TWI614910B - 光伏轉換模組 - Google Patents

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TWI614910B TW104138756A TW104138756A TWI614910B TW I614910 B TWI614910 B TW I614910B TW 104138756 A TW104138756 A TW 104138756A TW 104138756 A TW104138756 A TW 104138756A TW I614910 B TWI614910 B TW I614910B
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Abstract

一種光伏轉換模組,包含背板、光伏轉換元件、隔離結構層、第一封裝材料層與透光玻璃。光伏轉換元件設置於背板上。隔離結構層設置於光伏轉換元件上,並包含基板與第一電絕緣層。第一電絕緣層設置於基板上。第一封裝材料層設置於隔離結構層上。透光玻璃設置於第一封裝材料層上。

Description

光伏轉換模組
本發明是有關於一種光伏轉換模組。
近幾年來,由於世界各地的原油存量逐年的減少,能源問題已成為全球注目的焦點。為了解決能源耗竭的危機,各種替代能源的發展與利用實為當務之急。隨著環保意識抬頭,加上太陽能具有零污染、以及取之不盡用之不竭的優點,太陽能已成為相關領域中最受矚目的焦點。因此,在日照充足的位置,例如建築物屋頂、廣場等等,愈來愈常見到太陽能面板的裝設。
於太陽能模組中,其主要透過多個光伏轉換裝置組成,並再透過封裝材料將其固定。然而,太陽能模組中的封裝材料配置或組裝方式也會與太陽能模組的發電效率有關。例如,封裝材料可能會對光伏轉換裝置造成負面影響。對此,如何降低封裝材料對光伏轉換裝置所造成的負面影響,已成為相關領域中的一個重要課題。
本發明之一實施方式提供一種光伏轉換模組。光伏轉換模組包含隔離結構層,其中隔離結構層可透過其中的絕緣層阻絕透光玻璃至光伏轉換元件的金屬離子遷移路徑,以防止光伏轉換元件因鈉離子(Na+)遷移至其表面而產生的載子(電子-電洞對)復合現象,進而降低光伏轉換模組的功率損失(power loss)。
本發明之一實施方式提供一種光伏轉換模組,包含背板、光伏轉換元件、隔離結構層、第一封裝材料層與透光玻璃。光伏轉換元件設置於背板上。隔離結構層設置於光伏轉換元件之上,並包含基板與第一電絕緣層。第一電絕緣層設置於基板上。第一封裝材料層設置於隔離結構層上。透光玻璃設置於第一封裝材料層上。
於部分實施方式中,隔離結構層更包含第一緩衝層。第一緩衝層設置於基板與第一電絕緣層之間,其中第一緩衝層之晶格常數介於基板之晶格常數與第一電絕緣層之晶格常數之間。
於部分實施方式中,第一緩衝層之折射率介於基板之折射率與第一電絕緣層之折射率之間。
於部分實施方式中,第一電絕緣層之折射率為N1,第一緩衝層之折射率為N2,基板之折射率為N3,且N1>N2>N3。
於部分實施方式中,光伏轉換模組更包含第二封裝材料層與第三封裝材料層。第二封裝材料層設置於背板與光伏轉換元件之間。第三封裝材料層設置於光伏轉換元件與隔離 結構層之間,其中光伏轉換元件被包覆於第二封裝材料層與第三封裝材料層之間。
於部分實施方式中,隔離結構層更包含第一緩衝層、第二電絕緣層與第二緩衝層。第一緩衝層設置於基板與第一電絕緣層之間,其中第一緩衝層之晶格常數介於基板之晶格常數與第一電絕緣層之晶格常數之間。第二電絕緣層設置於基板相對第一電絕緣層之一側。第二緩衝層設置於基板與第二電絕緣層之間,其中第二緩衝層之晶格常數介於基板之晶格常數與第二電絕緣層之晶格常數之間。
於部分實施方式中,第一電絕緣層之材料包含陶瓷、氧化物或其組合,其中氧化物包含四氧化二鋁鎂(MgAl2O4)。
本發明之一實施方式提供一種光伏轉換模組,包含背板、光伏轉換元件、隔離結構層、第一封裝材料層與透光玻璃。光伏轉換元件設置於背板上。隔離結構層設置於光伏轉換元件上,並包含基板、第一電絕緣層與第一緩衝層。第一電絕緣層,並設置於基板上。第一緩衝層設置於基板與第一電絕緣層之間,其中第一緩衝層之晶格常數介於基板之晶格常數與第一電絕緣層之晶格常數之間。第一封裝材料層設置於隔離結構層上。透光玻璃設置於第一封裝材料層上。
100、200、300‧‧‧光伏轉換模組
101‧‧‧背板
102‧‧‧透光玻璃
104‧‧‧第一封裝材料層
