CN211858687U

CN211858687U - 一种轻质光伏组件及封装系统

Info

Publication number: CN211858687U
Application number: CN202020986375.0U
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Hangzhou Microquanta Semiconductor Corp ltd
Current assignee: Hangzhou Microquanta Semiconductor Corp ltd
Priority date: 2020-06-03
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2020-11-03
Anticipated expiration: 2030-06-03

Abstract

本实用新型涉及一种轻质光伏组件，包括光伏电池片和包裹在光伏电池片外部的固化胶，光伏电池片包括具有柔性基底的光伏电池层、密封层和背面保护层，密封层设置在光伏电池层的四周，背面保护层覆盖住光伏电池层和密封层表面，光伏电池层包括导电基底、第一载流子传输层、吸光层、第二载流子传输层、顶电极。本实用新型还公开该轻质光伏组件的封装系统。本实用新型满足大规模制备的需求，可以简单、低成本地实现规模化生产，同时确保组件的长期稳定性不受影响。

Description

一种轻质光伏组件及封装系统

技术领域

本实用新型属于光伏封装技术领域，特别涉及一种轻质光伏组件及封装系统。

背景技术

太阳能的可再生性使其成为新能源领域的研究热点。传统刚性光伏组件厚重及高成本限制了太阳能电池在很多领域的应用，使用柔性材料作为衬底为太阳能电池从生产工艺到实际应用都带来一次新的革命。

然而相比于刚性太阳能电池所用的玻璃基底，普通的柔性基底水氧阻隔性差，为了弥补这一短板，一般的解决方案是使用特制的柔性基底，其一般基于含氟聚合物制备，水氧阻隔性好，但是价格十分昂贵。也正是因为这一原因，柔性光伏组件无法大规模推广。

Led领域也广泛使用柔性基底，其对水氧阻隔性的要求同光伏组件类似，其解决方案是将led器件包覆在固化胶里(如UV固化胶)。然而这一方案无法直接应用于薄膜光伏组件，因为固化胶中的固化剂(通常是小分子)会与薄膜光伏组件的活性成分发生快速反应。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种轻质光伏组件及封装系统，既满足轻质的特性，同时又满足太阳能组件隔绝水氧的严苛要求，同时与现有的光伏产业可以很好的结合，满足大规模制备的需求，可以简单、低成本地实现规模化生产，同时确保组件的长期稳定性不受影响。

本实用新型是这样实现的，提供一种轻质光伏组件，包括光伏电池片和包裹在光伏电池片外部的固化胶，光伏电池片包括具有柔性基底的光伏电池层、密封层和背面保护层，密封层设置在光伏电池层的四周，背面保护层覆盖住光伏电池层和密封层表面，光伏电池层包括导电基底、第一载流子传输层、吸光层、第二载流子传输层、顶电极。

进一步地，所述光伏电池片包括钙钛矿光伏电池片或有机光伏电池片。

进一步地，所述背面保护层包括willow柔性玻璃、PET片、PEN片、聚酰胺片、聚氨酯片、聚氟烯烃片中任意一种。

进一步地，所述固化胶包括光引发剂、单体、预聚物、助剂，其中单体包括丙烯酸树脂类化合物和环氧树脂类化合物，其中丙烯酸树脂类化合物包括丙烯酸正丁酯、丙烯酸-2-羟乙酯、聚氨基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、苯氧乙基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二缩乙二醇丙烯酸酯、甲基丙烯酸氨基甲酸酯中任意一种，环氧树脂类化合物包括双酚A环氧丙烯酸酯、环氧丙烯酸树脂、甲基丙烯酸环氧树脂中任意一种；预聚物包括聚氨酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯中任意一种；光引发剂包括酰基膦氧化物类自由基型光引发剂、苯乙酮类自由基型光引发剂、二苯甲酮类自由基型光引发剂和芳香硫鎓盐离子型光引发剂、碘鎓盐离子型光引发剂中任意一种；助剂包括稳定剂、交联剂、增塑剂中至少一种。

本实用新型是这样实现的，还提供一种如前所述的轻质光伏组件的封装系统，包括输送已制备好的光伏电池片的第一输送带及导辊、盛装固化胶水的容器、带有固化装置能够对包裹在光伏电池片表面的固化胶水进行固化的固化室、设有切除装置能够对固化胶材料进行切除的定型室、输送固化后的光伏电池片的第二输送带，以及将光伏电池片从固化胶水中取出并送入固化室的取运工具，具有柔性基底的光伏电池层从第一输送带浸没在固化胶水中，第二输送带将固化后的光伏电池片输送到定型室。

