CN113178501A - 一种柔性光伏组件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柔性光伏组件及其制备方法，从下至上依次是正面封装薄膜、封装胶膜、太阳能电池串、封装胶膜、背板衬底，所述太阳能电池串由太阳能电池通过互联条互联而得；其中，所述太阳能电池正反两面设置有细栅线电极、与细栅线交叉的主栅线电极，以及与主栅线电极相连接的分布于太阳能电池边缘两侧的互联点；所述互联条贴合于所述互联点表面。本发明可显著改善传统焊带焊接带来应力集中、隐裂增加以及电池片柔性降低问题，提升柔性组件的弯曲率，增加柔性组件的抗机械振动性和使用可靠性，具有良好的市场应用前景。

Description

一种柔性光伏组件及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，特别涉及一种柔性光伏组件及其制备方法。
背景技术
常规太阳能电池组件是采用焊带焊接的方式，将尺寸为210cm×210cm、166cm×166cm、156.75cm×156.75cm或125cm×125cm等规格的太阳电池片正电极和负电极互连，形成具有一定电流、电压输出的发电单元装置。目前的硅太阳电池片的厚度通常在130-180μm，由于硅片本身机械强度较小，PN结和各种镀膜易受到恶劣环境的影响，为了增强太阳电池本身抵抗恶劣环境影响的能力，增加在各种环境中使用可靠性，需要对串并联的太阳电池组串进行封装保护。常用的光伏组件封装有刚性封装和柔性封装两种，刚性封装主要是采用玻璃作为封装材料，前封装材料为玻璃制备成单玻刚性组件，前后都采用玻璃封装材料制备成为双玻刚性光伏组件，这些刚性光伏组件主要应用于大型光伏电站。而柔性光伏组件封装则多采用柔性聚合物封装材料，由于组件可弯曲、重量轻等突出特点，应用范围大大增加，例如光伏建筑一体化、汽车、游艇、太阳能无人机、可穿戴能源等领域。
晶体硅太阳电池技术成熟、转换效率高、成本低廉，是光伏利用的主要电池种类，异质结晶体硅太阳电池结构对称、厚度减薄可控、减薄后具有可弯曲柔性，是柔性组件开发的一种重要电池类型。在太阳电池组件制备过程中，通常将焊带贯穿焊接于电池片的正面电极和背面电极，实现电池片的串并联，焊接温度会达到180℃-350℃，如此高的焊接温度以及焊带与硅材料的热膨胀系数差异，导致在焊带与电池片连接处产生应力集中，电池片出现隐裂或碎片，尤其在超薄晶体硅电池中更加明显。此外，焊带的厚度通常会有几百微米，超过电池片本身的厚度，焊带在电池表面的贯通焊接，减弱了电池片柔性，对于柔性组件的可弯曲性非常不利。柔性组件在一些应用场景中会出现振动现象，常规焊带受制于电池表面遮光，焊带宽度较小，电池片之间的焊带容易出现疲劳断裂的现象，因此有必要进一步加强焊带的强度。因此如何降低柔性组件电池串联的隐裂和碎片率，提升产品成品率、弯曲度和可靠性，成为高效长寿命柔性组件制备面临的一项现实问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种柔性光伏组件及其制备方法，解决了因焊带焊接导致的电池片应力集中、隐裂增加、电池片柔性降低以及焊带疲劳断裂风险大的问题。
本发明提供了一种柔性光伏组件，从下至上依次是正面封装薄膜、封装胶膜、太阳能电池串、封装胶膜、背板衬底，所述太阳能电池串由太阳能电池通过互联条互联而得；其中，所述太阳能电池正反两面设置有细栅线电极、与细栅线交叉的主栅线电极，以及与主栅线电极相连接的分布于太阳能电池边缘两侧的互联点；所述互联条贴合于所述互联点表面。
所述太阳能电池为晶体硅太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、砷化镓太阳能电池、晶体硅/钙钛矿叠层太阳能电池中的至少一种；厚度为1-130μm。
所述互联条为包覆涂层的铜带，厚度0.01-0.25mm，宽度0.2-10mm；所述涂层为锡铅、锡铅铋、锡铋银、锡铋铟合金中的至少一种，涂层厚度1-30μm。
所述细栅线电极、主栅线电极和互联点的材料为银、铜、镍、金、铝中的至少一种；互联点之间的间距为0.1-50mm，互联点厚度1-50μm。
所述细栅线电极、主栅线电极和互联点采用丝网印刷、电镀、蒸镀、磁控溅射或喷墨打印制备。
所述正面封装薄膜材料为聚四氟乙烯PTFE、乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE、透明背板中的至少一种，厚度10-500μm，在400-1200nm光波长范围内透过率>80％。
所述封装胶膜材料为乙烯醋酸乙烯共聚物EVA、乙烯-辛烯共聚物POE、热塑性聚烯烃TPO中的至少一种，厚度10-500μm。
所述背板衬底材料为聚四氟乙烯PTFE、乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE、白色背板、黑色背板、透明背板、网格透明背板中的至少一种。
