CN114868260A - 用于产生无分流半透明柔性薄膜光伏模块的方法 - Google Patents

用于产生无分流半透明柔性薄膜光伏模块的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于根据模块的预定轮廓使薄膜光伏电池模块从光伏电池片成形的方法，其中所述电池片包括基于聚合物或金属箔的柔性基板和光伏堆叠，所述光伏堆叠包括布置在所述基板的前表面上的一个或多个光活性层。所述方法包括：提供所述单元片，将激光束导向所述基板的后表面；利用所述激光束在所述后表面中产生沟槽，所述沟槽根据所述轮廓成形，使得所述电池片“分割”为所述轮廓内的第一部分和所述轮廓外的第二部分；在基板的后表面上将操作工具固定到的电池片的部分之一；通过使操作工具和一个部分相对于另一个部分移动来选择性地分离部分。

Description

用于产生无分流半透明柔性薄膜光伏模块的方法
技术领域
本公开涉及一种用于根据模块预定的轮廓从光伏电池片成形薄膜光伏电池模块的方法。此外，本公开涉及一种薄膜光伏电池模块。
背景技术
通常通过在柔性载体或柔性基板上产生光伏层堆叠组成的光伏电池片来制造薄膜柔性光伏模块。在光伏层中，通过由绝缘划线和通孔划线形成填充导电材料的通孔结构和绝缘结构的图案，从而形成光伏电池或太阳能电池。还可以在图案化的光伏电池层的顶表面上形成导电栅格。
在这种情况下，通过机械或光学切割操作将光伏电池或其部分从基板选择性地移除，以产生具有预定形状的光伏模块的布局。
然而，众所周知由于载体的原始颜色或由于移除过程引起的变色，这样的选择性移除可能导致模块柔性载体的现有可见部分的不希望的颜色。此外，机械或光学切割操作可能对光伏层和/或导电顶部电极造成损坏，这导致光伏电池的分流。
为了避免这种情况，可以使用机械冲孔或冲切来移除载体的可见部分，或者可选地移除包括载体的整个光伏层堆叠，但是在这些工艺之前需要封装光伏层和顶部透明导体层。另外，必须在之后进行新的封装，以覆盖通过机械冲孔或冲模切割而切下的表面。
可选地，可以以较高的成本使用无色的柔性载体，或者可以以较低的移除光伏电池(的材料)的效率为代价，以较小的变色效果使用移除工艺。
本公开的一个目的是提供一种替代的或增强的工艺来产生光伏模块的布局。
发明内容
通过一种根据所附权利要求1的根据模块的预定轮廓使薄膜光伏电池模块从光伏电池片成形的方法来实现该目的，该光伏电池片包括柔性基板和光伏堆叠，该光伏堆叠包括布置在基板的前表面上的一个或多个光活性层。
通常，柔性基板是覆盖有绝缘涂层的聚合物箔或金属箔。
有利的是，在光伏电池片的这种柔性基板中产生沟槽，该沟槽用作切割线使得基板局部地变得机械地弱，并使得能够从基板的后侧移除包括基板的光伏堆叠。在基板的后表面将操作工具固定在光伏电池片需要移除的部分上。通过相对于剩余部分移动(或举起)工具，在产生的沟槽的位置处发生柔性基板的破裂，并且光伏电池片的固定部分与剩余部分分离。
通过从基板的后表面产生沟槽并达到小于基板厚度的预定深度，光伏层堆叠不受激光的影响。而且，激光束没有产生从前表面可见的变色，并且可以避免引起分流的损坏。
通过该方法的光伏层堆叠和基板的选择性移除还避免了产生或留下可能具有不同的不希望颜色的透明基板区域。
此外，由于产生弯曲切割线的可能性、以及柔性聚合物或金属箔的机械性能，本公开允许产生自由成形的太阳能电池。
最后，第一部分和第二部分的分离可以在光伏模块的封装之前进行，因此不增加封装处理步骤。
附图说明
在下文中将仅通过示例的方式参考附图来描述本公开，在附图中示出了本公开的示例性实施例。
图1示意性地示出了光伏电池片的立体图；
图2示意性地示出了光伏电池片的另一个立体图；
图3示意性地示出了在根据本公开的方法的第一步骤之后的光伏电池片；
图4示意性地示出了在根据本公开的方法的后续步骤期间的光伏电池片；
图5示意性地示出了根据本公开的方法产生的光伏电池片的布局的俯视图。
在附图中，相同或类似的元件由相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1示意性地示出了光伏电池片100的立体图。
