TWI445194B - 太陽光電模組封裝結構及其製造方法 - Google Patents

太陽光電模組封裝結構及其製造方法 Download PDF

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Description

太陽光電模組封裝結構及其製造方法
本發明是有關於一種太陽光電模組封裝技術,且特別是有關於一種太陽光電模組封裝結構及其製造方法。
太陽能是一種無污染且取之不盡的能源,因此在遭遇石化能源所面臨的污染與短缺之問題時,如何有效利用太陽能源已經成為最受矚目的焦點。其中,因太陽能電池(solar cell)可直接將太陽能轉換為電能,而成為目前運用太陽能源之發展重點。
典型太陽光電模組封裝結構如圖1所示,包括玻璃(glass)100、黏膠102、太陽電池104、黏膠106和背板(backsheet)108。此種封裝結構常因封裝損失,造成光反射損失而降低發電功率。前述太陽電池之主要光損失來源如下:1.外界環境(空氣)與玻璃間的反射損失、2.太陽電池表面與黏膠的反射損失、3.背板反射光損失。
因此,目前業界大多著重於模組材料開發與製作技術:如太陽電池抗反射層技術、太陽光電模組玻璃表面壓花結構技術等,但卻缺乏能夠有效回收太陽電池反射光與背板反射光的結構設計。
本發明提供一種太陽光電模組封裝結構,具有達到光 補捉效果的光學表面,以提升模組功率。
本發明另提供一種太陽光電模組封裝結構的製造方法,可簡易製作出具有達到光補捉效果的光學表面的封裝結構。
本發明提出一種太陽光電模組封裝結構,包括一透光基板、相對透光基板配置的一背板、介於透光基板與背板之間的多個太陽電池,以及介於透光基板與背板之間並將太陽電池封住的數層封裝層(encapsulant)。其中上述封裝層之間具有至少一壓花界面,且具有壓花界面的那層封裝層是熱固性材料。
在本發明之一實施例中,所述太陽光電模組封裝結構還包括黏附在背板的對外表面上的一外加光學板,且此一外加光學板具有一壓花表面。
在本發明之一實施例中,所述背板為透光材料。
在本發明之一實施例中,所述壓花表面為一鋸齒面。這個鋸齒面的結構尺寸與週期範圍約為10微米至2公分。至於鋸齒面的頂角約大於0°且約小於150°。此外,上述鋸齒面的邊緣可為一次方、二次方或多次近似的曲率面。
在本發明之一實施例中,上述背板包括透光材料或不透光材料。
在本發明之一實施例中,上述封裝層包括彩色封裝材料。
本發明另提出一種太陽光電模組封裝結構的製造方法,包括壓合一透光基板、多個封裝層、介於封裝層之間 的太陽電池以及一背板,且於上述壓合步驟之前,需將一模具的表面結構轉印到上述封裝層中至少一層,以形成一壓花表面,且具有壓花表面的這層封裝層是一熱固性材料。
在本發明之另一實施例中,上述模具的溫度高於被轉印的那層封裝層的融化溫度。
在本發明之另一實施例中,上述模具的表面結構是具有一次方、二次方或多次近似的曲率面的鋸齒結構。
基於上述,本發明在太陽光電模組封裝結構中藉由在封裝層之間形成壓花界面,因此可達到光補捉效果,以提升模組功率。另外,本發明在太陽光電模組封裝結構之製程中,利用模具即可簡單地在封裝層表面製作出具有曲率面的壓花表面,進而達到光補捉效果,並藉以提升模組功率。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下實施例僅是用來更詳細地描述本發明之應用,並附圖來作說明。然而,本發明還可採用多種不同形式來實踐,且不應將其解釋為限於下列所述之實施例。在圖式中,為明確起見可能將各層的尺寸及相對尺寸作誇飾,而未按尺寸比例繪製。
圖2是依照本發明之第一實施例之一種太陽光電模組封裝結構的剖面示意圖。
