CN110600579A - 制造光伏模块的方法及由此获得的光伏模块 - Google Patents

制造光伏模块的方法及由此获得的光伏模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制造光伏模块的方法及由此获得的光伏模块，该光伏模块(10)包括至少两个电连接的光伏电池(16A，16B，16C)，所述模块包括覆盖有第一导电材料(19)的层的绝缘衬底(12)。该方法包括：a)形成限定第一下电极(18A)和第二下电极(18B)的凹槽(36A，36B)；以及b)在每个下电极上形成包括上电极(22)和光活性层(24)的叠层(20)。该方法进一步包括，在步骤a)和步骤b)之间，在凹槽上形成的第一绝缘条带(42)；接下来，形成部分地覆盖所述第一绝缘条带的导电条带(46)；然后，形成部分地覆盖所述导电条带的第二绝缘条带(44)。

Description

制造光伏模块的方法及由此获得的光伏模块
技术领域
本发明涉及一种制造光伏模块的方法，该类型的光伏模块包括至少两个电连接的光伏电池，所述模块包括覆盖有第一导电材料的层的绝缘衬底；该方法包括如下步骤：a)在第一材料的层上形成限定彼此隔离的第一下电极和第二下电极的凹槽；以及b)在所述下电极中的每一个下电极上形成叠层，该叠层至少包括：由第二导电材料的层形成的上电极；以及位于下电极和上电极之间的至少一个光活性层；第一下电极和第二下电极中的每一个下电极分别形成具有相应叠层的第一光伏电池和第二光伏电池。
背景技术
光伏模块是暴露在光下发电的电子部件。这种光伏模块通常包括多个电连接的光伏电池。每个电池包括至少一种光活性材料，即，能够根据光发电的材料。这种材料例如为有机半导体。
在文献US 7,932,124和EP 2,478,559中描述了上述类型的光伏模块。这种光伏模块的每个电池由条带的叠层形成，该条带的叠层包括位于两个电极之间的光活性层，所述条带的叠层位于衬底上。
这种称为活性区域的叠层通过所谓的非活性区域分隔成相邻的活性区域。所述非活性区域允许电隔离两个相邻电池的下电极，同时将每个电池的上电极连接到相邻电池的下电极。通过形成如此串联连接的多个电池来获得光伏模块。
通常，在大规模生产方法中，叠层使用湿法制造，即，通过沉积液体制剂，然后通过形成固态来制造叠层。
光伏模块的性能尤其涉及产生尽可能窄的非活性区域，以使活性区域的尺寸最大化。光伏模块的几何填充因子(GFF)被定义为光伏电池的活性区域的面积之和与衬底的总面积之间的比率。GFF越高，光伏模块的电性能越好。特别地，获得高GFF需要掌握电连接的几何形状。
然而，制剂的流变特性和润湿特性以及衬底的物理特性对通过湿法沉积的条带产生边缘效应。在文献US 7,932,124中，形成每个电池的叠层具体的以减小的宽度制成，以便布置梯级式横向偏移。这种生产方法使得通过大规模生产方法实施更加复杂并且导致减小了活性区域的尺寸。
在文献EP 2,478,559中，首先在整个模块上均匀地制造叠层，然后在层中形成不同的凹槽以形成非活性区域。该方法需要选择性消融装置，根据不同的凹槽在非活性区域中的作用，不同的凹槽具有不同的深度。
发明内容
本发明的目的在于提出一种制造光伏模块的方法，该方法尤其可以使非活性区域的尺寸最小化并使活性区域的尺寸最大化。
为此，本发明涉及上述类型的制造方法，其中：步骤b)在步骤a)之后执行；该方法包括以下步骤：c)在第一材料的层上形成第一绝缘条带，以便覆盖凹槽的位置；所述第一绝缘条带包括相邻的朝向第一下电极的第一部分和朝向第二下电极的第二部分；然后d)在第一材料的层上形成导电条带，所述导电条带覆盖第一绝缘条带的第二部分并且不覆盖第一绝缘条带的第一部分；所述导电条带包括相邻的朝向第一下电极的第一部分和朝向第二下电极的第二部分，所述导电条带的第一部分形成相对于第一绝缘条带的突起；然后e)在第一材料的层上形成第二绝缘条带，所述第二绝缘条带覆盖导电条带的第二部分并且不覆盖导电条带的第一部分；在步骤a)和步骤b)之间至少执行步骤d)和步骤e)。此外，在步骤b)中，第一光伏电池的上电极形成为与导电条带的第一部分接触，并且第二光伏电池的上电极形成为与导电条带的第一部分远离。
