TW201633552A - 太陽能模組及其製造及重工方法 - Google Patents

Abstract

本發明為一種具提升濕熱測試的可靠度及改善重工良率之太陽能模組，包含一層基板、一層第一封裝材、至少一個太陽能電池、一層第二封裝材、一層緩衝材與一層背板。於模組重工時，該太陽能模組能有效降低外力對太陽能電池造成的損傷，進而提升重工的良率。

Description

太陽能模組及其製造及重工方法

本發明是有關於一種太陽能模組，特別是一種太陽能模組的封裝結構，以及該模組結構的製造方法與重工方法。

請參閱第1圖，第1圖是一種習知的太陽能模組11的俯視圖，一般而言，太陽能模組11正面是受光面，用以接受白天太陽光的照射，故該太陽能模組11的正面最上層通常是由透明的玻璃基板12組合而成，透過該玻璃基板12我們可以清楚的看見位於該玻璃基板12下方的複數個太陽能電池13所組成的陣列；另外，配合客戶及產品需求，於該太陽能模組11中也可以只配置一個太陽能電池。該複數個太陽能電池13彼此之間電性連接並整齊排列成數串，該複數個太陽能電池13的每串太陽能電池係用焊帶(圖中未標示)進行連結，該複數個太陽能電池13將與透過玻璃基板12進入該太陽能模組11的太陽光進行光電反應，將太陽光轉換成電能，最後輸出以供日常生活使用。此外，通常該太陽能模組11周圍還包含模組邊框14與模組邊框15，如圖中所示，該些邊框可由二個較短的模組邊框14與二個較長的模組邊框15框圍而成，主要係用以固定及保護該太陽能模組11，以便日後安裝。

請參閱第2圖，第2圖是沿著第1圖中的太陽能模組11的A-A’假想線所繪製的模組截面圖(圖中未繪製模組邊框)，通常該太陽能模組11是由多個部件組合而成，包含一層玻璃12、複數個太陽能電池13、一層背板24、一層乙烯-醋酸乙烯酯(Ethylene vinyl acetate，簡稱EVA)的封裝材25以及一層乙烯-醋酸乙烯酯的封裝材26等元件所組合而成，如第2圖所示，該些元件依照玻璃12、乙烯-醋酸乙烯酯的封裝材25、複數個太陽能 電池13、乙烯-醋酸乙烯酯的封裝材26以及背板24的順序疊合組成。其中該背板24是位於該太陽能模組11的背面，一般而言，該太陽能模組11的背面是非受光面，故該背板24主要是用來保護該複數個太陽能電池13以避免受到外力的破壞而造成損傷。另外，該背板24可以反射進入該太陽能模組11的太陽光，使太陽光與該複數個太陽能電池13再次進行光電反應，以提高該太陽能模組11的光電轉換效率。一個好的太陽能背板24除了上述功能外，通常還具有高絕緣性、防水性、耐高壓與耐老化等功能。

在前述玻璃12與該複數個太陽能電池13之間、以及該背板 24與該複數個太陽能電池13之間還包含一種用於黏合的封裝材25與封裝材26，其中該封裝材25及26之材質通常為EVA，該些封裝材25及26除具有黏合固定的作用外，通常還具有防震耐衝擊、高透光與絕緣保護等功能。上述層疊結構最後經高溫壓合後，即可完成該太陽能模組11。需要說明的是，在高溫壓合製程中，製程溫度約為140~170℃，該封裝材25與該封裝材26將變成熔融狀態，待冷卻完成後，該兩層封裝材25及26便會交聯固化，以固定該複數個太陽能電池13。此外，該太陽能模組11於完成後還需經過多道的測試檢驗，例如熱循環測試、濕熱測試以及機械荷重測試等，其中該項濕熱測試係用以測試太陽能模組11的耐候性，主要是將該太陽能模組11放置於溫度85℃與相對溼度85%的試驗環境中，使該模組長時間處於高溫高濕的狀態，進而測試該模組的抗水氣能力與封裝的可靠度，一般標準規範的測試時間為一千小時，於該測試結果中，該太陽能模組11的整體功率若衰減的越少，則代表該太陽能模組11的耐候性越好。隨著太陽能技術的發展，各家廠商紛紛開發新產品，為彰顯自家新產品的優異性與材料的耐候性，部分廠商的產品已宣稱可通過三千小時以上的溼熱測試，進而凸顯自家產品與其他產品的差異性。而習知技術中的封裝材EVA在經過濕熱測試三千小時後，該太陽能模組的整體功率已衰減超過5%，不符合現在業界的期待與使用。此外，封裝材EVA若曝露於具有水氣的環境中，易發生水解而產生酸根，其中酸根會侵蝕太陽能模組的部件，使太陽能電池輸出功率下降。

