TWI529957B - 太陽能電池元件之製造方法 - Google Patents

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Description

太陽能電池元件之製造方法
本發明係關於一種太陽能電池元件之製造方法，特別是一種以熱注塑法取代層壓法之太陽能電池元件的製造方法。
太陽能電池具有環保、節能的功效，已漸漸廣泛使用於日常生活中。太陽能電池大多由單晶矽或多晶矽材料製成，由於其薄而脆，不能經受較大力的撞擊，且太陽能電池的電極不能長期裸露使用及單一太陽能電池的工作電壓低等原因，需將多個單一太陽能電池片以串、並聯連接，並嚴密封裝成太陽能電池元件，才能使之成為一個能獨立作為電源使用的單元。
現有的太陽能電池元件的製造方法大多相同，其包括使用如銅箔的導電材所構成的連接片，以將多個太陽能電池片以不連續的串接方式，串焊成一排電池片組；將多排電池片組並排以形成太陽能電池片陣列；自下而上將前基板，如玻璃、封裝材料、太陽能電池片陣列、封裝材料及背基板，如複合氟塑料膜(TPT)疊合在一起並放入真空層壓機(laminator)內；以真空層壓法將層壓機的下腔室抽真空，再加壓加熱，將玻璃基板/封裝材料/太陽能電池片陣列/封裝材料/背基板熱壓合為一體，成型後取出；然後再加裝金屬製的外框，以製成太陽能電池組件。
習知的層壓法是利用加熱、加壓的方式將元件一體化，但是在加 壓的過程中容易造成太陽能電池片的變形、破損及隱裂。此外，在層壓製程中，乙烯-醋酸乙烯酯之封裝材料會因為置放於約120℃以上的加熱環境產生軟化現象，而導致平行排列整齊的太陽能電池片陣列產生重疊，造成元件功率不佳。再者，目前常用於太陽能電池元件中的透明鋼化玻璃基板的厚度通常大於約3.2毫米以上，且鋼化製程後的基板表面平整度常不佳，如利用兩片此種鋼化玻璃以層壓法製作太陽能電池元件時，除了容易因為玻璃本身的重量外，還會因為玻璃表面的平整度度不佳，而造成疊層時厚度僅有約180微米至約200微米的電池片產生破裂。因此，習知的層壓法不適合使用透明的玻璃背基板來封裝，更不適用於大尺寸的太陽能電池封裝。另外，使用層壓法在鋪設封裝材料時多由人工進行，由於人工作業的不精確，容易產生氣泡，使得產品的一致性較差，品質不穩定，還會發生浪費材料、環境污染等情況，且以人工作業的生產效率不佳。
此外，大尺寸太陽能電池，通常是指組件面積大於約1平方米以上的太陽能電池的需求日益增加。有鑒於此，本發明即針對前述問題所為的研發成果。本案發明人發現使用熱注塑法來取代層壓法，搭配使用特定的設備及封裝材料，可避免人工作業產生的誤差，大幅提升製程的生產效率，有效降低太陽能電池片的微隱烈發生的不良率，並提高太陽能電池元件的壽命，適合用於製造大尺寸且薄型化的太陽能電池，以符合現今需求。
因此，本發明之主要目的在於提供一種產品一致性高、品質穩定且壽命較長之太陽能電池元件的製造方法。
本發明方法係使用熱注塑法取代習知的層壓法來進行封裝，特別適合用於製造大尺寸的太陽能電池。使用本發明之技術方案後，所得太陽能電池元件中之太陽能電池片的破損率大幅下降，太陽能電池 元件的電性能也提高，從而延長使用壽命。此外，本發明使用熱注塑法及特定的封裝材料，通過自動化的注塑模具以將太陽能電池片密封包覆於封裝材料內，由於使用自動化的機器生產，產品的一致性較好，產品品質穩定，且大幅提高生產效率，封裝成本較低，使產品更具市場競爭力。
10‧‧‧注塑模具
12‧‧‧澆道
14‧‧‧澆口
16a‧‧‧鑄模
16b‧‧‧鑄模
18‧‧‧注塑材料
20‧‧‧太陽能電池片
圖1A及圖1B顯示適合用於本發明方法中之注塑模具。
於本文中，除非特別限定，單數形「一」及「該」亦包括其複數形。本文中任何和所有實施例及例示性用語(「例如」及「如」)目的僅為了更加突顯本發明，並非針對本發明的範圍構成限制，本案說明書中的用語不應被視為暗示任何未請求的組件可構成實施本發明時之必要組件。
