專利名稱：增強(qiáng)型柔性太陽能電池組件及其封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種背板增強(qiáng)型柔性太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)件及其封裝工藝，屬太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
柔性太陽能電池組件封裝模塊已被廣范應(yīng)用于綠色環(huán)保節(jié)能光伏建筑材料以及光伏發(fā)電系統(tǒng)中。首先是它的重量優(yōu)勢，在相同條件下柔性太陽能電池組件連同安裝結(jié)構(gòu)件，比以玻璃為基底的電池組件，連同安裝連結(jié)構(gòu)件的總重量要輕，重量比為3-6Kg/m2 25-30Kg/m2。使得它安裝適應(yīng)性強(qiáng)，成本低，適合安裝于膜結(jié)構(gòu)建筑物屋頂，例如體育場、大型停車場。柔性太陽能電池組件一般要求變形量小于1%，超過允許范圍就會影響到太陽能電池的發(fā)電效率甚至失效，在使用中對于鋪設(shè)在有硬質(zhì)支撐構(gòu)件的柔性太陽能電池組件來說，一般不會出現(xiàn)失效問題。根據(jù)發(fā)表在《實(shí)驗(yàn)力學(xué)》(第25卷第6期，2010年12月)上的《柔性薄膜太陽能電池的力電參數(shù)測試》(周南、羅堯治)的實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明，在平行于電池條方向的拉伸時(shí)，開始階段(應(yīng)變< 1%)輸出電壓有略微的上升，但隨著應(yīng)變的不斷增力口，輸出電壓總體呈下降趨勢，當(dāng)電池進(jìn)入塑性變形階段(應(yīng)變>2. 8%)后，輸出電壓開始呈現(xiàn)顯著下降。柔性太陽能電池組件僅有雙玻太陽能電池組件重量的五分之一，安裝成本更低。適合安裝于膜結(jié)構(gòu)建筑物屋頂，如體育場、大型停車場，非平面屋頂、大型貨柜車車頂?shù)取Ｖ袊鴮＠?01110290758. X《太陽能電池模塊及其制造方法》公開了背面粘結(jié)支撐構(gòu)件如鋼板、防水片帳篷模等。但設(shè)備昂貴，應(yīng)用范圍受到較大的限制。中國發(fā)明專利CN200510030442. I提出一種太陽能電池制造方法，使用FR-4環(huán)氧玻璃纖維基板作背板的輕量化晶硅太陽能電池組件，但FR-4環(huán)氧玻璃纖維基板是一種剛性材料不具有柔性，使得該組件的安裝環(huán)境受到一定限制。CN201020653689. 5提出前板使用低碳鋼化玻璃，背板使用玻璃纖維與耐候性復(fù)合塑料膜的粘接層；減少了一層玻璃，降低了電池組件的重量，但該組件使用剛性的低碳鋼化玻璃使得組件不可彎曲和變形，同時(shí)重量減少的幅度很小。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在問題，亟待要解決柔性太陽能電池組件塑性變形，導(dǎo)致輸出電壓下降的關(guān)鍵技術(shù)。本發(fā)明的目的是選擇背板材料增強(qiáng)背板強(qiáng)度，塑性變形小又不失柔韌度，能增強(qiáng)柔性太陽能電池組件拉伸度，在適度彎曲條件下，電池組件不會失效或輸出電壓下降。再一個(gè)目的是選擇具有柔性和安裝環(huán)境兼容性的增強(qiáng)型封裝材料及工藝，滿足戶外使用環(huán)境。能夠經(jīng)受大風(fēng)、冰雹等惡劣天氣，強(qiáng)度達(dá)到檢測標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明為解決上述提出的任務(wù)，解決方案是選用耐候的高分子材料，由柔性太陽能電池芯片構(gòu)成增強(qiáng)型柔性太陽能電池組件，其技術(shù)特征是依序疊加高分子材料的前板、膠膜、太陽能電池芯片、膠膜。增強(qiáng)型背板由纖維織物、膠膜和由高增強(qiáng)纖維織物的背板。、增強(qiáng)纖維織物是無堿玻璃纖維織物(布)，厚度為0. I I. 0mm，平紋編織。采用無堿玻璃纖維織物，以玻璃為原料，經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗、織布等工藝制造成。