106‧‧‧第二封裝材料層
107‧‧‧第三封裝材料層
108‧‧‧光伏轉換元件
109‧‧‧焊帶
110‧‧‧隔離結構層
112‧‧‧基板
114‧‧‧第一電絕緣層
116‧‧‧第一緩衝層
118‧‧‧第二電絕緣層
120‧‧‧第二緩衝層
122‧‧‧正離子
124‧‧‧負離子
A‧‧‧區域
L‧‧‧虛線
第1A圖繪示本發明第一實施方式之光伏轉換模組的剖視 示意圖。
第1B圖繪示第1A圖之區域A的放大示意圖。
第2圖繪示本發明第二實施方式之光伏轉換模組的剖視示意圖。
第3圖繪示本發明第三實施方式之光伏轉換模組的剖視示意圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式,為明確說明起見,許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。 然而,應瞭解到,這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說,在本發明部分實施方式中,這些實務上的細節是非必要的。此外,為簡化圖式起見,一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
有鑑於封裝材料可能會對光伏轉換元件造成負面影響,本發明之一實施方式提供一種光伏轉換模組包含隔離結構層,其中隔離結構層可透過其中的絕緣層阻絕自透光玻璃至光伏轉換元件的金屬離子遷移路徑,以防止光伏轉換元件因鈉離子(Na+)遷移至其表面而產生的載子(電子-電洞對)復合現象,進而降低光伏轉換模組的功率損失(power loss)。
請參照第1A圖與第1B圖。第1A圖繪示本發明第一實施方式之光伏轉換模組100的剖視示意圖。第1B圖繪示第1A圖之區域A的放大示意圖。光伏轉換模組100包含背板101、光伏轉換元件108、焊帶109、隔離結構層110、第一封 裝材料層104、第二封裝材料層106、第三封裝材料層107與透光玻璃102,其中光伏轉換元件108可以是太陽能電池、太陽能發電裝置或是其他將光能轉換為電能之裝置。此外,為了方便說明,第1A圖於第二封裝材料層106與第三封裝材料層107之間繪示有虛線L。
光伏轉換元件108設置於背板上,並互相電性耦接。焊帶109分別設置於相鄰的光伏轉換元件108之間,以將多個光伏轉換元件108串接。隔離結構層110設置於光伏轉換元件108之上,並包含基板112與第一電絕緣層114。第一電絕緣層114具有電絕緣特性,並設置於基板112上。第一封裝材料層104設置於隔離結構層110上。透光玻璃102設置於第一封裝材料層104上。此外,可選用的,第二封裝材料層106設置於背板101與光伏轉換元件108之間。第三封裝材料層107設置於光伏轉換元件108與隔離結構層110之間,其中光伏轉換元件108被包覆於第二封裝材料層106與第三封裝材料層107之間,亦即被包覆於虛線L的位置,以將光伏轉換元件108固定於光伏轉換模組100之中。第一封裝材料層104、第二封裝材料層106與第三封裝材料層107的材料可以是由乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)構成或者包含乙烯-醋酸乙烯酯。
於此配置下,藉由第一電絕緣層114的電絕緣特性,隔離結構層110可阻絕或減少第一封裝材料層104與光伏轉換元件108之間的正離子遷移路徑,例如阻絕鈉離子(Na+)的遷移路徑,藉以防止或減少光伏轉換元件108因鈉離子(Na+)自透光玻璃102經由第一封裝材料層104遷移至其表面 而產生載子復合現象。舉例而言,如第1B圖所示,當有水氣進入第一封裝材料層104時,第一封裝材料層104會因水解反應而產生負離子124(例如,第一封裝材料層104中的EVA材料因水解反應產生帶負電的醋酸根離子團),其中水解而產生的負離子124會導致由玻璃構成的透光玻璃102有正離子122析出的可能性(例如,透光玻璃102中的玻璃材料會因醋酸根離子團而析出帶正電的鈉離子)。接著,正離子122會受到負離子124吸引,而使得此正離子122朝光伏轉換元件108的方向行進。由於隔離結構層110位於第一封裝材料層104與光伏轉換元件108之間,因此,隔離結構層110可阻絕正離子122行進至光伏轉換元件108,以防止光伏轉換元件108因正離子122行進至其表面而產生載子(電子-電洞對)復合現象,藉以使光伏轉換模組100的功率損失可以有效被降低。換言之,藉由第一電絕緣層114的電絕緣特性,隔離結構層110可提供對於金屬離子遷移的抑制功效,以有效防止光伏轉換元件108因鈉離子遷移至其表面而產生的載子復合現象,使得光伏轉換模組100的功率損失可以有效被降低。
