TWI602310B - 太陽能電池用封裝膜及其製造方法、與太陽光電模組封裝結構 - Google Patents

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Description

太陽能電池用封裝膜及其製造方法、與太陽光電模組封裝結構
本發明是有關於一種太陽光電模組封裝技術及其製造方法，且特別是有關於一種太陽能電池用封裝膜及其製造方法、與太陽光電模組封裝結構。
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。
為節省太陽光電模組的封裝成本與增加其多功能性，除了封裝材料外(Encapsulant)，前板(Front Sheet)與背膜(Back Sheet)已廣泛使用可撓性的塑膠(Polymer)基材。為進一步減少太陽光電模組封裝的製程步驟，以降低封裝製程成本，有許多不同的具導 線結構的封裝疊層結構被陸續提出，希望以一次壓合製程完成太陽能電池模組的串接與封裝的功能。此外，更希望能有一種在模組結構設計上能夠以單面處理方式即可完成電池串接的技術，使得封裝製程更加簡化，容易達到模組封裝自動化整合的效果。在傳統的一種太陽光電模組中，太陽能電池單元的第一電極及第二電極位於電池的正、背面，而導線層必須透過正、背面交互連接才能達到多個太陽能電池單元電性連接的效果。
在傳統的另一種太陽光電模組中，雖藉由黏著層來連接導線層與基材以電性連接多個太陽能電池單元，但由於熱塑性(Thermoplastic)或未聚合的熱固性(Thermoset)黏著層加溫時會軟化，甚至融化，造成導線層產生滑動，導致不易控制電性接合位置、並且導線層鍍膜時或是對導線層的乾蝕刻製程中產生的表面局部高溫或其他反應作用亦會使下方的黏著層產生聚合作用而失去封裝作用。
此外，在傳統的再一種太陽光電模組中，包括基材、由另一基材與導線層所構成的軟性導線基材、以及在該基材與該軟性導線基材之間設置黏著層，多個太陽能電池單元則藉由軟性導線基材上的導線層而電性連接。在這種封裝疊層結構中，雖然軟性導線基材可達到串接太陽能電池單元的功能，但由於其不具模組封裝的黏合功能，因此需要額外加封裝另一黏著層來與基材100來達成封裝的功能。另外軟性導線基材與太陽能單元電池間可能並無實質黏合，導致容易受水氣、溫度等因素而產生膜層分離的 問題。而且軟性導線的金屬層多利用濺鍍(Sputtering)後蝕刻(Etching)方式製作，因此金屬層的厚度有限，阻值較大，無法滿足太陽能電池在大電流下操作的要求。然而為維持黏著層功能與模組強度，單一軟性導線基材的面積不能太大，每一條軟性導線基材之間需保留足夠的黏著層與太陽能單元電池間黏合空間，因而造成製程軟性導線基材沒有可以一次熱壓合製程的效果。
另外，在傳統的太陽光電模組中，由於圖案化導電層與基材之間通常存在黏著層等膜層，因此在某些特殊應用時難以藉由封裝疊層結構的基材側打孔來拉出引線。
有鑑於上述的技術問題，目前業界亟待尋求能以一次壓合製程即可完成太陽能電池模組串接與封裝的解決方案。
因此，目前業界大多著重於模組結構與製作技術的開發：如太陽能電池單元如何降低阻值、降低正背面交互導線帶(Ribbon)應力作用、避免導線帶焊接位置偏移等串接技術、太陽能電池封裝模組的封裝技術等，但仍缺乏能夠有效兼顧電性串接效能、模組強度以及單面製程便利性的太陽能電池的封裝結構。
本發明提供一種太陽能電池用封裝膜及其製造方法，藉此能以一次壓合製程即可完成太陽能電池模組的串接與封裝。此外，在封裝與電性串接的壓合製程中，導線結構不易移動，從而使電性連接的位置達到精確控制的效果。
本發明又提供一種太陽光電模組封裝結構及其製造方法，能以一次壓合製程即可完成太陽能電池模組的串接與封裝。並且，可易於對完成壓合的太陽光電模組進行打孔及引線以進行電性輸出，從而有效簡化太陽電池模組製程而降低成本並提升太陽能電池的效率。
本發明的太陽能電池用封裝膜包括基材以及一具有導線結構的黏著層。具有導線結構的黏著層配置於基材上，且導線結構與基材接觸。藉此，利用本發明之太陽能電池用封裝膜，能夠實現以下的技術效果：即，利用電池串接設計與模組封裝疊層結構設計，應用金屬導線帶(Ribbon)或金屬導線(Wire)，並配合相關黏合料的組合，使導線封裝膜同時具有電性與機械性黏合功能，並藉由單面電性導線處理方式，能夠達成以一次熱真空壓合製程(Lamination)即可完成太陽能電池模組串接與封裝的效果。
在本發明的一實施例中，上述的導線結構貫通黏著層的厚度方向。
在本發明的一實施例中，上述的太陽能電池用封裝膜係電性連接太陽能電池，而與太陽能電池構成一太陽光電模組封裝結構。具體而言，導線結構連接基材與太陽能電池的電極，且導線結構在基材上的佈局可以是涵蓋於太陽能電池之電極的範圍，例如導線結構可以與電極的範圍完全一致，當然也可以是以被電極部分涵蓋的方式而使得導線結構的面積小於電極的面積，本發明並不以此為限。
在本發明的一實施例中，上述的太陽能電池包括多個太陽能電池單元，導線結構包括多條連接導線，各連接導線連接相鄰之太陽能電池單元的電極。具體而言，在一實施例中，上述的各太陽能電池單元包括第一電極及第二電極，各連接導線覆蓋並連接其中之一太陽能電池單元的第一電極以及與該太陽能電池單元相鄰之另一太陽能電池單元的第二電極。
