CN210110789U - 一种低成本柔性内联式太阳能电池封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低成本柔性内联式太阳能电池封装结构，包括：背板，背板上敷设有下部密封胶粘膜，下部密封胶粘膜敷设于柔性内联式太阳能电池底部；引流条，其敷设在柔性内联式太阳能电池第一个子电池和最后一个子电池的前电极上；汇流条，其分别敷设在引流条上方；上部密封胶粘膜和封装胶膜，其敷设在上部密封胶粘膜上方；正极汇流条和负极汇流条的引出端穿过上部密封胶粘膜、封装胶膜，与接线盒的正负极相接；本实用新型中采用的封装结构，不需要在封装胶膜上制备阻水阻氧增透光学薄膜，采用廉价封装胶膜，组件封装成本大大降低。

Description

一种低成本柔性内联式太阳能电池封装结构

技术领域

本实用新型属于柔性CIGS太阳能电池技术领域，更具体地说，本实用新型涉及一种低成本柔性内联式太阳能电池封装结构。

背景技术

柔性内联式薄膜太阳能电池因为构成电池器件的半导体膜层其组成元素比较活泼暴露在大气中容易与水氧气等发生化学反应，导致器件失效，因此就需要在柔性内联式薄膜太阳能电池器件上下表面封装一层阻水耐候的材料，将柔性内联式太阳能电池密封于其中，延长柔性太阳能电池寿命及方便应用的目的。传统的封装方法是在柔性内联式太阳能电池器件上下表面敷设热固或热塑性密封胶膜、阻水封装胶膜，然后再热层压使柔性内联式薄膜太阳能电池与密封胶粘层、上下阻水胶膜结合于一体，达到阻水耐候封装的。传统封装结构和方法，由于迎光面封装胶膜需要达到高阻水、高阻氧、高透光、高耐候性能，所以成本特别高，其成本占据整个柔性内联式薄膜太阳能电池组件成本的三分之一。导致迎光面阻水封装胶膜成本较高的主要原因是制备阻水阻氧高透光耐候光学薄膜需要400℃以上的高温，因此就需要高温特性好、高透光、抗冲击性能佳的胶膜作为基材，而耐高温胶膜成本相当高。再加之在柔性胶膜上沉积阻水、阻氧、增透光学薄膜工艺复杂、工艺难度大，对薄膜沉积设备要求也高，综合上述几个原因导致了传统迎光面封装胶膜成本高昂。为了降低柔性内联式太阳能电池组件的成本，迫切需要一种新的封装结构，使柔性内联式太阳能电池迎光面封装仅用普通廉价的高透光、机械性能好的耐腐蚀胶膜就可以了，从而降低柔性内联式太阳能电池组件成本。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种低成本柔性内联式太阳能电池封装结构，包括：

柔性衬底；

背保护层，其沉积在柔性衬底的下表面；

有机无机交替多层复合阻水绝缘层，其包括：高密度绝缘无机阻水膜，其沉积在柔性衬底上；有机丙烯酸酯层Ⅰ，其喷涂在高密度绝缘无机阻水膜上方；无机阻水膜，其沉积在有机丙烯酸酯层Ⅰ表面；

阻挡层，其沉积在有机无机交替多层复合阻水绝缘层上方；

背电极层，其沉积在阻挡层上方；CIGS吸收层，其沉积在背电极层上方；缓冲层，其沉积在CIGS吸收层上方；

窗口层，其沉积在缓冲层上方；前电极层，其沉积在窗口层上方；

有机无机交替多层复合阻水绝缘减反射增透层，其包括：高密度高阻无机阻水减反射膜，其沉积在前电极顶部；有机丙烯酸酯层Ⅱ，其喷涂在高密度高阻无机阻水减反射膜表面；无机减反射膜，其沉积在有机丙烯酸酯层Ⅱ表面；

