CN1540771A - 太阳能电池模块和太阳能电池模块阵列 - Google Patents
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Abstract
提供一种太阳能电池模块和太阳能电池模块阵列。该太阳能电池模块至少包括：太阳能电池元件和在最表面上配置的覆盖上述太阳能电池元件的光入射面侧的表面部件，且上述表面部件由其光入射面被放电处理过的氟化物聚合物膜构成。由此，即使在屋外长期设置也不容易被污染，结果可以抑制因污物导致的入射光减少造成的输出下降。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池模块，尤其涉及用氟化物聚合物膜覆盖光入射面的太阳能电池模块和使用它的太阳能电池模块阵列。
背景技术
太阳能电池有各种形态。作为代表，有晶体硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、薄膜晶体太阳能电池、微晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、铜铟硒化物太阳能电池、化合物半导体太阳能电池等。其中，薄膜晶体硅太阳能电池、微晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、铜铟硒化物太阳能电池等的薄膜系列太阳能电池由于具有可以用比较低的成本实现大面积化，而且使用原料少的优点，所以最近正在从各方面进行活泼的开发。
这些薄膜系列太阳能电池在玻璃、陶瓷、不锈钢、树脂膜等的基板上形成，但作为基板使用不锈钢或树脂膜时，可以成为轻质、耐冲击性和柔性好的太阳能电池模块。但是，与在玻璃基板上淀积半导体光活性层，以玻璃基板侧作为光入射面的场合不同，必须用透明的覆盖材料覆盖光入射面侧表面，保护太阳能电池。为此，迄今为止已提出了通过使用作为表面部件的氟树脂膜等的透明的氟化物聚合物膜和在其内侧的作为密封材料的各种热塑性透明有机树脂，而生成了薄膜系列的太阳能电池的特征、轻质且具有表面部件柔性的太阳能电池模块。作为使用这些材料的理由，可举出1)氟化物聚合物具有良好的耐气候性和疏水性，可以减少因树脂劣化造成的黄变、白浊或表面污物导致的光透过率减少引起的太阳能电池模块的输出降低；2)热塑性透明树脂廉价，可以作为用来保护内部的光电元件的密封材料大量使用。另外，在太阳能电池元件上一般要设置用来有效地取出发出的电力的各种集电电极，和用来使元件之间串联化或并联化的金属部件，通过用热塑性透明有机树脂密封这样的电极和金属部件等的安装部件，具有填埋元件表面上的凹凸，使覆盖材料表面平滑化的效果。
但是，发现用氟化物聚合物膜覆盖的现有的太阳能电池模块的表面与预想的相反，更容易被污染。作为其理由，考虑是1)由于疏水性强，雨水难以浸润表面，曾经沾上的污物难以被雨水冲洗掉，2)雨水以水滴状残留在表面上，如果以这样的状态干燥，在雨水中包含的砂埃等的污物被浓缩，在模块表面上残留下斑点状的污物。
针对这样的问题，象日本专利特开平9-83005号公报、特开2000-31509号公报中公开的那样，迄今已进行了如下尝试，即，作为太阳能电池模块的表面部件使用表面上设置了氧化钛等的光催化剂层的膜，利用光催化剂层作用分解污物，并通过使表面超亲水化，用雨水简单地冲洗污物，从而抑制污物导致的输出的降低。但是，此时，由于光催化剂层会把作为基材的膜分解，光催化剂层会从膜上剥落，而且设置光催化剂层的成本高等理由，使得难以采用。
另外，象特开2001-177130号公报、特开2002-270866号会报公开的那样，提出了在太阳能电池模块表面上设置包含有机硅酸盐的膜，涂敷包含作为主成分的硅油的防污剂，提高耐污染性的方案，但把它适用于氟化物聚合物膜时，由于与防污膜或防污剂的膜的结合力弱，得不到足够的耐久性，防污处理需要一定成本等的理由而难以实现。
