGS电池电源；106-PVB胶；107-DNP膜；108-PET膜。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
太阳能薄膜电池在封装时，通常设置专门的封边胶条，封边胶条环绕CIGS电池单元及相关结构来进行侧边封装，但是在设计制造时需要考虑封边胶条是否会影响到电池单元的正常使用，而且对不同的封边胶条材料需要使用不同的设备进行来进行封装，明显增加了电池封装的繁琐程度。此外，封边胶条需要同时与表层的阻水膜和背膜粘结，会存在两处环形的粘结面，增加了透水的风险，限制了太阳能薄膜电池的使用条件。本发明的核心思路在于直接使用具备阻水功能的表层阻水材料，进行侧边的封装，回避了上述问题。
实施例1
如图8和图9所示，本发明实施中，一种柔性太阳能薄膜电池的封装结构，封装结构为矩形，包括自上至下压紧的保护膜、结构膜、CIGS电池单元和背膜，通常情况下，为了方便加工，CIGS电池单元一般制作成矩形，封装的核心对象即为CIGS电池单元，所以封装结构为矩形。结构膜和CIGS电池单元的大小相同；背膜的大小大于CIGS电池单元；保护膜包括主体和边部，主体与CIGS单元的大小相同，边部设置在主体的四边且与主体为一体结构，边部密封紧密覆盖结构膜和CIGS电池单元的侧面并与背膜压紧。封装结构中，保护膜的主体、结构膜和CIGS电池单元作为主要层压封装的核心，大小需要相等；保护膜的边部用来对侧边进行封装，因此边部的宽度与对应侧边的宽度相等，边部的长度大于太阳能薄膜电池的厚度，多出的部分用来与背膜粘结，实现边部的固定和内部的封装。
本发明实施例的封装结构相当于使用保护膜同时对太阳能薄膜电池的主要光照面和侧面进行封装，无需使用专门的侧边封装材料，简化了太阳能薄膜电池的封装结构，此外，由于保护膜为一个整体，因此减少了封装结构的粘结面，能够降低封装结构透水的风险，进而延长太阳能薄膜电池的使用寿命、降低太阳能薄膜电池对使用环境的需求。
为了在保证封装结构的阻水功能的前提下，是太阳能薄膜电池获得尽量大的光电转换效率，本发明实施例中，保护膜为ETFE膜；结构膜为EEA膜；背膜为双层膜，与CIGS接触的一层为DNP膜，另一层为PET膜。
ETFE膜是一类透明的阻水薄膜，考虑到用来进行柔性封装，其结构强度明显优于PFA、FEP等常用氟树脂透明膜，虽然PCTFE膜的相关性能比ETFE膜略好，但是PCTFE膜与其他材料的相性较差，不利于层压后与结构膜的粘结，综合考虑透光性、结构强度、封装效果和阻水效果，本发明实施例中，保护膜采用ETFE膜。
EEA膜是聚烯烃膜的一类，其特点在于韧性和柔度极佳，且透光性良好，本发明实施例中，太阳能薄膜电池需要具备良好的形变性能，因此使用EEA膜作为主要提供结构性能的结构膜效果良好，对应力断裂、冲击、和弯曲疲劳有较强的抵抗力。此外，EEA膜没有腐蚀性降解产物，能够保证封装结构不会因内部降解而出现腐蚀损坏。
背膜除了要保证结构强度以外，也要具备良好的阻水性能，而且作为其他层的主要粘结对象，还要具备良好的粘结特性。DNP膜粘结剂具备良好的相性，可以保证长时间、高耐久的粘结特性，进而保证太阳能薄膜电池的耐久性。PET膜具备良好的结构强度，同时其阻水性能优异，能够在湿热、干热等较为极端环境下，依然保持原有的各项性能，因此十分适于作为背膜的外层膜使用。
除了优化了各层膜的设计以外，本发明实施例还优化了各层之间粘结剂的设计。具体的，ETFE膜的主体与EEA膜之间通过POE胶粘贴；EEA膜与CIGS电池单元之间通过EVA胶粘贴；CIGS电池电源与DNP膜之间通过PVB胶粘贴；ETFE膜的边部与结构膜的侧面、CIGS电池单元的侧面和背膜均通过POE胶粘贴。
POE胶具备良好的耐候性、耐紫外老化性能，而且粘结力和透光性较好，与本发明实施例中的材料相性良好，能够牢固稳定的粘结，具备一定的耐水性能，因此本发明实施例中，与ETFE膜的粘结都使用POE胶。