本實施方式中,第一電絕緣層114可藉由物理氣相沉積(physical vapor deposition;PVD)的方式,例如濺鍍(sputter deposition),形成於基板112上,其中第一電絕緣層114之材料可以是無機物。進一步而言,第一電絕緣層114之材料可以是/包含陶瓷、氧化物或其組合,其中氧化物可以是/包含高穩定性之氧化物材料,例如四氧化二鋁鎂(MgAl2O4)。基板112之材料可以是乙烯-四氟乙烯共聚物(ethylene tetrafluoroethylene;ETFE)。此外,於部分實施方式中,第一電絕緣層114之折射率大於基板112之折射率。例如,當第一電絕緣層114之材料為四氧化二鋁鎂時,第一電絕緣層114之折射率為1.71,當基板112之材料為ETFE時,基板112之折射率為1.59。
此外,本實施方式中,隔離結構層110中的基板112為朝向背板101,而隔離結構層110中的第一電絕緣層114為朝向透光玻璃102。然而,應了解到,第1A圖所繪之隔離結構層110中的基板112與第一電絕緣層114之朝向僅為例示,而非用以限制本發明,本發明所屬技術領域中具有通常知識者,可依實際需要,彈性選擇基板112與第一電絕緣層114之朝向。例如,於其他實施方式中,隔離結構層110中的基板112可朝向透光玻璃102,而隔離結構層110中的第一電絕緣層114為朝向背板101。
第2圖繪示本發明第二實施方式之光伏轉換模組200的剖視示意圖。本實施方式與第一實施方式的差異在於,本實施方式的隔離結構層110更包含第一緩衝層116。第一緩衝層116設置於基板112與第一電絕緣層114之間,其中第一緩衝層116之晶格常數介於基板112之晶格常數與第一電絕緣層114之晶格常數之間。同樣地,第一緩衝層116可藉由物理氣相沉積方式形成於基板112上,接著,第一電絕緣層114再形成於第一緩衝層116上。此外,第一緩衝層116之材料可以例如是氮化硼(boron nitride;BN)。
於此配置下,由於第一緩衝層116之晶格常數介 於基板112之晶格常數與第一電絕緣層114之晶格常數之間,因此,所形成的第一電絕緣層114會因晶格匹配的關係而有較佳的品質。例如,所形成的第一電絕緣層114可具有更佳緻密性及附著性。再者,由於晶格匹配的關係,存在於第一電絕緣層114內的應力可以有效被降低,藉以降低第一電絕緣層114產生缺陷的可能性,使得隔離結構層110的製造良率提升。
此外,本實施方式中,第一緩衝層116之折射率介於基板112之折射率與第一電絕緣層114之折射率之間。進一步而言,第一電絕緣層114之折射率為N1,第一緩衝層116之折射率為N2,基板112之折射率為N3,且N1>N2>N3。換言之,第一緩衝層116除了提供晶格匹配上的緩衝效果外,也提供光學匹配上的增益效果。例如,當第一電絕緣層114之材料為四氧化二鋁鎂時,第一電絕緣層114之折射率為1.71,當第一緩衝層116之材料為氮化硼時,第一緩衝層116之折射率為1.65,當基板112之材料為ETFE時,基板112之折射率為1.59。
也就是說,由於第一緩衝層116之折射率介於基板112之折射率與第一電絕緣層114之折射率之間,且第一緩衝層116與第一電絕緣層114的折射率差值、第一緩衝層116與基板112的折射率差值皆小於基板112與第一電絕緣層114的折射率差值,因此,自光伏轉換模組200外部透過透光玻璃102朝光伏轉換元件108入射的光線可以減少其於隔離結構層110中發生的反射可能性。
換言之,於光伏轉換模組200中設置有隔離結構 層110的情況下,藉由第一緩衝層116之折射率介於基板112之折射率與第一電絕緣層114之折射率之間的配置,自光伏轉換模組200外部透過透光玻璃102朝光伏轉換元件108入射的光線仍可有效穿過隔離結構層110並進入光伏轉換元件108。