在本發明的一實施例中，上述的各太陽能電池單元中，第一電極與第二電極為沿著Y方向平行設置的條狀電極，其中第一電極位於各太陽能電池單元沿X方向的一側，而第二電極位於各太陽能電池單元沿X方向的中央。
在本發明的另一實施例中，上述的各太陽能電池單元中，第一電極例如是包括沿Y方向平行設置的多個第一塊狀電極，第二電極為沿著Y方向平行設置的條狀電極，且第一電極與第二電極分設於各太陽能電池單元的兩側。
在本發明的再一實施例中，上述的各太陽能電池單元中，上述的第一電極可以為沿著Y方向平行設置的條狀電極，且設置於各太陽能電池單元沿X方向的第一側；第二電極包括沿Y方向平行設置的兩個第二塊狀電極，兩個第二塊狀電極彼此分離並分設於各太陽能電池單元的第二側的頭尾兩端，該兩個第二塊狀電極之間具有一分離空間。第一電極在Y方向的投影位於分離空間在Y方向上的投影範圍內，且第一電極沿Y方向的長度與兩個第二塊狀電極沿Y方向的總長度的總和小於等於各太陽能電池 單元沿Y方向的長度。在此實施例中，上述的太陽能電池單元包括沿X方向相鄰的第一太陽能電池單元與第二太陽能電池單元；各連接導線在Y方向上交替連接第一太陽能電池單元的兩個第二塊狀電極之一、第二太陽能電池單元的第一電極、以及該第一太陽能電池單元的兩個第二塊狀電極的另一，而在基材上構成一蜿蜒圖案。
在本發明的一實施例中，上述的導線結構更包括多條位於最外側的外接導線，且基材對應各條外接導線處具有至少一開口。
本發明的太陽光電模組封裝結構，其包括太陽能電池用封裝膜以及太陽能電池。太陽能電池用封裝膜包括基材與一具有導線結構的黏著層，其中具有導線結構的黏著層配置於基材上，且導線結構與基材接觸。太陽能電池包括多個太陽能電池單元，黏著層介於基材與太陽能電池單元之間，且導線結構接觸於多個太陽能電池單元與基材。
在本發明的一實施例中，上述的太陽光電模組封裝結構更包括背膜(Back sheet)，其相對太陽能電池用封裝膜配置，多個太陽能電池單元介於太陽能電池用封裝膜與背膜之間。
本發明的太陽能電池用封裝膜的製造方法，其包括以下步驟。提供一基材；以及於基材上形成一具有導線結構的黏著層，且導線結構與基材接觸。
在本發明的一實施例中，上述的於基材上形成具有導線 結構的黏著層的步驟包括以下步驟。於基材上形成導線結構；以及於基材上的導線結構以外的區域形成圖案化黏著層，使圖案化黏著層與導線結構構成黏著層。
在本發明的一實施例中，上述的於基材上形成具有導線結構的黏著層的步驟包括於基材上形成圖案化黏著層；以及於基材上的圖案化黏著層以外的區域形成導線結構，圖案化黏著層與導線結構構成黏著層。
在本發明的一實施例中，上述的基材上形成具有導線結構的黏著層的步驟包括以下步驟。於基材上形成一黏著材料層；以及於黏著材料層中嵌入導線結構，使導線結構與基材接觸。更具體而言，在本發明的一實施例中，上述的於黏著材料層中嵌入導線結構的步驟包括加熱使黏著材料層軟化後，再於經軟化的黏著材料層中嵌入導線結構。在另一實施例中，上述的黏著材料層包括將黏著層材料溶於有機溶劑中，然後於基材上形成一黏著材料層，並於黏著材料層中嵌入導線結構後，對黏著材料層進行加熱。
在本發明的一實施例中，上述的導線結構包括一個或多個與基材接觸的突起，各突起為以其平頂面與基材接觸的島狀圖案。或者，上述的導線結構的各突起也可以是以其圓頂面與基材接觸的島狀圖案。
本發明的太陽光電模組封裝結構的製造方法，其包括以下步驟。提供一如上述的太陽能電池用封裝膜；將一具有多個太 陽能電池單元的太陽能電池設置於太陽能電池用封裝膜的具有導線結構的黏著層上；以及壓合步驟，使太陽能電池用封裝膜的導線結構對應於太陽能電池的電極，對太陽能電池用封裝膜以及太陽能電池單元進行壓合。
在本發明的一實施例中，在上述的壓合步驟中更包括提供一背膜(back sheet)。以太陽能電池單元介於太陽能電池用封裝膜與背膜之間的方式進行壓合。
基於上述，本發明的太陽能電池用封裝膜中藉由導線結構與基材接觸。藉此，利用其接觸力量可以使得黏著層在後續如加溫熔融等製程中不會因為壓合而使得導線結構與太陽能電池之間產生橫向位移，從而達到維持電性連接精確位置的需求。並且，本發明的太陽能電池用封裝膜的製造方法，可以先將電性連接(例如串接或並聯)的導線結構、封裝用黏著層、基材材料等先整合在一起，通過一次加溫壓合的製程即可完成太陽光電模組的封裝與電性連接(如串接)製程，無需額外鋪設黏著層，而且由於是單面電性連接結構，因此製程有效簡化，且能使太陽光電模組的整體薄化具有大面積化的捲對捲(Roll-to-Roll)批量製作與低成本等優勢。
為讓本發明的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。
200‧‧‧太陽能電池用封裝膜
200S‧‧‧電極連接側
210‧‧‧基材
220‧‧‧黏著層
220C‧‧‧渠道
222‧‧‧導線結構
222A‧‧‧連接導線
222B‧‧‧外接導線
220M‧‧‧黏著材料層
222P‧‧‧突起
224‧‧‧圖案化黏著層
240‧‧‧阻障層
300、600、800、920‧‧‧太陽能電池
310、610、810、910‧‧‧太陽能電池單元