EVA胶也是一种透明粘结剂，相比与POE胶，其缺点在于水蒸汽透过率和吸水率较大，优点是成本较低。本发明实施例中，由于存在ETFE膜和POE胶来进行双层阻水，已经能够实现良好的防水效果，因此从节约成本的角度考虑EEA膜与CIGS电池单元之间通过EVA胶粘贴。
PVB胶也是光伏材料之一，透光性略逊于POE胶，成本也相对较低，考虑到背膜也需要具备良好的防水性能，同样不适于EVA胶的使用，PVB胶由于具备良好的耐候性，可以在背膜中使用，考虑到背膜无需过高的要求透光性，因此同样处于成本的考虑背膜使用PVB胶而不是POE胶。
为了保证太阳能薄膜电池能够正常使用，需要将CIGS电池单元的两个电极的电流引出，本发明实施例中，CIGS电池电源的表面电极层和背电极层分别通过导线与设置在背膜上的电池电极电连接，且导线在边部与背膜之间的连接面处布线，也就是说导线被边部和背膜夹在中间。
本发明实施例为太阳能电池，因此，光入射面的材料都需要具备良好的透光性，具体的，ETFE膜、EEA膜、POE胶、EVA胶均为透明材料。
本发明实施例中，CIGS电池单元的结构不做特殊限制，优选为双节型CIGS电池单元。
具体的，一种双节型CIGS电池单元，参见图1至图7，包括基板1以及依次层叠在基板1上的第一CIGS层、透明绝缘层9和第二CIGS层，第一CIGS层包括依次层叠在基板1上的背面电极层2、第一吸收层3、缓冲层4和第一透明电极层5，第二CIGS层包括依次层叠在透明绝缘层9上的第二透明电极层10、第二吸收层11和第三透明电极层12。其中，第一吸收层3和第二吸收层11的带隙宽度不同；第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12均采用氧化铟锌锡(IZTO)制成。
与现有技术相比，本实施例提供的双节型CIGS电池单元包括第一吸收层3和第二吸收层11，两者均采用CIGS制成，由于CIGS的光/热/湿度稳定性优于钙钛矿，从而能够提高双节型CIGS电池单元整体的工作稳定性。
此外，上述双节型CIGS电池单元采用IZTO替代常用材料ITO，由于IZTO的结构致密性优于ITO，IZTO的水汽阻隔性能高于ITO，因此，采用IZTO制成的第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12能够更好地保护对水汽敏感的缓冲层4、第一吸收层3和第二吸收层11，从而进一步提高上述双节型CIGS电池单元的工作稳定性。
为了将电流转移至外部，上述双节型CIGS电池单元还可以包括设于第一透明电极层5和透明绝缘层9之间的第一电极13以及设于第三透明电极层12上的第二电极14，也就是说，第一透明电极层5通过第一电极13将第一吸收层3中产生的电流转移至外部，第三透明电极层12通过第二电极14将第二吸收层11中产生的电流转移至外部。相比于实施例一的电极设置方式，采用本实施例的设置方式，可以减少过孔和导线的设置，且能够减少单个电极的工作负担。
值得注意的是，电极的设置会影响上述第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12的透光性，为了减少这样的影响，上述第一电极13和第二电极14的形状和尺寸可以相同，且两者位置相对应，这样能够尽量减少第一电极13和第二电极14整体的遮光面积，减少电极的设置对第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12透光性的影响。