根据本发明的其他有利方面，单独或根据所有技术上可能的组合，制造方法包括以下特征中的一个或多个特征：
-步骤c)在步骤a)和步骤b)之间完成，第一绝缘条带进一步被形成在凹槽中；
-第一绝缘条带和第二绝缘条带中的至少一个绝缘条带通过沉积包括电绝缘材料的第一液体制剂，然后通过形成固态的所述第一制剂制成；
-导电条带通过沉积包含导电材料的第二液体制剂，然后通过形成固态的所述第二制剂制成；
-通过形成固态的第二制剂包括加热至高于120℃的温度；
-第一绝缘条带和第二绝缘条带以及导电条带中的至少一个通过使用连续湿法的涂覆或印刷技术形成，该技术优选地选自狭缝涂覆、照相凹版印刷、柔性版印刷和旋转丝网印刷。
本发明进一步涉及衍生自或能够衍生自如上所述方法的光伏模块。
根据本发明的其他方面，单独或根据任何技术上可能的组合，光伏模块包括以下特征中的一个或多个特征：
-第一绝缘条带和第二绝缘条带以及导电条带形成具有凹槽的非活性区域，该非活性区域将两个相邻的光伏电池隔开，非活性区域的宽度介于0.30mm至1.60mm之间；
-第一绝缘条带和第二绝缘条带中的至少一个的宽度介于100μm至800μm之间；
-导电条带的宽度介于200μm至900μm之间。
附图说明
在阅读仅作为非限制性示例提供并且参考附图进行的以下描述时，将更好地理解本发明，在附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的光伏模块的截面示意图；
图2至图4示意性地示出了使用根据本发明的一个实施例的方法制造图1的光伏模块的步骤；以及
图5是图4的制造步骤的详细视图。
具体实施方式
图1是根据本发明的一个实施例的光伏模块的截面视图。
光伏模块10具体包括衬底12，该衬底12由对可见光透明的电绝缘材料的膜(特别是聚合物类型的膜)形成。衬底12具体包括基本平坦的表面14，该表面14由至少一个边缘15界定。
考虑正交基(X，Y，Z)，表面14形成平面(X，Y)。在图1中，示出了光伏模块10，其中，该光伏模块10沿Z的尺寸相对于沿X的尺寸被拉伸。
光伏模块10包括位于衬底12上的至少两个光伏电池16A、16B、16C。光伏模块10还包括位于两个光伏电池之间的至少一个电连接17A、17B。
光伏电池16A、16B、16C中的每一个光伏电池由沿Y方向纵向定位的条带的叠层形成。沿Y方向的条带长度可以高达数百米。
优选地，光伏模块10包括多个光伏电池16A、16B、16C，例如，光伏电池的数量大于三个。光伏模块10优选地包括条带形式的四个、九个或二十个光伏电池，电池的数量不限于这些值。
光伏电池16A、16B、16C基本上相同并且沿X方向相邻。相邻的电池通过电连接17A、17B进行连接。
第一光伏电池16A沿X与衬底12的边缘15相邻，所述边缘15基本上沿Y进行延伸。第二光伏电池16B位于第一光伏电池16A和第三光伏电池16C之间。所述第二电池16B通过第一电连接17A电连接到所述第一电池16A，并且通过第二电连接17B电连接到第三电池16C。
下面将同时描述第一光伏电池16A和第二光伏电池16B。图1中部分示出的第三光伏电池16C被认为与第二光伏电池16B相同。
每个光伏电池16A、16B包括与衬底12的表面14接触的下电极18A、18B。下电极18A、18B由对可见光透明的第一导电材料19的层形成。作为参考，下电极18A、18B沿X的宽度介于10mm至20mm之间并且沿Z的厚度优选地小于1μm。更优选地，所述厚度介于50nm和500nm之间。