背板，背板上敷设有下部密封胶粘膜，且下部密封胶粘膜敷设于柔性内联式太阳能电池底部；

正极引流条和负极引流条，分别敷设在柔性内联式太阳能电池第一个子电池和最后一个子电池的前电极上；正极汇流条和负极汇流条，其中正极汇流条和正极引流条上部相接，负极汇流条和负极引流条上部相接，正负极引流条和正负极汇流条用于引出柔性内联式太阳能电池组件的正负极；

上部密封胶粘膜，其敷设在柔性内联式太阳能电池上表面；封装胶膜，其敷设在上部密封胶粘膜上方；正极汇流条和负极汇流条的引出端穿过上部密封胶粘膜、封装胶膜，与接线盒的正负极相接；

多组刻线，每组刻线包括P₁刻线、P₂刻线和P₃刻线，其中P₁刻线穿透所述阻挡层和背电极层，P₁刻线一直刻划到有机无机交替多层复合阻水绝缘层表面；P₂刻线穿透CIGS吸收层和缓冲层，P₂刻线下端刻划至背电极层上表面，且P₂刻线与P₁刻线是平行设置；P₃刻线穿透前电极层、窗口层、缓冲层以及CIGS吸收层，P₃刻线下端刻划至背电极层上表面，同样的，P₃刻线与P₁刻线保持平行。

优选的是，其中，所述阻挡层为铬阻挡层、铝阻挡层、钛阻挡层、铬镍合金阻挡层或者钨钛合金阻挡层中的一种；柔性衬底柔性不锈钢衬底或柔性聚酰亚胺衬底；背保护层为背钼保护层，阻挡层为铬阻挡层、铝阻挡层、钛阻挡层、铬镍合金阻挡层或者钨钛合金阻挡层中的一种；电池底部的有机无机交替多层复合阻水绝缘层的厚度为2000～4400nm，其包括的高密度绝缘无机阻水膜为氮化铝高密度绝缘无机阻水膜或氮化硅高密度绝缘无机阻水膜、二氧化硅高密度无机阻水膜中的一种，高密度绝缘无机阻水膜的厚度为800～2000nm，有机丙酸酯层Ⅰ的厚度为200～500nm，无机阻水膜为氮化硅无机阻水膜二氧化硅无机阻水膜，其厚度为800～2000nm；背电极层为背钼电极层，缓冲层为硫化镉缓冲层或硫化铟缓冲层，窗口层为i-ZnO窗口层，前电极层为ITO前电极层、AZO前电极层、FTO前电极层中的一种；电池顶部的有机无机交替多层复合阻水绝缘减反射增透层的厚度为300～1000nm，其中的高密度高阻无机阻水减反射膜为氮化硅高密度高阻无机阻水减反射膜或二氧化硅高密度高阻无机阻水减反射膜，高密度高阻无机阻水减反射膜的厚度为50～200nm，有机丙酸酯层Ⅱ厚度为50～300nm，无机阻水减反射膜为氮化硅无机阻水减反射膜或二氧化硅无机阻水减反射膜，其厚度为50～200nm。

优选的是，其中，所述每组的P₁刻线、P₂刻线和P₃刻线，其中，P₂刻线位于P₁刻线和P₂刻线之间，相邻两条P₂刻线的间距为5000～6000um，每组刻线中的P₁刻线与P₂刻线间距为100～150um，每组刻线中的P₃刻线与P₁刻线间距为200～260um，相邻两条P₃刻线间距也为5000～6000um。

