DE102009041476A1

DE102009041476A1 - Verkapselungsmaterial, kristallines Silicium-Photovoltaikmodul und Dünnschicht-Photovoltaikmodul

Info

Publication number: DE102009041476A1
Application number: DE200910041476
Authority: DE
Inventors: Lee-May Huang; Cheng-Yu Jhongli Peng; Wen-Chung Liang; Chun-Heng Chen
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2010-06-24
Also published as: TW201023380A; TWI430462B; US8796542B2; US20100147363A1

Abstract

Es werden ein Verkapselungsmaterial mit verbessertem Lichtreflexionsvermögen, ein kristallines Silizium-Photovoltaikmodul und ein Dünnschicht-Photovoltaikmodul bereitgestellt. Das Verkapselungsmaterial weist eine poröse Struktur darin auf und ein durchschnittlicher Porendurchmesser der porösen Struktur liegt zwischen mehreren hundert Nanometern und mehreren hundert Mikrometern, so dass sich das Lichtreflexionsvermögen des Verkapselungsmaterials verbessert. Zudem wird das Verkapselungsmaterial durch ein physikalisches oder chemisches Vernetzungsverfahren vernetzt, so dass sich seine Hitzebeständigkeit verbessert. Daher ist das Verkapselungsmaterial für das kristalline Silizium-Photovoltaikmodul und das Dünnschicht-Photovoltaikmodul geeignet, um den Leistungswirkungsgrad dieser Module zu steigern.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verkapselungsmaterial, das ein verbessertes Lichtreflexionsvermögen aufweist, ein kristallines Silizium-Photovoltaikmodul und ein Dünnschicht-Photovoltaikmodul.
Beschreibung der verwandten Technik
Die Struktur eines Photovoltaikmoduls umfasst eine Vorderplatte, Solarzellen und eine Rückplatte, die zu einer laminierten Sandwichstruktur geformt werden. Ein Verkapselungsmaterial wird dabei hauptsächlich als Sperrschicht verwendet, um die Solarzellen und die Anschlussschaltungen in dem Photovoltaikmodul vor Umgebungseinflüssen, wie Feuchtigkeit, Sauerstoff, saurem Regen und Salzen, zu schützen. Ein gutes Verkapselungsmaterial verlängert nicht nur die Lebensdauer des Moduls, sondern bewahrt auch einen gewissen photovoltaischen Wirkungsgrad.
Gewöhnliche Verkapselungsmaterialien sind hoch transparente aushärtende oder thermoplastische Polymermaterialien. Da die Brechungszahlen (n) der Verkapselungsmaterialien denen von Glas ähnlich sind, ist es nicht ungewöhnlich, die Verkapselungsmaterialien direkt zu verwenden, um die Lichtfalle des Photovoltaikmoduls zu verbessern. Ein ganz gewöhnliches Beispiel besteht darin, periodische V-Rillen-Strukturen zu verwenden, die zwischen der Vorderplatte und der Rückplatte des Photovoltaikmoduls und in dem Zwischenraum zwischen den Solarzellen angeordnet werden, um das Lichtreflexionsvermögen eines kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls zu verbessern.
Wie es eine strategische Analyse von Patentbeschreibungen über Photovoltaikmodule zeigt, konzentrieren sich die meisten Patente auf die Entwicklung von Materialien und Verarbeitungstechnologien der Module, und alle diese Unternehmen legen Wert auf hoch transparente optische Elemente: z. B. Solarzellen mit einer Entspiegelungsschicht, ein Glassubstrat mit Texturierung auf seiner Oberfläche; ein anderer Schwerpunkt liegt auf einer stark reflektierenden Rückplatte, und einige Patente konzentrieren sich auf Baukonstruktionen der Lichtfalle des Verkapselungsmaterials des Moduls, wodurch effektiv Sonnenlicht in der Struktur des Photovoltaikmoduls eingeschlossen wird.
Mit Bezug auf Baukonstruktionen von hoch transparenten optischen Elementen und Rückplatten wird in dem US-Patent Nr. 5,994,641 die mit V-Rillen texturierte Platte, die dem Sonnenlicht ausgesetzt wird, in den Lücken zwischen den Aufstellungen der Solarzellen angeordnet, wodurch sie zu einer stark reflektierenden optischen Platte gefertigt wird und die Lichtfalle und ihre Verwendung effektiv verbessert. Im Vergleich dazu verwendet die vorliegende Erfindung ein Verkapselungsmaterial mit verbessertem Lichtreflexionsvermögen, um die Lichtreflexion- und Streuungseigenschaften von Lücken in einer Aufstellung zu entwickeln, wodurch die Lichtfalle der Lücken zwischen den Solarzellen effektiv verbessert wird.
Die US-Patentschrift Nr. 2008/0000517 A1 stellt eine Bauform einer stark reflektierenden Rückplatte bereit, die eine Struktur mit geprägten Oberflächen aufweist, die Licht schräg leitet, um ein gewisses Rückplattenreflexionsvermögen zu erzeugen. Im Vergleich dazu verwendet die vorliegende Erfindung ein Verkapselungsmaterial mit verbessertem Lichtreflexionsvermögen, wodurch das Verkapselungsmaterial verwendet wird, um einen Zustand zu erzeugen, bei dem der Streuungswinkel des reflektierten Lichts größer ist als ein kritischer Winkel, so dass das Sonnenlicht vollständig von der Oberfläche der Vorderplatte reflektiert wird, wodurch die Photoenergie effektiv innerhalb des Moduls eingefangen wird.
Die Lichtfalle in dem Dünnschicht-Photovoltaikmodul verwendet hauptsächlich Gegenelektroden-Metallfolien oder weiße Farbe als Rückflächenreflektoren, um die Lichtabsorption der photoaktiven Schicht zu verbessern, z. B. in dem US-Patent Nr. 5,569,332 . Das obige Verfahren ist jedoch für Anwendungen bei durchsichtigen Photovoltaikmodulen nach Dünnschichtart ungünstig.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Daher stellt die vorliegende Erfindung eine neuartige Struktur eines Verkapselungsmaterials für ein Photovoltaikmodul bereit, das eine poröse Struktur von mehreren hundert Nanometern bis mehreren hundert Mikrometern aufweist, um das Lichtreflexionsvermögen innerhalb der Verkapselung zu verbessern, um die Lichtfalle z. B. 1) eines kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls und 2) eines Dünnschicht-Photovoltaikmoduls zu verbessern.
Die Photovoltaikmodule der vorliegenden Erfindung umfassen ein Verkapselungsmaterial, das mit einer Schicht oder mehreren Schichten strukturiert ist und eine poröse mikroskopische Struktur mit hohem Reflexionsvermögen aufweist, das eine Lichtbegrenzungseigenschaft aufweist, um Sonnenlicht effektiv in dem Photovoltaikmodul einzufangen, woraus sich eine Verbesserung des Leistungswirkungsgrads ergibt.