作为示例，示出了作为沉积在箔或柔性基板或载体上的光伏活性层的基于CIGS(铜铟镓(二)硒化物)的光伏电池片100，以说明本公开。例如，这种光伏电池片可以以本领域已知的卷对卷工艺制造。
应当理解，根据本公开的方法还可以用于基于应用不同光伏活性层(例如钙钛矿、CIGS和钙钛矿的组合、有机光伏(OPV)、非晶薄膜硅和其它薄膜PV概念)的其它光伏层堆叠的柔性基板上的光伏电池片。
根据一个实施例，基于CIGS的电池片100包括柔性基板1，所述柔性基板1可以是包括聚酰亚胺层或聚对苯二甲酸乙二醇酯的聚合物箔，或者不同的合适的塑料层或覆盖有绝缘体涂层的金属箔。柔性基板1可具有约50μm的厚度。
在柔性基板1的前表面F上放置光伏层堆叠3。光伏层堆叠包括设置在塑料层或绝缘涂层上的底部电极层5。底部电极层5通常由钼组成。
在底部电极层5的顶部，可以存在MoSe2的阻挡层7，其与堆叠在阻挡层7上的CIGS光伏活性层9形成界面层。在CIGS层背离基板的表面上，设置有顶部电极层堆叠11，其包括Al:ZnO2层13和ZnO2层15。CdS(硫化镉)接合层17可以用在光伏活性层9和顶部电极层13、15之间。ZnO2层与CdS层相邻，Al:ZnO2层与ZnO2层相邻。
本领域的技术人员将会理解，使用例如公知的可以填充有绝缘材料或导电材料的P1、P2和P3划线(未示出)，利用绝缘线结构和导线结构对光伏层堆叠进行图案化，基板上的光伏层堆叠可以包括多个光伏电池。
本公开提供了一种根据预定形状或轮廓产生光伏电池片布局的方法。
图2示意性地示出了光伏电池片100的另一个立体图。
在图2中，从基板1的后表面R观察光伏电池片100。
根据本公开的方法，后表面以这样的方式定向，即后表面可以暴露于由激光装置(未示出)产生的激光束40。
图3示意性地示出了在根据本公开的方法的第一步骤之后的光伏电池片。
在相对于激光束定向后表面之后的后续步骤中，使用激光束40在光伏电池片的后表面R中产生一个或多个沟槽22的图案。
沟槽的图案被配置为具有与所产生的布局相对应的轮廓。
在一个实施例中，产生沟槽图案的激光束40是脉冲激光束，使用约532nm(绿色)的可见光，例如飞秒激光脉冲束。然而，在本公开中可以设想使用连续激光器、和/或除了532nm以外的波长(包括可见或IR或UV波长)。在沟槽产生工艺期间，激光束的脉冲强度可以从基板后表面水平面处的相对较高的值变化到的相对较低的值，以避免切割基板下的底部电极层。
为了产生沟槽图案，激光设备配备有光学装置或机械装置，以允许控制激光束相对于基板1的后表面R的位置。
光学装置可以包括使得能够用激光束光斑扫描过后表面R的反射镜和透镜的布置。机械装置可以包括平移台，用于调整激光束光斑在基板后表面上的相对位置。
此外，该方法包括将基板1的后表面暴露于激光束40，使得沟槽22具有小于基板厚度的预定深度23，从而在底部电极层5上留下基板材料的薄覆盖层24。以这种方式，激光束不会对底部电极层5产生开口，并且防止了底部电极层免受外部影响。
在一个实施例中，产生沟槽22的工艺包括沟槽的预定深度23至少是基板1的厚度的90％。
在另一实施例中，产生沟槽22的工艺包括沟槽的预定深度23在基板1的厚度的90％和99％之间。
为了帮助控制预定的沟槽深度，激光设备可以配备有可调节的光学器件(未示出)，用于在沟槽的产生期间调整激光束的焦点。
图4示意性地示出了在根据本公开的方法的后续步骤期间的光伏电池片100。
在该方法的下一步骤中，将操作工具(示意性地如箭头30所示)固定到基板1的后表面R的一部分110，比如说由沟槽图案产生的预定轮廓之外的光伏电池片的后表面R的外部，或者预定轮廓之内的光伏电池片的后表面R的内部。
在固定之后，操作工具30相对于后表面的原始水平面向上移动。结果，被限定为预定轮廓的一部分并且相对于周围基板材料机械地弱的沟槽22破裂，并且导致中断33，即(现在破裂的)沟槽22的位置处光伏层堆叠中的破裂。
操作工具30移除固定至操作工具的基板材料的部分110以及连接到移除部分的光伏层堆叠。光伏电池片的剩余部分120(即未由操作工具移除)具有与先前由激光束产生的沟槽22的图案相对应的形状或轮廓。