每个光伏电池16A、16B还包括位于下电极18A、18B上的材料层的叠层20。叠层20至少包括上电极22和光活性层24。
上电极22由优选地对可见光透明的第二导电材料26的层(优选地为金属材料导电层)形成。例如，所述第二导电材料26是具有银纳米颗粒或银纳米线的基底的墨水。
位于下电极18A、18B和上电极22之间的光活性层24由光活性材料28制成。光活性材料28为半导体类型。该半导体类型优选地为有机半导体。有利地，光活性材料28包括至少一种电子施主材料(称为p材料)和至少一种电子受主材料(称为n材料)的混合物。光活性材料28例如是所述p材料和n材料在测压范围内的紧密混合物。可选地，光活性层24可以是p材料和n材料的具有层或多个层的叠层的形式的异质结。
在图1的实施例中，叠层20还包括第一界面层30和第二界面层32，该界面层起着电子传送作用或用作电极18A、18B、22和光活性层24之间的通孔。每个界面层30、32位于所述光活性层24与下电极18A、18B或上电极22中的一个电极之间。
叠层20的不同层中的每个层沿Z的厚度优选地小于10μm，更优选地小于1μm。
每个光伏电池16A、16B、16C通过非活性区域34A、34B与该相邻的光伏电池分离或者与每个相邻的光伏电池分离。例如，第一光伏电池16A和第二光伏电池16B被非活性区域34A隔开；第二光伏电池16B由非活性区域34A和34B沿X界定。
具体地，下电极18A、18B由远离非活性区域34A、34B的第一导电材料19的表面形成。所述表面限定光伏模块10的所谓的活性区域，该活性区域对应于光伏电池16A、16B、16C。
如前面所指示的，几何填充因子或GFF越高，光伏模块10的电性能越好。如下文所描述的，根据本发明的光伏模块使得可以使非活性区域的宽度最小化，以便使活性区域的尺寸对于相同的衬底尺寸最大化，并且因此优化GFS。
每个非活性区域34A、34B包括隔开两个相邻的下电极的凹槽36A、36B。例如，凹槽36A位于第一光伏电池16A的第一下电极18A和第二光伏电池16B的第二下电极18B之间；第二下电极18B位于凹槽36A和凹槽36B之间。
凹槽36A、36B的底部由电绝缘衬底12形成。因此，每个凹槽36A、36B使位于所述凹槽的一侧的下电极电绝缘。作为参考，凹槽36A、36B沿X的宽度介于20μm至50μm之间，优选地介于30μm和40μm之间。
每个非活性区域34A、34B还包括与相应的凹槽36A、36B接触的组件40。图5示出了非活性区域34A的详细视图，该非活性区域34A相对于沿X的尺寸的沿Z的尺寸的拉伸比在图1中的拉伸更小。以下对非活性区域34A的描述对于光伏模块10的其他非活性区域是有效的。
组件40包括第一电绝缘条带42和第二电绝缘条带44以及导电条带46，所述条带42、44、46沿Y延伸。
第一电绝缘条带42在第一导电材料19的层中的凹槽36A中延伸并且在所述凹槽的任一侧上延伸。所述第一电绝缘条带42包括沿X的相邻的第一部分50和第二部分52。所述第一部分50朝向第一光伏电池16A，并且第二部分52朝向第二光伏电池16B。
导电条带46在第一电绝缘条带42的第二部分52上延伸并且在第一导电材料19上延伸。相反，导电条带46远离第一电绝缘条带42的第一部分50定位。
导电条带46包括沿X的相邻的第一部分54和第二部分56，第一部分54朝向第一光伏电池16A，并且第二部分56朝向第二光伏电池16B。所述第一部分54相对于第一电绝缘条带42沿Z伸出。所述第二部分56与第一导电材料19接触。
第二电绝缘条带44在导电条带46的第二部分56上延伸并且在第一导电材料19上延伸。相反，第二电绝缘条带44远离导电条带46的第一部分54定位。