Zunächst stellt die vorliegende Erfindung ein Verkapselungsmaterial mit verbessertem Lichtreflexionsvermögen bereit, das durch eine poröse Struktur in dem Verkapselungsmaterial gekennzeichnet ist. Ein durchschnittlicher Porendurchmesser der porösen Struktur liegt zwischen mehreren hundert Nanometern und mehreren hundert Mikrometern, um das Reflexionsvermögen des Verkapselungsmaterials zu verbessern. Das Verkapselungsmaterial wird ferner durch ein chemisches oder physikalisches Vernetzungsverfahren vernetzt, um seine Hitzebeständigkeit zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein kristallines Silizium-Photovoltaikmodul bereit, das eine erste Rückplatte, eine erste Verkapselungsschicht, eine Vielzahl von kristallinen Silizium-Solarzellen, eine zweite Verkapselungsschicht und ein transparentes Substrat, der Reihe nach aufgeschichtet, umfasst. Das kristalline Silizium-Photovoltaikmodul umfasst ferner ein Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur, das zwischen der Rückplatte und dem transparenten Substrat (d. h. der Vorderplatte) angeordnet wird, um Licht zu sammeln, das durch die Lücke zwischen den kristallinen Silizium-Solarzellen geht, und um den Leistungswirkungsgrad des kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls zu steigern.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Dünnschicht-Photovoltaikmodul bereit, das eine Rückplatte, eine transparente leitfähige Schicht als Gegenelektrode, eine Dünnschicht-Solarzelle, eine transparente leitfähige Schicht und ein transparentes Substrat umfasst. Das Dünnschicht-Photovoltaikmodul umfasst ferner ein Verkapselungsmaterial mit einer porösen Struktur, das zwischen der Rückplatte und der transparenten leitfähigen Schicht als Gegenelektrode angeordnet ist, um die Lichtabsorption in der Dünnschicht-Solarzelle zu verbessern, wodurch der Leistungswirkungsgrad des Dünnschicht-Photovoltaikmoduls gesteigert wird. Nach bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt der Reflexionsgrad des Verkapselungsmaterials mit poröser Struktur z. B. zwischen 7% und 45%.
Bei der vorliegenden Erfindung werden die Eigenschaften des Reflexionsvermögens des Verkapselungsmaterials, das eine poröse Struktur aufweist, verwendet, um die Lichtfalle des Photovoltaikmoduls zu verbessern und um den Leistungswirkungsgrad des Photovoltaikmoduls weiter zu verbessern. Da das Verkapselungsmaterial der vorliegenden Erfindung zudem transparent ist, kann es auf gebäudeintegrierte photovoltaische (BIPV) kristalline Silizium-Photovoltaikmodule und Dünnschicht-Photovoltaikmodule durchsichtiger Art angewendet werden. Z. B. kann das Verkapselungsmaterial der vorliegenden Erfindung zwischen der Vorderplatte und der Rückplatte der kristallinen Silizium-Solarzelle angeordnet werden, so dass, wenn die kristalline Silizium-Solarzelle von Sonnenlicht bestrahlt wird, das Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur Reflexionsvermögen erzeugt, wodurch die photovoltaische Umwandlungseffizienz des kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls verbessert wird. Wenn das Verkapselungsmaterial der vorliegenden Erfindung auf das Dünnschicht-Photovoltaikmodul durchsichtiger Art angewendet wird, kann ein durch die transparente leitfähige Schicht als Gegenelektrode gehender Lichtweg verlängert werden, und die Lichtabsorption in den Dünnschicht-Solarzellen wird gesteigert.
Um die zuvor erwähnten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung besser verständlich zu machen, sollen nachstehend mehrere Ausführungsformen zusammen mit Figuren beschrieben werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beiliegenden Zeichnungen sind enthalten, um für weiteres Verständnis der Erfindung zu sorgen, und werden in diese Beschreibung übernommen und sind Teil davon. Die Zeichnungen bilden Ausführungsformen der Erfindung ab und dienen mit der Beschreibung dazu, die Grundlagen der Erfindung zu erläutern. Es zeigen:
1 eine schematische Querschnittsansicht, die ein kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 eine Darstellung, die ein Verkapselungsmaterial zeigt, das eine poröse Struktur aus 1 aufweist, die mit einem Elektronenstrahl vernetzt wird.
3 eine schematische Querschnittsansicht, die ein anderes kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 eine schematische Querschnittsansicht, die ein kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 eine schematische Querschnittsansicht, die ein kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 eine schematische Querschnittsansicht, die ein kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 eine Darstellung, die ein Verkapselungsmaterial zeigt, das eine poröse Struktur aus 6 aufweist, die mit einem Elektronenstrahl vernetzt wird.
8 eine schematische Querschnittsansicht, die ein kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 eine schematische Querschnittsansicht, die ein Dünnschicht-Photovoltaikmodul nach der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 eine schematische Querschnittsansicht, die ein Dünnschicht-Photovoltaikmodul nach der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ein Herstellungsflussdiagramm eines Verkapselungsmaterials mit verbessertem Lichtreflexionsvermögen nach der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 eine REM-(Rasterelektronenmikroskop)Aufnahme von Polyvinylbutyral (PVB), das eine poröse Struktur darin aufweist, die in Experiment 1 erzielt wird.
13 einen GPC-MS-Verlauf von PVB vor dem Vorwärmen, nach dem Vorwärmen und nach der Verschäumung.
14 einen Verlauf, der den Reflexionsgrad und Transmissionsgrad von PVB, das eine poröse Struktur aufweist, die in Experiment 1 erzielt wird, und von herkömmlichem PVB zeigt.
15 einen Verlauf, der den diffusen Reflexionsgrad und den totalen Reflexionsgrad von PVB, das eine poröse Struktur aufweist, die in Experiment 1 erzielt wird, und von herkömmlichem PVB zeigt.
16 eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zum Verkapselungsaufschichten eines PVB-Verkapselungsmaterials, das eine poröse Struktur aufweist, und einer einstückigen kristallinen Silizium-Solarzelle nach Experiment 2 zeigt.
17A eine schematische Querschnittsansicht eines Flussdiagramms, das ein Verfahren zum Verkapselungsaufschichten eines PVB-Verkapselungsmaterials, das eine poröse Struktur aufweist, und einer einstückigen kristallinen Silizium-Solarzelle nach Experiment 2 zeigt.
17B eine schematische Querschnittsansicht, die ein Flussdiagramm eines anderen Verfahrens zum Verkapselungsaufschichten eines PVB-Verkapselungsmaterials, das eine poröse Struktur aufweist, und einer einstückigen kristallinen Silizium-Solarzelle nach Experiment 2 zeigt.
18A ein photoelektrisches Wandlungseffizienz-(QE)Diagramm eines umverkapselten Silizium-Dünnschicht-Solarzellenmoduls durchsichtiger Art und eines Silizium-Dünnschicht-Solarzellenmoduls durchsichtiger Art, das ein Verkapselungsmaterial nach Experiment 1 verwendet.
18B ein QE-Diagramm eines unverkapselten Silizium-Dünnschicht-Solarzellenmoduls durchsichtiger Art und eines Silizium-Dünnschicht-Solarzellenmoduls durchsichtiger Art, das ein herkömmliches Verkapselungsmaterial verwendet, das keine Poren aufweist.
19A ein QE-Diagramm eines unverkapselten Silizium-Dünnschicht-Solarzellenmoduls durchsichtiger Art und eines Silizium-Dünnschicht-Solarzellenmoduls durchsichtiger Art, das ein Verkapselungsmaterial aus Experiment 1 verwendet, das eine laminierte Tedlar^®-Polymerfolie als Rückplatte aufweist.
19B ein QE-Diagramm eines unverkapselten Silizium-Dünnschicht-Solarzellenmoduls durchsichtiger Art und eines Silizium-Dünnschicht-Solarzellenmoduls durchsichtiger Art, das ein Verkapselungsmaterial aus Experiment 1 verwendet, das eine laminierte Tedlar^®-Polymerfolie als Rückplatte aufweist.
20 eine REM-Aufnahme, die Ethylen-Vinylacetat (EVA) mit Poren zeigt, die in Experiment 5 erzielt wurden.