所述互联条贴合于所述互联点表面可以采用焊接、导电胶粘接中的至少一种，焊接温度为150-350℃，可以采用手动焊接或机器自动焊接，导电胶粘接可以采用滴胶或丝网印刷的方式。
本发明还提供了一种柔性光伏组件的制备方法，包括：
(1)制备互联点在边缘两侧分布的太阳能电池；随后进行切割，采用互联条互联形成太阳能电池串；
(2)铺设封装材料形成堆叠物，所述堆叠物从下到上依次是玻璃支撑衬底、正面封装薄膜、封装胶膜、上述太阳能电池串、封装胶膜、背板衬底；
(3)将堆叠物放入层压机中层压，将柔性组件从玻璃支撑衬底上取下得到柔性光伏组件。
所述步骤(1)中的切割采用机械切片、激光刻蚀切片、激光无损切片中的至少一种，太阳能电池切割面为非PN结面。
所述步骤(3)中的层压温度为110-160℃，层压时间为5-60min。
有益效果
(1)本发明采用互联点分布于太阳能电池片边缘两侧，减少了互联条与太阳能电池的接触面积，采用互联条贴合于互联点表面，降低了太阳能电池应力集中，同时也能减少组件层压和使用过程中较厚互联条对电池片施压而引起的隐裂碎片风险，此外互联条仅在边缘互联点处，也减少了互联条连接对太阳能电池片可弯曲度的影响，从而达到提升柔性组件制备良品率和弯曲度的效果。
(2)本发明互联条处于太阳能电池片边缘，互联条宽度不会影响电池遮光，宽度可随意增加，解决了焊带疲劳断裂的风险，提升了柔性组件可靠性。此外这种方法还可以减少互联条使用量、提高生产效率，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明太阳能电池结构示意图；
图2为本发明太阳能电池串示意图；
图3为本发明柔性光伏组件的示意图；
其中，1-太阳能电池片、2-互联点、3-太阳能电池主栅线电极、4-太阳能电池细栅线电极、5-互联条，6-正面封装薄膜、7-封装胶膜、8-太阳能电池串、9-封装胶膜、10-背板衬底。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
本实施例提供一种柔性光伏组件的制作方法，包括以下步骤：
(1)制备互联点在两侧边缘分布的太阳能电池；
所述太阳能电池为晶体硅异质结太阳能电池，从光入射的正面到背面电池结构依次为：正面金属栅线电极、透明导电氧化物层(TCO)、N型非晶硅层(n-α-Si:H)、本征非晶硅层(i-α-Si:H)、N型晶体硅(C-Si)、本征非晶硅层(i-α-Si:H)、P型非晶硅层(p-α-Si:H)、透明导电氧化物层(TCO)、背面金属栅线电极，太阳能电池厚度为1-130μm。正背面金属栅线和互联点的制备采用丝网印刷的方式，浆料采用低温固化型Ag浆料，烘干温度130-180℃，时间1-10min，固化温度150-220℃，时间2-60min。制备的栅线和互联点图形如图1所示，主栅线与细栅线交叉，用于收集细栅线电流，两条主栅线汇集于太阳电池边缘互联点处。
(2)对太阳能电池进行切割；
所述太阳能电池进行切割采用激光无损切割方式，按照太阳能电池印刷图形将大片太阳能电池切割成条状子电池。
(3)采用互联条互联形成太阳能电池串；
采用互联条将太阳能电池进行焊接串并联，所述焊接可以采用手工焊接或红外机器焊接，焊接底板加热温度50-160℃，焊接温度150-350℃，时间1-5s。所述互联条可以为常规锡铅焊带，也可以为锡铅铋、锡铋银、锡铋铟等低温合金涂层焊带，互联条形状为扁平，互联条厚度0.01-0.25mm，宽度0.2-10mm。作为优选，电池焊接采用红外灯管机器焊接，焊接底板加热温度150℃，焊接温度200℃，时间2s，所采用的互联条为铜带包覆有锡铅铋低温合金的焊带，焊带熔点130-180℃，焊带宽度1.5mm，焊带厚度0.13mm。
(4)铺设组件封装材料形成堆叠物，所述堆叠物从下到上依次是玻璃支撑衬底、正面封装薄膜、封装胶膜、太阳能电池串、封装胶膜、背板衬底；
玻璃支撑衬底为常规光伏封装玻璃，玻璃厚度为1.8-3.2mm，用作堆叠物层压和搬运过程中的支撑；正面封装材料为聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、透明背板等透明材料中的至少一种，材料厚度10-500μm，材料在400-1200nm光波长范围内透过率>80％；封装胶膜材料包括乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-辛烯共聚物(POE)和热塑性聚烯烃(TPO)的至少一种，厚度10-500μm；背板衬底为聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、白色背板、黑色背板、透明背板或网格透明背板中的至少一种。
(5)将堆叠物放入层压机中层压
以玻璃为支撑衬底，将堆叠物放入层压机中，完成柔性组件的层压过程。层压工艺具体为:关闭层压机上盖，对组件堆叠物进行加热，温度控制在110-160℃；对上真空室和下真空室进行抽真空，抽真空时间1-10min；对上真空室进行充气，下真空室保持真空状态，使上真空室对下真空室保持40-60KPa的压差，层压时间5-60min；对上真空室进行抽真空，对下真空室进行充气至大气压，开启上盖取出组件，完成柔性组件的层压。