310A、610A、810A‧‧‧第一太陽能電池單元
310B、610B、810B‧‧‧第二太陽能電池單元
312A、612A、812A‧‧‧第一電極
312B、612B、812B‧‧‧第二電極
400‧‧‧背膜
500、700、900‧‧‧太陽光電模組封裝結構
614‧‧‧第一塊狀電極
812B1、812B2‧‧‧第二塊狀電極
812BS‧‧‧分離空間
810L‧‧‧太陽能電池單元沿Y方向的長度
H1‧‧‧第一開口
H2‧‧‧第二開口
L1‧‧‧第一電極沿Y方向的長度
L2A、L2B‧‧‧第二塊狀電極的長度
SA‧‧‧第一側
SB‧‧‧第二側
S1-S9‧‧‧步驟
圖1A是依照本發明的第一實施例的一種太陽能電池用封裝膜的結構示意圖，而圖1B是沿圖1A之BB’剖面線的太陽能電池用封裝膜的剖面示意圖。
圖2是依照本發明的太陽能電池用封裝膜的製造方法中第一實施例的製造方法示意圖。
圖3是依照本發明的太陽能電池用封裝膜的製造方法中第二實施例的製造方法示意圖。
圖4A至圖4D是依照本發明的太陽能電池用封裝膜的製造方法中第三實施例的製造方法流程圖。
圖5A與圖5B是依照本發明的太陽光電模組封裝結構中第一實施例的示意圖。
圖6A與圖6B繪示本發明的太陽光電模組封裝結構中第二實施例的示意圖。
圖7A與圖7B繪示本發明的太陽光電模組封裝結構中第三實施例的示意圖。
圖8A與圖8B是依照本發明的太陽光電模組封裝結構的製造方法流程圖。
圖9是依照本發明使用太陽能電池用封裝膜的製造方法中第三實施例的太陽光電模組封裝結構的製造方法中一實施例的流程圖。
文中參照隨附圖式來描述本發明，圖式中顯示的是實施例，但是本發明還可以有多種形式來實踐，且不應將其解釋為限於本文所述的實施例。在圖式中，為明確起見可能將各層以及區域的尺寸以及相對尺寸作誇張的描繪。
在下文中，當稱一元件或層是「位於另一元件或層上」或「位於另一元件左側或右側」時，其可直接位於另一元件或層上或可存在中間元件或層。此外，當稱一元件「與另一元件或層接觸」時，兩者間不存在中間元件或層。文中所用的諸如「在...下(或上、或左、或右)」及其類似用語的空間相對用語，來描述圖中所說明的元件或層與另一元件或層的關係。這樣的空間相對用語應包括使用中或操作中的元件，且包括除圖中所描繪的方位以外的不同方位。舉例來說，若將圖式中的元件翻轉，則被描述為位於其他元件或層「上」的元件，接著將定向成位在其他元件或層「下」。
太陽能電池用封裝膜
圖1A是依照本發明的第一實施例的一種太陽能電池用封裝膜的結構示意圖，而圖1B是沿圖1A之BB’剖面線的太陽能電池用封裝膜的剖面示意圖。請參照圖1A與圖1B，太陽能電池用封裝膜200包括基材210以及一具有導線結構222的黏著層220，而具有導線結構222的黏著層220配置於基材210上。基材210例如是聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate， PET)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene naphthalate，PEN)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、乙烯-共-四氟乙烯(poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene)，ETFE)、聚醚醚酮(Polyetheretherketone，PEEK)、聚(四氟乙烯-共-六氟丙烯)(poly(tetrafluoroethylene-co-hexafluoropropylene)，FEP)、聚氟乙烯(polyvinylfluoride，PVF)、聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)、全氟烷(Perfluoroalkoxy，PFA)、聚氯三氟乙烷(Polychlorotrifluoroethane，PCTFE)、聚醯亞胺(polyimide,PI)等具有可撓性的聚合物膜(polymer film)或氟化塑膠(Fluoropolymers)或玻璃(Glass)。黏著層220的材料例如為乙烯乙酸乙烯酯(Ethylene vinyl acetate，EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(Poly vinyl butyral，PVB)、熱塑性聚氨酯(Thermoplastic polyurethanes，TPU)、有機矽膠(Silicones)、矽凝膠(Silicone gels)、聚二甲基矽氧烷(Polydimethyl siloxane，PDMS)、熱聚合烯烴(Thermal polymer olefin，TPO)、丙烯酸酯(Acrylates)、離聚物(Ionomers)、酸改質聚烯烴(Acid modified polyolefins)、酸酐改質聚烯烴(Anhydride modified polyolefins)、聚酰胺(Polyamides)、酸酐改質聚丙烯(Anhydride modified polypropylene)等可交互連結(Cross-linkable)的熱塑性(thermoplastic)或熱固性(thermoset)材料。