而且，在特开平11-298030号公报、特开2001-358346号公报中提出了通过规定光入射面的表面粗糙度，使污物难以滑动的太阳能电池用覆盖玻璃，但即使在氟化物聚合物膜上设置表面凹凸纹理也不能取得效果。
发明内容
本发明正是鉴于这些问题而提出的。为此，希望以低成本提供即使在屋外长期设置也难以被污染，结果可以抑制起因于污物造成的入射光减少的输出下降的太阳能电池模块。
即，本发明的一种太阳能电池模块，其特征在于至少包括：太阳能电池元件、和在最表面上配置的覆盖上述太阳能电池元件的光入射面侧的表面部件，且上述表面部件由其光入射面被放电处理过的氟化物聚合物膜构成。
根据本发明，可以以低成本提供即使在屋外长期设置也难以被污染，结果可以抑制起因于污物造成的入射光减少的输出下降的太阳能电池模块。
在本发明中，通过使上述放电处理是在至少包含不活泼气体和二氧化碳的混合气体中进行的放电处理，可以使防污效果长期保持。
而且，通过在上述氟化物聚合物膜的光入射面上形成有凹凸纹理，可以进一步抑制污物。
而且，通过使上述凹凸纹理的算术平均高度Ra为0.5～3μm，最大高度Rz为5-20μm，可以同时实现防污性和防眩目性。
而且，通过使上述氟化物聚合物膜的光入射面与水的表面接触角为75～95°，可以不降低膜的机械强度地实现防污性。
而且，通过使上述氟化物聚合物膜是乙烯-四氟乙烯共聚物，可以通过放电处理获得大的防污效果。
而且，通过以小于等于20°的倾斜角设置多个上述的太阳能电池模块而获得太阳能电池模块阵列，可以大幅度改善现有的因污物导致的输出显著下降的、以20℃以下的设置角设置的太阳能电池模块阵列中的污物导致的输出下降。
从下面的结合附图的描述本发明的其它特性和优点会更加显而易见。
附图说明
图1A是根据本发明的太阳能电池模块的一实施方式的概略平面图，图1B是沿图1A中的线1B-1B的概略剖面图；
图2A是实施例1的太阳能电池模块的概略平面图，图2B是沿图2A中的线2B-2B的概略剖面图；
图3是图2A、2B的太阳能电池模块的二极管安装部的放大图。
具体实施方式
图1A、1B展示了本发明的太阳能电池模块的概略结构图。图1A、1B中，1是太阳能电池元件，2是在太阳能电池元件1的受光面侧配置的由氟化物聚合物膜构成的表面部件，3是在太阳能电池元件1的非受光面侧配置的背面部件，4是在表面部件2、背面部件3的内侧配置的密封材料，5是汇流条(bus bar)电极，6是集电极。来自外部的光从最表面的表面部件2入射到达太阳能电池元件1，由输出端子(未图示)把产生的电动势取到外部。
本发明中作为表面部件2的氟化物聚合物膜，只要是由以氟原子作为其构成要素的聚合物成型为膜状的，就没有特别的限定，但作为氟化物聚合物膜，可举出例如：聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、乙烯-四氟乙烯系共聚物(ETFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、三氟氯乙烯-乙烯系共聚物(ECTFE)、全氟(烷基乙烯醚)-四氟乙烯系共聚物(PFA)、六氟丙烯-四氟乙烯系共聚物(PEP)、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯系共聚物，或它们的两种以上混合的物质。其中，从耐气候性和机械强度兼顾且透明性好的观点出发，ETFE在用作太阳能电池模块的表面部件时是优秀的，所以优选使用。而且，通过放电处理在膜表面上容易形成反应物也是选择ETFE的理由之一。
在本发明中使用的ETFE等的共聚物中也包含共聚有其它共聚单体的共聚物。作为其它共聚单体，可举出氟烯烃、其它烯烃、乙烯系单体等。