21 einen Verlauf, der den Reflexionsgrad und Transmissionsgrad von EVA, das eine poröse Struktur aufweist, die in Experiment 5 erzielt wurde, und von herkömmlichem EVA, zeigt.
22 eine REM-Aufnahme, die EVA zeigt, das Poren aufweist und in Experiment 6 erzielt wurde.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Verkapselungsmaterial mit verbessertem Reflexionsvermögen ein Material, das durch ein superkritisches CO₂-Aufschäumungsverfahren erzielt wird, wobei das Verkapselungsmaterial eine poröse Struktur aufweist und ein durchschnittlicher Porendurchmesser in der porösen Struktur von mehreren hundert Nanometern bis zu mehreren hundert Mikrometern reicht, wodurch das Lichtreflexionsvermögen des Verkapselungsmaterials verbessert wird; z. B. wird das Reflexionsvermögen um 7 bis 45% verbessert.
Zudem wird das Verkapselungsmaterial, das eine poröse Struktur aufweist, durch ein chemisches oder physikalisches Vernetzungsverfahren vernetzt, um seine Hitzebeständigkeit zu verbessern. Z. B. kann das chemische Vernetzungsverfahren eine Peroxid- oder Silanvernetzung sein, wie in dem US-Patent Nr. 4,714,716 und dem US-Patent Nr. 6,900,267 angegeben. Das physikalische Vernetzungsverfahren ist z. B. eine Elektronenstrahl- oder Gammastrahl-Vernetzung.
Das Verkapselungsmaterial ist z. B. EVA, PVB, Polyolefin, Polyurethan (PU) und Silikon.
Verschiedene Verkapselungsmaterialien zeigen verschiedene poröse Strukturen und Größen nach dem Aufschäumen, so dass sich ein unterschiedliches Ausmaß an Wirkungen zeigt. Nach dem Aufschäumen reicht der Reflexionsgradbereich eines PVB-Polymermaterials von 15% bis 45%, und der Reflexionsgradbereich eines EVA-Polymermaterials reicht von 7% bis 45%.
Das erfindungsgemäße Verkapselungsmaterial, das eine poröse Struktur, aufweist, die das Reflexionsvermögen verbessert, weist einen hohen Reflexions- und Transmissionsgrad auf, so dass es auf diverse Formen von kristallinen Silizium-Photovoltaikmodulen (wie etwa in 1 bis 8 gezeigt) oder auf Dünnschicht-Photovoltaikmodule (wie etwa in 9 und 10 gezeigt) anwendbar ist.
Erste Ausführungsform
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Mit Bezug auf 1 umfasst ein kristallines Silizium-Photovoltaikmodul 100 nach der ersten Ausführungsform eine erste Rückplatte 102, eine erste Verkapselungsschicht 104, eine Vielzahl von kristallinen Silizium-Solarzellen 106, eine zweite Verkapselungsschicht 108 und ein transparentes Substrat 110, der Reihe nach aufgeschichtet. Das kristalline Silizium-Photovoltaikmodul 100 umfasst ferner ein Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur 112, das zwischen den kristallinen Silizium-Solarzellen 106 und zwischen der ersten Verkapselungsschicht 104 und der zweiten Verkapselungsschicht 108 angeordnet wird, um Licht aufzufangen, das durch die kristallinen Silizium-Solarzellen 106 geht, und um den Leistungswirkungsgrad des kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls 100 zu verbessern. Ein durchschnittlicher Porendurchmesser in dem Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur 112 liegt zwischen mehreren hundert Nanometern und mehreren hundert Mikrometern, und eine Foliendicke des Verkapselungsmaterials mit poröser Struktur 112 liegt z. B. zwischen 0,1 mm und 1 mm. Die erste Verkapselungsschicht 104 und die zweite Verkapselungsschicht 108 können Verkapselungsmaterialien sein, die herkömmlicherweise in Photovoltaikmodulen verwendet werden, wie etwa porenfreies EVA, PVB, Polyolefin, PU oder Silikon.
Die Rückplatte 102 ist z. B. Glas oder eine laminierte Polymerfolie, wie etwa Tedlar^®, und das transparente Substrat 110 ist z. B. Glas oder ein Kunststoffsubstrat.
Gemäß der ersten Ausführungsform werden bei einem Prozess des Verkapselns des kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls 100 die kristallinen Silizium-Solarzellen 106 normalerweise in Aufstellungen angeordnet, und ein Schichtungsprozess wird unter Verwendung eines Vakuumheizgeräts ausgeführt. Die erste Verkapselungsschicht 104 und die zweite Verkapselungsschicht 108 werden geschmolzen und geformt, um die kristallinen Silizium-Solarzellen 106 vollständig zu umgeben. Das Verkapselungsmaterial, das eine poröse Struktur aufweist, wurde zuvor durch eine Elektronenstrahl-Technologie vernetzt und weist eine bessere Hitzebeständigkeit auf, so dass die Geometrie des Verkapselungsmaterials mit poröser Struktur 112 nach dem Erhitzen bewahrt wird. Die Verbesserung der Lichtfalle unter Verwendung der Reflexionsgradeigenschaft des Verkapselungsmaterials mit poröser Struktur 112 verbessert somit ferner den Leistungswirkungsgrad des Moduls.
Da jede der kristallinen Silizium-Solarzellen 106 des kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls 100 eine sehr geringe Ausgangsleistung aufweist, müssen sie in Reihe geschaltet werden, um den Leistungswirkungsgrad zu verbessern. Das kristalline Silizium-Photovoltaikmodul 100 umfasst üblicherweise eine Vielzahl von „Ketten”. Eine einzelne Kette umfasst die Vielzahl in Reihe geschalteten kristallinen Silizium-Solarzellen 106, und die jeweiligen Ketten werden dann zueinander parallel geschaltet. Ein Konstruktionsprinzip der Reihen- und Parallelschaltung erfolgt gemäß einer Spannungs- und Stromanforderung für das kristalline Silizium-Photovoltaikmodul 100. In der Praxis ist die wirksame Fläche für die Stromerzeugung des kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls 100 jedoch tatsächlich geringer als eine bestrahlte Fläche des ganzen Moduls. Dies ist hauptsächlich der Fall, weil die nebeneinanderliegenden kristallinen Silizium-Solarzellen sich nicht berühren. Zwischen den kristallinen Silizium-Solarzellen 106 und in der Nähe der Ränder des kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls 100 wird ein Intervall eingehalten, um die schädliche Einwirkung der Umgebung zu reduzieren.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann das Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur 112 an verschiedenen Positionen je nach der unterschiedlichen Bestrahlungsstärke des Elektronenstrahls vernetzt werden. Mit Bezug auf 2 sind Teil (1) und Teil (2) jeweils eine Querschnittsansicht und Draufsicht des Verkapselungsmaterials mit poröser Struktur 112 aus 1 vor dem Verkapseln. Während der Elektronenstrahl-Vernetzung wird ein Teil der Flächen absichtlich blockiert, so dass eine Aufstellungsfläche 112b nicht durch den Elektronenstrahl bestrahlt wird und nur eine andere Fläche 112a bestrahlt wird. Wenn das Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur 112 bei einer Anordnung wie in 1 gezeigt verwendet wird, um das Photovoltaikmodul zu verkapseln, da die Fläche 112a vernetzt ist und ihre Hitzebeständigkeit verbessert ist, schmilzt sie nicht während des nachfolgenden Erhitzungsprozesses; nur die Fläche 112b schmilzt. Wenn die Aufstellungsfläche, die von dem Elektronenstrahl vernetzt wird, also ausgelegt ist, um die gleiche Größe aufzuweisen wie die kristallinen Silizium-Solarzellen 106 (mit Bezug auf 1), und die Lücke 116a und der Rand 116b gemäß den Lücken des eigentlichen kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls ausgelegt sind, kann das teilweise vernetzte Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur aus 2 das herkömmliche Verkapselungsmaterial ersetzen. Nach dem Schichtungsprozess sieht die Struktur des kristallinen Silizium-Solarzellenmoduls wie in 1 gezeigt aus.