當然基材210與黏著層220亦可以是其他材質，本發明並不以此為限。黏著層220的材料可利用適當的有機溶劑加以溶解成液態，例如熱固性的乙烯乙酸乙烯酯(Ethylene vinyl acetate，EVA)即可用二甲苯(Xylene)、對二甲苯(P-xylene)、甲苯(Toluene)、 四氫呋喃(Tetrahydrofuran，THF)、丁酮(Butanone)等有機溶劑形成液態，再利用塗佈與乾燥方式即可形成黏著層。此外，基材210亦可依產品需求，選用具有上述材質作為保護膜的單層結構，亦可以視需求選用具有水氣阻隔(Moisture barrier)、紫外光吸收(UV absorb)、耐候(Weather-ability)、防刮(scratching)等處理之上述材質作為保護膜以及支撐層的疊合層結構，基材210的材質與結構並不以此為限。
太陽能電池用封裝膜200在後續製程中經由黏著層220而與太陽能電池電性連接(以下稱為電極連接側200S)。值得一提的是，在本發明之太陽能電池用封裝膜200中，導線結構222是直接與基材210接觸的構造。藉由黏著層220中的導線結構222與基材210的全部或局部相接觸，利用導線結構222與基材210之間的接觸力，能夠使得黏著層220材料在後續如加溫熔融等製程中，黏著層220不會因為壓合等製程而導致導線結構222與太陽能電池之間產生橫向位移，從而能確保電性連接的位置能夠精確。
更具體而言，導線結構222貫通黏著層220的厚度方向，即導線結構222嵌於黏著層220中。並且在本實施例中，導線結構222與黏著層220的表面切齊，當然在其他實施例中，導線結構222亦可自黏著層220的表面突出，本發明並不以此為限。
本發明之太陽能電池用封裝膜200是整合了作為串接太陽能電池單元的導線結構222、作為封裝太陽能電池的封裝保護基 材210、以及作為封裝太陽能電池時黏合太陽能電池與基材210的圖案化黏著材料。藉此，當使用本發明之太陽能電池用封裝膜200對太陽能電池進行後續程序時，能夠僅由後續的一次熱壓合製程即可完成太陽光電模組的串接與封裝。
關於本發明的太陽能電池用封裝膜200的製造方法，可列舉如以下圖2所示的網印電極接觸法、圖3所示的導線帶(Ribbon)渠道法、圖4A至圖4D所示的導線帶壓入法等。然，本發明並不以此為限。
太陽能電池用封裝膜的製造方法
圖2是依照本發明的太陽能電池用封裝膜的製造方法中第一實施例的製造方法示意圖。如圖2所示，在本實施例中，提供一基材210，並於基材210上先形成與其接觸的導線結構222。於基材210的電極連接側200S上直接形成導線結構222的方法例如於聚合物膜的基材210上網印導電銀膠(Conductive silver paste)、銅膠或銀銅膠電路，並於電池側塗佈或貼附一層低溫焊料(如In/Sn合金、Sn/Bi合金等)，並使導電膠固化。接著，於基材210上的導線結構222以外的區域形成圖案化黏著層224，而於基材210上的導線結構222以外的區域形成圖案化黏著層224的方法可以是以熱固性的乙烯乙酸乙烯酯(Ethylene vinyl acetate，EVA)膜作為黏著層220材料，以貼合/轉印的方式、或以黏著層220切割及撕離等方式、或是以漿料塗布感光性黏著層220並經曝光顯影等方法來形成圖案化黏著層224。藉此，可在基材210上獲 得使圖案化黏著層224與導線結構222整合為一體的黏著層220。
圖3是依照本發明的太陽能電池用封裝膜的製造方法中第二實施例的製造方法示意圖。如圖3所示，在本實施例中，提供一基材210，並於基材210先形成圖案化黏著層224。於基材210形成圖案化黏著層224的方法例如以熱固性的乙烯乙酸乙烯酯(Ethylene vinyl acetate，EVA)膜作為黏著層220材料而以貼合/轉印的方式、或以黏著層220切割及撕離的方式、或以黏著層220漿料塗布感光性黏著層並經曝光顯影等方法而於基材210上形成具有渠道220C的圖案化黏著層224，該渠道220C對應於導線結構222的預定形成區，其深度例如可為50至450μm。接著，於基材210上的圖案化黏著層224以外的區域(即前述的渠道220C中)形成導線結構222，藉此形成由圖案化黏著層224與導線結構222所構成的黏著層220。於上述渠道220C中形成導線結構222的方式可列舉以導電膠體注入的方式、或是網版印刷(Screen Printing)與紫外線(UV)/加溫固化成形的方式、或是金屬薄片(Metal foil)壓合與微影/蝕刻/電鍍增銅製程等方式。藉此所形成的導線結構222是直接並穩固地形成於基材210上，成為導線結構222與基材210直接接觸的結構。藉此方法所形成的導線結構222與基材210在結構上亦為全部接觸的方式。
圖4A至圖4D是依照本發明的太陽能電池用封裝膜的製造方法中第三實施例的製造方法流程圖，其中圖4A至圖4D的左側與右側分別為太陽能電池用封裝膜的製造方法的側視圖與剖面 圖。如圖4A左側的側視圖所示，提供一基材210，並於基材210上形成一黏著材料層220M。接著，如圖4A至圖4D右側的剖面圖所示，於黏著材料層220M中嵌入導線結構222，使導線結構222與基材210接觸。