故封裝材的選用與日後太陽能模組認證測試有極大的關 係。隨著技術的演進，業者漸漸改用聚烯烴(polyolefin)的材質來代替習知的EVA材質，主要是Polyolefin在經過濕熱測試三千小時後，該太陽能模組的整體功率衰減不到5%，甚至在濕熱測試六千小時後，該太陽能模組整體功率衰減仍小於5%，符合業界的期待。此外，該封裝材Polyolefin不會水解產生酸根，故不會對太陽能電池造成損害。但太陽能模組除了濕熱測試外，還有其他多項的檢測，例如：外觀瑕疵、電性連接以及封裝材是否有氣泡等，經檢測判定品質不佳的太陽能模組通常會進行重工。於重工流程中，該太陽能模組需加熱並撕除背板以進行部件替換，但往往因該背板與該太陽能模組彼此之間黏合的太緊，導致撕除時對太陽能電池造成損傷，進而無法順利完成重工。然而，使用封裝材材質為Polyolefin的太陽能模組較使用封裝材材質為EVA的太陽能模組，在撕除背板時太陽能電池損傷更為嚴重，重工良率更低。

爰是之故，申請人有鑑於習知技術之缺失，發明出本案「太陽能模組及其製造及重工方法」，以改善上述缺失。

因此，為了改善太陽能模組的耐候性以及重工時的良率，本發明提供一種太陽能模組，該太陽能模組包含一基板、一第一封裝材、至少一個太陽能電池、一第二封裝材、一緩衝材與一背板，其中該緩衝材位於該第二封裝材與該背板之間，分別具有與該第二封裝材接合的一第一介面以及與該背板接合的一第二介面，該兩個介面可避免太陽能模組於撕除背板時，在該至少一個太陽能電池與該第二封裝材間形成斷裂面，進而避免該至少一個太陽能電池受到外力破壞而造成損傷。

本發明之一面向係提供一種太陽能模組，包含：一基板；一背板，平行於該基板；至少一個太陽能電池，位於該基板與該背板之間；一第一封裝材，位於該基板與該至少一個太陽能電池之間；一第二封裝材，位於該至少一個太陽能電池與該背板之間；以及一緩衝材，位於該第二封裝材與該背板之間。

其中，該基板為一玻璃基板。

其中，該至少一個太陽能電池具有與該第二封裝材接合的一黏合介面，該緩衝材分別具有與該第二封裝材接合的一第一介面以及與該背板接合的一第二介面，其中該黏合介面的黏著力大於該第一介面或該第二介面的黏著力。

其中，該第一介面或該第二介面的黏著力大於25N/cm。

其中，該第一封裝材或該第二封裝材的材料係選自聚烯烴(polyolefin)、離子聚合物為基底(Ionomer-based)材料或其組合。

其中，該緩衝材的材料係選自乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、矽氧樹脂(silicone)或其組合。