本发明中，对表面部件2的光入射面进行放电处理。作为放电处理的方法，可以使用电晕放电处理等离子体放电处理、辉光放电处理等。每一个都是通过在气体气氛中对膜的处理面曝光，在电极间施加高频电压而产生的电晕放电、等离子体放电、或辉光放电进行处理的。
作为在放电处理中使用的气氛气体，优选地，从氧气、氮气、二氧化碳、丙酮气等具有C＝O键的反应性化合物气体、氦、氖、氩、氪、氙、氡等的不活泼气体、乙烯气体和丙烯气等具有双键的聚合性不饱和化合物气体等中选择的两种以上。尤其是，通过成为至少包含不活泼气体和二氧化碳的混合气体，可以提高在膜表面上生成的反应物的耐久性，即使在屋外暴露也也可以长期保持处理的效果，所以是更优选的。
另外，优选地，进行使表面部件2的表面和水的接触角为75～95°的放电处理。如果接触角大于95°，可能不能充分表现处理的效果。如果接触角小于75°，可能处理层太厚，产生膜的机械强度下降等的问题。
优选地，在表面部件2的光入射面上设置凹凸纹理。在放电处理之前设置凹凸纹理也可以。为了设置凹凸纹理，可以使用例如：1)从狭缝挤出溶融的氟化物聚合物膜成型为膜时，挤出后，挤压到在表面上形成了不规则凹凸形状的冷却辊，在膜表面上转印凹凸纹理的方法；2)喷砂法等。
通过使凹凸纹理的形状为算术平均高度Ra为0.5～30μm，最大高度Rz为5～20μm，可以以高维度同时实现防眩目性和防污性，是优选的。如果Ra小于0.5μm或大于3.0μm则防眩目性不充分，而且在早晚等太阳光的入射角小时表面的反射损失大，太阳能电池模块的发光量可能下降。另一方面，如果Rz小于5μm，可能不能充分地提高防污性，而如果大于20μm，砂埃等的污物可能容易滑到凹凸的谷底。
通过在表面部件2上设置凹凸纹理，无需使用在现有的太阳能电池模块的层叠中使用的浮雕形成部件。由于还存在在浮雕形成部件的表面上粘附在层叠工序中流出的密封材料的场合，必须定期地维护，但通过象本发明那样事先设置凹凸纹理，可以削减这样的工序。
而且，优选地，凹凸纹理是表面和背面上的纹理无相关性。表面和背面的纹理无相关性是为了进一步提高防眩目性。另外，也可以只在表面上设置在凹凸纹理，背面是镜面。
下面，说明构成太阳能电池模块的各部件。
作为太阳能电池元件1，可以根据目的选择使用各种晶体硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、薄膜晶体太阳能电池、微晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、铜铟硒化物太阳能电池、化合物半导体太阳能电池等的现有公知的元件。这些太阳能电池元件根据所希望的电压或电流将多个串联或并联连接。另外，与此不同地，也可以在绝缘化的基板上集成太阳能电池元件，获得所希望的电压或电流。而且，为了防止向元件施加逆偏压，根据需要也进行在元件上连接旁通二极管。
密封材料4为了覆盖太阳能电池元件1，使元件免受温度变化、湿度、冲击等的过于严酷的外部环境的损害，且确保表面部件2或背面部件3与元件的接合而使用。作为这样的材料，可举出乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)树脂、乙烯-甲基丙烯酸共聚物(EMA)树脂、乙烯-乙基丙烯酸共聚物(EEA)树脂、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物(EMAA)树脂、离子键树脂、聚丁二烯树脂等，但其中EVA树脂具有耐气候性、接合性、填充性、耐热性、耐寒性、耐冲击性等作为太阳能电池用途均衡了的物理性质，所以适合采用。但是，由于在这样的状态下热变形温度低，使得在高温使用条件下容易变形和呈现皱曲，所以希望进行交联而提高耐热性。
背面部件3为了保护太阳能电池元件1，防止湿气侵入，确保与外部的电绝缘而使用。作为材料，可确保足够的电绝缘性、且长期耐久性优良、耐热膨胀热收缩的材料是优选的。作为适合采用的材料，可举出聚氟乙烯膜、尼龙膜、聚对苯二甲酸乙二酯膜、玻璃板等。