無堿玻璃纖維織物是一種性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料，絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好，機(jī)械強(qiáng)度高，拉伸強(qiáng)度高，伸長小3%，彈性系數(shù)高，剛性佳。無堿玻璃纖維的密度與成分的關(guān)系，一般為2. 5-2. 7g/cm。玻璃纖維厚度可以為0. 1mm，較之于玻璃厚度大大的減薄。在相同重量厚度下玻璃纖維強(qiáng)度可達(dá)2000MPa以上，是玻璃的20-50倍，超過合金鋼的強(qiáng)度，拉伸過程中沒有屈服變形，
0.5%形變量下的拉伸強(qiáng)度超過300MPa，可以對柔性太陽能組件提供很好的保護(hù)；玻璃纖維 耐熱性優(yōu)良，可以在200-250°C條件下長期使用而強(qiáng)度不變；玻璃纖維吸濕性低，有很好的絕緣性，耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)良。本發(fā)明制備增強(qiáng)型柔性太陽能電池組件的方法是將由高分子材料、膠膜、太陽能電池芯片、膠膜、纖維織物、膠膜、高分子材料形成的疊片裝入耐高溫真空密封袋，進(jìn)行抽真空完成組件密封，其后
將真空密封袋送入高壓釜，進(jìn)行加熱加壓。真空袋連接真空泵，溫度控制在135-140 °C，升溫時(shí)間10-15分鐘，壓力
1.3-1. 5MPa。溫度升高到設(shè)定值后保溫保壓10分鐘，降溫時(shí)間30-40分鐘，當(dāng)溫度低至80°C時(shí)高壓釜進(jìn)行排壓，溫度低至30-40°C時(shí)開釜，關(guān)閉真空泵，待組件自然冷卻。拆封組件真空袋，選外觀合格，按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行切邊，測試電性能。使用玻璃纖維編織的纖維織物可以有或者無表面涂層或者表面涂覆、浸潰聚四氟乙烯(PTFE)等，表面涂層或者表面涂覆、浸潰處理是為克服玻璃纖維織物本身的脆性、耐磨性差的缺點(diǎn)，以提高纖維織物耐彎折性能、耐候性、水汽阻隔性。纖維織物(布)能夠提供足夠強(qiáng)度，纖維織物比同等厚度、相同面積的鋼板更輕，絕緣性能強(qiáng)，好的抗腐蝕性；無堿玻璃纖維織物(布)采用玻璃為基礎(chǔ)原材料，成熟的工藝生產(chǎn)，可以實(shí)現(xiàn)大批量和低成本。纖維織物表面可以覆合熱塑性或者熱固性樹脂薄膜，這種薄膜可以是EVA或者是PVB，或者在纖維織物表面覆合聚烯烴、有機(jī)硅類封裝材料。纖維織物可以是玻璃纖維網(wǎng)格織物，織物選用較粗的玻璃纖維線編織，整個(gè)織物結(jié)構(gòu)為經(jīng)緯編織同時(shí)形成矩形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，這種玻璃纖維網(wǎng)格織物應(yīng)該經(jīng)過聚四氟乙烯(PTFE)浸潰。纖維織物可以是凱夫拉纖維(Kevlar)與玻璃纖維混編網(wǎng)格布或者純凱夫拉纖維網(wǎng)格布。選用網(wǎng)格布時(shí)厚度應(yīng)適當(dāng)降低，以0. I 0. 2mm為宜。Kevlar是一種應(yīng)用于軍事防護(hù)領(lǐng)域的一種高性能材料，擁有極其優(yōu)良的綜合性能，例如高強(qiáng)度、高韌性、極佳的耐候性和高低溫性能等；在對柔性太陽能電池組件有更高要求時(shí)可以采用，但價(jià)格較玻璃纖維
曰蟲印貝o纖維織物在鋪設(shè)時(shí)邊緣應(yīng)與柔性電池組件背板邊緣相距I. 0 5. Ocm,如果需要安裝接線盒，邊距設(shè)置優(yōu)選I. 5 2. Ocm0膠膜為乙烯醋酸乙烯共聚物EVA或者聚乙烯醇縮丁醛PVB或者聚烯烴?？梢栽谟欣w維織物的組件邊緣上打孔。本發(fā)明積極效果組件重量大幅度降低，常規(guī)的雙玻結(jié)構(gòu)晶硅太陽能電池組件連同安裝結(jié)構(gòu)的總重量為25-30Kg/m2，柔性太陽能電池組件總重量為3_6Kg/m2。玻璃纖維或者Kevlar強(qiáng)度可以保證柔性太陽能電池組件在高強(qiáng)度拉伸負(fù)荷下，0. 