剩余部分120和移除部分110都可以用作光伏电池模块。可选地，可以利用沉积或添加TCO层来增强剩余部分120和移除部分110中的每一个，以补偿由移除部分引起的损失的电导率。
作为每个部分上的台阶，仍然可以观察到破裂的沟槽22的边缘。这种台阶包括相对于基板顶部上的光伏层堆叠的边缘突出的基板的边缘部分。台阶的宽度通常是由激光束产生的沟槽宽度的大约一半或更小。沟槽的典型宽度可以小于100μm；台阶的宽度可以在大约5μm和50μm之间。在施加封装层之后，该台阶保持可见。
取决于在移除基板材料的部分之前的光伏层堆叠的实际状态，可能需要一些额外的处理步骤以获得完整的光伏模块。另外的步骤可以包括例如模块的创建、电极结构的布置(如果还没有创建)、封装。
操作工具30可以是被配置为粘附到光伏电池片的部分110并将其移除的任何工具。
在一个实施例中，操作工具是或包括固定到外部或内部的后表面R上的胶带。
在另一个实施例中，操作工具是粘性层辊，其拾取选定的后表面的部分110。
在另一实施例中，操作工具是真空工具，其拾取选定的后表面的部分110。真空工具可以装备有过滤器以捕获被移除的部分。
在另一个实施例中，操作工具30是或包括选择性胶带，该选择性胶带通过辐射可固化粘合剂固定到待移除的光伏电池片的部分110上。通过仅在要移除的部分110的区域内的位置处将选择性胶带暴露于激光束辐射来局部地引发固化。
或者，操作工具可包括网，使得可将待移除的部分激光焊接到网上，以进行受控的选择性移除。
此外，可以通过使用相应形状的印模或压缩的空气流沿着由激光束产生的弱化沟槽的图案冲压来执行激光图案化部分的移除。
应当理解，在可选实施例中，在柔性基板的后表面上通过激光束产生沟槽可以在柔性基板的前表面上产生或沉积光伏堆叠之前进行。在这样的实施例中，作为选择，柔性基板的后表面可以布置在辅助载体上，该辅助载体在光伏堆叠的产生或沉积期间用作支撑，并且随后用作操作工具。
图5示意性地示出了根据本公开的方法制造的光伏电池片100的示例性布局的俯视图。
根据本公开的方法允许在光伏电池片中产生任何类型的轮廓125。在俯视图中，利用以本领域公知的卷到卷工艺制造的光伏电池片100的边界的标记130示出了虚线轮廓127。剩余部分被示为虚线区域，被移除的部分由敞开的细长区域135表示。
或者，细长区域135可以以矩形、圆形、椭圆形或其它规则(不规则)形状的形式存在。细长区域135可以位于邻近光伏电池片的剩余部分的片的边界处，但是可选地或另外地也可以作为剩余部分内的开口。如果需要，可以在光伏电池片的分开的剩余部分之间设置桥接部分140，以在剩余部分之间形成互连，从而形成更大的光伏电池模块。
光伏电池片中的开口区域的形状仅受到激光束产生图案的能力的限制。该方法允许创建多种不同的布局。
本领域技术人员将理解，本公开也可应用于薄膜串联太阳能电池的情况，其中两个或更多个光伏堆叠形成在彼此的顶部，并且其中一个光伏堆叠中的光伏层不同于其它光伏堆叠中的光伏层，使得一个光伏堆叠吸收与其它光伏堆叠不同波长范围内的辐射：例如CIGS基光伏堆叠与钙钛矿基光伏堆叠组合或者第一OPV堆叠与不同的第二OPV堆叠组合。
在前面的描述中，已经参考本公开的特定实施例描述了本公开。对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离如所附权利要求中概括的本公开的范围的情况下，可以进行各种修改和改变。
此外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以进行修改以使特定的结构或材料适应本公开的教导。因此，本公开不限于所公开的特定实施例，而是本公开将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例和等同物。

Claims (15)

1.一种用于根据薄膜光伏电池模块的预定轮廓从光伏电池片成形所述薄膜光伏电池模块的方法，所述光伏电池片包括柔性基板和光伏堆叠，所述光伏堆叠包括布置在所述基板的前表面上的一个或多个光活性层，所述方法包括：
提供覆盖有绝缘涂层的聚合物箔或金属箔作为所述柔性基板；