其中，該第二封裝材的厚度係介於150~300um之間。

其中，該緩衝材的厚度係介於150~300um之間。

本發明之另一面向係提供一種太陽能模組的製造方法，包含：設置一基板；設置一背板，平行於該基板；於該基板及該背板之間設置一第一封裝材、至少一個太陽能電池、一第二封裝材以及一緩衝材，以形成一層疊的結構；該層疊的結構依序為該基板、該第一封裝材、該至少一個太陽能電池、該第二封裝材、該緩衝材以及該背板；壓合上述層疊的結構，以形成該太陽能模組。

本發明之又一面向係提供一種太陽能模組的重工方法，包含：準備一太陽能模組，該太陽能模組包含一基板、一第一封裝材、至少一個太陽能電池、一第二封裝材、一緩衝材以及一背板；去除該太陽能模組的該背板之至少一部分；去除該太陽能模組的該緩衝材之至少一部分；去除該太陽能模組的該第二封裝材之至少一部分；設置另一第二封裝材至上述該第二封裝材被去除處；設置另一緩衝材至上述該緩衝材被去除處；設置另一背板至上述該背板被去除處，以形成一層疊的結構；以及壓合該層疊的結構，以完成重工該太陽能模組。

其中，於去除該太陽能模組的該第二封裝材之至少一部分的步驟與設置另一第二封裝材至上述該第二封裝材被去除處的步驟之間，還包含去除該太陽能模組的該至少一個太陽能電池的步驟；以及設置至少另一個太陽能電池至該至少一個太陽能電池被去除處的步驟。

11、31‧‧‧太陽能模組

12‧‧‧玻璃基板

13、33‧‧‧太陽能電池

14、15‧‧‧模組邊框

24、34‧‧‧背板

25、26‧‧‧封裝材

32‧‧‧基板

35‧‧‧第一封裝材

36‧‧‧第二封裝材

37‧‧‧緩衝材

381‧‧‧黏合介面

382‧‧‧第一介面

383‧‧‧第二介面

h1、h2、h3‧‧‧厚度

S1~S7、R1~R8‧‧‧步驟

本發明的實施例可由圖式清楚的呈現，其中：第1圖為一種習知的太陽能模組的俯視圖；第2圖為一種習知的太陽能模組的截面圖；第3圖為本發明太陽能模組的一種實施例的截面圖；第4圖為本發明太陽能模組的一種製作方法的流程；以及第5圖為本發明太陽能模組的一種重工方法的流程。

本發明之實施例的詳細描述係如下所述，然而，除了該等詳細描述之外，本發明還可以廣泛地以其他的實施例來施行。亦即，本發明的範圍並不受已提出之實施例所限制，而應以本發明提出之申請專利範圍為準。

請參閱第3圖，為本發明之一實施例。第3圖與第2圖同為太陽能模組的截面圖，但於疊層結構上有所差異，本發明之太陽能模組31具有一層基板32與一層背板34，於該基板32與該背板34之間具有複數個太陽能電池33，為了使上述元件能夠順利結合，故於該基板32與該複數個太陽能電池33之間填入了一層第一封裝材35，與其相應的，於該複數個太陽能電池33與該背板34之間填入了一層第二封裝材36，其中該第一封裝材35與該第二封裝材36於高溫的環境下會形成熔融狀態，最後經交聯固化後，使上述元件能緊密結合。此外，本發明於該第二封裝材36與該背板34之間更填入了一層緩衝材37，用以改善該太陽能模組31於重工時的良率。最後，如第3圖所示，依序由該基板32、該第一封裝材35、該複數個太陽能電池33、該第二封裝材36、該緩衝材37與該背板34所形成層疊的結構，於溫度140~170℃的環境下，經由高溫壓合組成該太陽能模組31。需要說明的是，本實施例是以複數個太陽能電池33為例，但於其他實施例中，只要具有至少一個太陽能電池33即可，故不以太陽能電池33的個數為限。