考虑到电极在工作过程中会出现电阻发热现象，且第二电极14位于第一透明电极层5和透明绝缘层9之间，环境散热能力较差，为了提高第二电极14的散热能力，第二电极14可以通过贯穿透明绝缘层9、第二透明电极层10、第二吸收层11和第三透明电极层12的绝缘导热柱16(例如，氮化铝、氮化铍、氧化铝或氮化硅)与第一电极13接触，通过绝缘导热柱16将第二电极14散发的热量传递至相对处于外层的第一电极13，进而散发至环境中。可以理解的是，为了加工方便，节省绝缘散热材料，绝缘导热柱16的轴向可以垂直于基板1。
为了避免第二电极14散发的热量影响第一电极13，也可以在第一透明电极层5中设置多根导电导热柱15，其轴向平行于第一透明电极层5的平面，且以第二电极14的中心发散布置。这样，第二电极14散发的热量可以通过导电导热柱15散发至环境中，同时，由于多根导电导热柱15以第二电极14的中心发散布置，位于内部的第二电极14部分的导电导热柱15的分布密度较大，能够提高内部空间的散热能力。
考虑到IZTO的透光性低于ITO，为了减少IZTO对第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12均透光性的影响，上述第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12均可以为双层结构，包括第一子层6和第二子层7，其中一层含有IZTO，另一层含有ITO，也就是说，上述第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12中均同时包含IZTO和ITO，使其能够兼具IZTO良好的水汽阻隔性和ITO良好的透光性，能够在不影响第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12均透光性的基础上，提高水汽阻隔性。需要说明的是，对于第一子层6和第二子层7的相对位置，第一子层6靠近缓冲层4或者第二子层7靠近缓冲层4均可，可以根据实际情况进行调整。
对于第一子层6的结构，具体来说，其可以包括连续的第一ITO区61以及位于第一ITO区61中、呈矩阵分布的多个第一IZTO区62，同样地，第二子层7可以包括连续的第二IZTO区72以及位于第二IZTO区72中、呈矩阵分布的多个第二ITO区71，这样，从第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12均整体上来说，其同时具有IZTO结构和ITO结构，结构相对均匀，从而能够实现在不影响第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12均透光性的基础上，提高水汽阻隔性。
为了进一步提高上述双节型CIGS电池单元的透光性和水汽阻隔性，上述第一ITO区61和第二ITO区71在电池单元基板1上的投影为连续的平面，并且，第一IZTO区62和第二IZTO区72在电池单元基板1上的投影为连续的平面。也就是说，第一ITO区61与第二IZTO区72的形状和尺寸相同，位置相对应，第一IZTO区62与第二ITO区71的形状和尺寸相同，位置相对应，从而使得第一IZTO区62和第二IZTO区72能够形成一个完整的水汽阻隔性较好的膜层结构，从而一步提高上述双节型CIGS电池单元的透光性和水汽阻隔性。
为了提高上述第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12均整体的均匀性，上述第一ITO区61的面积与多个第一IZTO区62的总面积之比可以控制在1.2～1.5，同样的第二IZTO区72的面积与多个第二ITO区71的总面积之比也可以控制在1.2～1.5。
考虑到第一IZTO区62和第二ITO区71的尺寸和分布密度也会影响第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12均整体的均匀性，第一IZTO区62和第二ITO区71为正方形时，相邻两个第一IZTO区62的间隙与第一IZTO区62的边长之比可以控制在0.4～0.6，同样地，相邻两个第二ITO区71的间隙与第二ITO区71的边长之比可以可以控制在0.4～0.6。