本發明太陽能電池元件之製造方法包括以下步驟：將複數個以連接片相互連接的太陽能電池片放置於具有複數個鑄模的注塑模具內，使得該複數個太陽能電池片分別位於該複數個鑄模中；在加熱條件下，將注塑材料注入該複數個鑄模內，以將該複數個太陽能電池片密封包覆於該注塑材料中，其中該注塑材料係選自由乙烯-醋酸乙烯酯、聚矽氧及聚乙烯醇縮丁醛(PVB)所組成之群組；自該注塑模具取出經密封包覆之複數個太陽能電池片；及將基板及背板分別貼合至該經密封包覆之複數個太陽能電池片的兩側。
本發明方法另包含在注入注塑材料之前，或在取出經密封包覆的複數個太陽能電池片之後，以連接線將多個由複數個太陽能電池片所形成之太陽能電池片串連接。
以下，利用本發明的較佳實施態樣來說明本發明。
在本發明中，注塑模具及鑄模的形狀及尺寸是本發明所屬技術領域中具有通常知識者可基於本發明所例示者所輕易瞭解及變化者，較佳是配合太陽能電池片的形狀及尺寸而定，且可由如熱塑性塑膠、熱固性塑膠或金屬等材料所製成。在本發明中，注塑模具佳是固定在水準或垂直位置。
圖1A及圖1B顯示適合用於本發明方法中的注塑模具。
如圖1A所示，本發明的注塑模具10具有用於注入的澆道(runner)12、澆口(gate)14及鑄模16a與16b，其中鑄模16a是用於放置太陽能電池片20，而鑄模16b是用於放置使太陽能電池片20相互連接的連接片(未顯於於圖中)。該注塑模具10另包括加熱、冷卻及頂出裝置(皆未顯示於圖中)，以利太陽能電池片20的成型及冷卻脫模。
如圖1B所示，本發明方法中的注塑步驟包含將裝有太陽能電池片的模具10合起，並固定在垂直位置。在加熱條件下，將注塑材料18經由澆道及澆口注入以充滿鑄模，保持在約1大氣壓之壓力下以彌補材料收縮，充分冷卻至室溫，可使用如水等材料作為冷卻劑來冷卻模具，再將模具打開即可頂出完成品。
在本發明方法的注塑步驟中，加熱條件包括兩個加熱階段，第一階段為低溫注塑製程，及第二階段為高溫交聯製程。在本發明中，低溫注塑製程的溫度範圍為約70℃至約130℃，較佳為約100℃至約120℃，而高溫交聯製程的溫度範圍為約120℃至約200℃，較佳為約140℃至約180℃。
在本發明之一實施態樣中，注塑步驟是在振動條件下進行。振動條件係選自由機械振動、聲波振動、超聲波振動及電磁振動所組成之群組，較佳是使用超聲波振動熱注塑。振動條件是藉助外加力場，使注塑材料塑化更加完全且流動性增加，有較低的充模黏度，降低注塑 壓力，降低注入速度，減少所形成的內應力，且容易排除氣體，有利於注塑材料包覆太陽能電池片，以提高產品品質，並延長注塑機使用壽命。
在本發明方法中所使用的太陽能電池片係本發明所屬技術領域中具有通常知識者所習知者。在本發明之一實施態樣中，太陽能電池片係選自由單晶矽太陽能電池片、多晶矽太陽能電池片、非晶矽太陽能電池片、鉮化鉀太陽能電池片、碲化鎘太陽能電池片、銅銦硒太陽能電池片、銅銦鎵硒太陽能電池片及染料敏化太陽能電池片所組成之群組。而各電池片組之間是由連接線串、並聯彙集到引線端。
本發明方法係使用選自由乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、聚矽氧及聚乙烯醇縮丁醛(PVB)所組成之群組的封裝材料，以將太陽能電池片藉由注塑材料密封包覆在基板及背板的中間。這些材料具有阻隔水氣及加溫交聯後仍可透光等優點，適合用於本發明方法的注塑製程中作為注塑材料，且相對於丙烯-苯乙烯共聚物(AS)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)及聚對苯二甲酸乙二酯(PET)等一般塑膠具有抗水汽能力強、透光性高、電氣的絕緣性佳、可耐酸鹼溶液以及成型後具有一定的剛性等優點，特別適合用於製作大尺寸的太陽能電池，例如元件面積大於約1平方米以上的太陽能電池。在本發明方法中所使用的基板及背板是本發明所屬技術領域中具有通常知識者所習知者，其獨立例如但不限於由玻璃、高分子、塑膠、不銹鋼、鋁及複合材料所製得。在本發明之一實施態樣中，基板為玻璃基板，而背板為玻璃背板或高分子背板。
本發明方法在貼合基板及背板之前，可另包括以側面密封材料封裝太陽能電池之步驟，其中側面密封材料例如但不限於選自由有機矽膠及丁基膠密封條所組成之群組。