也可以在背面部件3的外侧再贴附用来机械补强的补强板。例如，可以是金属板、纤维强化塑料(FRP)板、陶瓷板等，也可以是在建材一体型太阳能电池模块中用建材兼作该补强板。
下面，说明使用上述的表面部件2、太阳能电池元件1、密封材料4、背面部件3制作太阳能电池模块的方法。
首先，在太阳能电池元件1的两面上配置成型为薄片状的密封材料4，再在其外侧上分别配置表面部件2和背面部件3作为光入射面侧和背面侧而成为叠层体。通过在减压环境下用真空叠层机将其加热压接，可获得太阳能电池模块。此外，即使用辊叠层工艺也能制作。
在屋外的架台上设置本发明的太阳能电池模块而成太阳能电池模块阵列时，其设置倾斜角优选为小于等于20°。原因是，设置倾斜角在小于等于20°时，太阳能电池模块光入射面容易污染，通过实施本发明可以获得显著的防污效果。因此，通过在例如具有行状分布曲线的设置架台和低纬度地域的设置架台等以低倾斜角设置的太阳能电池模块阵列中使用本发明的太阳能电池模块，可以期待大的效果。
下面，基于实施例详细地说明本发明。
<实施例1>
下面，用图2A、2B说明用在导电性基板上依次形成背面反射层、半导体光活性层、透明电极层，并在透明电极层上具有梳形的集电电极和与其连接的汇流条电极的非晶硅太阳能电池(太阳能电池元件)制作根据本发明的实施例1的太阳能电池模块的方法。
把多个太阳能电池元件1串联连接，在串联连接的太阳能电池元件串联体的一个串联端的太阳能电池元件上设置的汇流条电极5和在另一个串联端的太阳能电池元件的导电性基板上安装由铜箔构成的输出取出电极12。并为了防止向元件施加逆偏压，在太阳能电池元件1上用铜箔8安装旁通二极管7。旁通二极管7与各元件或多个元件的串联连接体并联连接，但在本实施例中是在两个太阳能电池元件1串联连接得到的连接体上安装1个二极管7。图3是二极管安装部分的放大图，但是在相邻的太阳能电池元件1的各汇流条电极5和作为汇流条电极5的对极的太阳能电池元件1的导电性基板上，用锡焊11连接与旁通二极管7连接的铜箔8。另外，考虑到后述的密封材料4的密封性，在此使用的旁通二极管7采用薄型小型封装的表面安装用肖特基阻挡二极管。
下面，说明用来密封太阳能电池元件串联体的覆盖材料。
在表面部件2上使用在两面设置了凹凸纹理的平均厚度25μm的乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)膜。在凹凸纹理挤压成型后立即使膜通过浮雕辊之间而设置。设置的凹凸纹理的算术平均高度Ra为1.4～2.0μm，最大高度Rz为8～13μm。
在包含氩气和二氧化碳的混合气体中对设置了凹凸纹理的膜的两面进行放电处理。结果，使膜表面的水的表面接触角为约8°。
然后，在用作背面部件3的厚100μm的聚酯膜上依次层叠作为太阳能电池密封材料树脂的由EVA树脂构成的厚0.4mm的薄板(密封材料4)、太阳能电池元件串联体、厚0.4mm的EVA树脂薄板(密封材料4)、上述的ETFE膜(表面部件2)，通过用真空层叠机加热压接，密封太阳能电池元件。
此处使用的EVA树脂薄板是作为太阳能电池的密封材料广泛使用的，是以EVA树脂树脂(醋酸乙烯含量33wt％)100重量份、交联剂1.5重量份、紫外线吸收剂0.3重量份、光稳定剂0.1重量份、防氧化剂0.2重量份、硅烷耦合剂0.25重量份配合而成的。
从预先在EVA树脂薄板(密封材料4)和ETFE膜(表面部件2)上设置的开口部导出输出取出电极12，与电缆线10相连。为了确保水密性，把连接部收在端子箱9中用硅胶密封剂等密封。
把用上述方法制作的太阳能电池模块以设置角15°进行屋外暴露试验，在两周后、一个月后、两个月后分别用太阳光模拟器测量电气特性。表1示出以试验前为1，两周后、一个月后和两个月后的输出和短路电流的相对值。另外，试样数为10，取其平均值。
<实施例2>