Daher wird durch die Verwendung des Verkapselungsmaterials mit poröser Struktur 112 gemäß der ersten Ausführungsform, um die Lücken zwischen den kristallinen Silizium-Solarzellen 106 zu füllen, Licht, das durch die kristallinen Silizium-Solarzellen 106 geht, effektiv eingefangen. Wenn eine Bestrahlung durch Sonnenlicht erfolgt, wird, da Licht 114 in alle Richtungen von dem Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur 112 reflektiert wird, ein Teil des Lichts auf eine Oberfläche des kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls 100 reflektiert und wird weiter von den kristallinen Silizium-Solarzellen 106 absorbiert.
Da das Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur 112 zudem einen durchschnittlichen Porendurchmesser von mehreren hundert Nanometern bis mehreren hundert Mikrometern aufweist, weist es nicht nur einen hohen Reflexionsgrad sondern auch einen hohen Transmissionsgrad auf, so dass es auf ein kristallines Silizium-Photovoltaikmodul durchsichtiger Art angewendet werden kann, kann es die kristallinen Silizium-Solarzellen 106 direkt abdecken, mit Bezug auf 3.
Zweite Ausführungsform
4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die gleichen Bezugsnummern wie die gemäß der ersten Ausführungsform werden verwendet, um die gleichen Bestandteile darzustellen. Gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst ein kristallines Silizium-Photovoltaikmodul 200 eine erste Rückplatte 102, eine erste Verkapselungsschicht 104, eine Vielzahl von kristallinen Silizium-Solarzellen 106 und ein transparentes Substrat 110, der Reihe nach aufgeschichtet. Das kristalline Silizium-Photovoltaikmodul 200 umfasst ferner ein Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur 112, das zwischen den kristallinen Silizium-Solarzellen 106 und zwischen der ersten Verkapselungsschicht 104 und der zweiten Verkapselungsschicht 108 angeordnet wird, um Licht aufzufangen, das durch die kristallinen Silizium-Solarzellen 106 geht, und um den Leistungswirkungsgrad des kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls 200 zu verbessern.
Dritte Ausführungsform
5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die gleichen Bezugsnummern wie die gemäß der ersten Ausführungsform werden verwendet, um die gleichen Bestandteile darzustellen.
Gemäß der dritten Ausführungsform wird in einem kristallinen Silizium-Photovoltaikmodul 300 eine Dünnschicht-Struktur aus Kunststoff 300 zwischen den kristallinen Silizium-Solarzellen 106 und zwischen der ersten Verkapselungsschicht 104 und der zweiten Verkapselungsschicht 108 angeordnet. Die Dünnschicht-Struktur aus Kunststoff 300 kann ein aufschäumbares Polymermaterial mit hohen Glasübergangstemperaturen sein und wird unter Verwendung eines zusätzlichen Aufschichtungsverfahrens zwischen den kristallinen Silizium-Solarzellen 106 und zwischen der ersten Verkapselungsschicht 104 und der zweiten Verkapselungsschicht 108 angeordnet.
Vierte Ausführungsform
6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die gleichen Bezugsnummern wie die gemäß der ersten Ausführungsform werden verwendet, um die gleichen Bestandteile darzustellen. Mit Bezug auf 6 umfasst ein kristallines Silizium-Photovoltaikmodul 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ferner eine dritte Verkapselungsschicht 118, die zwischen der ersten Verkapselungsschicht 104 und der Vielzahl von kristallinen Silizium-Solarzellen 106 angeordnet ist. Das Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur 112 oder die Dünnschicht-Struktur aus Kunststoff 300 wird zwischen der dritten Verkapselungsschicht 118 und der ersten Verkapselungsschicht 104 angeordnet. Zudem sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform, nachdem das Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur 112 unter Verwendung des Elektronenstrahls vernetzt wurde, mit Bezug auf 7, Teil (1) und Teil (2) jeweils die Querschnittsansicht und die Draufsicht des Verkapselungsmaterials mit poröser Struktur 112, mit Bezug auf 6. Die Hitzebeständigkeit des vernetzten Verkapselungsmaterials 112 wird verbessert und das vernetzte Verkapselungsmaterial 112 kann Sonnenlicht einfangen, das durch die Lücken zwischen den kristallinen Silizium-Solarzellen 106 hindurch geht, und den Leistungswirkungsgrad des kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls 400 steigern.
Fünfte Ausführungsform
8 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die gleichen Bezugsnummern wie die gemäß der vierten Ausführungsform werden verwendet, um die gleichen Bestandteile darzustellen. Ein Unterschied zwischen der fünften Ausführungsform und der vierten Ausführungsform ist, dass das Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur 112 oder die Dünnschicht-Struktur aus Kunststoff 300 jeweils auf der dritten Verkapselungsschicht 118 und auf der ersten Verkapselungsschicht 104 angeordnet werden und jeweils zwischen den kristallinen Silizium-Solarzellen 106 und zwischen der dritten Verkapselungsschicht 118 und der zweiten Verkapselungsschicht 108 angeordnet werden.
Sechste Ausführungsform
9 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Dünnschicht-Photovoltaikmodul nach der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die gleichen Bezugsnummern wie die gemäß der ersten Ausführungsform werden verwendet, um die gleichen Bestandteile darzustellen.
Mit Bezug auf 9 umfasst ein Dünnschicht-Photovoltaikmodul 600 gemäß der sechsten Ausführungsform eine Rückplatte 602, eine transparente leitfähige Schicht als Gegenelektrode 604, Dünnschicht-Solarzellen 606, eine transparente leitfähige Schicht 608 und ein transparentes Substrat 610, der Reihe nach aufgeschichtet, wobei die transparente leitfähige Schicht als Gegenelektrode 604, die Dünnschicht-Solarzellen 606 und die transparente leitfähige Schicht 608 eine so genannte Dünnschicht-Solarphotovoltaik-Komponente bilden. Das Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur 112 kann zwischen der Rückplatte 602 und der transparenten leitfähigen Schicht als Gegenelektrode 604 angeordnet werden, um die Lichtabsorption der eigenleitenden Schicht der Dünnschicht-Solarzellen 606 effektiv zu verbessern, wodurch der Leistungswirkungsgrad des Dünnschicht-Photovoltaikmoduls 600 gesteigert wird. Die Rückplatte 602 ist z. B. Glas oder eine laminierte Polymerfolie, wie etwa Tedlar^®, und das transparente Substrat 610 ist z. B. Glas oder ein Kunststoffsubstrat. Die Dünnschicht-Solarzellen 606 der vorliegenden Erfindung können Superstrat-Silizium-Dünnschicht-Solarzellen, Superstrat-Kupfer-Indium-Gallium-Selenid-(CIGS)Dünnschicht-Solarzellen oder Superstrat-Kadmium-Tellurid-(CdTe)Dünnschicht-Solarzellen sein.