本發明方法利用熱注塑法來取代習知的層壓法來進行太陽能電池 的封裝，不僅可減少太陽能電池片因加壓可能造成的破損及隱裂，且以自動化生產可避免製程污染，產品的一致性較好，產品品質穩定，且提高了太陽能電池元件的生產效率、電性能及壽命，且特別適合用於製造大尺寸的太陽能電池元件。當製作可彎曲的太陽能電池組件時，也能避免電池片的變形或破裂。另外，本發明的製造方法能夠使用透光率較佳的玻璃作為背板，以製得大尺寸的太陽能電池，以有效提升電池片的效率，且應用範圍更廣。
本發明一個或一個以上實施例的細節將於以下描述中予以闡述。根據這些描述及權利要求書，將可容易地瞭解本發明的其他特徵、目的及優勢。
實施例
以連接片將複數個多晶矽太陽能電池片串焊成太陽能電池片串。將太陽能電池片串放置於具有複數個鑄模的注塑模具內，使得複數個太陽能電池片及連接片分別位於鑄模中。將注塑模具水準放置於超聲波震盪機中，保持在約1大氣壓之壓力下，將注塑模具加溫至約80°至100℃，將乙烯-醋酸乙烯酯注入複數個鑄模內，維持約5至10分鐘，然後加溫至約130至150℃維持約3至5分鐘，使得乙烯-醋酸乙烯酯產生熔融黏接及交聯固化，固化後的乙烯-醋酸乙烯酯變成完全透明，具有相當高的透光性，以將太陽能電池片密封包覆起來。接著，將注塑模具放置於水中以充分冷卻後，自注塑模具取出經密封包覆的太陽能電池片串。然後，以連接線將複數個太陽能電池片串連接在一起，再將玻璃基板及玻璃背板分別貼合至經密封包覆的複數個太陽能電池片的兩側，再加裝金屬邊框，以製得太陽能電池組件。
本發明方法是利用熱注塑方式，先將電池片一片一片分別以注塑材料包覆起，不僅可以避免習知層壓製程中，因上下兩面壓力因素而導致電池片受外力產生破裂，同時也可以避免元件製程中，連接片及 連接線與電池片的電極接面因外拉扯而造成斷裂或分離的狀況，並且也能消除層壓製程時，容易產生氣泡的現象。
雖然已參考說明性實施例描述了本發明，但應理解，所屬領域的技術人員可易於實現的任何修改或更改將屬於本說明書及所附權利要求書的揭示內容的範圍內。
10‧‧‧注塑模具
18‧‧‧注塑材料

Claims (12)

  1. 一種太陽能電池元件之製造方法，其包括以下步驟：將複數個以連接片相互連接的太陽能電池片放置於具有複數個鑄模的注塑模具內，使得該複數個太陽能電池片分別位於該複數個鑄模中；在加熱條件下，將注塑材料注入該複數個鑄模內，以將該複數個太陽能電池片密封包覆於該注塑材料中，其中該注塑材料係選自由乙烯-醋酸乙烯酯、聚矽氧及聚乙烯醇縮丁醛所組成之群組；自該注塑模具取出經密封包覆之複數個太陽能電池片；及將基板及背板分別貼合至該經密封包覆之複數個太陽能電池片的兩側。
  2. 如請求項1之製造方法，其中該注塑模具係固定在水平或垂直位置。
  3. 如請求項1之製造方法，其中該加熱條件包括兩個加熱階段，第一階段為低溫注塑製程，及第二階段為高溫交聯製程。
  4. 如請求項3之製造方法，其中該低溫注塑製程的溫度範圍為約70℃至約130℃，及該高溫交聯製程的溫度範圍為約120℃至約200℃。
  5. 如請求項4之製造方法，其中該低溫注塑製程的溫度範圍為約100℃至約120℃，及該高溫交聯製程的溫度範圍為約140℃至約180℃。
  6. 如請求項1之製造方法，其中將該注塑材料注入該複數個鑄模內之步驟係在振動條件下進行。
  7. 如請求項6之製造方法，其中該振動條件係選自由機械振動、聲 波振動、超聲波振動及電磁振動所組成之群組。
  8. 如請求項1之製造方法，其中該太陽能電池片係選自由單晶矽太陽能電池片、多晶矽太陽能電池片、非晶矽太陽能電池片、鉮化鉀太陽能電池片、碲化鎘太陽能電池片、銅銦硒太陽能電池片、銅銦鎵硒太陽能電池片及染料敏化太陽能電池片所組成之群組。
  9. 如請求項1之製造方法，其中該基板係選自由玻璃基板、高分子基板、塑膠基板、不銹鋼基板、鋁基板及複合材料所組成之群組。
  10. 如請求項1之製造方法，其中該背板係選自由玻璃背板、高分子背板、塑膠背板、不銹鋼背板、鋁背板及複合材料所組成之群組。
  11. 如請求項1之製造方法，其另包括以側面密封材料封裝該太陽能電池。
  12. 如請求項11之製造方法，其中該側面密封材料係選自由有機矽膠及丁基膠密封條所組成之群組。
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