CN203674231U - 薄膜光伏装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供薄膜光伏装置，光伏装置能够包括：透明基板；多个光伏电池；电连接至光伏电池的导电带；封装基板，封装基板层压至透明基板，使得多个光伏电池和导电带定位在透明基板与封装基板之间；以及导线棒，导线棒延伸穿过被限定在封装基板中的连接孔并且电连接至导电带。导线棒能够限定导线片，导线片建立了导线棒与导电带之间具有偏置力的机械连接。
Description
技术领域
本实用新型的实施例总体涉及薄膜光伏装置。在一个特定实施例中，本实用新型总体涉及具有实心导线通过其后面板的直接电连接的光伏装置。
背景技术
在光伏模块中，必须在从总线（bus lines）或导电带到传输线进行强健的电连接。在许多情况下，存在进行该连接的障碍。在历史上，相对较大的孔被引入模块的后面，以便接入带。例如，在大多数情况下，导电带穿过该孔被拉起并被切割，从而产生平片或扁平部，接着整个组件被层压在一起。带片通过接线盒（“J盒”）连接至传输线。片接着被焊接或钎焊至J盒内的导线，并且整个J盒、孔、带组件接着填充密封剂或灌封混合物，以消除水分侵入。该进行电连接的方法通常是手动过程，原因是难以使带处理步骤自动化。如果整个过程是自动的，则可能是高成本和不可靠的。
此外，位于模块后部的孔是由于引入不规则的几何形状而损坏后面板完整性并且由于产生不足以支承冲击（像来自冰雹或安装期间面板下降的冲击）的区域而损害前面板的机械缺陷。这种孔造成了模块中易于受到冰雹冲击的弱点，尤其是在与相对较薄（例如，2mm或更小）的前玻璃配对时。能够通过对孔机械加强来校正此问题。然而，对孔加强增加了过程步骤以及材料账单的额外部分。
实用新型内容
因此，存在对通过更制造友好的过程来建立电连接以及消除大孔所固有的机械完整性问题的需要。
本实用新型的各个方面以及优点将会在下文的描述中部分地阐述，或者是通过描述可以显而易见的，或者可以通过实施本实用新型而习得。
大体提供薄膜光伏装置，所述薄膜光伏装置包括与延伸穿过被限定在封装基板中的连接孔的至少一个导线棒，以电连接至下层导电带。在一个实施例中，光伏装置包括：透明基板；位于透明基板上的多个光伏电池；电连接至光伏电池的导电带；封装基板，封装基板层压至透明基板，使得多个光伏电池和导电带定位在透明基板与封装基板之间；以及导线棒，导线棒延伸穿过被限定在封装基板中的连接孔并且电连接至导电带。在特定实施例，导线棒限定了导线片，导线片建立了导线棒与导电带之间具有偏置力的机械连接。
一种薄膜光伏装置，包括：透明基板；多个光伏电池，多个光伏电池位于透明基板上；导电带，导电带电连接至光伏电池；封装基板，封装基板层压至透明基板，使得多个光伏电池和导电带定位在透明基板与封装基板之间；导线棒，导线棒延伸穿过被限定在封装基板中的连接孔并且电连接至导电带，并且其中导线棒具有导线片，导线片建立了导线棒与导电带之间具有偏置力的机械连接。
优选地，装置还包括：可熔性导电材料，可熔性导电材料定位在连接孔内，以将导电带电固定至导线棒。
优选地，导线棒具有卷曲部段，卷曲部段电连接至一电线。
优选地，卷曲部段包绕电线。
优选地，导线棒具有位于卷曲部段与导线片之间的柄棒，并且其中柄棒延伸到连接孔之外。
优选地，柄棒在导线片与卷曲部段之间弯曲。
优选地，导线棒具有位于导线片与柄棒之间的导线主体。
优选地，导线主体具有穿过其中的导线孔。
优选地，装置还包括：可熔性导电材料，可熔性导电材料定位在导线孔内以将导电带电固定至导线棒。
优选地，装置还包括：密封材料，密封材料在导线棒延伸穿过其中的情况下定位在连接孔内，其中密封材料被构造成基本防止水分通过连接孔。
根据本发明，能够通过更制造友好的过程来建立电连接以及消除大孔所固有的机械完整性问题。