本實施例中，該基板32為一層透明基板，可使太陽光通過，通常可選用玻璃製作而成，但不以玻璃材質為限，僅需具有讓光線通過該層基板的功能即可，但一塊好的透明基板通常還具有高強度與低光反射率等功能；該背板34為一多層複合材質組成的結構，包含至少一層聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，簡稱PET)層(圖中未標示)與至少一層氟化層(圖中未標示)，但不以該些材質為限。該背板34主要是為了保護該太陽能模組31的背面，通常具有抗腐蝕、阻隔水分與耐氣候變化等功能；該複數個太陽能電池33大多為一矽晶電池，通常可分為單晶矽電池與多晶矽電池兩大類，這兩類電池除了光電轉換效率的差異外，於外觀上也有明顯差異，但應用上不以該些電池種類為限；該第一封裝材35、該第二封裝材36與該緩衝材37的功能除了使前述該基板32、該複數個太陽能電池33與該背板34順利結合外，還需具有高透光率的特性，才不會阻擋太陽光與該複數個太陽能電池進行光電反應，通常該第一封裝材35、該第二封裝材36與該緩衝材37的透光率需>92%，但不以此為限。該第一封裝材35或該第二封裝材36的材質可選自聚烯烴(Polyolefin)、離子聚合物為基底(Ionomer-based)之材料組成之群組，其中本實施例優選的是Polyolefin，但不以該些材質為限；而該緩衝材37的材質可選自EVA、聚乙烯醇縮丁醛(Polyvinyl Butyral，簡稱PVB)與矽氧樹脂(Silicone)等材料組成之群組，其中本實施例優選的是EVA，但不以該些材質為限；故本實施例的太陽能模組31優選為一依序由基板32、材料為Polyolefin的第一封裝材35、至少一個太陽能電池33、材料為Polyolefin的第二封裝材36、材料為EVA的緩衝材37與背板34疊合而成的結構，但不以此實施例為限。

本實施例中，其中該複數個太陽能電池33與該第二封裝材36之間具有一接合的黏合介面381，該第二封裝材36與該緩衝材37之間具有一接合的第一介面382，以及該緩衝材37與該背板34之間具有一接合的第二介面383。值得一提的是，於太陽能模組的重工流程中撕除背板34時，其撕除的應力會作用在前述該黏合介面381、該第一介面382與該第二介面383上，其中若該黏合介面381因應力造成斷裂時，可能會對該太陽能電池33造成損傷，但基於一般物理現象，撕除時通常會在介面接合力較 薄弱處才會造成斷裂，故本實施例中，該黏合介面381的黏著力大於該第一介面382或該第二介面383的黏著力，使得撕除時的介面斷裂處發生在該第一介面382或該第二介面383的介面上，而較不會發生在該黏合介面381的介面上，進而保護該複數個太陽能電池33以避免受到外力的影響而造成損傷。此外，該第一介面382或該第二介面383的黏著力需大於或等於25N/cm，以符合業界規範的模組測試標準，但不以此實施例為限。

本實施例中，該第一封裝材35的厚度h1是介於400~500um之間，該第二封裝材36的厚度h2是介於150~300um之間，而該緩衝材37的厚度h3是介於150~300um之間。值得一提的是，當封裝材的厚度若是太厚時，會導致模組的封裝材成本過高且製程時間過長，而當封裝材的厚度若是太薄時，則會使得模組缺乏緩衝吸震的能力，故無法通過機械荷重測試。本實施例中，封裝材的厚度設定能提供太陽能模組適當的機械荷重能力，但不以此實施例為限。