除了在实施例1中在表面部件上不设置凹凸纹理以外，完全相同地制作太阳能电池模块，与实施例1相同地进行评价。结果示于表1。
<比较例1>
除了在实施例1中在表面部件上不设置凹凸纹理以外，完全相同地制作太阳能电池模块，与实施例1相同地进行评价。结果示于表1。而且在光入射面侧不进行放电处理。
表1
| 两周后 | 一个月后 | 两个月后 | ||||
| 输出 | 短路电流 | 输出 | 短路电流 | 输出 | 短路电流 | |
| 实施例1 | 0.920 | 0.980 | 0.903 | 0.960 | 0.889 | 0.955 |
| 实施例2 | 0.911 | 0.972 | 0.893 | 0.953 | 0.875 | 0.943 |
| 比较例1 | 0.910 | 0.969 | 0.890 | 0.948 | 0.870 | 0.933 |
从表1可以看出，实施例1、2的太阳能电池模块在屋外暴露试验中的输出下降比比较例小，其中实施例1的下降尤其小。该倾向对于短路电流也是一样，所以可以看出短路电流的下降抑制与实施例的模块的输出下降抑制有关。而且，由于抑制了短路电流的下降，可以推测入射到太阳能电池元件上的光量不容易减少。如果观察这些模块的表面，确认在每个模块上都有砂埃等的污物堆积在光入射面上，但很明显，其程度为实施例1最小，实施例2、比较例随后，污染程度加重。由此，可以认为通过对表面部件的光入射面进行放电处理可以抑制污物，可以提供在屋外暴露对输出降低少的太阳能电池模块。而且，从实施例1和实施例2的比较可看出，通过在表面部件的光入射面上设置预定的凹凸纹理，可以更加提高防污效果。
根据本发明的太阳能电池模块不受以上实施例的限制，可以在其发明构思的范围进行各种变更。
如上所述，根据本发明，通过使表面部件是光入射面被放电处理过的氟化物聚合物膜，即使在屋外长期设置也难以被污染，结果可以以低成本抑制用氟化物聚合物膜覆盖了表面的太阳能电池模块的起因于污物造成的入射光减少的输出下降。
而且，通过在表面部件上形成算术平均高度Ra为0.5～3μm、最大高度Rz为5-20μm的凹凸纹理，可具有提高防眩目性，且降低防眩目性和早晚的反射损失的效果。
另外，通过以小于等于20°的倾斜角设置多个上述的太阳能电池模块而构成的太阳能电池模块阵列，可以大幅度改善现有的因污物导致的输出显著下降的、以20℃以下的设置角设置的太阳能电池模块阵列的污物导致的输出下降。
Claims (7)
1.一种太阳能电池模块，其特征在于至少包括：太阳能电池元件、和在最表面上配置的覆盖上述太阳能电池元件的光入射面侧的表面部件，且上述表面部件由其光入射面被放电处理过的氟化物聚合物膜构成。
2.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于：上述放电处理是在至少包含不活泼气体和二氧化碳的混合气体中进行的放电处理。
3.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于：上述氟化物聚合物膜的光入射面上形成有凹凸纹理。
4.如权利要求3所述的太阳能电池模块，其特征在于：上述凹凸纹理的算术平均高度Ra为0.5～3μm，最大高度Rz为5-20μm。
5.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于：上述氟化物聚合物膜的光入射面与水的表面接触角为75～95°。
6.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于：上述氟化物聚合物膜是乙烯-四氟乙烯共聚物。
7.一种太阳能电池模块阵列，其特征在于：具有多个如权利要求1所述的太阳能电池模块，该太阳能电池模块以小于等于20°的倾斜角设置。
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