(6)将柔性组件从玻璃支撑衬底上取下得到柔性光伏组件。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，在步骤(3)采用互联条将太阳能电池进行导电胶粘接串并联，所述导电胶的粘接可以采用手工滴胶或丝网印刷，将导电胶涂覆于互联点上，用互联条粘接电池片正背电极互联点，实现电池面的串联。所述金属互联条可以为铜带、银涂层铜带、常规锡铅焊带、锡铅铋、锡铋银、锡铋铟等低温合金涂层焊带，互联条形状为扁平，互联条厚度0.01-0.25mm，宽度0.2-10mm。作为优选，导电胶涂覆采用丝网印刷方式，所采用的互联条为铜带包覆有锡铅合金的焊带，焊带宽度1.5mm，焊带厚度0.13mm。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于，在步骤(1)硅异质结太阳能电池从光入射的正面到背面依次为：正面金属栅线电极、透明导电氧化物(TCO)层、P型非晶硅层(p-α-Si:H)、本征非晶硅层(i-α-Si:H)、N型晶体硅(C-Si)、本征非晶硅层(i-α-Si:H)、N型非晶硅层(n-α-Si:H)、透明导电氧化物(TCO)层、背面金属栅线电极。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于，所述步骤(1)太阳能电池采用晶体硅/钙钛矿叠层太阳能电池。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于，所述步骤(1)的栅线和互联点制备方法为电镀技术，栅线和互联点材料为银、铜、镍、金、铝中的至少一种。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处在于，所述步骤(1)的栅线和互联点制备方法为蒸镀技术，栅线和互联点材料为银、铜、镍、金、铝中的至少一种。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种柔性光伏组件，从下至上依次是正面封装薄膜、封装胶膜、太阳能电池串、封装胶膜、背板衬底，其特征在于：所述太阳能电池串由太阳能电池通过互联条互联而得；其中，所述太阳能电池正反两面设置有细栅线电极、与细栅线交叉的主栅线电极，以及与主栅线电极相连接的分布于太阳能电池边缘两侧的互联点；所述互联条贴合于所述互联点表面。
2.根据权利要求1所述的柔性光伏组件，其特征在于：所述太阳能电池为晶体硅太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、砷化镓太阳能电池、晶体硅/钙钛矿叠层太阳能电池中的至少一种；厚度为1-130μm。
3.根据权利要求1所述的柔性光伏组件，其特征在于：所述互联条为包覆涂层的铜带，厚度0.01-0.25mm，宽度0.2-10mm；所述涂层为锡铅、锡铅铋、锡铋银、锡铋铟合金中的至少一种，涂层厚度1-30μm。
4.根据权利要求1所述的柔性光伏组件，其特征在于：所述细栅线电极、主栅线电极和互联点的材料为银、铜、镍、金、铝中的至少一种；互联点之间的间距为0.1-50mm，互联点厚度1-50μm。
5.根据权利要求1所述的柔性光伏组件，其特征在于：所述细栅线电极、主栅线电极和互联点采用丝网印刷、电镀、蒸镀、磁控溅射或喷墨打印制备。
6.根据权利要求1所述的柔性光伏组件，其特征在于：所述正面封装薄膜材料为聚四氟乙烯PTFE、乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE、透明背板中的至少一种，厚度10-500μm，在400-1200nm光波长范围内透过率>80％。
7.根据权利要求1所述的柔性光伏组件，其特征在于：所述封装胶膜材料为乙烯醋酸乙烯共聚物EVA、乙烯-辛烯共聚物POE、热塑性聚烯烃TPO中的至少一种，厚度10-500μm。
8.根据权利要求1所述的柔性光伏组件，其特征在于：所述背板衬底材料为聚四氟乙烯PTFE、乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE、白色背板、黑色背板、透明背板、网格透明背板中的至少一种。
9.一种柔性光伏组件的制备方法，包括：
(1)制备互联点在边缘两侧分布的太阳能电池；随后进行切割，采用互联条互联形成太阳能电池串；
(2)铺设封装材料形成堆叠物，所述堆叠物从下到上依次是玻璃支撑衬底、正面封装薄膜、封装胶膜、上述太阳能电池串、封装胶膜、背板衬底；
(3)将堆叠物放入层压机中层压，将柔性组件从玻璃支撑衬底上取下得到柔性光伏组件。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的层压温度为110-160℃，层压时间为5-60min。
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