作为参考，每个电绝缘带42、44沿Z的厚度介于5μm至40μm之间，优选地介于10μm至20μm之间；并且导电条带46沿Z的厚度介于1μm至10μm之间，优选地介于2μm至5μm之间。
因此，优选地，非活性区域34A的组件40的沿X的宽度58介于0.30mm至1.60mm之间。该小宽度使得可以最大化电池16A、16B的尺寸。
更具体地，每个电绝缘条带42、44沿X的宽度60、62优选地介于100μm至800μm之间。此外，导电条带46沿X的宽度64优选地介于200μm至900μm之间。
如图1所示，形成在第一下电极18A上的叠层20的不同层沿X与非活性区域34A的第一电绝缘条带42的第一部分50接触。优选地，形成在第二下电极18B上的叠层20的至少一些层沿X与所述非活性区域34A的第二电绝缘条带44接触。
连接第一光伏电池16A和第二光伏电池16A的电连接17A包括在所述第一电池16A的上电极22和非活性区域34A的导电条带46的第一部分50之间的接合部65。因此，所述第一电池16A的上电极22通过所述导电条带46电连接到第二下电极18B。
相反，沿X的空间66(图1)被布置在非活性区域34A的导电条带46和第二光伏电池16B的上电极22之间。
此外，与衬底12的边缘15相邻的第一光伏电池16A通过非活性端部区域68与所述边缘15隔开，非活性端部区域68由沿所述边缘沿Y延伸的电绝缘条带形成。作为参考，非活性端部区域68沿Z的厚度介于10μm至20μm之间，并且沿X的宽度介于400μm至800μm之间。优选地，形成在第一下电极18A上的叠层20的至少一些层沿X与非活性端部区域68接触。
现在将基于图2至图5描述用于制造上述光伏模块10的方法：
首先(图2)，设置衬底12，该衬底覆盖有第一导电材料19的层。所述材料19例如通过对固体表面类型的涂覆沉积在衬底12的表面14上。
凹槽36A、36B具体是通过机械或激光蚀刻形成在材料19的层上。第一电绝缘条带42形成在材料19上的每个凹槽36A、36B中和所述凹槽的任一侧上(图3)。同样地，非活性端部区域68沿着边缘15形成在材料19上。
根据示出的实施例，首先形成凹槽36A、36B；然后，每个第一电绝缘条带42在相应的凹槽36A、36B中制成并位于所述凹槽的任一侧。
第一电绝缘条带42中的每一个使得可以完成相邻光伏电池之间的电绝缘。实际上，在凹槽36A、36B中形成电绝缘条带42使得可以使相邻下电极18A、18B之间的任何短路最小化。这样的短路特别是由在通过蚀刻形成凹槽期间产生的残渣引起的。
根据未示出的一个可选实施例，每个第一电绝缘条带42在为相应的凹槽36A、36B设置的位置上制成，然后每个凹槽通过激光蚀刻通过所述第一电绝缘条带42形成。
实际上，激光蚀刻不产生能够产生短路的残渣。另外，激光蚀刻系统使得可以通过绝缘条带42蚀刻材料19。实际上，绝缘条带42的材料在激光的波长下是透明的，该条带42保持完整；当来自激光射线的能量被材料19吸收时，该激光射线可以蚀刻这种材料。
因此，可以在先前形成的绝缘条带42下方蚀刻凹槽36A、36B。
在形成凹槽36A、36B和相应的第一电绝缘条带42之后，导电条带46和第二电绝缘条带44被制成，以形成对应于每个非活性区域34A、34B的组件40(图4和图5)。
优选地，第一绝缘条带42和/或非活性端部区域68通过沉积包括电绝缘材料的第一液体制剂，然后通过形成固态的所述第一制剂制成。
优选地，导电条带46和第二电绝缘条带44通过分别沉积第二液体制剂和第三液体制剂，然后通过形成固态的所述第二制剂/第三制剂制成。