5%伸長形變量的強(qiáng)度超過300MPa，太陽能電池組件具有良好的柔性可彎曲度適合曲面等非平面安裝結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步說明，電池組件封裝過程中要求膠膜和背板、增強(qiáng)材料間的粘接力達(dá)到一定數(shù)值，以提供足夠的水汽阻隔作用，以此來保護(hù)電池組。不銹鋼板與膠膜間的粘接力通常很低，因此使用狀態(tài)會受到很大的限制，對電池組件的可靠性會有不利的影響，而纖維織物由于其材料本身的特性與熱固性或者熱塑性樹脂有很好的粘接性，粘接強(qiáng)度達(dá)到或者超過20N/cm。預(yù)先在纖維織物表面覆合熱塑性或者熱固性樹脂薄膜，避免玻璃纖維織物在搬運(yùn)或裁剪過程中出現(xiàn)毛邊、變形、散線的不良狀況，這些狀況會使加工出來的電池組件出現(xiàn)尺寸不精確、強(qiáng)度不均勻、外觀瑕疵，同時(shí)可以很好地提高纖維織物的耐磨性、耐彎折性。纖維織物經(jīng)過聚四氟乙烯PTFE浸潰后具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性，有密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化能力、耐溫優(yōu)異能在+250°C -180°C的溫度下長期工作，聚四氟乙烯本身對人沒有毒性，使用PTFE浸潰后的玻璃纖維網(wǎng)格織物對水汽 的防御能力、抗磨損性能、耐彎折性能、物理強(qiáng)度都有較大的提高。增強(qiáng)模塊強(qiáng)度采用玻璃纖網(wǎng)格布，提高了柔性太陽能電池組件模塊的穩(wěn)定性和耐候性。PTFE浸潰的玻璃纖維網(wǎng)格布與EVA等封裝材料層壓，粘接強(qiáng)度達(dá)到或者超過40N/cm，提高了柔性電池組件模塊的強(qiáng)度戶外可靠性，使界面水汽透過減少。絕緣密封效果顯著玻璃纖維織物鋪設(shè)層的邊緣與背板邊緣留有一定距離，避免玻璃纖維織物鋪設(shè)層和切割邊緣暴露在使用環(huán)境中。使用壽命長避免因日曬、雨水等因素，或切割邊緣對各層界面的破壞而失去粘接力，導(dǎo)致電池模塊失效，提高了產(chǎn)品?？煽堪惭b選擇PTFE浸潰的玻璃纖網(wǎng)格布，在其邊緣打孔，如凱夫拉纖維布，高強(qiáng)度環(huán)扣材料與柔性太陽能電池組件的增強(qiáng)板材料接觸，之間通過膠膜的作用與增強(qiáng)材料形成一體結(jié)構(gòu)，共同承載外界負(fù)荷，整體強(qiáng)度和安裝的可靠性得到保證。
圖I、是本發(fā)明柔性電池組件剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖1-1、是圖I電池組件的邊緣孔的示意圖。圖2、是本發(fā)明實(shí)施例I示意圖。圖3、是本發(fā)明實(shí)施例實(shí)例2中三片組件示意圖。圖4、本發(fā)明實(shí)施例實(shí)例3中多片組件連接示意圖。圖5、是本發(fā)明圖2和實(shí)施例中電池組件的連接構(gòu)件示意圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)附圖進(jìn)一步本發(fā)明的原理
見圖1，電池組件結(jié)構(gòu)依次為前板I、膠膜2、柔性太陽能電池3、膠膜2、增強(qiáng)板4、膠膜
2、背板5，和圖1-1中在電池組件邊緣的穿孔9，圖5示出了本發(fā)明與圖1-1及實(shí)施例1-3，可以連接電池組件的連接構(gòu)件，它包括固定粱8和拉桿7、拉環(huán)6，連接實(shí)施例2中的電池組件，將連接構(gòu)件10的拉環(huán)6穿在電池組件的邊緣孔9內(nèi)通過連接構(gòu)件的拉桿7和拉環(huán)6構(gòu)成，拉環(huán)6穿過電池組件邊緣的穿孔9將電池組件，其中前板I和拉環(huán)6穿在孔環(huán)上，通過拉桿7拉住拉環(huán)6拉緊在固定梁8上。圖3、圖4分別是三片組件和多篇組件的實(shí)施例，其內(nèi)部的虛線框表示太陽能電池芯板的邊緣，靠近組件邊緣 處的虛線框表示增強(qiáng)板的邊緣，結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，在此不再累述。實(shí)施例I
