TWI389324B

TWI389324B - Solar modules

Info

Publication number: TWI389324B
Application number: TW98116712A
Authority: TW
Inventors: Null Null
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2013-03-11
Also published as: TW201042769A

Description

太陽能模組

本發明是有關於一種模組，特別是指一種太陽能模組。

參閱圖1，一太陽能模組1包含一背板11，以及一設置於上之光電轉換單元12。該光電轉換單元12是用以吸收太陽能，並進一步將其轉換成其他能量後再儲存起來；而該背板11則包含有一第一基材層111，與一設置於該第一基材層111和該光電轉換單元12之間的功能層112，該功能層112是將未被利用但已通過該光電轉換單元12的光線，利用光反射之機制而回饋至該光電轉換單元12中，使得其光電轉換效率得以增進。

為了便於擷取太陽能，一般說來該太陽能模組1是被長期地放置於室外，且在其使用狀態下，該光電轉換單元12是朝向天空，該背板11之第一基材層111則相對地鄰近，甚至是貼近地面。

位於該太陽能模組1下方的地面，則因為受到該太陽能模組1之遮蔽而顯得較為濕涼，故水氣也容易聚集；但由於該光電轉換單元12中有許多較為精密且高價的零件，因而必須被保護以不受濕氣所侵。

於是，該背板11亦被要求需具有阻擋濕氣的功能，而此功能即通常是藉由該第一基材層111與第二基材層113(如圖2中所示)，或者是於該背板11中更增設一「阻氣層」(圖1未示)來達成；如圖2中所示之另一類背板11，即是更包含有一設置於該功能層112和光電轉換單元12之間的第二基材層113。

為達上述「阻絕濕氣」之目的，實務上多是針對該背板11之相關層體的材質，來加以研發、改良；現今該等層體之常見材質則有金屬(例如鋁)、金屬氧化物(例如氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氧化鋯、氧化亞鉛、氧化錫等等)及/或非金屬氧化物(例如氧化矽)、非金屬(例如矽，PET、PP、PE等塑膠材質)等等。基於此等材質，該等層體即須藉由例如塗佈，甚至蒸鍍、濺鍍等極麻煩且高成本的方式來設置。

以USP 2008/0053512 A1所提出的背板為例，其即包含有一阻障膜(barrier film)，以及分別設置於該阻障膜之前、後側的前側樹脂膜(front face side resin film)與後側(back face side resin film)樹脂膜。該阻障膜則具有一基膜層(substrate film)與一無機氧化物層(inorganic oxide layer)。基於上述結構，該背板可具有機械強度佳、成本低、耐電壓性佳等優點，且該背板可藉由其樹脂材質，而與所組裝之太陽能模組中的光電轉換單元間有良好的貼合性。

然而，其他新類型之阻絕性佳、成本低，且可簡便地製得的背板，以及包含有此背板之太陽能模組，仍是本業界所需要的，而有再開發的必要。

插層型(intercalated)或脫層型(exfoliated)之奈米複合材料，是利用高分子聚合物來對黏土進行改質而獲得，並且使得其等之結構是分別具有複數子層體；在插層型奈米複合材料中，數個子層體將間隔地相疊並形成一子層體組，各子層體組再行間隔式地平行交錯排列，在脫層型者，則是直接以各子層體來進行間隔式地平行交錯排列。因此，此兩材料之結構即可因為其中的子層體或子層體組間的間隔，而構成了一極大之可供氣體擴散的距離，於是具備高度的氣體阻絕性與高阻燃性。該兩材料不僅已然是商業產品，於實務上亦已廣泛地被應用於保鮮材料與防火材料。

上述插層型與脫層型之奈米複合材料對氣體的高度阻絕性，不但符合本業界對於一太陽能模組中所使用的背板之特性要求，且此等材料中亦包含有高分子聚合物之成分，因此若以其來製備背板中之相關層體，則其亦能基於所含之高分子聚合物，而與太陽能模組中的光電轉換單元間有良好的貼合性；另外，此類奈米複合材料亦已被商業化而容易直接取得，對於背板製造商而言，並無需自行製備。故申請人思及，上述插層型與脫層型奈米複合材料當可合理地轉用以作為一太陽能模組中之背板材質，且所需的製備程序亦極為簡便。

因此，本發明之目的，即在提供一種太陽能模組，其包含有一背板，以及一設置在該背板上之光電轉換單元。該背板包括有一材質為一脫層型或插層型之有機-無機奈米高分子複合材料的阻氣層；當該阻氣層之材質為脫層型之有機-無機奈米高分子複合材料時，是具有複數相間隔且平行地交錯堆疊之子層體；當該阻氣層之材質為插層型之有機-無機奈米高分子複合材料時，是具有複數相間隔且平行地交錯堆疊之子層體組，而每一子層體組是包括有複數平行且相間隔地堆疊之子層體。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之四個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。另外，為利於說明，各元件及其所相隔之距離並未依實際比例繪製。