参照下文的描述以及所附权利要求，本实用新型的这些和其它的特征、方面以及优点将变得更好理解。结合在本说明书中并且构成本说明书一部分的附图显示了本实用新型的实施例并且与描述一起用于对本实用新型的原理进行解释。
附图说明
参照附图，说明书中阐述了面向本领域普通技术人员的本实用新型的完整公开，这种公开使得本领域普通技术人员能够实现本实用新型，包括本实用新型的最佳模式，在附图中：
图1示出了用于将其上具有导电带的前基板附连至其中的一对孔内定位有预制件的后面板的一个实施例的透视图；
图2示出了光伏装置的一个实施例的横截面图，该光伏装置具有将接线盒电连接至导电带的导线棒；
图3示出了根据一个特定实施例的用作导线棒的示例性冲压形式；
图4示出了在联接至导线电线以形成导线棒之后的图3中所示的示例性冲压形式；
图5示出了根据一个实施例的建立了接线盒与导电带之间的直接电连接的图4的导线棒的特写横截面图；
图6示出了根据一个实施例的建立了接线盒与导电带之间的电连接的图4的导线棒和预制件的特写横截面图；
图7示出了根据一个实施例的建立了接线盒与导电带之间的电连接的图4的导线棒和可熔性导电材料的特写横截面图；
图8示出了利用导线棒的另一个实施例的接线盒与导电带的另一个示例性电连接的特写横截面图；
图9示出了接线盒通过密封导线棒与导电带的另一个示例性电连接的俯视图；
图10示出了能够定位在后面板上以向连接孔的区域增加进一步的机械完整性的示例性背板；
图11示出了包括密封材料和图10的背板的示于图6中的装置的特写横截面图；
图12示出了包括密封材料和图10的背板的示于图7中的装置的特写横截面图；
图13示出了包括密封材料和图10的背板的示于图8中的装置的特写横截面图；
图14示出了在层压至封装基板之前的示例性薄膜光伏装置的总体示意图；以及
图15示出了层压至封装基板的图14的示例性薄膜光伏装置的横截面图。
在本说明书和附图中重复使用附图标记旨在代表本实用新型的相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细地参照本实用新型的实施例，其中的一个或多个例子示于附图中。每个例子都以对实用新型进行解释的方式给出，并不对本实用新型构成限制。实际上，对于本领域技术人员而言显而易见的是，能够在不偏离本实用新型的范围或者精神的前提下对本实用新型进行多种改型和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或者进行描述的特征能够用于另一个实施例，从而产生又一个实施例。因此，期望的是，本实用新型覆盖落入所附权利要求及其等同形式的范围内的这些改型和变型。
大体提供在从导电带线（多个导电带线）到接线盒（多个接线盒）（“J盒”）的电连接点（多个电连接点）处具有改进的机械完整性的薄膜光伏（“PV”）装置及其制造方法。具体而言，利用从J盒延伸的实心导线插入穿过后面板内的相对较小的孔（例如，具有大致等于或小于带宽度的直径）以接入并且电连接至后面板表面下方的连接带。能够通过给定导线与相应的带之间的直接接触以及/或者通过沉积在小孔内的中间导电材料（例如，粘合剂、焊膏等）来实现该电接入。在单极PV装置设计的情况下，J盒将具有连接至一个导电带的一根导线。在双极PV装置设计的情况下，J盒将具有均连接至不同的连接带的两根导线。在其它模块设计中，将能够具有多根导线，以连接至多个连接带。
由于穿过封装基板的连接孔的小直径、以及通过导线棒单独或结合任选的填充材料（例如，可熔性导电材料和/或密封材料）填充连接孔，因此所获得装置较不易于受到冰雹损坏的影响。具体而言，连接孔（多个连接孔）的相对较小的直径造成较高的抗粉碎性，原因是腔填充有导电材料且通过导电材料增强并且由于相对于潜在损坏性冰雹的尺寸和形状的直径。