Wenn gemäß der sechsten Ausführungsform die Dünnschicht-Solarzellen 606 Silizium-Dünnschicht-Solarzellen sind, kann es sich um a-Si (amorphes Silizium) mit Absorptionswellenlängen von weniger als 700 nm, μc-Si (mikrokristallines Silizium) mit Absorptionswellenlängen, die bis zu Infrarotbereichen von 1100 nm reichen, Tandemübergang-Silizium-Dünnschichten oder Dreifachübergang-Silizium-Dünnschichten, die das Licht langer Wellenlängen absorbieren, handeln. Aufgrund der Reflexionsgradeigenschaften des Verkapselungsmaterials 112 erstreckt sich ein Lichtpfad und ein interner Reflexionsgrad wird während der Einstrahlung von Licht 114 verbessert, so dass die Lichtabsorption in den Dünnschicht-Solarzellen 606 gesteigert wird.
Wenn das Dünnschicht-Photovoltaikmodul 600 von dem Licht 114 bestrahlt wird und ein Winkel, der auf das Verkapselungsmaterial 112 einfällt, größer ist als der Schwellenwinkel, wird alles Licht 114 auf eine Oberfläche der Dünnschicht-Solarzellen 606 reflektiert und weiter absorbiert. Da zudem das Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur 112 einen Lichttransmissionsgrad zwischen 55% und 93% aufweist, kann es auf Dünnschicht-Photovoltaikmodule der durchsichtigen Art angewendet werden.
Siebte Ausführungsform
10 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Dünnschicht-Photovoltaikmodul nach der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die gleichen Bezugsnummern wie die gemäß der sechsten Ausführungsform werden verwendet, um die gleichen Bestandteile darzustellen. Bei einem Dünnschicht-Photovoltaikmodul 700 gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur 112 oder die Dünnschicht-Struktur aus Kunststoff 300 bei einem zusätzlichen Aufschichtungsverfahren zwischen einer ersten Verkapselungsschicht 612 und einer zweiten Verkapselungsschicht 614 angeordnet werden.
Achte Ausführungsform
11 ist ein Herstellungsflussdiagramm eines Verkapselungsmaterials mit verbessertem Lichtreflexionsvermögen nach der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug auf 11 wird ein erster Schritt 800 ausgeführt; es wird ein Verkapselungsmaterial bereitgestellt. Das Verkapselungsmaterial ist ein Polymermaterial, wie etwa EVA, PVB, Polyolefin, PU oder Silikon. Ein Verfahren zum Vorbereiten des Verkapselungsmaterials kann unter Verwendung von gewöhnlichen Technologien zur Polymersynthese oder durch direktes Erwerben handelsüblicher Produkte ausgeführt werden.
Dann wird ein Schritt 810 ausgeführt; das Verkapselungsmaterial wird in einem Vakuum vorgewärmt, um die Oberflächentextur zu beseitigen. Ein Verfahren zum Vorwärmen des Verkapselungsmaterials im Vakuum besteht z. B. darin, ein Polymermaterial auf einer Temperatur über seinem Schmelzpunkt zu schmelzen, so dass die Temperatur zum Vorwärmen auf über 100°C geregelt werden muss, bevorzugt zwischen 120°C und 160°C, und der Druck unter Verwendung einer Vakuumpumpe auf 760 mmHg reduziert werden muss. Die Verweilzeit zum Erhitzen im Vakuum liegt z. B. zwischen 5 Minuten und 1 Stunde.
Nach Schritt 810 wird ein Schritt 820 ausgeführt. Das Verkapselungsmaterial wird aufgeschäumt, so dass sich darin eine poröse Struktur bildet, wodurch das Verkapselungsmaterial mit verbessertem Lichtreflexionsvermögen gemäß der achten Ausführungsform vervollständigt wird. Das Verfahren zum Aufschäumen ist z. B. ein superkritisches CO₂-Aufschäumungsverfahren. Der durchschnittliche Porendurchmesser, der durch Aufschäumen erzielt wird, liegt bei ungefähr mehreren hundert Nanometern bis mehreren hundert Mikrometern.
Zudem kann gemäß der achten Ausführungsform nach Schritt 820 eine Elektronenstrahl-Bestrahlungstechnologie angewendet werden, um das Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur nach dem Aufschäumen anzuwenden (wie in Schritt 830).
Das Nachstehende ist ein Beispiel einer Vielzahl von Experimenten, um die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung darzulegen.
Experiment 1
Es wird PVB als Polymermaterial verwendet. Zunächst wird es 15 bis 30 Minuten lang auf ungefähr 100°C bis 160°C im Vakuum vorgewärmt. Dann wird das superkritische CO₂-Aufschäumungsverfahren übernommen, wobei das Verfahren ein kontinuierliches oder chargenmäßiges Einweichen einer PVB-Folie in CO₂ unter gesättigten Druck- und gesättigten Temperaturbedingungen ist (T_c,CO2 = 31°C und P_c,CO2 = 7,38 MPa). Das PVB wird bei einem Druck von 10 bis 25 MPa auf einer Temperatur von 40 bis 80°C 1 bis 10 Minuten lang, je nach Probendicke, aufgeweicht. Eine thermodynamische Instabilität, die während eines Druckablassungsschritts verursacht wird, bewirkt, dass die Matrix des Polymermaterials durch das übersättigte CO₂ aufgelöst wird, wodurch eine Zellenkeimbildung erfolgt. Die so genannte Keimbildung der Zellen kann ein Defekt in einer Polymermatrix sein oder es kann sich um absichtlich hinzugefügte Keimbildungsmittel handeln. Nun beginnen die CO₂-Moleküle, kleine Poren zu erzeugen, die nach und nach zu größeren Poren heranwachsen. Die Größe der Keimbildung der Zellen nimmt weiter zu, bis eine spezifische Temperatur erreicht ist. Die Größenverteilung und Anzahl der Keimbildung der Zellen sind von der gesättigten Temperatur, dem gesättigten Druck und einer Druckablassungsgeschwindigkeit abhängig, wie z. B. in „Foaming of Polypropylene with Supercritical Carbon Dioxide" auf den Seiten 299 bis 310 aus Journal of Supercritical Fluids, 41, 2007, oder wie in „Production of Controlled Polymeric Foams by Supercritical CO2" auf den Seiten 144 bis 152 aus Journal of Supercritial Fluids, 40, 2007.
12 ist eine REM-Aufnahme von PVB, das eine poröse Struktur aufweist, die in Experiment 1 erzielt wurde. Mit Bezug auf 12 ist zu sehen, dass die poröse Struktur eine V Form aufweisen kann und die Poren sich in der Nähe der oberen und unteren Oberflächen der PVB-Folie befinden können.
Zudem können Änderungen in der Zusammensetzung des PVB vor und nach den Vorwärmschritten im Vakuum und nach dem CO₂-Aufschäumen analysiert werden, um 13 unter Verwendung der Pyrolyse-Gaschromatographie/Massenspektroskopie (GC/MS) zu erzielen.
Im Allgemeinen werden während der Synthese und der Verarbeitung von Polymeren oft verschiedene Zusatzstoffe hinzugefügt, um die Polymereigenschaften abzustimmen. Das Pyrolyse-GC/MS-Verfahren wird verwendet, um Änderungen in den Massenspektren des PVB vor und nach dem Erhitzen in den Vakuumschritten und nach dem Aufschäumungsschritt zu analysieren. Zunächst wird die PVB-Probe erhitzt, um sich 4 Sekunden lang aufzulösen unter Verwendung einer Aufschlussvorrichtung, wobei eine Temperatur auf 255°C eingestellt wird; dann wird das aufgeschlossene Produkt in eine Gaschromatographiesäule eingespritzt, um verschiedene Bestandteile in der Mischung zu trennen, während die Probe sich an der Säule entlang bewegt. Jede Zusammensetzung benötigt unterschiedliche Zeiträume, um aus dem Gaschromatographen zu eluieren. Dann werden die Zusammensetzungen und Arten von Zusatzstoffen des PVB-Materialpolymers gemäß der Verweilzeit bestimmt. Mit Bezug auf 13 mag es bekannt sein, dass ein GPC/MS-Verlauf des PVB sich vor und nach den Vorwärmschritten im Vakuum wesentlich ändert, daraus ergibt sich, dass ein Teil eines Weichmachers entfernt wird. Die Dauer in den Vakuum- und Aufschäumungsschritten beeinflusst die poröse Struktur des PVB, wodurch indirekt die Reflexionsgrad-Eigenschaften des Polymermaterials beeinflusst werden.