本實(shí)施例的增強(qiáng)型的柔性太陽能電池組件其中前板I和背板5為444mmX862mm的乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)，膠膜2為EVA，柔性太陽能電池3為414mmX832mm的非晶硅薄膜電池，增強(qiáng)板4為424mmX 842mm的有EVA涂層并浸潰PTFE的無堿玻璃網(wǎng)格纖維織物，增強(qiáng)板4距背板5邊緣10mm，在距背板5邊緣15mm處為中心，加工有0 IOmm的孔，并裝有孔環(huán)，使用時(shí)，將拉環(huán)6穿在孔環(huán)上，通過拉桿7拉住拉環(huán)6拉緊在固定梁8上。實(shí)施例2
本實(shí)施例的增強(qiáng)型的柔性太陽能電池組件結(jié)構(gòu)依次為前板I、膠膜2、柔性太陽能電池
3、膠膜2、增強(qiáng)板4、膠膜2、背板5，其中前板I和背板5為444mmX862mm的乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)，膠膜2為EVA，柔性太陽能電池3為414mmX832mm的非晶硅薄膜電池，增強(qiáng)板4為424mmX 842mm的Kevlar纖維網(wǎng)格布,增強(qiáng)板4距背板5邊緣IOmm,在距背板5邊緣15mm處為中心，加工有(MOmm的孔，并裝有孔環(huán)。安裝時(shí)將2片或者3片單片組件在短邊處用拉環(huán)6進(jìn)行連接，組成長度達(dá)到1800-2500mm長度的組件，該組件可以通過拉桿或鋼絲繩7固定于幕墻或立面墻，并可以安裝多組相同組件形成大面積組件陣列。實(shí)施例3
本實(shí)施例的增強(qiáng)型的柔性太陽能電池組件，采用柔性襯底沉積非晶硅發(fā)電層的電池芯片，并使用柔性含氟耐候薄膜作為前膜，柔性含氟或不含氟耐候薄膜作為背板，乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)或者聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或者聚烯烴作為封裝膠膜；前膜和背板均具有良好的粘接強(qiáng)度、耐候性、水汽阻隔性、絕緣性、阻燃性同時(shí)兼具薄膜材料的柔性。使得生產(chǎn)出的組件具有可卷繞、可彎曲的優(yōu)良特點(diǎn)，組件可以滿足多種安裝環(huán)境，例如弧面結(jié)構(gòu)、拐角結(jié)構(gòu)。增強(qiáng)型的柔性太陽能電池組件結(jié)構(gòu)依次為前板I、膠膜2、柔性太陽能電池3、膠膜
2、增強(qiáng)板4、膠膜2、背板5，其中前板I和背板5為444mmX 862mm的乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)，膠膜2為EVA，柔性太陽能電池3為414mmX832mm的非晶硅薄膜電池，增強(qiáng)板4為424mmX 842mm的Kevlar纖維網(wǎng)格布，增強(qiáng)板4距背板5邊緣IOmm,在距背板5邊緣15mm處為中心，加工有IOmm的孔,開孔部分增加一層20mmX 20mm Kevlar纖維網(wǎng)格布,在2層Kevlar網(wǎng)格布之間增加一層20mmX 20mmEVA，并裝有孔環(huán)。安裝時(shí)將10片單片組件在短邊處使用拉環(huán)6連接，組成長度達(dá)到IOm左右的組件陣列，該陣列可以安裝于立面墻，并且每間隔2片單片組件在拉環(huán)6位置使用鉚釘或螺栓等固定件進(jìn)行固定，陣列兩端使用拉桿7或鋼絲繩7固定在鋼梁8上。
權(quán)利要求
1.一種增強(qiáng)型柔性太陽能電池組件，選用耐候的高分子封裝材料，其特征在于電池組件由依序?qū)盈B的疊片形成，包括高分子材料前板、膠膜、太陽能電池芯片、膠膜、增強(qiáng)型背板，該背板由纖維織物、膠膜、高增強(qiáng)纖維織物疊片構(gòu)成，該增強(qiáng)纖維織物是無堿玻璃纖維織物，厚度為0. I I. 0mm，平紋編織。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種增強(qiáng)型柔性太陽能電池組件，其特征在于所述的增強(qiáng)型背板中的纖維織物和高增強(qiáng)纖維織物，采用玻璃為原料，經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗、織布工藝制成。