此外，由于设计选项，J盒能够易于以自动模式组装至装置的后部。例如，当使用时，预制件能够被放置到、或者焊料（膏状或熔融的）和/或粘合剂能够被注入孔中，并且能够通过使用简单的视觉系统和机器人臂将导线棒（多个导线棒）与被限定在封装基板中的连接孔（多个连接孔）对齐来将J盒外壳粘合至封装基板的后部。
图14和15示出了示例性薄膜光伏装置10，薄膜光伏装置10包括膜堆叠11，膜堆叠11限定了由划线（scribe line）26分开的多个光伏电池28。应当注意到，根据装置10的构造，所示的划线26中的每一个都能够是多条划线。例如，划线26中的每一个实际上都能够是三条划线：第一隔离划线、串联连接划线和第二隔离划线。然而，由于覆盖第一隔离划线并且填充串联连接划线的金属接触层的存在，仅第二隔离划线是可见的并且因此装置10中似乎存在一条划线26。
如上所述，薄膜堆叠11限定了由划线26分开的单独的太阳能电池28（也被称为光伏电池），以共同形成多个串联连接的太阳能电池。具体而言，单独的光伏电池28串联地电连接在一起。在一个特定实施例中，薄膜堆叠11包括位于透明基板12（用作上层（superstrate））的内表面15上的透明导电氧化物层、位于透明导电氧化物层上的可选的电阻透明缓冲层、位于透明导电氧化物层上的n型窗口层（例如，包括硫化镉）、位于n型窗口层上的吸收层（例如，包括碲化镉）、和位于吸收层（上的后接触部例如，石墨层和/或金属接触层）。然而，应当理解，能够替代地使用其它的材料组合以形成后接触部并且这种组合被认为属于目前所公开的装置的范围内。薄膜堆叠11中还可以存在其它层。例如，指标匹配层可以存在于透明导电氧化物层与上层的内表面之间。此外，吸氧层可以存在于薄膜堆叠中，例如邻近透明导电氧化物层（例如，处于透明导电氧化物层与任选的电阻透明缓冲层之间）。
多个串联连接的太阳能电池28位于不工作电池（dead cell）54与终末电池56之间。如图所示，不工作电池54和终末电池56沿装置10的y方向定位在多个串联连接的太阳能电池28的相对端部上。不工作电池54的后接触部用作装置10的电连接器，而终末电池56的TCO层用作装置10的相对的电连接器。这样一来，不工作电池54不在薄膜堆叠11中产生电荷，而终末电池56可以在薄膜堆叠11中产生电荷。
图14大体示出了示例性薄膜光伏装置10的俯视图，其中限定了由划线26分开的多个光伏电池28。在一个实施例中，划线26能够基本彼此平行，使得光伏电池28具有基本相同的尺寸。如图所示，划线26中的每一个都大体沿x方向定向。
绝缘层58位于薄膜堆叠11上，以保护薄膜堆叠11的后接触部。绝缘层58大体包括能够防止通过其中的导电性的绝缘材料。任何合适的材料都能够用于产生绝缘层58。在一个实施例中，绝缘层58能够是涂覆在具有粘合剂涂层的两个表面上的绝缘聚合膜。粘合剂涂层能够允许绝缘层58粘合至下层薄膜堆叠11并且允许导电条60、62粘合至绝缘层58。例如，绝缘层58能够包括任一表面上都具有粘合剂涂层的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的聚合膜。例如，粘合剂涂层能够是丙烯酸粘合剂，例如热固性丙烯酸粘合剂。
在一个特定实施例中，绝缘层58是大体沿与划线26的取向基本垂直的方向定向的绝缘材料条。例如，绝缘层58能够大体沿与划线26沿x方向的取向基本垂直的沿y方向定向。
绝缘层58能够沿z方向具有适于防止从下层薄膜层（尤其是后接触部）至任何随后施加的层的导电性的厚度。在一个特定实施例中，绝缘层58能够防止薄膜堆叠11与导电条60、62之间的导电性。
在一个实施例中，导电条60、62能够作为连续条被施加在绝缘层58上方，并且接着用于产生第一导电带60和第二导电带62，如图14至15所示。导电带60、62能够由任何合适的材料构造。在一个特定实施例中，导电条60、62是金属箔条。例如，金属箔能够包括导电金属。