14 ist ein Verlauf, der den Reflexionsgrad und Transmissionsgrad des PVB, das eine poröse Struktur aufweist, die in Experiment 1 erzielt wird, und die von herkömmlichem PVB zeigt. Mit Bezug auf 14 ist es bekannt, dass das PVB der vorliegenden Erfindung einen Lichttransmissionsgrad von ungefähr 60% bis 70% beibehält und einen Reflexionsgrad von bis zu ungefähr 40% aufweist, was viel höher ist als ein Reflexionsgrad von 6% bis 8% des herkömmlichen porenfreien PVB, so dass das PVB der vorliegenden Erfindung als Verkapselungsmaterial mit erhöhtem Reflexionsvermögen verwendet werden kann.
Mit Bezug auf 15 trägt die Eigenschaft des hohen Reflexionsgrads des PVB mit poröser Struktur, das in Experiment 1 erzielt wird, hauptsächlich zu einem diffusen Reflexionsgrad bei, während das herkömmliche PVB keine Auswirkung auf den diffusen Reflexionsgrad hat.
Experiment 2
Wie in dem kristallinen Silizium-Photovoltaikmodul in 1 gezeigt, werden die Auswirkungen der Eigenschaften des Reflexionsgrads des herkömmlichen porenfreien Verkapselungsmaterials mit denjenigen des Verkapselungsmaterials mit poröser Struktur bezüglich des Leistungswirkungsgrads des kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls verglichen. Unter bestimmten Bedingungen, bei denen eine Schnittstelle zwischen der Luft außerhalb des kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls 100 und dem transparenten Substrat 110 und einer Schnittstelle zwischen der zweiten Verkapselungsschicht 108 und dem transparenten Substrat 110 sowohl im porenfreien als auch im porösen Fall gleich sind, können die zweite Verkapselungsschicht 108 und das transparente Substrat 110 ausgelassen werden, und die Auswirkungen des Verkapselungsmaterials 112 auf die Lichtfalle des kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls 100 werden direkt ausgewertet.

Zunächst wird eine einstückige kristalline Silizium-Solarzelle unter Verwendung eines PVB-Materials verkapselt, und ein Verfahren zum Verkapseln und Aufschichten des Verkapselungsmaterials erfolgt wie in 16 gezeigt, wobei die gleichen Bezugsnummern wie in 1 verwendet werden, um die gleichen Bestandteile darzustellen. Eine Modulverkapselungsstruktur liegt wie in 17A gezeigt vor. Zunächst wird eine 4 Zoll (10,2 cm) kristalline Silizium-Solarzelle 106 zwischen der ersten Verkapselungsschicht 104 und der zweiten Verkapselungsschicht 108 unter Verwendung von Thermokompression im Vakuum eingehüllt, wobei die Vakuumzeit 30 Minuten bei einer Temperatur von 145°C beträgt, worauf ein 30-minütiges Heißpressen auf derselben Temperatur folgt. Dann wird das PVB mit poröser Struktur, das in Experiment 1 erzielt wurde, als Verkapselungsmaterial 112 verwendet, wird in Streifen mit einer Breite von 10 mm auf den Rändern der 4 Zoll (10,2 cm) kristallinen Silizium-Solarzellen 106 angeordnet und wird 1 Minute lang auf 100°C heißgepresst, damit das PVB-Material an den Rändern der 4 Zoll (10,2 cm) kristallinen Silizium-Solarzelle 106 haftet. Das Vergleichsergebnis des herkömmlichen porenfreien PVB und des in Experiment 1 erzielten PVB wird in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

	Voc	Isc	Vmp	Imp	Pmax	Pmax steigt nach Verkapselung an	FF
	(V)	(A)	(V)	(A)	(W)		(%)
4 Zoll (10,2 cm) kristalline Silizium-Solarzelle/herkömmliches PVB	0,59	3,16	0,47	2,73	1,29	0	69,1
4 Zoll (10,2 cm) kristalline Silizium-Solarzelle/in Experiment 1 erzieltes PVB	0,6	3,23	0,47	2,89	1,35	4,65%	69,6

Mit Bezug auf Tabelle 1 ist es bekannt, dass das poröse PVB, das in Experiment 1 erzeugt wurde, zu einer Steigerung der maximalen Leistungsabgabe (Pmax) des kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls um 4,65% führt, während das herkömmliche porenfreie PVB keine Auswirkung auf Pmax des kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls hat.
Zusätzlich zur Verwendung eines Aufschichtungsverfahrens, wie in 17A angegeben, gibt es ein alternatives Modulverkapselungsverfahren wie in 17B gezeigt. Zunächst wird das PVB, das eine poröse Struktur aufweist, (112) in Form von Streifen, die eine Breite von 10 mm aufweisen, auf den Rändern der 4 Zoll (10,2 cm) kristallinen Silizium-Solarzellen 106 angeordnet, und dann wird ein anderes vorgeschmolzenes PVB (als zweites Verkapselungsmaterial 108 verwendet) oben auf die Solarzelle und das PVB, das eine poröse Struktur aufweist, (112) geklebt. Das Laminat wird 1 Minute lang bei 100°C heißgepresst. Gemäß den optischen Bauformen werden die Lichtbegrenzungseigenschaften dadurch verbessert, dass eine Schicht des Verkapselungsmaterials, das einen höheren Brechungsindex aufweist, zu dem Verkapselungsmaterial hinzugefügt wird, das eine poröse Struktur mit Bezug auf 17B aufweist.
Experiment 3
Das PVB, das eine poröse Struktur aufweist, die in Experiment 1 erzielt wurde, und das herkömmliche vorgeschmolzene porenfreie PVB werden als Verkapselungsmaterialien verwendet und werden jeweils auf der Oberfläche des Gegenkontakts eines Dünnschicht-Photovoltaikmoduls aus amorphem Silizium und von der durchsichtigen Art angeordnet und bei 100°C 1 Minute lang heißgepresst, wobei das Dünnschicht-Photovoltaikmodul eine Glasrückplatte umfasst, die eine Dicke von 1 mm aufweist, die Silizium-Dünnschicht-Solarzellen in Aufstellungen von Zellen angeordnet sind und eine Fläche einer einzelnen Zelle ungefähr 0,25 cm² beträgt. Die Schichten der Silizium-Dünnschicht-Solarzellen bestehen aus einer 100 nm dicken transparenten leitfähigen Schicht als Gegenelektrode, einer μc-Si Silizium-Dünnschicht (die eine 15 nm dicke N-Typ-Schicht, eine 1500 nm dicke eigenleitende Schicht und eine 15 nm dicke P-Typ-Schicht umfasst) und einer 60 nm dicken transparenten leitfähigen Schicht.