优选的是，其中，所述每组刻线之间采用平行的间隔设置。

优选的是，其中，电池组件四周采用激光或机械刻线技术刻一圈绝缘线，绝缘线刻划掉电池底部有机无机交替多层复合阻水绝缘层上方所有膜层。

本实用新型至少包括以下有益效果：

本实用新型与传统的柔性CIGS太阳能电池相比，具有以下优点：本实用新型提供的封装结构在柔性内联式太阳能电池组件底部和顶部制备了有机无机交替叠层的阻水、阻氧、增透光学薄膜，使柔性内联式太阳能电池器件自身具备了阻水阻氧增透特性；使得电池迎光面封装胶膜上不需要制备阻水阻氧增透光学薄膜，这样对迎光面封装胶膜基材的要求就比较低，材料选择余地也比较大，所以价格比较低。另外封装胶膜表面平整度不好，高温下易形变，所以在其上制备高密度阻水阻氧增透光学薄膜对镀膜设备要求相当高，设备成本和工艺成本随之升高，这就是传统封装结构中使用的封装阻水胶膜价格比较高的两个主要原因。而本实用新型中采用的封装结构，由于不需要在封装胶膜上制备阻水阻氧增透光学薄膜，所以可采用廉价的高透光、力学性能好、耐腐蚀封装胶膜，也无需支付高昂的制备阻水阻氧增透光学薄膜设备成本和工艺成本，组件封装成本大大降低。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明：

图1为本实用新型提供的柔性内联式太阳能电池结构示意图；

图2为本实用新型提供的柔性内联式太阳能电池封装结构示意图；

图3为本实用新型提供的柔性内联式太阳能电池的多个刻线位置关系示意图；

图4为本实用新型提供的柔性内联式太阳能电池底部的有机无机交替多层复合阻水绝缘层结构示意图；

图5为本实用新型提供的柔性内联式太阳能电池顶部的有机无机交替多层复合阻水绝缘减反射增透层结构示意图；

图6为本实用新型提供的柔性内联式太阳能电池正负电极引出结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-6所示：本实用新型的一种高阻水柔性内联式CIGS太阳能电池，包括：

柔性衬底2；

背保护层1，其沉积在柔性衬底2的下表面；

有机无机交替多层复合阻水绝缘层3，其包括：高密度绝缘无机阻水膜31，其沉积在柔性衬底2上；有机丙烯酸酯层Ⅰ32，其喷涂在高密度绝缘无机阻水膜31上方；无机阻水膜33，其沉积在有机丙烯酸酯层Ⅰ32表面；

阻挡层4，其沉积在有机无机交替多层复合阻水绝缘结构层3上方；

背电极层5，其沉积在阻挡层4上方；CIGS吸收层6，其沉积在背电极层5上方；缓冲层7，其沉积在CIGS吸收层6上方；

窗口层8，其采用脉冲直流溅射的方法制备在缓冲层7上方；前电极层9，其沉积在窗口层8上方；

有机无机交替多层复合阻水绝缘减反射增透层10，其包括：高密度高阻无机阻水减反射膜101，其沉积在前电极9顶部；有机丙烯酸酯层Ⅱ102，其喷涂在高密度高阻无机阻水减反射膜101表面；无机减反射膜103，其沉积在有机丙烯酸酯层Ⅱ102表面；

背板28，背板28上敷设有下部密封胶粘膜27，且下部密封胶粘膜27敷设于柔性内联式太阳能电池底部；

正极引流条22和负极引流条23，分别敷设在柔性内联式太阳能电池第一个子电池20和最后一个子电池21的前电极上；正极汇流条24和负极汇流条25，其中正极汇流条24和正极引流条22上部相接，负极汇流条25和负极引流条23上部相接，正负极引流条和正负极汇流条用于引出柔性内联式太阳能电池组件的正极241和负极251；

上部密封胶粘膜26，其敷设在柔性内联式太阳能电池上表面；封装胶膜，其敷设在上部密封胶粘膜26上方；正极汇流条24和负极汇流条25的引出端穿过上部密封胶粘膜26、封装胶膜，与接线盒19的正负极相接；

多组刻线，每组刻线包括P₁刻线13、P₂刻线14和P₃刻线15，其中P₁刻线13采用卷对卷亚纳秒激光下打光方式将阻挡层4和背电极层5完全刻断，P₁刻线13下端刻划至绝缘层3上表面，使P₁刻线两侧的子电池完全绝缘，同时保证对有机无机交替多层复合阻水绝缘结构层不能造成损伤；P₂刻线14采用卷对卷机械刻线将CIGS吸收层6、缓冲层7两层薄膜完全刻断，P₂刻线14下端刻划至背电极层5上表面，保证前电极和背电极通过P₂刻线沟槽接触导通，且P₂刻线14与P₁刻线13是平行设置；P₃刻线15采用卷对卷机械刻线线将前电极层9、窗口层8、缓冲层7以及CIGS吸收层6完全刻划刻断，P₃刻线下端刻划至背电极层5上表面，并且不伤及背电极层表面，保证P₃刻线两侧的子电池前电极完全断开，同样的，P₃刻线15与P₁刻线13保持平行。