在所述柔性基板上产生所述光伏堆叠，以形成所述光伏电池片；
提供用于产生激光束的激光源；
将所述激光束布置成使得所述激光束朝向所述柔性基板的后表面；
通过所述激光束在所述柔性基板的所述后表面中产生沟槽，其中所述沟槽根据所述预定轮廓成形，使得所述光伏电池片分割为在所述轮廓内的第一部分和在所述轮廓外的第二部分，并且其中所述沟槽具有小于所述柔性基板的厚度的预定深度；
在所述基板的所述后表面上将操作工具固定到所述光伏电池片的所述第一部分或所述第二部分；
通过相对于未固定到所述操作工具的部分移动所述操作工具和所固定的部分，在所述沟槽的位置处使所述柔性基板破裂，以选择性地将所述第二部分与所述第一部分分离。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在通过所述激光束在所述基板的后表面中产生所述沟槽之后，在所述柔性基板上产生所述光伏堆叠以形成所述光伏电池片。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，相对于所述第一部分的后表面的水平面，在垂直于所述后表面的方向上移动所述操作工具。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述激光束被配置为产生具有所述基板的厚度的至少90％的深度的沟槽。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述操作工具是固定到所述第二部分的所述后表面的胶带。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述操作工具是粘性层辊或真空工具。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述操作工具是通过辐射可固化粘合剂选择性地固定到所述第二部分或所述第一部分的胶带，并且其中所述方法包括所述激光束在所述第二部分或所述第一部分中的一个或多个位置处照射并固化所述选择性胶带。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述方法包括通过使用激光束将所固定的胶带激光焊接到所述第二部分的所述后表面上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过脉冲激光束在所述基板的所述后表面中形成所述沟槽。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述方法包括：所述脉冲激光束的脉冲强度随着所述沟槽的深度的增加而减小。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：在分离所述第一部分和所述第二部分之后，将透明导电氧化物TCO层沉积在布置在所述基板的所述第一部分上的光伏堆叠上。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一部分包括通过所述光伏堆叠的桥接部分电连接的至少两个分离的部分。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述光伏堆叠包括作为光伏层的选自CIGS、钙钛矿、OPV和薄膜非晶硅的层，或者所述光伏堆叠是包括至少两个光伏层堆叠的串联太阳能电池，每个光伏层堆叠包括选自CIGS、钙钛矿、OPV和薄膜非晶硅的光伏层，并且其中在所述至少的光伏层堆叠中所选的光伏层彼此不同。
14.根据权利要求1-13中任一项从光伏电池片制造的具有预定轮廓的薄膜光伏电池模块，其中所述光伏电池片包括柔性基板和光伏堆叠，所述光伏堆叠包括布置在所述柔性基板的前表面上的一个或多个光活性层，其中所述薄膜光伏电池模块的至少一个边缘包括所述柔性基板的边缘部分相对于所述光伏堆叠的边缘突出的台阶。
15.根据权利要求14所述的薄膜光伏电池模块，其中所述柔性基板是选自包括聚合物箔或金属箔的组中的一个。
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