总线棒64、66能够接着分别附连在光伏装置10的终末电池56和不工作电池54上方，以用作相对的电连接。封装基板70能够通过粘合层72粘合至光伏装置10。粘合层72大体定位在导电条60、62、绝缘层58和薄膜堆叠11的任何其余的暴露区域的上方。例如，粘合层72能够限定与由封装基板70所限定的连接孔74、76大体相对应的粘合间隙。这样一来，第一导电带60和第二导电带62能够通过粘合间隙和连接孔74、76接入。粘合层72能够大体提供连接孔74、76内的机械稳定性并且还能够保护薄膜堆叠11且将封装基板70附连至装置10。粘合层72能够由乙烯醋酸乙烯酯（EVA）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、硅基粘合剂、或者被构造成防止水分渗透装置的其它粘合剂构造。
接线盒80也能够被包括在装置中并且能够被构造成通过由分别电连接至一对电线94、96以用于收集装置10所产生的电流的一对导线棒84、86完成直流电路而电连接光伏装置10。具体而言，第一导线棒84和第二导线棒86从接线盒80延伸并且分别穿过第一连接孔74和第二连接孔76。如图15中所示，第一导线棒84电连接至第一导电带60，并且第二导线棒86电连接至第二导电带62。如下文将更详细地讨论的，能够通过导电材料直接或间接地进行导线棒84、86与其相应的导电带60、62之间的电连接。
在一个实施例中，连接孔74、76的最大直径能够基本等于或小于其相应的导电带60、62的宽度。例如，连接孔74、76的最大直径能够为其相应的导电带60、62的大约50%至大约100%（例如，大约55%至大约90%）。这样一来，连接孔60、62的尺寸能够最小化，同时仍然允许进行充分的电连接，以用于从装置10收集电流。
尽管参照图14的实施例进行了描述，但是不期望本实用新型限于任何特定的光伏装置设计。能够构想，能够利用其它的光伏装置设计。
图1示出了封装基板70层压至透明基板12使得薄膜堆叠11（限定了多个光伏电池）和导电带60、62在制造示例性PV装置10期间定位在透明基板12与封装基板70之间的一个实施例。封装基板70定位成使得第一导电带60和第二导电带62可分别通过被限定在封装基板70中的第一连接孔74和第二连接孔76接入。
这样一来，一对预制件104、106在将封装基板70层压到透明基板12上之前、期间、或之后被插入到连接孔74、76中。预制件104、106中的每一个都包括可熔性导电材料。因此，预制件104、106的可熔性导电材料能够电连接至导线棒84、86到达相应的导电带60、62。合适的可熔性导电材料能够包括但不限于金属材料和合金、焊料材料等。
除了预制件，或者在备选的预制件中，焊膏（作为液体）能够在将封装基板70层压到透明基板12之前、期间、或之后被插入到连接孔74、76中。
例如，可熔性导电材料能够大体包括任何合适的焊料材料，其中包括但不限于锡、铅、锑、铋、铟、银、铜、镉、或其合金、或其混合物。总体而言，焊料材料可以被构造成在大约150℃至大约250℃的焊接温度下熔融（例如，软焊料），以保证焊料的熔融能够在不显著影响装置10的其它部件的情况下发生。铅基焊料和非铅基焊料可以被证实对于本申请而言是有用的。
图2示出了在将接线盒80定位在与透明基板12相对的封装基板70的暴露表面13上之后的图1的组装装置。这样一来，第一导线棒84延伸穿过第一连接孔74并且通过卷曲部204电连接至第一电线94，并且第二导线棒86延伸穿过第二连接孔76并且通过卷曲部206电连接至第二电线96。预制件104和106分别定位在连接孔74、76内，以将导线棒84、86电连接至相应的导电带60、62。因此，在该构造中，导线棒84、86能够通过预制件104、106的可熔性导电材料间接连接至相应的导电带60、62。在备选实施例中，导线棒84、86能够直接连接至相应的导电带60、62（例如，通过机械偏置力、焊接等），而不存在任何可熔性导电材料。