在内联式CIGS太阳能电池上下表面制备有有机无机交替阻水阻氧增透绝缘复合光学薄膜，形成一种自带阻水功能的内联式CIGS太阳能薄膜电池结构，使用该结构的CIGS太阳能电池不需要额外贴附封装胶膜就可以达到对CIGS太阳能电池阻水阻氧封装的目的；并且通过P₁刻线13、P₂刻线14和P₃刻线15对不同的膜层进行刻划，实现子电池内部串联，在太阳能电池内部，由于P₁刻线、P₂刻线和P₃刻线的刻断效果，电流在各层未刻断的部分之间流动；缓冲层7有效的缓解窗口层与CIGS吸收层之间的能带不连续，另外由于缓冲层具有较高的透光性和较高的电阻，可使可见光有效透过缓冲层7，从而被CIGS吸收层吸收；窗口层要求具有较高的透光性，该层可以增加太阳能电池的开路电压，提高电池特性，阻挡层4能阻隔衬底2中的杂质离子透过背电极层5扩散到CIGS吸收层6中，避免杂质离子对太阳能电池工作产生影响；前电极层要求具有高透光和高导电性，用于收集电流；在电池迎光面制备有有机无机交替多层复合阻水绝缘减反射增透层，该结构从上往下分为三层：下层的高密度高阻无机阻水减反射膜，增加入射光的透过率，有效阻水阻氧。中间层采用有机丙烯酸酯薄膜，主要作为缓冲层，释放上下膜层堆叠应力，提高无机阻水阻氧膜层抗弯折性，同时让水汽穿透的路径变长，延缓水和氧气进入CIGS电池的时间；最上层再制备一个无机阻水减反射膜，形成第三层阻挡层，进一步增加入射光透射的同时，形成第二道阻水阻氧防线；在电池底部制备有有机无机交替多层复合阻水绝缘层，该结构从底向上分为三层结构：最底层采用致密的无机阻水氧绝缘薄膜，有效阻水阻氧。中间层采用有机丙烯酸酯薄膜，主要作为缓冲层，释放上下膜层堆叠应力，提高无机阻水阻氧膜层抗弯折性，同时让水汽穿透的路径变长，延缓水氧从电池底部进入CIGS电池的时间；第三层再制备一个无机阻水阻氧薄膜，形成第三层阻挡层，形成第二道阻水阻氧防线；这三层薄膜均具有高阻特性，避免电池背电极和衬底导通，厚度在2000至4500nm，能够吸收第一道激光划刻残余热量，防止柔性衬底受损；并且使用全新的封装结构对柔性内联式太阳能电池进行了封装，在该电池器件顶部敷设一层热塑性或热固性密封胶膜、普通高透光、力学性能好、耐腐蚀的封装胶膜，在底部敷设一层热塑性或热固性密封胶膜以及普通廉价阻水板，经热层压机抽真空热层压后就完成了柔性内联式太阳能电池的耐候封装。该封装结构由于不需要使用传统工艺中使用的价格高昂的封装阻水胶膜，所以组件封装成本大大降低。

在内联式CIGS电池器件底部制备2000～4400nm厚的有机无机交替多层复合阻水绝缘层可以防止水汽从底部侵袭内联式CIGS电池器件；还可以保护柔性衬底在刻划第一道激光刻线P₁刻线时，不被高能光斑损伤；当柔性衬底材质为金箔时，防止电池的背电极和金属彻底导通，为内联式电池结构提供必要的前提保障；在制备内联式CIGS电池的过程中，可阻挡柔性衬底中的杂质离子在较高的工艺温度下向CIGS电池器件扩散，形成缺陷中心，影响电池的效率。