對於本實施例中封裝材材質優選的Polyolefin與緩衝材材質優選的EVA為例進行比較，其中Polyolefin材料的耐候性較EVA材料的耐候性優異許多，如此一來可有效提升濕熱測試的認證結果。而太陽能模組於重工時，由於背板與黏合其上之EVA緩衝材之間的黏著力小於緩衝材與黏合其上之Polyolefin封裝材之間的黏著力，因此背板與EVA緩衝材之間會先分離而可輕易將背板撕除，故此搭配可同時確保模組的耐候性以及重工流程中的良率，於實際產品上確實有其應用價值。此外，Polyolefin能有效防止EVA因吸收水氣而產生的酸根侵蝕太陽能電池，故可避免太陽能電池輸出功率下降，於實際應用上有其額外之功效。

總而言之，本發明的功效在於可提升該太陽能模組於濕熱測試的可靠度，並於重工流程中，保護該至少一個太陽能電池以避免受到損害，進而提升該太陽能模組於重工時的良率。

請參閱第4圖，為本發明之另一實施例。第4圖為本發明太陽能模組31的一種製造方法的流程，該流程包含：步驟S1設置一層基板32；步驟S2設置一層第一封裝材35，該第一封裝材35是覆蓋在該基板32上；步驟S3設置至少一個太陽能電池33，該至少一個太陽能電池33是覆 蓋在該第一封裝材35上；步驟S4設置一層第二封裝材36，該第二封裝材36是覆蓋在該至少一個太陽能電池33上；步驟S5設置一層緩衝材37，該緩衝材37是覆蓋在該第二封裝材36上；步驟S6設置一層背板34，該背板34是覆蓋在該緩衝材37上；步驟S7壓合上述層疊的結構，其中該壓合是於溫度140~170℃的環境下進行，於交聯固化後形成該太陽能模組31。其中所述該第一封裝材35、該第二封裝材36與該緩衝材37的型態可為片材或是流體，故覆蓋步驟可為片材疊合的方式或是以流體塗覆的方式進行。 若所述該第一封裝材35、該第二封裝材36與該緩衝材37的型態皆為片材或是固態時，所述步驟S1~S6的順序可任意更動，換句話說，不管步驟S1~S6的順序如何更動或是用步驟S1~S6之外的其他任何方式，只要能形成本發明第3圖所示該太陽能模組31的結構，即可具有相同之功效。例如：首先進行步驟S1設置一層基板32；接著步驟S6設置一層背板34，使其與該基板32平行；接著於該基板32與該背板34間設置一由步驟S2~S5堆疊的結構，無論S2~S5間的順序如何更動，只要能使最後層疊的結構依序為該基板32、該第一封裝材35、該至少一個太陽能電池33、該第二封裝材36、該緩衝材37以及該背板34即可，不以此實施例為限。

請參閱第5圖，為本發明之又一實施例。第5圖為本發明太陽能模組31的一種重工方法的流程，該流程包含：步驟R1準備一太陽能模組31，該太陽能模組31包含一層基板32、一層第一封裝材35、至少一個太陽能電池33、一層第二封裝材36、一層緩衝材37以及一層背板34；步驟R2去除該太陽能模組31的該背板34之至少一部分；步驟R3去除該太陽能模組31的該緩衝材37之至少一部分；步驟R4去除該太陽能模組31的該第二封裝材36之至少一部分；步驟R5設置另一層第二封裝材至上述該第二封裝材36被去除處；步驟R6設置另一層緩衝材至上述該緩衝材37被去除處；步驟R7設置另一層背板至上述該背板34被去除處，以形成一層疊的結構；步驟R8壓合該層疊的結構，以完成重工該太陽能模組31，其中該壓合是於溫度140~170℃的環境下進行。需要說明的是，該去除步驟R2~R4可同時進行兩個步驟以上，不需依照步驟一次進行一個步驟，例如：可同時進行步驟R2與R3、同時進行步驟R3與R4或是同時進行步驟 R2~R4，但不以此實施例為限。此外，所述該另一第二封裝材與該另一緩衝材的型態可為片材或是流體，故設置步驟可為片材疊合的方式或是以流體塗覆的方式進行。若該另一第二封裝材與該另一緩衝材的型態皆為片材或是固態時，所述步驟R5~R7即可同時進行兩個步驟以上，不需依照步驟一次進行一個步驟，例如：可同時進行步驟R5與R6、同時進行步驟R6與R7或是同時進行步驟R5~R7，但不以此實施例為限。值得一提的是，當本實施例中該至少一個太陽能電池33需要更換時，於步驟R4~R5之間還可包含去除該太陽能模組31的該至少一個太陽能電池33的步驟(圖中未標示)與設置至少另一個太陽能電池至該至少一個太陽能電池33被去除處的步驟(圖中未標示)。