与现有技术相比，本实用新型的轻质光伏组件及封装系统具有以下特点：

1.本实用新型的方法简单易操作，无需层压，封装材料也可以多次使用；

2.适合封装各种尺寸的柔性组件，利于规模化生产；

3.封装过程迅速，并且在室温下进行，避免了在高温下封装组件影响组件性能，也避免了层压使光伏组件的电极材料剥落而破坏组件，封装后的组件也具有较低的水汽透过率。

附图说明

图1为本实用新型的轻质光伏组件较佳实施例的结构示意图；

图2为本实用新型的轻质光伏组件的封装系统的结构原理示意图；

图3为实施例1的轻质光伏组件与用相同方法制备光伏电池层但未使用固化胶的光伏组件的能量转化效率对比示意图；

图4为实施例1的轻质光伏组件的老化试验结果示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参照图1所示，本实用新型轻质光伏组件的较佳实施例，包括光伏电池片1和包裹在光伏电池片1外部的固化胶2。光伏电池片1包括具有柔性基底3的光伏电池层4、密封层5和背面保护层6，密封层5设置在光伏电池层4的四周，背面保护层6覆盖住光伏电池层4和密封层5表面。光伏电池层包括导电基底、第一载流子传输层、吸光层、第二载流子层、顶电极。

所述光伏电池片1包括钙钛矿光伏电池片或有机光伏电池片。

所述背面保护层6包括willow柔性玻璃、PET片、PEN片、聚酰胺片、聚氨酯片、聚氟烯烃片中任意一种。

所述固化胶主要是UV固化胶，包括光引发剂、单体、预聚物、助剂，其中单体主要包括丙烯酸树脂类化合物和环氧树脂类化合物，其中丙烯酸树脂类化合物包括但不限于丙烯酸正丁酯、丙烯酸-2-羟乙酯、聚氨基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、苯氧乙基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二缩乙二醇丙烯酸酯、甲基丙烯酸氨基甲酸酯中任意一种，环氧树脂类化合物包括但不限于双酚A环氧丙烯酸酯、环氧丙烯酸树脂、甲基丙烯酸环氧树脂中任意一种；预聚物包括但不限于聚氨酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯中任意一种；光引发剂包括但不限于酰基膦氧化物类自由基型光引发剂、苯乙酮类自由基型光引发剂、二苯甲酮类自由基型光引发剂和芳香硫鎓盐离子型光引发剂、碘鎓盐离子型光引发剂中任意一种；助剂主要包括稳定剂、交联剂、增塑剂中至少一种。

所述固化胶2是一种水汽透过率较低的封装材料。所述固化胶2的材料来源广泛，需满足以下几个特点：1)不含水、氧，并且在固化过程中不释放出水、氧，不产生气泡、孔洞；2)可以通过相应方式短时间内迅速固化；3)组件在浸泡和固化过程中，封装材料都不与光伏组件发生反应；4)封装材料固化后透明；5)封装材料固化后耐水氧、光热。

请参照图2所示，本实用新型还公开一种如前所述的轻质光伏组件的封装系统，包括输送已制备好的光伏电池片1的第一输送带7及导辊8、盛装固化胶水的容器9、带有固化装置能够对包裹在光伏电池片1表面的固化胶水进行固化的固化室10、设有切除装置能够对固化胶材料进行切除的定型室11、输送固化后的光伏电池片1的第二输送带12，以及将光伏电池片1从固化胶水中取出并送入固化室10的取运工具13，具有柔性基底3的光伏电池层4从第一输送7带浸没在固化胶水中，第二输送带12将固化后的光伏电池片1输送到定型室11。