參閱圖3，本發明太陽能模組之第一較佳實施例包含一背板2，以及一設置在該背板2上之光電轉換單元3。該背板2是供該光電轉換單元3設置於上，並包括有一材質為一脫層型之有機-無機奈米高分子複合材料的阻氣層21。

建議該阻氣層21的厚度是在250μm以下，更建議是介於25μm～200μm之間。

該阻氣層21基於其材質而具有複數子層體211，任兩彼此沿著該光電轉換單元3與背板2的堆疊方向而相鄰之子層體211，較佳地是以一介於10nm～200nm之間(更佳地是介於20nm～100nm之間)的子層體層間距212相互間隔並平行，且任兩彼此沿著垂直於該堆疊方向的水平方向而相鄰之子層體211，則是相互間隔。

該等子層體211之厚度較佳地是介於2nm～200nm之間，更佳地是介於10nm～100nm之間。

參閱圖4，本發明太陽能模組之第二較佳實施例是與第一較佳實施例類似，然差別是在於其背板2之阻氣層21的材質為插層型之有機-無機奈米高分子複合材料，而具有複數子層體組22，各子層體組22包括複數相互間隔地平行堆疊之子層體211，且任兩彼此沿著該光電轉換單元3與背板2的堆疊方向而相鄰之子層體組22，是較佳地以一介於1nm～200nm之間(更佳地是介於5nm～20nm之間)的組間距221相互間隔並平行，且任兩彼此沿著一垂直於該堆疊方向之水平方向而相鄰之子層體組22，是相互間隔。

又，各子層體組22之厚度較佳地是介於2nm～200nm之間，更佳地是介於10nm～100nm之間。該等子層體211之厚度較佳地是介於2nm～200nm之間，更佳地是介於10nm～100nm之間。而各子層體組22中之相鄰子層體211間的距離，較佳地是介於10nm～200nm之間，更佳地是介於20nm～100nm之間。

參閱圖5，本發明太陽能模組之第三較佳實施例，是與前兩實施例類似，其背板2之阻氣層21的材質亦允許為脫層型或插層型之有機-無機奈米高分子複合材料；然其主要差異是在於，第三較佳實施例之該背板2更包括有一設置於該阻氣層21與光電轉換單元3之間的一功能層23，其使用目的如前述之功能層112，在此不予重述。

實務上，背板亦可為一獨立販售的商品，因此，回顧圖3、4，其等所示之背板組包含：一太陽能模組之背板2，其具有一材質為一脫層型或插層型之有機-無機奈米高分子複合材料的阻氣層21。

而另擇地，如圖5所示地，該背板2可更包括一設置在該阻氣層21上之功能層23。因此，圖3～5中之各式背板2即分別為上述背板組之各較佳實施例。

參見圖6，另一種背板組之態樣，是如同上述背板組般地包含有該背板2，然差異之處是在於，更包含一離型單元4，其具有兩分別是可脫離地覆蓋於該背板2之兩相反表面上的離型紙41。該離型單元4是用於保護該背板2，以避免該背板2在尚未使用時即被磨損。使用者在移除該離型單元4後，即可將一光電轉換單元3設置於該背板2上，而獲得如圖3～5中之本發明太陽能模組。

有關於本發明中所述之各種有機-無機奈米高分子複合材料，是可擇自於尼龍6/黏土(nylon 6/clay)系統、聚胺基甲酸酯/黏土(polyurethane/clay)系統、聚醯亞胺/黏土(polyimide/clay)系統、聚(環氧乙烷)/黏土(poly(ethylene oxide)/clay)系統、聚苯乙烯/黏土(polystyrene/clay)系統，或環氧樹脂/黏土(epoxy/clay)系統。

綜上所述，就本發明太陽能模組，其最主要的技術在於「所使用的背板是以脫層型或插層型之有機-無機奈米高分子複合材料來作為其阻氣層的使用材質」，並藉此類複合材料內之特殊的子層體間，或子層體組間的排列方式，有效地大幅增加外界到該光電轉換單元的氣體擴散距離，來使得該阻氣層對氣體具有高度的阻絕性。

而基於此技術概念，可知當本發明太陽能模組中所包含之背板，是包括有其材質亦為脫層型或插層型之有機-無機奈米高分子複合材料的間隔層時，該背板對氣體當可具有一極佳的阻絕效果；進一步地，因為此特殊材質之間隔層是與該光電轉換單元相連接，故當可因該間隔層中的高分子成分，而有效地連結於其表層亦具有高分子成分的該光電轉換單元，增進了彼此間的連結性，不易脫離。

再者，插層型及脫層型之有機-無機奈米高分子複合材料也早已是商業化產品，故一背板製造商可直接向原料供應商購買，繼而將此材料直接轉製為該背板中之相關層體即可；原料易於取得，製備過程極為簡便。