請參照圖2,第一實施例的太陽光電模組封裝結構包括一透光基板200、相對透光基板200配置的一背板202、介於透光基板200與背板202之間的太陽電池204、位在透光基板200與背板202之間的第一、第二和第三封裝層206、208、210。太陽電池204即被封在上述封裝層206、208、210中。在第一實施例中,第二封裝層208與第三封裝層210之間具有一壓花界面212,且具有壓花界面212的這層封裝層210是熱固性材料,譬如乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)或聚乙烯醇縮丁醛(PVB)。而且,這些封裝層206、208、210還可以是彩色封裝材料。
當太陽光入射上述壓花界面212,其具有導光效果而有光補捉之功效,使光反射到太陽電池204再利用。另外,在第一實施例中,背板202可以是透光材料或不透光材料,如果背板202為透光材料時,其可具有背向高穿透率,以應用於透光型太陽光電模組。
在第一實施例中,具有壓花界面212的封裝層還可以有不同樣式的壓花表面,如圖3A~圖3D所示,但本發明並不侷限於此。
圖4是依照本發明之第二實施例之一種太陽光電模組封裝結構的剖面示意圖,其中使用與第一實施例相同的元件符號來代表相同或相似的構件。
請參照圖4,在本實施例中的背板202的對外表面202a上還有一外加光學板400,其具有一壓花表面402,而背板202可為透光材料,至於外加光學板400則可為透光材料 或不透光材料。其餘構件則可參照第一實施例。這個壓花表面402例如一鋸齒面,請見圖5。
圖5是一面為平面500、一面具有壓花表面402的外加光學板400之放大圖,其中的箭頭代表光線從不同方向進入外加光學板400的反射與穿透情形。這個鋸齒面的結構尺寸:結構為底邊約0.05mm、週期為0.05mm、結構深度為0.025mm、光學板厚度(高度)H可為0.4mm,如圖4;鋸齒面的週期範圍可在10微米至2公分。至於鋸齒面的頂角θ大於0°且約小於150°,其中頂角θ表示壓花表面402,光學板400材料,例如為PET,n1 折射率範圍約1.6至1.7,光學板折射率必須高於外界環境,在本例的外界環境為空氣n2 ,具有折射率1。而頂角θ必須滿足光學高反射條件,而以光密介質n1 至光疏介質n2 的全反射角θc ≧arcsin(n2 /n1 )尤佳,其中n1 sinθ1 =n2 sinθ2 。也就是說,圖5的壓花表面402的正面的結構(即外加光學板400)比壓花表面402的背面(如空氣)具有較高的折射率,所以能製造出高反射的機制。
圖6A是依照本發明之第三實施例之一種太陽模組封裝結構的剖面示意圖。
請參照圖6A,第三實施例的太陽模組封裝結構包括一透光基板600、相對透光基板600配置的一背板602、介於透光基板600與背板602之間的太陽電池604、位在透光基板600與背板602之間的第一封裝層606、第二封裝層608與第三封裝層610。在太陽電池604之間的第一封裝層 606與第二封裝層608之間有壓花界面612,且具有壓花界面612的這層第一封裝層606是熱固性材料,譬如EVA或PVB。另外,封裝層606、608、610還可以是彩色封裝材料。至於壓花界面612的形狀、背板602的材料等可參考上述實施例。
圖6B是第三實施例之另一種太陽光電模組封裝結構的剖面示意圖,其中使用與圖6A相同的元件符號來代表相同或相似的構件。在圖6B中,其壓花界面612是位在第二封裝層608與第三封裝層610之間。當第二封裝層608的折射率大於第三封裝層610的折射率時,可增進壓花界面612之反射效果。
圖7是依照本發明之第四實施例之一種太陽模組封裝結構的製造流程圖。
請參照圖7,在步驟700中,先將一模具的表面結構轉印到一層封裝層,以形成一壓花表面。其中,具有壓花表面的這層封裝層是熱固性材料,如EVA或PVB等材料。在此情形下,模具的溫度高於被轉印的那層封裝層的融化溫度,才能使封裝層軟化而被壓印出所需之壓花表面。而模具的表面結構例如是具有一次方、二次方或多次近似的曲率面的鋸齒結構,以印出如圖3A~圖3D的壓花表面。
在步驟702中,將被轉印的那層封裝層與一透光基板、其餘封裝層、介於封裝層之間的太陽電池以及一背板一起進行壓合。這道壓合步驟可使用現有設備與壓合製程,故不在此贅述。
以下列舉幾個實驗結果來驗證本發明的效果。
對照例