另一种实例中，所述柔性衬底2为耐高温柔性衬底；背保护层1为和柔性衬底结合较好且在高温下特性稳定的涂层；阻挡层4为铬阻挡层、铝阻挡层、钛阻挡层、铬镍合金阻挡层或者钨钛合金阻挡层中的一种；背电极层5为和CIGS晶格匹配好，高温下特性稳定，导电性好、反光性好的金属涂层；缓冲层7为和CIGS晶格匹配度较好的化合物薄膜层；窗口层8为高阻高透光薄膜层；前电极层9为透明导电氧化物薄膜；上部密封胶粘膜26和下部密封胶粘膜27为热塑性或热固性的密封胶粘膜，封装胶膜为高透光、力学性好、耐腐蚀的封装胶膜；所述柔性衬底2为柔性不锈钢衬底或柔性聚酰亚胺衬底；背保护层1为背钼保护层；电池底部的有机无机交替多层复合阻水绝缘层3的厚度为2000～4400nm，其包括的高密度绝缘无机阻水膜31为氮化铝高密度绝缘无机阻水膜或氮化硅高密度绝缘无机阻水膜、二氧化硅高密度绝缘无机阻水膜中的一种，高密度绝缘无机阻水膜的厚度为800～2000nm，有机丙酸酯层Ⅰ32的厚度为200～500nm，无机阻水膜33为氮化硅无机阻水膜或二氧化硅无机阻水膜，其厚度为800～2000nm；背电极层5为背钼电极层，缓冲层7为硫化镉缓冲层或硫化铟缓冲层，窗口层8为i-ZnO窗口层，前电极层9为ITO前电极层、AZO前电极层、FTO前电极层中的一种；电池顶部的有机无机交替多层复合阻水绝缘减反射增透层10的厚度为300～1000nm，其包括的高密度高阻无机阻水减反射膜101为氮化硅高密度高阻无机阻水减反射膜或二氧化硅高密度无机阻水减反射膜，高密度高阻无机阻水减反射膜的厚度为50～200nm，有机丙酸酯层Ⅱ的厚度为50～300nm，无机阻水减反射膜102为氮化硅无机阻水减反射膜或二氧化硅无机阻水减反射膜，其厚度为50～200nm。

另一种实例中，所述每组的P₁刻线13、P₂刻线14和P₃刻线15，其中，P₂刻线14位于P₁刻线13和P₂刻线15之间，相邻两条P₂刻线14的间距为5000～6000um，每组刻线中的P₁刻线13与P₂刻线14间距为100～150um，每组刻线中的P₃刻线15与P₁刻线13间距为200～260um，相邻两条P₃刻线15间距也为5000～6000um。

另一种实例中，所述每组刻线之间采用平行的间隔设置。

另一种实例中，通过P₁刻线13、P₂刻线14和P₃刻线15对不同的膜层进行刻划，实现了电池内部串联，电池组件四周采用激光或机械刻线技术刻划一圈绝缘线12，避免因边缘短路造成电池性能下降；

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种低成本柔性内联式太阳能电池封装结构，其特征在于，包括：

柔性衬底；

背保护层，其沉积在柔性衬底的下表面；

有机无机交替多层复合阻水绝缘层，其包括：高密度绝缘无机阻水膜，其沉积在柔性衬底上；有机丙烯酸酯层Ⅰ，其喷涂在高密度绝缘无机阻水膜上方；无机阻水膜，其沉积在有机丙烯酸酯层Ⅰ表面；

阻挡层，其沉积在有机无机交替多层复合阻水绝缘层上方；

背电极层，其沉积在阻挡层上方；CIGS吸收层，其沉积在背电极层上方；缓冲层，其沉积在CIGS吸收层上方；

窗口层，其沉积在缓冲层上方；前电极层，其沉积在窗口层上方；

有机无机交替多层复合阻水绝缘减反射增透层，其包括：高密度高阻无机阻水减反射膜，其沉积在前电极顶部；有机丙烯酸酯层Ⅱ，其喷涂在高密度高阻无机阻水减反射膜表面；无机减反射膜，其沉积在有机丙烯酸酯层Ⅱ表面；