本实用新型还公开一种使用如前所述的轻质光伏组件的封装系统进行轻质光伏组件封装的封装方法，包括如下步骤：

步骤1、将已制备好的光伏电池片1沉浸在盛装固化胶水的容器9中，然后通过取运工具13将包裹有固化胶水的光伏电池片1取出放入固化室10中，固化胶水被固化成固化胶。

步骤2、通过第二输送带12将固化后的光伏电池片1送至定型室11，切除光伏电池片1外多余的固化封装材料得到轻质光伏组件成品14。

本实用新型还公开一种如前所述的轻质光伏组件的封装方法，包括如下步骤：

步骤一、在已制备光伏电池层4的柔性基底3四周沉积一圈密封层5，再将背面保护层6完全覆盖在光伏电池层4和密封层5表面，制成光伏电池片1。

步骤二、将光伏电池片1沉浸在液体固化胶水中，然后将包裹有固化胶水的光伏电池片1取出放入固化室中，固化胶水被固化成固化胶2。

步骤三、固化后的光伏电池片1送至定型室，切除光伏电池片1外多余的固化封装材料得到轻质光伏组件成品。

在步骤二中，光伏电池片1沉浸在液体固化胶中时间为10s～60s，直至光伏电池片1的外表面均包裹有一层固化胶水。

在步骤二中，固化胶水的固化方式主要是紫外光固化方式。

在步骤三中，将固化后的光伏电池片1进行切除多余部分的方式包括激光切割方式或物理划线切割方式。

柔性轻质光伏组件大小不受限制，本实用新型的轻质光伏组件的封装方法适用于不同大小的光伏组件。

下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的轻质光伏组件的封装方法。

实施例1

本实用新型的第一种轻质光伏组件的封装方法实施例，包括如下步骤：

步骤11、制备柔性钙钛矿光伏电池层4：将AZO导电PEN柔性基底3进行激光切割，使切割线两侧的子电池完全绝缘，再清洗干净、氮气吹干、UV处理；用丝网印刷的方法在基底上沉积20nm厚的PTAA作为空穴传输层，用狭缝连续涂布Cs_0.15FA_0.85PbI₃溶液到基底上，其中，溶液的浓度为1mol/L，溶剂为1,4-丁内酯及少量N-甲基吡咯烷酮，100℃退火10分钟，得到500nm的钙钛矿层；然后蒸镀30nm的C₆₀，20nm的铬作为电子传输层和阻挡层，进行第二次激光切割，切割线下端至导电基底AZO上表面；蒸镀150nm银作为顶电极，再进行第三次激光切割，切割线下端至导电基底AZO的上表面，保证两侧子电池的前电极完全断开，制得柔性钙钛矿光伏电池层4。

步骤12、封装光伏电池片1：在柔性钙钛矿光伏电池层4四周沉积一圈密封胶制成密封层5，再在钙钛矿光伏电池层4和密封层5上覆盖一层PET将其完全覆盖。

步骤13、制备UV固化胶水：在惰性气氛下，将单体丙烯酸正丁酯80g、丙烯酸-2-羟乙酯10g和丙烯酸10g混合后，充分搅拌30min；在混合物中加入光引发剂(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦1g与交联剂1,6-己二醇二丙烯酸酯1g，再将硅铝酸钠粉末50g加入混合体系中充分搅拌。

步骤14、封装成品：将步骤12制备好的钙钛矿光伏电池片1传送至装满步骤13制备的UV固化胶水的封装池中，浸泡25s后，用夹具夹出，迅速传送至立体环绕UV固化室，在UV灯功率为200W照射下固化5s，使UV固化胶水封装材料完全固化成固化胶2。

步骤15、定型：将固化后的钙钛矿光伏电池片1送至定型室，将多余的UV固化胶2封装材料进行激光切除，得到钙钛矿轻质光伏组件成品。

将实施例1制备的钙钛矿轻质光伏组件成品进行如下试验。

A、轻质光伏组件的重量：

现有钢化玻璃大约为2.5kg/m²/mm。3mm的双玻钙钛矿组件重量约为15kg。本实施例使用1cm厚度左右的UV胶包裹的钙钛矿轻质光伏组件的重量大约为1kg左右，重量为现有双玻钙钛矿组件的1/15，重量大幅度降低，实现轻质的目标。

B、轻质光伏组件的能量转化效率：

以实施例1制作的钙钛矿轻质光伏组件，如图3所示，未使用固化胶的光伏组件(封装前)的能量转化效率18.53％，使用固化胶封装的光伏组件(封装后)的能量转化效率18.34％，说明本实施例的封装方法对钙钛矿轻质光伏组件的效率几乎无影响。

	Voc/V	Jsc/mA.cm<sup>-2</sup>	FF	η/％
					未使用固化胶的光伏组件	0.97	24.27	78.81	18.53
使用固化胶的轻质光伏组件	0.97	24.24	78.12	18.34

C、轻质光伏组件的耐水、耐热性：

使用本实施例1的UV胶包裹的轻质光伏组件在温度85℃、湿度85％的环境下，老化1000h后能量转化效率仍有原有效率的93％左右，如图4所示。其封装效果并不逊色于其它封装胶。