第一液体制剂和/或第三液体制剂例如包括由诸如胺、丙烯酸酯、环氧化物、氨基甲酸酯、苯氧基或其组合之类的材料制备的聚合物。这些绝缘材料沉积在溶液中，或在这些绝缘材料在室温下处于液态时不存在溶剂。根据一个实施例，第一制剂和第三制剂基本相同。
第二液体制剂包括至少一种导电材料，该导电材料可以选自：导电金属和合金，特别是金、银、铜、铝、镍、钯、铂和钛；导电聚合物，诸如聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯之类；以及金属氧化物，诸如铟和氧化锡、氟化氧化锡、氧化锡、氧化锌和二氧化钛之类。第二液体制剂可选地包含溶剂。
应当注意的是，在叠层20之前制造组件40的情况下，进入第一液体制剂、第二液体制剂和第三液体制剂的组合物的任何溶剂可以选自与所述叠层20不相关(orthogonal)的溶剂。实际上，根据本发明的方法消除了在组件40的形成期间蚀刻或溶解叠层20的风险。
第一电绝缘条带42或第二电绝缘条带44或导电条带46中的至少一个使用涂层技术或湿式滚动印刷技术来制造，该技术优选地选自狭缝涂覆、照相凹版印刷、柔性版印刷和旋转丝网印刷。这些技术的精度尤其使得可以形成导电条带46以便为第一电绝缘条带42的第一部分50和第二部分52限定所需的几何形状，并且可以形成第二电绝缘条带44以便为导电条带46的第一部分54和第二部分56限定所需的几何形状。
可选地，依次沉积第二液体制剂和第三液体制剂，然后同时成为固态，以形成导电条带46和第二电绝缘条带44。
固态的第二液体制剂的形成优选地通过加热(具体的是高于120℃的温度)，或通过暴露于红外线或紫外线来完成。相同的技术可以用于形成固态的第一液体制剂和固态的第三液体制剂。可选地，所述第一液体制剂和第三液体制剂在室温下干燥或通过在120℃以下加热干燥。
接下来，材料层30、24、32、22的叠层20在每个下电极18A、18B上制造。根据多种技术，可以形成叠层20的每个层。与大规模生产兼容的制造方法优选是连续方法，例如滚动方法或卷对卷(roll-to-roll)方法。
叠层20的不同层30、24、32、22中的每个层优选地通过湿式滚动涂层技术或印刷技术，然后通过干燥该层来形成，该湿式滚动涂层技术或印刷技术尤其选自狭缝涂覆、幕涂、刮刀涂覆、照相凹版印刷、日光胶版术印刷、旋转丝网印刷和柔性版印刷。应当注意的是，在沉积光活性层24之后，理想的是不将该层暴露在高于120°的温度下，否则该层会受到损坏。因此，在叠层20之前制造非活性区域34A、34B是有利的；实际上，导电条带46的高干燥温度使得可以改善所述条带的导电性，因此降低两个相邻光伏电池之间的串联电阻。
此外，用于形成叠层20的某些技术(诸如柔性版印刷、日光胶版术、丝网印刷和狭缝涂覆)实施了包括驱动辊的机器。在该情况下，非活性区域34A、34B沿着涂覆表面的轴线Z形成物理保护。这种保护使得可以通过驱动辊和待被涂布的衬底之间的接触来限制各个涂覆层上的缺陷的形成。
特别地，对于叠层20的形成，以上指示的技术的精度使得可以在非活性区域34A的导电条带46和第二光伏电池16B的上电极22之间沿X布置空间66。因此防止了第一光伏电池16A和第二光伏电池16B之间的短路。
此外，沉积形成第一光伏电池16A的上电极22的层，以便沿X形成与非活性区域34A的导电条带46的第一部分54接合的接合部65，从而形成第一电连接17A。类似地，第二电连接17B形成在第二光伏电池16B和非活性区域34B之间。
因此获得图1的光伏模块10。

Claims (10)

1.一种制造光伏模块(10)的方法，所述光伏模块包括至少两个电连接的光伏电池(16A，16B，16C)，所述模块包括覆盖有第一导电材料(19)的层的绝缘衬底(12)；所述方法包括以下步骤：
-a)在所述第一材料的层上形成限定彼此电绝缘的第一下电极(18A)和第二下电极(18B)的凹槽(36A，36B)；以及