具體而言，圖4A至圖4D左側的側視圖的其中一種實施方式例如為：先於如聚合物膜等基材210上塗佈一層厚度例如為50至450μm的黏著材料層220M。接著，提供一厚度大於或等於黏著材料層220M之導電金屬帶(Ribbon)或金屬線(Wire)，並於該導電金屬帶或金屬線的與電極預定連接側塗佈/貼附/預銲一層低溫焊料(如In/Sn合金、Sn/Bi合金等)，從而使得含有低溫焊料的導電金屬帶或金屬線構成導線結構222。然後，加熱使黏著材料層220M軟化但還不會發生交聯聚合(Cross-link)變質之熔融態例如熱固性的EVA為60~80℃。接著，將含低溫焊料之金屬導電帶或線加壓嵌入黏著層220中，使得含低溫焊料之上述導線結構222與基材210全部或局部接觸。
在圖4A至圖4D左側的側視圖的另一種實施方式中，也可以是先於如聚合物膜等基材210上塗佈一層溶於有機溶劑中厚度例如為50至450μm的黏著材料層220M。在本實施例中，接著於上述的黏著材料層220M中嵌入導線結構222後，對黏著材料層220M進行例如10分鐘/50℃的加熱乾燥，去除其中有機溶劑，形成整合導線結構222為一體的黏著層。
藉由前述圖4A至圖4D之第三實施例的製造方法所製造 出來的太陽能電池用封裝膜中，導線結構222與基材210接觸的方式可如圖4A至圖4D右側的剖面圖所示的形態。導線結構222包括多個與基材210接觸的突起222P，各突起222P與基材210接觸的方式可以是以其平頂面與基材210接觸的平面島狀圖案，如圖4A右側所示般，在此實施例中的導電金屬帶例如是使用一般平面太陽能電池(Photovoltaic,PV)導電金屬帶，使得成形後的導電金屬帶與基材210成為全部相接觸的狀態。
當然，導線結構222的各突起222P也可以是以其圓頂面與基材210接觸，如圖4B至圖4D右側所示般，在此實施例中的導電金屬帶例如是使用中央凸起形狀的圓導線、或是使用沖壓或是其他方式製造的中央為凸起形狀的導電金屬帶、或是中央局部為凸起形狀的導電金屬帶，使得中央凸起導電金屬帶或中央局部凸起導電金屬帶借助圓頂面之曲面的推擠作用，而將黏著材料層向兩側推開，使得成形後的導電金屬帶與基材210成為全部或局部相接觸的狀態。
藉由本案前述之整合了新型導線、黏著層及基材的太陽能電池用封裝膜，能夠解決習知技術中無法兼顧封裝、電性串接以及製程簡化等問題。並且，本發明之太陽能電池用封裝膜容易利用捲對捲(Roll-to-Roll)自動化方式先將導線結構與圖案化黏著層及基材整合成一體。藉此，在後續的太陽光電模組的製程中將太陽能電池用封裝膜、太陽能電池進行對位貼合後，再經由一次熱壓合製程即可完成模組的串接與封裝。
太陽光電模組封裝結構
利用本發明之前述太陽能電池用封裝膜來對太陽能電池進行封裝與電性連接時，能在太陽光電模組的一次加溫壓合的製程中同時達成封裝與電性串接的效果。並且，相較於先前技術，本發明之太陽光電模組封裝結構無需額外添設黏著層來進行鋪膜製程，並且由於本發明之太陽能電池用封裝膜是單面電性連接結構，製程能夠因而有效地簡化。
此外，本發明之太陽能電池用封裝膜中的導線結構已可取代先前技術中用於封裝與銲接的導線帶的功能，藉此可以減少先前技術中用於電性連接導線帶與太陽能電池之匯流排的銀膠使用量，並能降低導線帶的應力作用。並且，利用本發明之太陽能電池用封裝膜能夠在太陽光電模組進行封裝的製程中避免再度於黏著層上進行金屬鍍膜或電鍍加厚製程，而且不需要整面鍍膜與蝕刻，因此可以避免太陽能電池用封裝膜中的黏著層在後續鍍膜等高溫製程中失去黏著的作用，避免膜層分離的問題，並且能夠節省導線材料。為清楚說明利用本發明之太陽光電模組封裝結構及其製造方法，以下對太陽光電模組封裝結構及其製造方法進行說明。
圖5A與圖5B是依照本發明的太陽光電模組封裝結構中第一實施例的示意圖，其中圖5A繪示第一實施例之太陽光電模組封裝結構中太陽能電池用封裝膜與基材的上視圖，而圖5B繪示第一實施例之太陽光電模組封裝結構的疊層結構示意圖。值得注意 的是，本實施例之太陽光電模組封裝結構500中，前述太陽能電池用封裝膜200中導線結構222連接基材210與太陽能電池300的電極312A、312B，且導線結構222在基材210上可以是涵蓋於太陽能電池之電極312A、312B的範圍。換句話說，導線結構222在基材210上的佈局可以小於(部分涵蓋)或等於(完全涵蓋)電極312A、312B的範圍。在本實施例中，是以完全涵蓋的態樣為例來進行說明，然而本發明並不以此為限。導線結構只要與電極至少部分重疊，能夠電性連接各太陽能電池之電極即可。
如圖5A與圖5B所示，太陽能電池300包括多個太陽能電池單元310，導線結構222包括多條連接導線222A，各連接導線222A連接相鄰之太陽能電池單元310的電極。更具體而言，太陽能電池單元310包括沿X方向相鄰的第一太陽能電池單元310A與第二太陽能電池單元310B，各太陽能電池單元310例如包括第一電極312A及第二電極312B，其中第一電極312A與第二電極312B例如分別為正極與負極。在本實施例之各太陽能電池單元310中，第一電極312A與第二電極312B例如為沿著Y方向平行設置的條狀電極，其中第一電極312A位於各太陽能電池單元310沿X方向的一側，而第二電極312B位於各太陽能電池單元310沿X方向的中央。如此一來，如圖5A與圖5B所示，各連接導線222A覆蓋並連接第一太陽能電池單元310A的第一電極312A以及第二太陽能電池單元310B的第二電極312B，使得在本實施例中各連接導線222A形成一U字圖案。