如图9中参照第二导线棒86所示，尽管导线棒86能够限定导线孔900，但是其构造提供对下层预制件106的接入。在一个实施例中，加热元件903能够被插入到导线孔900中并且对下层预制件106进行加热，从而造成可熔性导电材料粘结至导线棒86和导电带62中的每一个。因此，在从导线孔900移除加热元件903之后，图8示出了所获得的装置10的横截面图，其中预制件106将导电带62电连接至导线棒86。
图3示出了能够用于形成导线棒84、86中的任一个或二者的示例性冲压形式300，如图4至7以及11至12中所示。冲压形式300限定了延伸离开导线主体304的导线片302。导线主体304能够模制（例如，弯曲、成形、或以通过它方式变形）成其形状与装置10的连接孔形状相似。因此，导线主体304的尺寸能够属于特定形状和/或连接孔的尺寸，以保证固定配合在其中。例如，导线主体304能够形成具有第一棒直径的基本圆形空心棒。连接孔74、76能够限定具有第一孔直径的类似形状（例如，基本圆形），并且第一孔直径能够为第一棒直径的大约100%至大约250%，以使得能够相对容易地配合在其中。例如，连接孔74、76能够具有第一孔直径，并且第一孔直径能够为第一棒直径的大约125%至大约175%。
导线片302从导线主体304延伸并且大体被构造成建立导线棒300与导电带60之间具有偏置力的机械连接，例如图5中所示。具体而言，导线棒302被构造成在向导线主体304施加插入力之后弯曲，使得导线片302在导线主体304与导电带60之间建立偏置力。
冲压形式300还限定了被构造成电连接至电线94的卷曲部段308（例如，通过包绕电线94而卷曲（围绕整个电线94或电线94的一部分））。柄棒306也被卷曲部段308与导线主体304之间的冲压形式300限定。在使用中，柄棒306的构造和尺寸能够延伸到连接孔74之外并且将导线片302和导线主体304桥接（机械和电性地）至卷曲部段308。因此，电线94能够通过用作导线棒84的冲压形式300电连接至导电带60。
由于冲压时相对较小的宽度（即，小于导线主体304和/或卷曲部段308的直径），因此柄棒306能够根据需要定位和/或弯曲。例如，在柄棒306延伸到连接孔74之外时使形式300弯曲允许将加热元件插入穿过由弯曲的导线主体304所限定的导线孔305。此外，柄棒306能够用作允许已连接的电线94移动而不通过连接孔74向装置10（尤其是封装基板70）传输显著的力的减震器和/或柔性枢轴。这样一来，柄棒306能够基本避免从焊接接头传输应力。
图6示出了用于装置10中的冲压形式300（类似于图5中所示的冲压形式），其中预制件104定位在连接孔74内。在加热之后，预制件的可熔性导电材料能够将形式300（尤其是导线片302和/或导线主体304）电连接和固定至下层导电带60。
备选地或除此之外，导线主体304能够围绕预制件104成形并且被一起插入到连接孔74中。可熔性导电材料能够接着熔融（例如，通过被插入到由导线主体304所限定的导线孔305中的加热元件），以将导电带60电性固定至由冲压形式300所形成的导线棒84。
如图11至13中所示，根据特定实施例，连接孔74、76能够在导线棒84、86与相应的下层导电带60、62之间进行电连接之后填充密封材料110。密封材料能够有助于抑制水分通过连接孔74、76侵入到装置10中。能够根据其防水特性及其粘合特性选择合适的密封材料。
在一个实施例中，密封材料能够包括合成聚合物材料，例如丁基橡胶或者其它的橡胶材料。尽管能够根据需要来略微调整丁基橡胶的精确化学成分，但是大多数丁基橡胶都是异丁烯与异戊烯的共聚物（例如，通过大约98%的异丁烯与大约2%异戊烯的聚合产生）。用于密封层22中的一种特定的合适的合成聚合材料可购自ADCO Products, Inc.