-b)在所述下电极的每一个下电极上形成叠层(20)，所述叠层至少包括：由第二导电材料的层形成的上电极(22)；以及位于所述下电极和所述上电极之间的光活性层(24)；所述第一下电极(18A)和所述第二下电极(18B)中的每一个下电极分别形成具有相应的叠层(20)的第一光伏电池(16A)和第二光伏电池(16B)；
所述方法的特征在于：
-步骤b)在步骤a)之后执行；
-所述方法包括以下步骤：
c)在所述第一材料的层上形成第一绝缘条带(42)，以覆盖所述凹槽(36A，36B)的位置；所述第一绝缘条带包括相邻的朝向所述第一下电极的第一部分(50)和朝向所述第二下电极的第二部分(52)；然后
d)在所述第一材料(19)的层上形成导电条带(46)，所述导电条带覆盖所述第一绝缘条带的第二部分(52)并且不覆盖所述第一绝缘条带的第一部分(50)；所述导电条带包括相邻的朝向所述第一下电极的第一部分(54)和朝向所述第二下电极的第二部分(56)，所述第一部分(54)形成相对于所述第一绝缘条带的突起；然后
e)在所述第一材料的层上形成第二绝缘条带(44)，所述第二绝缘条带覆盖所述导电条带的第二部分(56)并且不覆盖所述导电条带的第一部分(54)；
在步骤a)和步骤b)之间至少执行步骤d)和步骤e)；以及
在步骤b)中，所述第一光伏电池(16A)的上电极(22)形成为与所述导电条带的第一部分(50)接触(65)，并且所述第二光伏单元(16B)的上电极(22)形成为与所述导电条带的第一部分(50)远离(66)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤c)在步骤a)和步骤b)之间完成，所述第一绝缘条带(42)进一步被形成在所述凹槽(36A，36B)中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，第一绝缘条带(42)和第二绝缘条带(44)中的至少一个绝缘条带通过沉积包括电绝缘材料的第一液体制剂，然后通过形成固态的所述第一制剂制成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述导电条带(46)通过沉积包含导电材料的第二液体制剂，然后通过形成固态的所述第二制剂制成。
5.根据权利要求4所述的方法，所述通过形成固态的所述第二制剂包括加热至高于120℃的温度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一绝缘条带状(42)和所述第二绝缘条带状(44)以及所述导电条带状(46)中的至少一个通过使用连续湿法的涂覆或印刷技术形成，所述技术优选地选自狭缝涂覆、照相凹版印刷、柔性版印刷和旋转丝网印刷。
7.一种光伏模块(10)，所述光伏模块衍生自根据前述权利要求中任一项的方法。
8.根据权利要求7所述的光伏模块，其中，所述第一绝缘条带(42)和所述第二绝缘条带(44)以及所述导电条带(46)形成具有所述凹槽(36A，36B)的非活性区域(34A，34B)，所述非活性区域将两个相邻的光伏电池(16A，16B，16C)隔开，所述非活性区域的宽度(58)介于0.30mm至1.60mm之间。
9.根据权利要求7或8所述的光伏模块，其中，所述第一绝缘条带和第二绝缘条带(42，44)中的至少一个绝缘条带的宽度(60，62)介于100μm至800μm之间。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的光伏模块，其中，所述导电条带(46)的宽度(64)介于200μm至900μm之间。
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