背板，背板上敷设有下部密封胶粘膜，且下部密封胶粘膜敷设于柔性内联式太阳能电池底部；

正极引流条和负极引流条，分别敷设在柔性内联式太阳能电池第一个子电池和最后一个子电池的前电极上；正极汇流条和负极汇流条，其中正极汇流条和正极引流条上部相接，负极汇流条和负极引流条上部相接，正负极引流条和正负极汇流条用于引出柔性内联式太阳能电池组件的正负极；

上部密封胶粘膜，其敷设在柔性内联式太阳能电池上表面；封装胶膜，其敷设在上部密封胶粘膜上方；正极汇流条和负极汇流条的引出端穿过上部密封胶粘膜、封装胶膜，与接线盒的正负极相接；

多组刻线，每组刻线包括P₁刻线、P₂刻线和P₃刻线，其中P₁刻线穿透所述阻挡层和背电极层，P₁刻线一直刻划到有机无机交替多层复合阻水绝缘层表面；P₂刻线穿透CIGS吸收层和缓冲层，P₂刻线下端刻划至背电极层上表面，且P₂刻线与P₁刻线是平行设置；P₃刻线穿透前电极层、窗口层、缓冲层以及CIGS吸收层，P₃刻线下端刻划至背电极层上表面，同样的，P₃刻线与P₁刻线保持平行。

2.如权利要求1所述的低成本柔性内联式太阳能电池封装结构，其特征在于，所述阻挡层为铬阻挡层、铝阻挡层、钛阻挡层、铬镍合金阻挡层或者钨钛合金阻挡层中的一种；柔性衬底柔性不锈钢衬底或柔性聚酰亚胺衬底；背保护层为背钼保护层，阻挡层为铬阻挡层、铝阻挡层、钛阻挡层、铬镍合金阻挡层或者钨钛合金阻挡层中的一种；电池底部的有机无机交替多层复合阻水绝缘层的厚度为2000～4400nm，其包括的高密度绝缘无机阻水膜为氮化铝高密度绝缘无机阻水膜或氮化硅高密度绝缘无机阻水膜、二氧化硅高密度无机阻水膜中的一种，高密度绝缘无机阻水膜的厚度为800～2000nm，有机丙酸酯层Ⅰ的厚度为200～500nm，无机阻水膜为氮化硅无机阻水膜二氧化硅无机阻水膜，其厚度为800～2000nm；背电极层为背钼电极层，缓冲层为硫化镉缓冲层或硫化铟缓冲层，窗口层为i-ZnO窗口层，前电极层为ITO前电极层、AZO前电极层、FTO前电极层中的一种；电池顶部的有机无机交替多层复合阻水绝缘减反射增透层的厚度为300～1000nm，其中的高密度高阻无机阻水减反射膜为氮化硅高密度高阻无机阻水减反射膜或二氧化硅高密度高阻无机阻水减反射膜，高密度高阻无机阻水减反射膜的厚度为50～200nm，有机丙酸酯层Ⅱ厚度为50～300nm，无机阻水减反射膜为氮化硅无机阻水减反射膜或二氧化硅无机阻水减反射膜，其厚度为50～200nm。

3.如权利要求1所述的低成本柔性内联式太阳能电池封装结构，其特征在于，所述每组的P₁刻线、P₂刻线和P₃刻线，其中，P₂刻线位于P₁刻线和P₂刻线之间，相邻两条P₂刻线的间距为5000～6000um，每组刻线中的P₁刻线与P₂刻线间距为100～150um，每组刻线中的P₃刻线与P₁刻线间距为200～260um，相邻两条P₃刻线间距也为5000～6000um。

4.如权利要求1所述的低成本柔性内联式太阳能电池封装结构，其特征在于，所述每组刻线之间采用平行的间隔设置。

5.如权利要求1所述的低成本柔性内联式太阳能电池封装结构，其特征在于，电池组件四周采用激光或机械刻线技术刻一圈绝缘线，绝缘线刻划掉电池底部有机无机交替多层复合阻水绝缘层上方所有膜层。

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