考虑到上述CIGS电池单元需要长期暴露于外界环境中，且其自身结构较为敏感，尤其是对于第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12均，其位于CIGS电池单元的表面，长时间处于太阳光的照射，在高温或者外部撞击的情况下容易发生形变，从而影响CIGS电池单元整体的工作稳定性，因此，上述第一子层6与第二子层7之间可以设置形状记忆合金纤维层8。形状记忆合金纤维具有自诊断、自适应、自修复等功能。当第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12均在高温或者外部撞击的情况下发生形变时，形状记忆合金纤维能够促使其恢复到未变形前的原始状态，从而减小第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12均的形变量，提高上述CIGS电池单元整体的工作稳定性，延长上述CIGS电池单元的使用寿命。
需要说明的是，为了减少形状记忆合金纤维层8添加对透光性的影响，其形状可以为网格状。这样，太阳光可以通过形状记忆合金纤维层8射入CIGS电池单元的内部，仅网格线部分会对太阳光产生影响，可以尽量减少形状记忆合金纤维层8添加对透光性的影响。
示例性地，网格状形状记忆合金纤维层8的网格线可以与第一ITO区61、第二ITO区71、第一IZTO区62和第二IZTO区72的连接线重合。这是因为，由于第一ITO区61、第二ITO区71、第一IZTO区62和第二IZTO区72的连接线是四个区的连接处，考虑到加工工艺和材料的影响，此处的透光性相对较差，网格线与上述连接线重合，网格状形状记忆合金纤维层8的添加仅会影响透光性相对较差连接线部分的透光性，而不会对第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12均的其他部分产生影响，从而能够进一步减少形状记忆合金纤维层8添加对透光性的影响。
考虑到第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12均的电极在实际工作过程中存在电阻发热现象，上述第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12均中可以掺杂纳米银(Ag)颗粒，这是因为，相对于ITO和IZTO，Ag的导热系数较好，在第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12均中掺杂Ag能够提高第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12均的整体导热性，使得电极产生的热量能够更快地扩散至环境中，减少由于电阻发热造成电极损坏的情况。同时，值得注意的是，第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12均对透光性的要求较高，为了减少Ag掺杂对第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12均透光性的影响，可以采用Ag的纳米颗粒进行掺杂，纳米尺寸的Ag颗粒对光的吸收较小。
为了进一步提高上述第一透明电极层5、第二透明电极层10和第三透明电极层12均的光电性能和稳定性，其中还可以掺杂锆(Zr)。