基於上述優勢可知，本發明太陽能模組在其背板中之例如阻氣層、間隔層等相關層體改使用「脫層型或插層型之有機-無機奈米高分子複合材料」為材質時，除了原料便於取得、製備便利，且可使該背板內因其極長之供氣體擴散的距離，而發揮出阻絕氣體之特性以外，該背板和該光電轉換單元間更可因此複合材料中之高分子成分，而較緊密地連結，不易相互脫離。因此，本發明確實為本業界對於背板之需求，提供了一種適當且有效的新方策。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2．．．背板

21．．．阻氣層

211．．．子層體

212．．．子層體層間距

22．．．子層體組

221．．．組間距

23．．．功能層

3．．．光電轉換單元

4．．．離型單元

41．．．離型紙

圖1、2各是一示意圖，分別說明一習知太陽能模組之結構；及

圖3～5各是一示意圖，分別說明本發明太陽能模組之與背板組之各較佳實施例的結構；及

圖6是一示意圖，說明一背板組中之背板與離型單元之相對位置關係。

2．．．背板

21．．．阻氣層

211．．．子層體

212．．．子層體層間距

3．．．光電轉換單元

Claims

一種太陽能模組，包含：一光電轉換單元；以及一背板，其是供該光電轉換單元設置於上，並包括有一材質為一脫層型或插層型之有機-無機奈米高分子複合材料的阻氣層；當該阻氣層之材質為脫層型之有機-無機奈米高分子複合材料時，是具有複數相間隔且平行地交錯堆疊之子層體；當該阻氣層之材質為插層型之有機-無機奈米高分子複合材料時，是具有複數相間隔且平行地交錯堆疊之子層體組，而每一子層體組是包括有複數平行且相間隔地堆疊之子層體。
依據申請專利範圍第1項所述之太陽能模組，其中，該有機-無機奈米高分子複合材料是擇自於尼龍6/黏土系統、聚胺基甲酸酯/黏土系統、聚醯亞胺/黏土系統、聚(環氧乙烷)/黏土系統、聚苯乙烯/黏土系統，或環氧樹脂/黏土系統。
依據申請專利範圍第1項所述之太陽能模組，其中，該背板之阻氣層的厚度是在250μm以下。
依據申請專利範圍第3項所述之太陽能模組，其中，該背板之阻氣層的厚度是介於25μm～200μm之間。
依據申請專利範圍第1項所述之太陽能模組，其中，該背板之阻氣層的材質為脫層型之有機-無機奈米高分子複合材料，其所具有的複數子層體之任兩彼此沿著該光電轉換單元與背板的堆疊方向而相鄰者，是以一介於10nm～200nm之間的子層體層間距相互間隔並平行，且任兩彼此沿著垂直於該堆疊方向的水平方向而相鄰之子層體，是相互間隔。
依據申請專利範圍第5項所述之太陽能模組，其中，該阻氣層中的複數子層體之沿該堆疊方向而相鄰者，是以一介於20nm～100nm之間的子層體層間距相互間隔並平行。
依據申請專利範圍第5項所述之太陽能模組，其中，該背板之阻氣層的子層體的厚度是介於2nm～200nm之間。
依據申請專利範圍第7項所述之太陽能模組，其中，該背板之阻氣層的子層體的厚度是介於10nm～100nm之間。
依據申請專利範圍第1項所述之太陽能模組，其中，該背板之阻氣層的材質為插層型之有機-無機奈米高分子複合材料，而具有複數子層體組，各子層體組包括複數相互間隔地平行交錯堆疊之子層體，且任兩彼此沿著該光電轉換單元與背板的堆疊方向而相鄰之子層體組，是以一介於1nm～200nm之間的組間距相互間隔並平行，而任兩彼此沿著一垂直於該堆疊方向之水平方向而相鄰之子層體組，是相互間隔。
依據申請專利範圍第9項所述之太陽能模組，其中，該阻氣層中的複數子層體組之沿該垂直方向而相鄰者，是以一介於5nm～20nm之間的組間距相互間隔並平行。
依據申請專利範圍第9項所述之太陽能模組，其中，各子層體組之厚度是介於2nm～200nm之間。
依據申請專利範圍第11項所述之太陽能模組，其中，各子層體組之厚度是介於10nm～100nm之間。
依據申請專利範圍第9項所述之太陽能模組，其中，各子層體組中之相鄰子層體間的距離，是介於10nm～200nm之間。
依據申請專利範圍第13項所述之太陽能模組，其中，各子層體組中之相鄰子層體間的距離，是介於20nm～100nm之間。
依據申請專利範圍第9項所述之太陽能模組，其中，各子層體組中之子層體的厚度，是介於2nm～200nm之間。
依據申請專利範圍第15項所述之太陽能模組，其中，各子層體組中之子層體的厚度，是介於10nm～100nm之間。
依據申請專利範圍第1項所述之太陽能模組，其中，該背板更具有一設置於該阻氣層與光電轉換單元之間，用以將光線回饋至該光電轉換單元的一功能層。