Daraus ergibt sich, dass ein Kurzschlussstrom (Jsc) des Silizium-Dünnschicht-Photovoltaikmoduls, welches das PVB mit poröser Struktur aufweist, das in Experiment 1 erzielt wurde, um 3,53% verstärkt wird, mit Bezug auf 18A, während der Jsc des Silizium-Dünnschicht-Photovoltaikmoduls mit dem herkömmlichen porenfreien PVB nur um 1,56% ansteigt, mit Bezug auf 18B.
Experiment 4
Es werden die Silizium-Dünnschicht-Solarzellen wie in Experiment 3 bereitgestellt, jedoch wird das PVB-Material mit poröser Struktur auf eine Tedlar^®-Rückplatte 1 Minute lang heißgepresst. Die Ergebnisse zeigen, dass das hohe Reflexionsvermögen des Tedlar^® den Reflexionsgrad des Verkapselungsmaterials, das eine poröse Struktur aufweist, weiter verbessert. Der Jsc des Dünnschicht-Photovoltaikmoduls, welches das PVB mit poröser Struktur aufweist, das wie in Experiment 1 erzielt wurde, steigt um 6,47% an, mit Bezug auf 19A, während der Jsc des Dünnschicht-Photovoltaikmoduls mit dem herkömmlichen porenfreien PVB um nur 3,67 ansteigt, mit Bezug auf 19B.
Daher ist die Eigenschaft des Reflexionsgrades der vorliegenden Erfindung offensichtlich besser als die des herkömmlichen Verkapselungsmaterials. Zudem können zusätzlich zur Verwendung des PVB als Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur der vorliegenden Erfindung auch andere Materialien verwendet werden, z. B. in dem folgenden Experiment 5.
Experiment 5
Zunächst wird eine Ethylen-Vinylacetat-(EVA)Folie im Vakuum auf eine Temperatur zwischen 100 und 160°C 5 bis 20 Minuten lang vorgewärmt. Dann wird das EVA einer superkritischen CO₂-Aufschäumung bei einem Druck von 10 bis 25 MPa und auf einer Temperatur von 40 bis 80°C unterzogen, wobei die Einweichzeit je nach Probendicke zwischen 1 und 5 Minuten liegt. 20 ist eine REM-Aufnahme, die EVA mit Poren zeigt, die in Experiment 5 erzielt wurden. Das aufgeschäumte EVA wird mit einem Elektronenstrahl vernetzt, um die poröse Struktur des EVA auszuhärten. Die Elektronenstrahlenergie beträgt 600 keV und die Bestrahlungsdosis liegt bei 30 Mrad.
Dann wird das EVA 10 Minuten lang auf 145°C erhitzt, um einen Photovoltaikmodul-Verkapselungsprozess zu simulieren, anschließend wird das in Experiment 5 erzielte EVA auf seine optischen Eigenschaften im Vergleich mit dem herkömmlichen porenfreien EVA verglichen, um 21 zu erzielen, die ein Verlauf ist, der den Reflexionsgrad und Transmissionsgrad von EVA mit poröser Struktur und die von herkömmlichem EVA zeigt. Mit Bezug auf 21 ist es bekannt, dass das EVA der vorliegenden Erfindung einen Lichttransmissionsgrad von ungefähr 7% bis 45% beibehält und einen Reflexionsgrad von bis zu ungefähr 45% aufweist, was viel höher ist als ein Reflexionsgrad von 4% bis 7% des herkömmlichen porenfreien EVA, so dass das EVA der vorliegenden Erfindung als Verkapselungsmaterial mit erhöhtem Reflexionsvermögen verwendet werden kann.
Experiment 6
Das EVA, das eine poröse Struktur aufweist, die in Experiment 5 erzielt wurde, und das herkömmliche porenfreie EVA werden als Verkapselungsmaterialien verwendet, die beiden Verkapselungen werden vorgeschmolzen, um die Oberflächentextur zu beseitigen, wobei das EVA, das eine poröse Struktur aufweist, im voraus unter Verwendung der Elektronenstrahlbestrahlung vernetzt wird, um die Struktur des EVA nach dem Aufschäumen auszuhärten. Die Elektronenstrahlenergie beträgt 600 keV und die Bestrahlungsdosis liegt bei 40 Mrad. Es werden zwei Exemplare von 5 Zoll (12,7 cm) kristallinen Silizium-Solarzellen mit dem gleichen Pmax für eine Photovoltaikmodul-Laminierung ausgewählt. Die Verkapselungsstruktur der kristallinen Silizium-Solarzelle liegt wie in 1 gezeigt vor. Zunächst werden die 5 Zoll (12,7 cm) kristallinen Silizium-Solarzellen 106 zwischen der ersten Verkapselungsschicht 104 und der zweiten Verkapselungsschicht 108 eingehüllt und das EVA-Material 112, das eine poröse Struktur aufweist, die in Experiment 1 erzielt wurde, wird auf den Rändern der kristallinen Silizium-Solarzellen 106 in Form von 10 mm breiten Streifen angeordnet, das Modul wird dann 6 Minuten lang der Vakuumerhitzung und 8 Minuten lang dem Heißpressen bei 145°C unterzogen, und das Ergebnis wird mit dem 5 Zoll (12,7 cm) kristallinen Silizium-Solarzellenmodul verglichen, welches das herkömmliche EVA-Verkapselungsmaterial verwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass das kristalline Silizium-Solarzellenmodul, das eine Verkapselung mit poröser Struktur aufweist, einen Pmax von 2,222 W aufweist, der eine 9,404 Leistungsverbesserung gegenüber dem des herkömmlichen kristallinen Silizium-Solarzellenmoduls mit einem Pmax von 2,031 W aufweist. 22 ist eine REM-Aufnahme, die EVA zeigt, das Poren aufweist, die in Experiment 6 erzielt wurden.
Zusammenfassend weist das Verkapselungsmaterial der vorliegenden Erfindung eine poröse Struktur mit verbesserten Eigenschaften des Reflexionsgrades auf, so dass, wenn das Verkapselungsmaterial auf ein Photovoltaikmodul angewendet wird, der Lichtweg vergrößert wird, um die Lichtabsorption der Solarzellen zu verbessern, wodurch die Lichtbegrenzungseigenschaften des Photovoltaikmoduls verbessert werden. Da der durchschnittliche Porendurchmesser in dem Verkapselungsmaterial von mehreren hundert Nanometern bis mehreren hundert Mikrometern geregelt wird, behält das Verkapselungsmaterial der vorliegenden Erfindung den Transmissionsgrad von ungefähr 55% bis 93 bei und sein Reflexionsgrad reicht bis zu 7% bis 45%, was viel höher ist als der Transmissionsgrad von 4% bis 8% des herkömmlichen porenfreien Verkapselungsmaterials. Folglich kann es als Verkapselungsmaterial mit verbessertem Reflexionsvermögen verwendet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die obigen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Für den Fachmann wird es ersichtlich sein, dass Änderungen an der beschriebenen Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen. Entsprechend wird der Umfang der Erfindung von den beigefügten Ansprüchen und nicht von den obigen ausführlichen Beschreibungen definiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5994641 [0005]
- US 2008/0000517 A1 [0006]
- US 5569332 [0007]
- US 4714716 [0042]
- US 6900267 [0042]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Foaming of Polypropylene with Supercritical Carbon Dioxide” auf den Seiten 299 bis 310 aus Journal of Supercritical Fluids, 41, 2007 [0070]
- „Production of Controlled Polymeric Foams by Supercritical CO2” auf den Seiten 144 bis 152 aus Journal of Supercritial Fluids, 40, 2007 [0070]

Claims

Verkapselungsmaterial mit verbessertem Lichtreflexionsvermögen, gekennzeichnet durch: eine poröse Struktur in dem Verkapselungsmaterial, wobei ein durchschnittlicher Porendurchmesser der porösen Struktur zwischen mehreren hundert Nanometern und mehreren hundert Mikrometern liegt, um das Lichtreflexionsvermögen des Verkapselungsmaterials zu verbessern; und das Verkapselungsmaterial durch ein chemisches oder physikalisches Vernetzungsverfahren vernetzt wird, um seine Hitzebeständigkeit zu verbessern.