本發明以較佳之實施例說明如上，僅用於藉以幫助了解本發明之實施，非用以限定本發明之精神，而熟悉此領域技藝者於領悟本發明之精神後，在不脫離本發明之精神範圍內，當可作些許更動潤飾及等同之變化替換，其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。

31‧‧‧太陽能模組

32‧‧‧基板

33‧‧‧太陽能電池

34‧‧‧背板

35‧‧‧第一封裝材

36‧‧‧第二封裝材

37‧‧‧緩衝材

381‧‧‧黏合介面

382‧‧‧第一介面

383‧‧‧第二介面

h1、h2、h3‧‧‧厚度

Claims (11)

1. 一種太陽能電池模組，包含：一基板；一背板，平行於該基板；至少一個太陽能電池，位於該基板與該背板之間；一第一封裝材，位於該基板與該至少一個太陽能電池之間；一第二封裝材，位於該至少一個太陽能電池與該背板之間；以及一緩衝材，位於該第二封裝材與該背板之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能模組，其中該基板為一玻璃基板。
3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能模組，其中該至少一個太陽能電池具有與該第二封裝材接合的一黏合介面，該緩衝材分別具有與該第二封裝材接合的一第一介面以及與該背板接合的一第二介面，其中該黏合介面的黏著力大於該第一介面或該第二介面的黏著力。
4. 如申請專利範圍第3項所述之太陽能模組，其中該第一介面或該第二介面的黏著力大於或等於25N/cm。
5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能模組，其中該第一封裝材或該第二封裝材的材料係選自聚烯烴(polyolefin)、離子聚合物為基底(Ionomer-based)之材料或其組合。
6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能模組，其中該緩衝材的材料係選自乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、矽氧樹脂(silicone)或其組合。
7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能模組，其中該第二封裝材的厚度係介於150~300um之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能模組，其中該緩衝材的厚度係介於150~300um之間。
9. 一種太陽能模組的製造方法，包含：設置一基板；設置一背板，平行於該基板；於該基板及該背板之間設置一第一封裝材、至少一個太陽能電池、一第二封裝材以及一緩衝材，以形成一層疊的結構；該層疊的結構依序為該基板、該第一封裝材、該至少一個太陽能電池、該第二封裝材、該緩衝材以及該背板；壓合上述層疊的結構，以形成該太陽能模組。
10. 一種太陽能模組的重工方法，包含：準備一太陽能模組，該太陽能模組包含一基板、一第一封裝材、至少一個太陽能電池、一第二封裝材、一緩衝材以及一背板；去除該太陽能模組的該背板之至少一部分；去除該太陽能模組的該緩衝材之至少一部分；去除該太陽能模組的該第二封裝材之至少一部分；設置另一第二封裝材至上述該第二封裝材被去除處；設置另一緩衝材至上述該緩衝材被去除處；設置另一背板至上述該背板被去除處，以形成一層疊的結構；以及壓合該層疊的結構，以完成重工該太陽能模組。
11. 如申請專利範圍第10項所述之重工方法，其中於去除該太陽能模組的該第二封裝材之至少一部分的步驟與設置另一第二封裝材至上述該第二封裝材被去除處的步驟之間，還包含去除該太陽能模組的該至少一個太 陽能電池的步驟；以及設置至少另一個太陽能電池至該至少一個太陽能電池被去除處的步驟。