依目前壓合機製程,製作圖1的一般透光型透光型太陽光電模組封裝結構,其步驟是將玻璃/EVA黏膠/6吋單晶太陽光電模組/EVA黏膠/玻璃放入壓合機,在溫度165.0℃以10-2 torr真空抽氣上室與下室共8分鐘,接著上室破真空8分鐘即完成模組封裝。
以IEC61215之標準試驗條件(STC)之A class太陽光模擬器(flash simulator)測試輸出功率之電壓-電流輸出特性,以6吋單晶太陽電池封裝作為比較基準,模組輸出功率3.44W,定義模組功率提升0%做為實驗對照組。
實驗例一
依對照例的製程壓合製作出如圖6A的太陽光電模組封裝結構,其為玻璃/EVA黏膠/在太陽電池之間的有壓花界面的EVA黏膠/單晶太陽電池/EVA黏膠/PET背板。壓花界面是利用壓花玻璃,結構為底邊約0.1mm、週期約1mm、高度約為0.1mm,利用第一次製程壓合製作出玻璃/EVA黏膠(在太陽電池之間的有壓花界面的EVA黏膠),在溫度165.0℃以10-2 torr真空抽氣上室與下室共8分鐘,接著上室破真空8分鐘即完成第一次製程壓合的壓花界面,再來進行第二次製程壓合製作完成模組封裝,製程參數同第一次壓合製程,EVA黏膠(608)與EVA黏膠(610)為同一材料,依據IEC61215之STC測試條件,與對照例一樣的方法測試輸出功率,比較對照例與實驗例一之電壓- 電流輸出特性,發現可提升模組功率0.77%。
實驗例二
依對照例的製程壓合製作出如圖6B的太陽光電模組封裝結構,其為玻璃600/EVA黏膠606/單晶太陽電池604/在太陽電池之間的有壓花界面的EVA黏膠608/EVA黏膠610/PET背板602。壓花界面製作方法如同實驗例一,第一次製程壓合完成玻璃600/EVA黏膠606/單晶太陽電池604/在太陽電池之間的有壓花界面的EVA黏膠608,壓花界面位於封裝層608與封裝層610間,EVA黏膠(608)與EVA黏膠(606)為同一材料,壓花結構同為底邊約0.1mm、週期約1mm、高度約為0.1mm,再來進行第二次製程壓合製作完成模組封裝,然後利用與對照例一樣的方法測試輸出功率,比較對照例與實驗例二之電壓-電流輸出特性,發現可提升模組功率0.96%。
實驗例三
依對照例的製程壓合製作出如圖2的太陽光電模組封裝結構,其為玻璃202/EVA黏膠206/單晶太陽電池204/有壓花界面的EVA黏膠208/EVA黏膠210/PET背板202。壓花界面製作方法如同實驗例一,第一次製程壓合完成玻璃202/EVA黏膠206/單晶太陽電池204/在太陽電池之間的有壓花界面的EVA黏膠208,壓花界面位於封裝層208與封裝層EVA黏膠210間,壓花結構同為底邊約0.1mm、週期約1mm、高度約為0.1mm,再來進行第二次製程壓合製作完成模組封裝,然後利用與對照例一樣的方法測試輸出 功率,比較對照例與實驗例三之電壓-電流輸出特性,發現可提升模組功率0.83%。
實驗例四
依對照例的製程壓合製作出如圖4的太陽光電模組封裝結構,其為玻璃202/EVA黏膠206/單晶太陽電池204/有壓花界面的EVA黏膠208/EVA黏膠210/PET背板202/外加光學板400。壓花界面製作方法,第一次製程壓合完成有壓花界面的EVA黏膠208/EVA黏膠210/PET背板202/外加光學板400,壓花結構同為底邊約0.1mm、週期約1mm、高度約為0.1mm,再來進行第二次製程壓合製作完成模組封裝,封裝層EVA黏膠208與封裝層EVA黏膠206為同一材料,然後利用與對照例一樣的方法測試輸出功率,比較對照例與實驗例四之電壓-電流輸出特性,發現可提升模組功率1.02%。
實驗例五
依對照例的製程壓合製作如圖8的太陽光電模組封裝結構,其包括玻璃(800)/有壓花界面的EVA黏膠(802)/單晶太陽電池(804)/EVA黏膠(806)/EVA黏膠(808)/PET背板(810),並在其玻璃(800)上一外加光學板812,具壓花界面的EVA黏膠(802)為壓花玻璃模具轉印製作,結構為底邊約0.1mm、週期約1mm、高度約為0.1mm,第一次製程壓合完成光學板(812)/玻璃(800)/有壓花界面的EVA黏膠(802),壓花界面位於太陽電池604與封裝層610間,壓花結構同為底邊約0.1mm、週期約1mm、高度約為0.1mm, 再來進行第二次製程壓合製作完成模組封裝。然後利用與對照例一樣的方法測試輸出功率,比較對照例與實驗例四之電壓-電流輸出特性,發現可提升模組功率2.34%。