对于背面电极层2，其中可以掺杂金属Na，从基板1至第一透明电极层5方向，背面电极层2中Na的掺杂量梯度增加，也就是说，背面电极层2可以为至少两层结构，相邻两层电极子层中，靠近第一透明电极层5的电极子层的Na掺杂量高于远离第一透明电极层5的电极子层的Na掺杂量。具体来说，多层电极子层中Na掺杂量可以以等差、等比的方式实现梯度增加。需要说明的是，在实际应用中，虽然背面电极层2的厚度较薄，但是，在背面电极层2中Na的掺杂量梯度增加的情况下，即使存放较长时间Na原子仍然无法均匀分布在背面电极层2中。这样，Na掺杂在背面电机层(Mo)层中，由于Na和Mo均属于金属，两者的相容性较好，从而能够在基本不影响背面电极层2的均匀性的基础上，实现Na的掺杂，Na从背面电极层2能够扩散到第一吸收层3，从而提高电池单元的能量转换效率。并且，由于上述CIGS电池单元的背面电极层2中掺杂的是纯金属钠，在掺杂过程中不会引入新的杂质元素，从而保证了CIGS电池单元的性能。同时，由于从基板1至第一透明电极层5方向，背面电极层2中Na的掺杂量梯度增加，在Na总掺杂量不变的情况下，相比于Na掺杂量相同的背面电极层2，本实施例提供的金属Na掺杂的CIGS电池单元，靠近第一吸收层3的电极子层中的Na掺杂量较大，从而增加了电极子层与第一吸收层3之间的Na浓度差，进而能够提高Na渗入第一吸收层3的渗入量和渗入深度，从而能够提高Na的利用率；并且，由于靠近基板1的电极子层中Na掺杂量较小，还能够降低Na渗入基板1的渗入量和渗入深度。
通常情况下，掺杂Na会在一定程度上影响背面电极层2与基板1之间的结合紧密性，从基板1至第一透明电极层5方向，背面电极层2中Na的掺杂量梯度增加，靠近基板1的电极子层中Na掺杂量较小，能够提高基板1与电极子层之间的晶格匹配性，减少两者之间的理化应力，从而能够尽量减小Na掺杂对两者之间结合紧密性造成的影响。
示例性地，背面电极层2可以为三层结构，从第一透明电极层5至基板1方向，背面电极层2依次包括第一电极子层21、第二电极子层22和第三电极子层23，第一电极子层21的Na掺杂量＞第二电极子层22的Na掺杂量＞第三电极子层23的Na掺杂量。
为了进一步提高Na渗入第一吸收层3的渗入量和渗入深度，减小Na渗入基板1的渗入量和渗入深度，第一电极子层21、第二电极子层22和第三电极子层23厚度比可以控制在2～2.5:1～1.2:2～2.5，第一电子层的Na掺杂量为也就是说，第一电极子层21和第三电极子层23的厚度大于第二电极子层22的厚度。这是因为，第一电极子层21的Na掺杂量和厚度较大，能够提供足够的Na原子渗入到第一吸收层3中，第三电极子层23的Na掺杂量和厚度较小，使得Na掺杂量较大的第三电极子层23尽量远离基板1，第三电极子层23中的Na基本上不会渗入到基板1中；同时，由于第二电极子层22的设置和Na掺杂量的不同，使得背面电极层2相当于由三种不同类型的材料组成，形成两个不同类型材料之间的界面，该界面由于扩散行为的差别能够对Na和其他杂质元素的扩散具有一定的阻隔作用，从而进一步提高Na渗入第一吸收层3的渗入量和渗入深度，减小Na渗入基板1的渗入量和渗入深度，需要说明的是，第二电极子层22的设置是为了形成阻隔界面，因此，其厚度可以较小。
实施例2
如图10所示，一种柔性太阳能薄膜电池封装结构的封装工装，封装工装用于加工实施例1中的封装结构；封装工装包括第一工装和第二工装，第一工装和第二工装均至少设有一组平行的面，其中一面为平面，另一面设有方形的凹槽；第一工装的凹槽的尺寸与封装结构的EEA膜、EVA胶和CIGS电池单元的尺寸相等；第二工装的凹槽的尺寸与封装结构的整体尺寸相等。实施例1中的封装结构，相当于使用保护膜和背膜将结构膜和CIGS电池单元包裹在内。本发明实施例中：第一工装用来完成结构膜和CIGS电池单元的层压，只包括层与层之间的层压粘结；第二工装用来完成保护膜和背膜包覆结构膜和CIGS电池单元的层压，包括层与层之间的层压粘结和边部与侧面的粘结。
本发明实施例主要用来实现实施例1的封装结构，将对应的材料按顺序放置在实施例2的材料放置在凹槽内进行层压加工，制成实施例1中的封装结构，通过封装工装的方槽来实现太阳能薄膜电池封装结构的层压结合，并防止各层之间发生位错，保证了太阳能薄膜电池的封装质量，提高了成品率。