D、轻质光伏组件的曲率：

10×10cm²的轻质光伏组件的弯曲半径为9.5cm，具有较强的抗弯折性能。

E、轻质光伏组件的耐弯折性：

10×10cm²的轻质光伏组件的弯曲半径为9.5cm，经过1000个弯折循环，测试其能量转化效率为初始效率的95％。

F、轻质光伏组件的透光性：

本实施例1的使用的UV胶的折射率大约为1.5左右，被UV胶包裹的轻质光伏组件的透光率大约为90％，接近使用普通钢化玻璃封装的双玻组件。

因此，综上所述，本实施例的使用UV胶封装的轻质组件具有较高的抗弯曲能力、较高的透光性和耐候性。

实施例2

本实用新型的第二种轻质光伏组件的封装方法实施例，包括如下步骤：

步骤21、制备柔性有机光伏电池层4：在导电PET基底上蒸镀ZnO，厚度200nm，蒸镀速率为

真空度为1*10^-5Pa以下，随后用涂布法制备P3HT:ICBA层，涂布速度为1mm/s，再蒸镀一层MoOx，厚度为200nm，最后蒸镀100nm的Ag做顶电极。

步骤22、封装光伏电池片1：将UV胶用点胶机涂敷在有机光伏电池层4四周形成密封层5，再在有机光伏电池层4和密封层5上覆盖一层PET将其完全覆盖。

步骤23、封装成品：将步骤12制备好的钙钛矿光伏电池片1传送至装满UV固化胶水的封装池中，浸泡30s后，用夹具夹出，迅速传送至立体环绕UV固化室10，打开立体环绕紫外灯，在UV灯功率为150W照射下固化10s，使UV固化胶水封装材料完全固化。

步骤24、定型：将固化后的有机光伏电池片1送至定型室，将多余的UV固化胶2封装材料进行激光切除，得到有机轻质光伏组件成品。

用mocon设备测得该方法制得的封装组件水汽透过率为2×10^-3g/m²。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种轻质光伏组件，其特征在于，包括光伏电池片和包裹在光伏电池片外部的固化胶，光伏电池片包括具有柔性基底的光伏电池层、密封层和背面保护层，密封层设置在光伏电池层的四周，背面保护层覆盖住光伏电池层和密封层表面，光伏电池层包括导电基底、第一载流子传输层、吸光层、第二载流子传输层、顶电极。

2.如权利要求1所述的轻质光伏组件，其特征在于，所述光伏电池片包括钙钛矿光伏电池片或有机光伏电池片。

3.如权利要求1所述的轻质光伏组件，其特征在于，所述背面保护层包括willow柔性玻璃、PET片、PEN片、聚酰胺片、聚氨酯片、聚氟烯烃片中任意一种。

4.如权利要求1所述的轻质光伏组件，其特征在于，所述固化胶包括光引发剂、单体、预聚物、助剂，其中单体包括丙烯酸树脂类化合物和环氧树脂类化合物，其中丙烯酸树脂类化合物包括丙烯酸正丁酯、丙烯酸-2-羟乙酯、聚氨基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、苯氧乙基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二缩乙二醇丙烯酸酯、甲基丙烯酸氨基甲酸酯中任意一种，环氧树脂类化合物包括双酚A环氧丙烯酸酯、环氧丙烯酸树脂、甲基丙烯酸环氧树脂中任意一种；预聚物包括聚氨酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯中任意一种；光引发剂包括酰基膦氧化物类自由基型光引发剂、苯乙酮类自由基型光引发剂、二苯甲酮类自由基型光引发剂和芳香硫鎓盐离子型光引发剂、碘鎓盐离子型光引发剂中任意一种；助剂包括稳定剂、交联剂、增塑剂中至少一种。

5.一种如权利要求1至4中任意一种所述的轻质光伏组件的封装系统，其特征在于，包括输送已制备好的光伏电池片的第一输送带及导辊、盛装固化胶水的容器、带有固化装置能够对包裹在光伏电池片表面的固化胶水进行固化的固化室、设有切除装置能够对固化胶材料进行切除的定型室、输送固化后的光伏电池片的第二输送带，以及将光伏电池片从固化胶水中取出并送入固化室的取运工具，具有柔性基底的光伏电池层从第一输送带浸没在固化胶水中，第二输送带将固化后的光伏电池片输送到定型室。