實驗例六
同實驗例五,依對照例的製程壓合製作如圖8的太陽光電模組封裝結構,此處外加光學板812可以轉印具壓花界面的EVA黏膠做為替代,同時進行EVA黏膠(802)的壓花玻璃模具轉印製作,兩者結構底邊約0.1mm、週期約1mm、高度約為0.1mm,第一次製程壓合完成有壓花界面的EVA光學板(812)/玻璃(800)/有壓花界面的EVA黏膠(802),壓花界面位於太陽電池604與封裝層610間,壓花結構同為底邊約0.1mm、週期約1mm、高度約為0.1mm,再來進行第二次製程壓合製作完成模組封裝。然後利用與對照例一樣的方法測試輸出功率,比較對照例與實驗例四之電壓-電流輸出特性,發現可提升模組功率1.38%。
實驗例七
依對照例的製程壓合製作如圖9的太陽光電模組封裝結構,包括玻璃(900)/EVA黏膠(902)/單晶太陽電池(904)/EVA黏膠(906)/有壓花界面的EVA黏膠(908)/PET背板(910),並在其玻璃(900)上透光的一外加光學板912。,光學板912與具壓花界面的EVA黏膠(908)同為壓花玻璃模具轉印製作,結構為底邊約0.1mm、週期約1mm、高度約為0.1mm,第一次製程壓合完成有壓花界面的EVA光學板(912)/玻璃(900)/EVA黏膠(902)/單晶太陽電池 (904)/EVA黏膠(906)/有壓花界面的EVA黏膠(908),壓花界面位於太陽電池904與封裝層908間,EVA黏膠(906)與EVA黏膠(908)為同一材料,壓花結構同為底邊約0.1mm、週期約1mm、高度約為0.1mm,再來進行第二次製程壓合製作完成模組封裝,然後利用與對照例一樣的方法測試輸出功率,比較對照例與實驗例五之電壓-電流輸出特性,發現可提升模組功率1.68%。
實驗例八
依對照例的製程壓合製作如圖10的太陽光電模組封裝結構,包括玻璃(1000)/EVA黏膠(1002)/6吋單晶太陽電池(1004)/有壓花界面的EVA黏膠(1006)/EVA黏膠(1008)/PET背板(1010),並在其玻璃(1000)上一外加光學板1012。第一次製程壓合完成光學板1012/玻璃(1000)/EVA黏膠(1002)/6吋單晶太陽電池(1004)/有壓花界面的EVA黏膠(1006),壓花界面位於封裝層1006與封裝層EVA黏膠1008間,壓花結構同為底邊約0.1mm、週期約1mm、高度約為0.1mm,再來進行第二次製程壓合製作完成模組封裝,然後利用與對照例一樣的方法測試輸出功率,比較對照例與實驗例六之電壓-電流輸出特性,發現可提升模組功率1.57%;以此例而言,外加光學板1012可以轉印具壓花界面的EVA黏膠做為替代,同時進行EVA黏膠(1006)的壓花玻璃模具轉印製作,發現可提升模組功率0.9%。
綜上所述,本發明利用單層或多層具有壓花界面或壓花表面之光學界面(optical sheet)應用於太陽光電模組封裝 結構,可得到提升光補捉(light trapping)的效果,主要光補捉為太陽電池表面反射光、背板表面的反射光與太陽電池間隙的光能量利用等。本發明不但能應用於一般型與透光型太陽光電模組,同時具備製作容易與提升模組發電功率的優勢。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、800、900、1000‧‧‧玻璃
102、106‧‧‧黏膠
104、204、604‧‧‧太陽電池
108、202、602‧‧‧背板
200、600‧‧‧透光基板
202a‧‧‧表面
206、208、210、606、608、610‧‧‧封裝層
212、612‧‧‧壓花界面
400、812、912、1012‧‧‧外加光學板