此外，在本實施例中，導線結構222更包括多條位於最外側的外接導線222B，且基材210對應外接導線222B處具有至少一開口。例如在本實施例中，導線結構222可包括兩條外接導線222B，並且可藉由引線打孔的方式而使基材210對應此兩條外接導線222B處分別具有第一開口H1及第二開口H2，藉以利用後續的引線銲接即可將太陽光電模組輸出並引導出來。然後再於導線銲接施以適當的黏著密封材料(例如樹脂(Epoxy)、光固化材料..)，即可使模組整體達到防護的效果。並且，兩端引線打孔的數量不限，可依需求增加為各有複數個孔洞。
值得注意的是，相較於習知一般太陽能電池之封裝結構，本發明之太陽能電池用封裝膜200中用於封裝黏著的圖案化黏著層224與電性連接的導線結構222是設置在同一層，導線結構222是直接接觸於基材210的，在導線結構222與基材210之間不存在其他膜層，故自基材210外側打孔以形成將電性輸出的開口時，僅需移除基材210厚度的部分材質即可容易地搭接到基材210底下的導線結構222。相對於此，在先前技術的封裝結構中，則需移除至少基材210與黏著層220厚度的部分材質，並且，因黏著層220本身具有的黏著特性，因此不易打孔且黏著層220容易黏著殘留於導線結構222上，容易導致電性連接不良、製程繁瑣等問題。此處用以電性連接並不限定於串接的情形、也可以視需求而調整為並聯2個以上元件的情形，本發明並不以此為限。
此外，如圖5B所示，在本實施例中，太陽光電模組封裝 結構亦可於相對太陽能電池用封裝膜200的一側進一步設置背膜400，多個太陽能電池單元310介於太陽能電池用封裝膜200與背膜400之間。其中背膜400與封裝膜200類似，可以是已包含一黏著層但無導線結構222或是一般太陽能電池模組封裝用的無導線結構且不包含黏著層的背膜(Back sheet)，在此情形下，可以在壓合背膜時直接外加一黏著層來黏合背膜與太陽能電池的背面(圖中未標示)亦可達到相同效果。
圖6A與圖6B繪示本發明的太陽光電模組封裝結構中第二實施例的示意圖，其中圖6A繪示第二實施例之太陽光電模組封裝結構中太陽能電池用封裝膜與基材的上視圖，而圖6B繪示第二實施例之太陽光電模組封裝結構的疊層結構示意圖。本實施例之太陽光電模組封裝結構700與第一實施例之太陽光電模組封裝結構500類似。惟，本實施例之太陽能電池600中的各太陽能電池單元610中電極的配置態樣與第一實施例之太陽能電池300中各太陽能電池單元310中電極的配置態樣不同。
詳言之，如圖6A與圖6B所示，各太陽能電池單元610包括沿X方向設置於左側的第一電極612A以及設置於右側的第二電極612B，其中第一電極612A包括沿Y方向平行設置的多個彼此分離的第一塊狀電極614，第二電極612B為沿著Y方向平行設置的條狀電極。在本實施例中，各連接導線222A覆蓋並連接第一太陽能電池單元610A的第一電極612A以及第二太陽能電池單元610B的第二電極612B，使得各連接導線222A在本實施例中形 成一梳狀圖案。除此之外，本實施例之太陽光電模組封裝結構與第一實施例之太陽光電模組封裝結構的其他構件相同。
圖7A與圖7B繪示本發明的太陽光電模組封裝結構中第三實施例的示意圖。本實施例之太陽光電模組封裝結構900與前述實施例之太陽光電模組封裝結構500、700類似。惟，本實施例之太陽能電池800中的各太陽能電池單元810中電極的配置態樣與前述實施例之太陽能電池300、600中各太陽能電池單元310、610中電極的配置態樣不同。
詳言之，如圖7A與圖7B所示，在本實施例之各太陽能電池單元810中，第一電極812A位於各太陽能電池單元810沿X方向的第一側SA(如左側)，並且第一電極812A為沿著Y方向平行設置的條狀電極。第二電極812B則位於各太陽能電池單元810沿X方向的第二側SB(如右側)，並且第二電極812B包括沿Y方向平行設置的兩個第二塊狀電極812B1、812B2，且兩個第二塊狀電極812B1、812B2彼此分離並分設於各太陽能電池單元810的第二側SB的頭尾兩端，兩個第二塊狀電極812B1、812B2之間具有一分離空間812BS。
如圖7A與圖7B所示，第一電極812A在Y方向的投影位於分離空間812BS在Y方向上的投影範圍內，且第一電極812A沿Y方向的長度L1與兩個第二塊狀電極812B1、812B2沿Y方向的總長度L2A、L2B的總和小於等於各太陽能電池單元810沿Y方向的長度810L。在本實施例中，各連接導線222A在Y方向上 依序交替連接第一太陽能電池單元810A的第二塊狀電極812B1、第二太陽能電池單元810B的第一電極812A、以及第一太陽能電池單元810A的第二塊狀電極812B2，而在基材210上構成一蜿蜒圖案。除此之外，本實施例之太陽光電模組封裝結構900與前述實施例之太陽光電模組封裝結構500、700的其他構件相同。