第3圖繪示本發明第三實施方式之光伏轉換模組300的剖視示意圖。本實施方式與第一實施方式的差異在於,本實施方式的隔離結構層110更包含第二電絕緣層118與第二緩衝層120。第二電絕緣層118設置於基板112相對第一電絕緣層114之一側,並具有電絕緣特性。第二緩衝層120設置於基板112與第二電絕緣層118之間,其中第二緩衝層120之晶格常數介於基板112之晶格常數與第二電絕緣層118之晶格常數之間。此外,第一電絕緣層114與第二電絕緣層118可由相同之製程形成,且其也可由相同之材料構成。同樣地,第一緩衝層116與第二緩衝層120可由相同之製程形成,且其也可由相同之材料構成。
本實施方式中,於隔離結構層110中,基板112的相對兩側分別設置有第一電絕緣層114與第二電絕緣層118。因此,隔離結構層110所提供之阻絕金屬離子遷移路徑的效果進一步提升,使得隔離結構層110可提供更佳對於金屬離子遷移的抑制功效,以更有效防止光伏轉換元件108因鈉離子(Na+)遷移至其表面而導致的載子復合現象,也因此,光伏轉換模組300的功率損失可以有效被降低。
舉例而言,依據IEC62804之規範,於電勢誘發功率衰減(PID)的測試中,在光伏轉換模組沒有設置隔離結構 層的情況下,光伏轉換模組的功率損失為大於30%,且被分類至C級別(C class)。於光伏轉換模組設置有隔離結構層的情況下,光伏轉換模組的功率損失為小於5%,且可被分類至A級別(A class)。
綜上所述,本發明之光伏轉換模組包含隔離結構層,其中隔離結構層可透過其中的絕緣層阻絕自透光玻璃至光伏轉換元件的金屬離子遷移路徑,以防止光伏轉換元件因鈉離子(Na+)遷移至其表面而導致的載子復合現象,進而降低光伏轉換模組的功率損失。此外,隔離結構層可以更包含緩衝層。緩衝層除了使隔離結構層中各層之間的晶格常數更接近外,也提供隔離結構層光學匹配的效果,使得光伏轉換模組於設置有隔離結構層的情況下,自光伏轉換模組外部透過透光玻璃朝光伏轉換元件入射的光線仍可有效穿過隔離結構層並進入光伏轉換元件。
雖然本發明已以多種實施方式揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此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‧‧‧光伏轉換模組
101‧‧‧背板
102‧‧‧透光玻璃
104‧‧‧第一封裝材料層
106‧‧‧第二封裝材料層
107‧‧‧第三封裝材料層
108‧‧‧光伏轉換元件
109‧‧‧焊帶
110‧‧‧隔離結構層
112‧‧‧基板
114‧‧‧第一電絕緣層
A‧‧‧區域
L‧‧‧虛線

Claims (6)

  1. 一種光伏轉換模組,包含:一背板;至少一光伏轉換元件,設置於該背板上;一隔離結構層,設置於該光伏轉換元件之上,並包含:一基板;一第一電絕緣層,設置於該基板上;以及一第一緩衝層,設置於該基板與該第一電絕緣層之間,其中該第一緩衝層之晶格常數介於該基板之晶格常數與該第一電絕緣層之晶格常數之間;一第一封裝材料層,設置於該隔離結構層上;以及一透光玻璃,設置於該第一封裝材料層上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光伏轉換模組,其中該第一緩衝層之折射率介於該基板之折射率與該第一電絕緣層之折射率之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光伏轉換模組,其中該第一電絕緣層之折射率為N1,該第一緩衝層之折射率為N2,該基板之折射率為N3,且N1>N2>N3。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光伏轉換模組,更包含:一第二封裝材料層,設置於該背板與該光伏轉換元件之 間;以及一第三封裝材料層,設置於該光伏轉換元件與該隔離結構層之間,其中該光伏轉換元件被包覆於該第二封裝材料層與該第三封裝材料層之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光伏轉換模組,其中該隔離結構層更包含:一第一緩衝層,設置於該基板與該第一電絕緣層之間,其中該第一緩衝層之晶格常數介於該基板之晶格常數與該第一電絕緣層之晶格常數之間;一第二電絕緣層,設置於該基板相對該第一電絕緣層之一側;以及一第二緩衝層,設置於該基板與該第二電絕緣層之間,其中該第二緩衝層之晶格常數介於該基板之晶格常數與該第二電絕緣層之晶格常數之間。
  6. 如申請專利範圍第1至5任一項所述之光伏轉換模組,其中該第一電絕緣層之材料為四氧化二鋁鎂(MgAl2O4)。
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