(Michigan Center, MI)的名称为HelioSeal® PVS 101的产品。
在一个实施例中，合成共聚材料在封装基板70层压至基板12时所达到的层压温度下熔融，使得合成共聚材料熔融并且/或者通过其它方式吻合且粘合以形成连接孔（多个连接孔）定位在装置10上的薄膜层11上的保护区域。例如，合成聚合材料能够在大约120℃至大约160℃的层压温度下熔融。
图10示出了背板500，背板500能够粘合（例如，通过粘合层506）至定位成与透明基板12相对的封装基板70的暴露表面13，如图11至13中所示。总体而言，背板500限定了第一支承孔504和第二支承孔506，第一支承孔504和第二支承孔506分别与封装基板70中的连接孔74、76对准。尽管示为具有两个支承孔504、506，但是应当理解，任何合适数量的支承孔都能够被包括在背板500中，以与被限定在封装基板70中的连接孔的数量匹配和对准。
如图11至13中所示，背板500定位成使得第一导线棒84延伸穿过第一支承孔504和第一连接孔74，以电连接至下层导电带60。这样一来，如图2中所示，接线盒80能够附连至背板500的后表面502。
尽管参照图14至15中所示的实施例进行了描述，但是其它的装置构造能够类似地用于形成薄膜光伏装置10，例如三个终端薄膜装置。
本书面描述使用例子对本实用新型进行了公开（其中包括最佳模式），并且还使本领域技术人员能够实施本实用新型（其中包括制造和使用任何装置或系统并且执行所包含的任何方法）。本实用新型的可专利范围通过权利要求进行限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其它的例子。如果这种其它的例子具有与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果这种其它的例子包括与权利要求的字面语言没有实质区别的等同结构元件，则期望这种其它的例子落入权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种薄膜光伏装置，包括：
透明基板；
多个光伏电池，所述多个光伏电池位于所述透明基板上；
导电带，所述导电带电连接至光伏电池；
封装基板，所述封装基板层压至所述透明基板，使得所述多个光伏电池和所述导电带定位在所述透明基板与所述封装基板之间；
导线棒，所述导线棒延伸穿过被限定在所述封装基板中的连接孔并且电连接至所述导电带，并且其中所述导线棒具有导线片，所述导线片建立了所述导线棒与所述导电带之间具有偏置力的机械连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
可熔性导电材料，所述可熔性导电材料定位在所述连接孔内，以将所述导电带电固定至所述导线棒。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导线棒具有卷曲部段，所述卷曲部段电连接至一电线。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述卷曲部段包绕所述电线。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述导线棒具有位于所述卷曲部段与所述导线片之间的柄棒，并且其中所述柄棒延伸到所述连接孔之外。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述柄棒在所述导线片与所述卷曲部段之间弯曲。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述导线棒具有位于所述导线片与所述柄棒之间的导线主体。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述导线主体具有穿过其中的导线孔。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
可熔性导电材料，所述可熔性导电材料定位在所述导线孔内以将所述导电带电固定至所述导线棒。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
密封材料，所述密封材料在所述导线棒延伸穿过其中的情况下定位在所述连接孔内，其中所述密封材料被构造成基本防止水分通过所述连接孔。
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