在本實施例中，太陽能電池單元810的正、負電極可用線段的形式進行佈局，以節省匯流排(bus bar)之導電膠的使用量。至於兩端引線打孔數量則沒有限制，雖然圖7B中兩端各畫有四個孔洞，但可依需求兩端各有複數個(例如各有一個)孔洞。
太陽光電模組封裝結構的製造方法
圖8A與圖8B是依照本發明的太陽光電模組封裝結構的製造方法流程圖。如圖8A所示，太陽光電模組封裝結構的製造方法包括以下步驟。首先，提供一具備前述構成的太陽能電池用封裝膜200、以及將一具有多個太陽能電池單元910(可以是前述的太陽能電池單元310、610、810)的太陽能電池920設置於前述太陽能電池用封裝膜200的具有導線結構222的黏著層220上。在本實施例之太陽光電模組封裝結構的製造方法中，進一步於太陽能電池910的背面提供一背膜400，以太陽能電池單元920介於太陽能電池用封裝膜200與背膜400之間。接著，對太陽能電池用封裝膜200、太陽能電池920、背膜400進行壓合步驟，使太陽能電池用封裝膜200的導線結構222與太陽能電池920的電極對位後貼合。藉此，獲得如圖8B所示的太陽光電模組封裝結構900。 值得一提的是，在實際的應用層面上，更可視需求而於基材210上形成具有其他功能的其他膜層，例如圖8B所示之水氣阻隔層240(Moisture barrier)、或是阻氣層(Gas barrier)、紫外光吸收層(UV absorb)、耐候層(Weather-ability)、抗磨耗層(Anti-scratching)等疊合層。
請參照圖8B，總言之，本發明的太陽光電模組封裝結構包括太陽能電池用封裝膜200以及太陽能電池920。太陽能電池用封裝膜200包括基材210與一具有導線結構222的黏著層220，其中具有導線結構222的黏著層220配置於基材210上，且導線結構222與基材210接觸。太陽能電池920包括多個太陽能電池單元910，黏著層220介於基材210與多個太陽能電池單元920之間，且導線結構222接觸於多個太陽能電池單元910與基材210。
圖9是依照本發明使用太陽能電池用封裝膜的製造方法中第三實施例的太陽光電模組封裝結構的製造方法中一實施例的流程圖。如圖9所示，在步驟S1中，進行基材的製作，其中基材可視需求為單一的基材或者更於外側加入具有阻氣、阻水或其他功能之其他膜層的疊層。接著，在步驟S2中，於基材的電極連接側形成黏著層，在本實施例中形成黏著層的方法是以前述圖4A-4D的形態舉例說明。另外，在步驟S3中，進行導線結構的製作，例如提供一金屬導線帶並於其上塗佈低溫焊料等合金與其連接。然後，在步驟S4中，將導線結構壓入黏著層中，藉此形成前述的太陽能電池用封裝膜。接著，在步驟S5中，視需求可提供一 背膜，並於背膜上形成黏著層。然後，在步驟S6中，將步驟S4所獲得的太陽能電池用封裝膜、太陽能電池及步驟S5的背膜進行對位與疊合。接著，在步驟S7中，對前述疊合層進行真空壓合。然後，在步驟S8中，可進行基材的引線打孔製程，引線打孔方式可用非接觸性的雷射鑽孔(Drilling)，或者直接使用機械式打孔。當然，此步驟亦可提前至基材製作流程中的步驟S2後即進行，本發明並不以此為限。接著，在步驟S9中，進行模組引線焊接的製程。
綜上所述，本發明的太陽能電池用封裝膜中藉由導線結構與基材接觸。藉此，利用其接觸力量可以使得黏著層在後續如加溫熔融等製程中不會因為壓合而使得導線結構與太陽能電池之間產生橫向位移，從而達到維持電性連接精確位置的需求。並且，本發明的太陽能電池用封裝膜的製造方法，可以先將電性連接(不限於串接或並聯)的導線結構、封裝用黏著層、基材材料等先整合在一起，通過一次加溫壓合的製程即可完成太陽光電模組的封裝與電性連接(例如串接或並聯)製程，無需額外鋪設黏著層，而且由於是單面電性連接結構，因此製程有效簡化，且能使太陽光電模組的整體薄化、並可避免水氣等侵入影響電池效率。
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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
200‧‧‧太陽能電池用封裝膜
210‧‧‧基材
220‧‧‧黏著層
200S‧‧‧電極連接側
222‧‧‧導線結構

Claims (20)