Verkapselungsmaterial mit verbessertem Lichtreflexionsvermögen nach Anspruch 1, wobei das Verkapselungsmaterial Ethylen-Vinylacetat, Polyvinylbutyral, Polyolefin, Polyurethan oder Silikon umfasst.
Verkapselungsmaterial mit verbessertem Lichtreflexionsvermögen nach Anspruch 1, wobei ein Reflexionsgradbereich des Verkapselungsmaterials von 7% bis 45% reicht.
Verkapselungsmaterial mit verbessertem Lichtreflexionsvermögen nach Anspruch 1, wobei das chemische Vernetzungsverfahren eine Peroxidvernetzung oder Silanvernetzung umfasst.
Verkapselungsmaterial mit verbessertem Lichtreflexionsvermögen nach Anspruch 1, wobei das chemische Vernetzungsverfahren eine Elektronenstrahlvernetzung umfasst.
Kristallines Silizium-Photovoltaikmodul, umfassend eine erste Rückplatte, eine erste Verkapselungsschicht, eine Vielzahl von kristallinen Silizium-Solarzellen, eine zweite Verkapselungsschicht und ein transparentes Substrat, der Reihe nach aufgeschichtet, dadurch gekennzeichnet, dass das kristalline Silizium-Photovoltaikmodul ferner folgendes umfasst: ein Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur, das zwischen der Rückplatte und dem transparenten Substrat angeordnet ist, um das Licht aufzufangen, das durch eine Lücke zwischen den kristallinen Silizium-Solarzellen hindurch geht, und um den Leistungswirkungsgrad des kristallinen Silizium-Photovoltaikmoduls zu erhöhen.
Kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach Anspruch 6, wobei das Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur ein Verkapselungsmaterial ist, das zum Verkapseln des kristallinen Photovoltaikmoduls verwendet wird.
Kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach Anspruch 6, wobei das Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur zwischen den kristallinen Silizium-Solarzellen und zwischen der ersten Verkapselungsschicht und der zweiten Verkapselungsschicht angeordnet wird.
Kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach Anspruch 6, wobei das Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur die zweite Verkapselungsschicht ersetzt.
Kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach Anspruch 6, wobei das Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur eine Dünnschicht-Struktur aus Kunststoff ist, wobei die Dünnschicht-Struktur aus Kunststoff ein aufschäumbares Polymermaterial ist, das zwischen den kristallinen Silizium-Solarzellen und zwischen der ersten Verkapselungsschicht und der zweiten Verkapselungsschicht unter Verwendung eines zusätzlichen Aufschichtungsverfahrens angeordnet wird.
Kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach Anspruch 6, wobei das transparente Substrat Glas oder ein Kunststoffsubtrat umfasst.
Kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach Anspruch 6, wobei die Rückplatte Glas oder eine laminierte Polymerfolie umfasst.
Kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach Anspruch 6, wobei ein durchschnittlicher Porendurchmesser in dem Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur zwischen mehreren hundert Nanometern und mehreren hundert Mikrometern liegt, um das Lichtreflexionsvermögen des Verkapselungsmaterials mit poröser Struktur zu verbessern.
Kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach Anspruch 6, wobei das Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur unter Verwendung eines chemischen oder physikalischen Vernetzungsverfahren vernetzt wird, um die Hitzebeständigkeit des Verkapselungsmaterials mit poröser Struktur zu verbessern.
Kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach Anspruch 14, wobei das chemische Vernetzungsverfahren eine Peroxidvernetzung oder Silanvernetzung umfasst.
Kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach Anspruch 14, wobei das physikalische Vernetzungsverfahren eine Elektronenstrahlvernetzung oder Gammastrahlvernetzung umfasst.
Kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach Anspruch 6, wobei ein Material des Verkapselungsmaterials mit poröser Struktur Ethylen-Vinylacetat, Polyvinylbutyral, Polyolefin, Polyurethan oder Silikon umfasst.
Kristallines Silizium-Photovoltaikmodul nach Anspruch 6, wobei der Lichtreflexionsgrad des Verkapselungsmaterials mit poröser Struktur zwischen 7% und 45% liegt.
Dünnschicht-Photovoltaikmodul, umfassend eine Rückplatte, eine transparente leitfähige Schicht als Gegenelektrode, eine Dünnschicht-Solarzelle, eine transparente leitfähige Schicht und ein transparentes Substrat, der Reihe nach aufgeschichtet, dadurch gekennzeichnet, dass das Dünnschicht-Photovoltaikmodul ferner folgendes umfasst: ein Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur, das zwischen der Rückplatte und der transparenten leitfähigen Schicht als Gegenelektrode angeordnet ist, um die Lichtabsorption in der Dünnschicht-Solarzelle zu verbessern, wodurch der Leistungswirkungsgrad des Dünnschicht-Photovoltaikmoduls gesteigert wird.
Dünnschicht-Photovoltaikmodul nach Anspruch 19, wobei ein durchschnittlicher Porendurchmesser in dem Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur zwischen mehreren hundert Nanometern und mehreren hundert Mikrometern liegt.
Dünnschicht-Photovoltaikmodul nach Anspruch 19, wobei das Verkapselungsmaterial mit poröser Struktur durch ein chemisches oder physikalisches Vernetzungsverfahren vernetzt wird.
Dünnschicht-Photovoltaikmodul nach Anspruch 21, wobei das chemische Vernetzungsverfahren eine Peroxidvernetzung oder Silanvernetzung umfasst.
Dünnschicht-Photovoltaikmodul nach Anspruch 21, wobei das physikalische Vernetzungsverfahren eine Elektronenstrahlvernetzung oder Gammastrahlvernetzung umfasst.
Dünnschicht-Photovoltaikmodul nach Anspruch 19, wobei das transparente Substrat Glas oder ein Kunststoffsubtrat umfasst.
Dünnschicht-Photovoltaikmodul nach Anspruch 19, wobei die Rückplatte Glas oder eine laminierte Polymerfolie umfasst.
Dünnschicht-Photovoltaikmodul nach Anspruch 19, wobei die Dünnschicht-Solarzelle eine Superstrat-Silizium-Dünnschicht-Solarzelle, eine Superstrat-Kupfer-Indium-Gallium-Selenid-(CIGS)Dünnschicht-Solarzelle oder eine Superstrat-Kadmium-Tellurid-(CdTe)Dünnschicht-Solarzelle umfasst.
Dünnschicht-Photovoltaikmodul nach Anspruch 26, wobei die Dünnschicht-Solarzelle eine a-Si Silizium-Dünnschicht, eine μc-Si Silizium-Dünnschicht, eine Tandemübergang-Silizium-Dünnschicht oder eine Dreifachübergang-Silizium-Dünnschicht umfasst.
Dünnschicht-Photovoltaikmodul nach Anspruch 19, wobei ein Material des Verkapselungsmaterials mit poröser Struktur Ethylen-Vinylacetat, Polyvinylbutyral, Polyolefin, Polyurethan oder Silikon umfasst.
Dünnschicht-Photovoltaikmodul nach Anspruch 19, wobei der Lichtreflexionsgrad des Verkapselungsmaterials mit poröser Struktur zwischen 7% und 45% liegt.