为了不让层压后的材料粘贴在封装工装上，本发明实施例中，封装工装的材料与层压机的压头材料相同，层压机的压头通常采用不易于被层压材料粘结的材料制成，处于同样的原因，封装工装的材料与压头相同，以防止层压对象与封装工装粘结。
实施例3
一种柔性太阳能薄膜电池的封装方法，封装方法使用实施例2中的封装工装进行柔性太阳能薄膜电池封装，并制成实施例1中的封装结构；
封装方法具体为：
S1、加工CIGS电池单元，CIGS电池单元的大小应该依据设计尺寸确定，属于预设参数，同样的，ETFE膜、POE胶、EEA膜、EVA胶和PVB胶的尺寸也属于预设参数，需要根据加工目标来确定，需要说明的是，ETFE膜的边部的长度大于太阳能薄膜电池的厚度，DNP膜和PET膜的尺寸需要大于CIGS电池单元的大小，且能够让ETFE膜的边部过长的部分完全与DNP膜粘结；
S2、将第一工装的凹槽朝上放置，在凹槽内依次放置EEA膜、EVA胶和CIGS电池单元，在放入各个材料时需要将所有材料对齐，并放置在第一工装的凹槽内，保证EEA膜和CIGS电池单元能够层压形成整体结构；
S3、将第一工装放置在层压机内，进行高温压合成整体结构；
S4、第一工装冷却至室温后，取出步骤S3压合后的整体结构；
S5、将第二工装的凹槽朝上放置，在凹槽内依次放置ETFE膜、POE胶、上一步的整体结构、PVB胶、DNP膜和PET膜，ETFE膜的主体与第二工装凹槽的底面紧密接触并对齐，其他部分与ETFE膜的主体对齐；ETFE膜的边部与第二工装凹槽的侧壁紧密接触并对齐，在ETFE膜的边部的内侧加入POE胶；
S6、将第二工装放置在层压机内，进行高温压合成整体结构；
S7、第二工装冷却至室温后，取出步骤S6压合后的整体结构；
S8、裁剪背膜，将背膜裁剪成预定大小，完成柔性太阳能薄膜电池的封装。
本发明实施例将传统的一步层压封装优化为二步层压封装，不仅能够保证太阳能薄膜电池封装结构各层之间良好的层压效果，还能保证封装结构的侧边封装效果，使得封装后的太阳能薄膜电池能够形成一个整体，进而提高光透过率和电池效率，在一定程度上防止侧边出现潮解现象，延长了太阳能薄膜电池的使用寿命，提高了太阳能薄膜电池的使用环境适应性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种柔性太阳能薄膜电池的封装结构，其特征在于，所述封装结构为矩形，包括自上至下压紧的保护膜、结构膜、CIGS电池单元和背膜；
所述结构膜和CIGS电池单元的大小相同，所述结构膜为EEA膜；
所述背膜的大小大于所述CIGS电池单元；
所述保护膜包括主体和边部，所述主体与所述CIGS电池单元的大小相同，所述边部设置在所述主体的四边且与所述主体为一体结构，所述边部密封紧密覆盖所述结构膜和CIGS电池单元的侧面并与所述背膜压紧；
所述背膜为双层膜，与所述CIGS接触的一层为DNP膜，另一层为PET膜；所述背膜的大小大于密封所述侧面后的保护膜的边部；
所述CIGS电池单元为双节型CIGS电池单元，包括基板以及依次层叠在基板上的第一CIGS层、透明绝缘层和第二CIGS层，所述第一CIGS层包括依次层叠在基板上的背面电极层、第一吸收层、缓冲层和第一透明电极层，第二CIGS层包括依次层叠在透明绝缘层上的第二透明电极层、第二吸收层和第三透明电极层；
所述第一透明电极层、第二透明电极层和第三透明电极层均为双层结构，包括第一子层和第二子层，其中一层含有IZTO，另一层含有ITO；
所述第一子层包括连续的第一ITO区以及位于第一ITO区中、呈矩阵分布的多个第一IZTO区；所述第二子层包括连续的第二IZTO区以及位于第二IZTO区中、呈矩阵分布的多个第二ITO区；
所述第一子层与所述第二子层之间设有形状记忆合金纤维层，所述形状记忆合金纤维层的形状为网格状；