  1. 一種太陽能電池用封裝膜，包括：基材；以及一具有導線結構的黏著層，配置於該基材上，且該導線結構與該基材直接接觸，其中該導線結構貫通該黏著層的厚度方向。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池用封裝膜，其係電性連接太陽能電池，而與該太陽能電池構成一太陽光電模組封裝結構。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的太陽能電池用封裝膜，其中該導線結構連接該基材與該太陽能電池的電極，且該導線結構在該基材上涵蓋該太陽能電池之電極的範圍。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的太陽能電池用封裝膜，其中該太陽能電池包括多個太陽能電池單元，該導線結構包括多條連接導線，各該連接導線連接相鄰之太陽能電池單元的電極。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的太陽能電池用封裝膜，其中各該太陽能電池單元包括第一電極及第二電極，各該連接導線覆蓋並連接其中之一太陽能電池單元的第一電極以及與該太陽能電池單元相鄰之另一太陽能電池單元的第二電極。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的太陽能電池用封裝膜，其中各該太陽能電池單元中，該第一電極與該第二電極為沿著Y方向平行設置的條狀電極，其中該第一電極位於各該太陽能電池單元 沿X方向的一側，而該第二電極位於各該太陽能電池單元沿X方向的中央。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的太陽能電池用封裝膜，其中各該太陽能電池單元中，該第一電極包括沿Y方向平行設置的多個第一塊狀電極，該第二電極為沿著Y方向平行設置的條狀電極，且該第一電極與該第二電極分設於各該太陽能電池單元的兩側。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的太陽能電池用封裝膜，其中各該太陽能電池單元中，該第一電極為沿著Y方向平行設置的條狀電極，且設置於各該太陽能電池單元沿X方向的第一側；該第二電極包括沿Y方向平行設置的兩個第二塊狀電極，該兩個第二塊狀電極彼此分離並分設於各該太陽能電池單元的第二側的頭尾兩端，該兩個第二塊狀電極之間具有一分離空間；該第一電極在Y方向的投影位於該分離空間在Y方向上的投影範圍內，且該第一電極沿Y方向的長度與該兩個第二塊狀電極沿Y方向的總長度的總和小於等於各該太陽能電池單元沿Y方向的長度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的太陽能電池用封裝膜，其中該些太陽能電池單元包括沿X方向相鄰的第一太陽能電池單元與第二太陽能電池單元；各該連接導線在Y方向上交替連接該第一太陽能電池單元的該兩個第二塊狀電極之一、該第二太陽能電池 單元的該第一電極、以及該第一太陽能電池單元的該兩個第二塊狀電極的另一，而在基材上構成一蜿蜒圖案。
  10. 如申請專利範圍第2項所述的太陽能電池用封裝膜，其中該導線結構更包括多條位於最外側的外接導線，且該基材對應該些外接導線處具有至少一開口。
  11. 一種太陽光電模組封裝結構，包括：太陽能電池用封裝膜，包括基材與一具有導線結構的黏著層，其中該具有導線結構的黏著層配置於該基材上，且該導線結構與該基材直接接觸，其中該導線結構貫通該黏著層的厚度方向；以及太陽能電池，包括多個太陽能電池單元，該黏著層介於該基材與該些太陽能電池單元之間，且該導線結構接觸於該些太陽能電池單元與該基材。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的太陽光電模組封裝結構，更包括背膜，相對該太陽能電池用封裝膜配置，該多個太陽能電池單元，介於該太陽能電池用封裝膜與該背膜之間。
  13. 一種太陽能電池用封裝膜的製造方法，包括：提供一基材；以及於該基材上形成一具有導線結構的黏著層，其中該導線結構與該基材直接接觸，且該導線結構貫通該黏著層的厚度方向。
  14. 如申請專利範圍第13項所述太陽能電池用封裝膜的製造方法，其中於該基材上形成該具有導線結構的黏著層的步驟包括：於該基材上形成該導線結構；以及於該基材上的該導線結構以外的區域形成圖案化黏著層，使該圖案化黏著層與該導線結構構成該黏著層。
  15. 如申請專利範圍第13項所述太陽能電池用封裝膜的製造方法，其中於該基材上形成該具有導線結構的黏著層的步驟包括：於該基材上形成圖案化黏著層；以及於該基材上的該圖案化黏著層以外的區域形成該導線結構，該圖案化黏著層與該導線結構構成該黏著層。
  16. 如申請專利範圍第13項所述太陽能電池用封裝膜的製造方法，其中於該基材上形成該具有導線結構的黏著層的步驟包括：於該基材上形成一黏著材料層；以及於該黏著材料層中嵌入該導線結構，使該導線結構與該基材接觸。
  17. 如申請專利範圍第16項所述太陽能電池用封裝膜的製造方法，其中於該黏著材料層中嵌入該導線結構的步驟包括：加熱使黏著材料層軟化後，再於經軟化的該黏著材料層中嵌入該導線結構。
  18. 如申請專利範圍第16項所述太陽能電池用封裝膜的製造方法，其中該黏著材料層包括將黏著層材料溶於有機溶劑中，並於該黏著材料層中嵌入該導線結構後，對該黏著材料層進行加熱。
  19. 如申請專利範圍第16項所述太陽能電池用封裝膜的製造方法，其中該導線結構包括一個或多個與該基材接觸的突起，各該突起為以其平頂面與該基材接觸的島狀圖案。
  20. 如申請專利範圍第16項所述太陽能電池用封裝膜的製造方法，其中該導線結構包括一個或多個與該基材接觸的突起，各該突起為以其圓頂面與該基材接觸的島狀圖案。
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