3.根據(jù)要求權(quán)利2所述的一種增強(qiáng)型柔性太陽能電池組件，其特征在于所述的高增強(qiáng)纖維織物是無堿玻璃纖維織物，在0. 5%形變量下的拉伸強(qiáng)度超過300MPa，伸長小于3%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種增強(qiáng)型柔性太陽能電池組件的封裝方法，其特征在于首先篩選材料；其后選用高分子材料做電池組件的前板，纖維織物和高增強(qiáng)纖維織物做背板。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種增強(qiáng)型柔性太陽能電池組件的封裝方法，其特征在于用膠膜將前板放置粘帖在柔性太陽能電池芯片的受光面，其背光面用膠膜粘貼設(shè)有增強(qiáng)纖維織物的背板。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種增強(qiáng)型柔性太陽能電池組件的封裝方法，其特征在于 依次層疊高分子材料前板、膠膜、太陽能電池芯片、膠膜、纖維織物、膠膜、增強(qiáng)纖維織物疊片形成組件； 將所述的疊片裝入耐高溫真空密封袋，進(jìn)行抽真空完成組件密封。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種增強(qiáng)型柔性太陽能電池組件的封裝方法，其特征在于所述真空密封袋接真空泵，溫度控制在135-140°C，升溫時(shí)間10-15分鐘，壓力I. 3-1. 5MPa。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種增強(qiáng)型柔性太陽能電池組件的封裝方法，其特征在于溫度升高到設(shè)定值后保溫保壓10分鐘，降溫時(shí)間30-40分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種增強(qiáng)型柔性太陽能電池組件的封裝方法，其特征在于當(dāng)溫度低至80°C時(shí)高壓釜進(jìn)行排壓，溫度低至30-40°C時(shí)開釜，關(guān)閉真空泵，待組件自然冷卻。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種增強(qiáng)型柔性太陽能電池組件的封裝方法，其特征在于組件自然冷卻拆封組件真空袋，對組件按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行切邊，測試電性能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種背板增強(qiáng)型柔性太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)件及其封裝工藝，屬太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。解決柔性太陽能電池組件塑性變形，導(dǎo)致輸出的電壓下降。技術(shù)特征是電池組件的前板和背板采用高分子材料、纖維織物和增強(qiáng)纖維織物(布)，厚度為0.1～1.0mm，平紋編織材料形成的疊片裝入耐高溫真空密封袋，進(jìn)行抽真空完成組件密封，高壓釜進(jìn)行加熱加壓。本發(fā)明積極效果重量大幅度降低，安裝結(jié)構(gòu)的總重量為25-30Kg/m2，0.5%伸長形變量的強(qiáng)度超300MPa，柔性可彎曲度適合曲面等非平面安裝結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L31/048GK102709366SQ20121019780
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者李剛, 李毅, 郭權(quán)發(fā) 申請人:深圳市創(chuàng)益科技發(fā)展有限公司