所述封装结构使用的封装工装包括第一工装和第二工装，所述第一工装和第二工装均至少设有一组平行的面，其中一面为平面，另一面设有方形的凹槽；
所述封装结构的封装方法为：
步骤S1、加工CIGS电池单元；
步骤S2、将第一工装的凹槽朝上放置，在凹槽内依次放置EEA膜、EVA胶和CIGS电池单元；
步骤S3、将第一工装放置在层压机内，进行高温压合成整体结构；
步骤S4、第一工装冷却至室温后，取出步骤S3压合后的整体结构；
步骤S5、将第二工装的凹槽朝上放置，在凹槽内依次放置ETFE膜、POE胶、步骤S4的整体结构、PVB胶、DNP膜和PET膜，并在步骤S4的整体结构的侧面加入POE胶；
步骤S6、将第二工装放置在层压机内，进行高温压合成整体结构；
步骤S7、第二工装冷却至室温后，取出步骤S6压合后的整体结构；
步骤S8、裁剪背膜，完成柔性太阳能薄膜电池的封装。
2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述保护膜为ETFE膜；
所述结构膜为EEA膜。
3.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于，所述ETFE膜的主体与EEA膜之间通过POE胶粘贴；
所述EEA膜与CIGS电池单元之间通过EVA胶粘贴；
所述CIGS电池电源与DNP膜之间通过PVB胶粘贴。
4.根据权利要求3所述的封装结构，其特征在于，所述ETFE膜的边部与结构膜的侧面、CIGS电池单元的侧面和背膜均通过POE胶粘贴。
5.根据权利要求4所述的封装结构，其特征在于，所述CIGS电池电源的表面电极层和背电极层分别通过导线与设置在所述背膜上的电池电极电连接，且所述导线在所述边部与背膜之间的连接面处布线。
6.根据权利要求5所述的封装结构，其特征在于，所述ETFE膜、EEA膜、POE胶、EVA胶均为透明材料。
7.根据权利要求1-6任一所述的封装结构，其特征在于，所述保护膜的边部长度大于所述封装结构总厚度的2倍。
8.一种柔性太阳能薄膜电池的封装方法，其特征在于，所述封装方法用于得到权利要求1-7任一所述的封装结构；
所述封装方法具体为：
步骤S1、加工CIGS电池单元；
步骤S2、将第一工装的凹槽朝上放置，在凹槽内依次放置EEA膜、EVA胶和CIGS电池单元；
步骤S3、将第一工装放置在层压机内，进行高温压合成整体结构；
步骤S4、第一工装冷却至室温后，取出步骤S3压合后的整体结构；
步骤S5、将第二工装的凹槽朝上放置，在凹槽内依次放置ETFE膜、POE胶、步骤S4的整体结构、PVB胶、DNP膜和PET膜，并在步骤S4的整体结构的侧面加入POE胶；
步骤S6、将第二工装放置在层压机内，进行高温压合成整体结构；
步骤S7、第二工装冷却至室温后，取出步骤S6压合后的整体结构；
步骤S8、裁剪背膜，完成柔性太阳能薄膜电池的封装。
9.根据权利要求8所述的封装方法，其特征在于，所述ETFE膜、POE胶、EEA膜、EVA胶、CIGS电池单元和PVB胶均通过柔性太阳能薄膜电池的预设尺寸确定尺寸；所述DNP膜和PET膜的尺寸大于柔性太阳能薄膜电池的预设尺寸。
10.根据权利要求9所述的封装方法，其特征在于，所述步骤S2中，将第一工装的凹槽朝上放置，在凹槽内依次放置EEA膜、EVA胶和CIGS电池单元，在放入各个材料时需要将所有材料对齐，并放置在第一工装的凹槽内。
11.根据权利要求10所述的封装方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述ETFE膜的主体与第二工装凹槽的底面紧密接触并对齐，所述ETFE膜的边部与第二工装凹槽的侧壁紧密接触并对齐。
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