402‧‧‧壓花表面
500‧‧‧平面
700~702‧‧‧步驟
802、806、808、902、906、908、1002、1006、1008‧‧‧EVA黏膠
804、904、1004‧‧‧單晶太陽電池
810、910、1010‧‧‧PET背板
H‧‧‧厚度
θ‧‧‧頂角
圖1是習知一種透光型太陽光電模組封裝結構的剖面示意圖。
圖2是依照本發明之第一實施例之一種太陽光電模組封裝結構的剖面示意圖。
圖3A~圖3D顯示各種具有壓花表面的結構之立體圖。
圖4是依照本發明之第二實施例之一種太陽光電模組封裝結構的剖面示意圖。
圖5是圖4之具有壓花表面的外加光學板之放大圖。
圖6A是依照本發明之第三實施例之一種太陽模組封裝結構的剖面示意圖。
圖6B是第三實施例之另一種太陽模組封裝結構的剖面示意圖。
圖7是依照本發明之第四實施例之一種太陽模組封裝 結構的製造流程圖。
圖8是實驗例四的太陽光電模組封裝結構。
圖9是實驗例五的太陽光電模組封裝結構。
圖10是實驗例六的太陽光電模組封裝結構。
200‧‧‧透光基板
202‧‧‧背板
204‧‧‧太陽電池
206‧‧‧第一封裝層
208‧‧‧第二封裝層
210‧‧‧第三封裝層
212‧‧‧壓花界面

Claims (11)

  1. 一種太陽光電模組封裝結構,包括:一透光基板;一背板,相對該透光基板配置;多個太陽電池,介於該透光基板與該背板之間;多個封裝層(encapsulant),介於該透光基板與該些太陽電池之間或該些太陽電池與該背板之間並將該些太陽電池封住,其中該些封裝層之間具有至少一連續壓花界面,且該些封裝層是相同的一熱固性材料;以及一外加光學板,黏附在該背板的對外表面上,其中該外加光學板具有一連續壓花表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽光電模組封裝結構,其中該背板包括透光材料。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽光電模組封裝結構,其中該連續壓花表面為一鋸齒面。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之太陽光電模組封裝結構,其中該鋸齒面的結構尺寸與週期範圍為10微米至2公分。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之太陽光電模組封裝結構,其中該鋸齒面的頂角大於0°且小於150°。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之太陽光電模組封裝結構,其中該鋸齒面的邊緣為一次方、二次方或多次近似的曲率面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽光電模組封裝結 構,其中該背板包括透光材料或不透光材料。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽光電模組封裝結構,其中該些封裝層包括彩色封裝材料。
  9. 一種太陽光電模組封裝結構的製造方法,包括壓合一透光基板、多個封裝層、介於該些封裝層之間的多個太陽電池以及一背板,其特徵在於:在該壓合步驟之前,將一模具的表面結構轉印到該些封裝層中至少一層,以形成一連續壓花表面,且具有該連續壓花表面的該封裝層是一熱固性材料。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之太陽光電模組封裝結構的製造方法,其中該模具的溫度高於被轉印的該封裝層的融化溫度。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之太陽光電模組封裝結構的製造方法,其中該模具的表面結構是具有一次方、二次方或多次近似的曲率面的鋸齒結構。
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