光伏模块的封装的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种光伏模块，该模块包括具有一个或多个光伏电池的光伏层（2）和包括顶箔（6）的封装层。所述光伏层（2）上提供有纹理层（3），例如正面金属化。所述封装层还包括与所述光伏层（2）和纹理层（3）直接接触的平面层（4）。所述平面层（4）使所有纹理平坦化，使得顶箔（6）可以与粘合剂层压以制得所述光伏模块。
【专利说明】光伏模块的封装
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏(PV)模块的封装，其作为透明的表面保护层发挥作用，特别是对于适用于卷式生产(roll to roll production)的PV-技术的柔性薄膜类型。更特别的是，本发明涉及含有一个或多个光伏电池的光伏层和含有顶箔的封装层的光伏模块，所述光伏层上提供有纹理层。更进一步的方面，本发明涉及一种制备光伏模块的方法，该方法包括提供含有光伏层的PV模块，所述光伏层具有(接受光的，平坦的)表面。
【背景技术】
[0002]欧洲专利申请EP-A-1703570公开了一种光伏电池(photovoltaic cells)和模块的封装，其中采用了热固性树脂。所公开的热固性树脂的一个实例为乙烯醋酸乙烯酯(EVA)，并将其至少施用于PV电池的上部，用以结合乙烯四氟乙烯(ETFE)层以作为保护外层(顶箔)。
[0003]美国专利申请US-A-4, 497，974公开了一种制备具有分离反射器(detachedreflector)的薄膜太阳电池的方法。其所公开的光伏模块为具有一个或多个电池以及含顶箔的封装层。PV层提供有纹理层并且所述封装层包括与所述纹理层接触的平面层。这促使了银层的使用并作为分离反射器。所公开的平面层为旋涂或注塑在所述纹理层上部的塑料层。
[0004]光伏电池和模块将太阳光转变为电，其应用多见于家庭领域的家用电子产品(典型地2kWp的功率/体系)并且也多见于PV发电厂OlMWp)的大规模能量生产中。这些设备典型的运营时间大于20年，这也是面板可以降低成本的标示性时间量程。长使用期和户外暴露将对光伏系统带来多种苛刻的要求。
[0005]在不同方面中要求是不同的，一些为确保在PV-设备的使用期内有稳定的电流输出，其他应当确保终端用户的电力系统的安全性。首先，在20年的时间里性能应当是稳定的，简单地说就是可以接受每年1%的性能上的总相对减少值，因此20年后仅20%。这也是全部的因各种可能发生的退化机制而造成的损耗的结果，例如因泛黄、表面腐蚀、局部剥离而造成的传输下降，因串联电阻的升高、并联电阻的下降而造成的电力衰退等。
[0006]体系经20年的户外暴露还必须是安全的。材料必须提供电力安全，避免对安装者、终端用户或维护供应商发生漏电和电击。总之PV-模块在其使用期内不能出现任何的介电性质上的分层或变化。
[0007]大多的退化机制是由水、氧气、紫外光、高温和热变化促使的。低成本且能满足所有要求的解决方案是匮乏的。可允许的暴露量因每个技术类型而不同。已知有机PV(OPV)不能耐受H2O和02，其他“薄膜”技术(通常吸收层的厚度小于3 μ m)如碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)和硅膜(f-Si)不耐受于!120。这些技术类型需要不同于晶体Si技术的保护类型。
[0008]综合这些苛刻的要求的结果是现今仅发现小范围的材料可用于PV-模块的正面封装中。大多数在模块的正 面采用乙烯醋酸乙烯酯(EVA)和玻璃。对于轻质和柔性的装置典型地可以采用EVA和含氟聚合物如乙烯四氟乙烯(ETFE)的组合。聚乙烯醇缩丁醛(PVB)可以作为EVA的代替物，通常用作所谓的“玻璃-玻璃”模块中，即正面和背面具有玻璃的模块。
【发明内容】
[0009]现有技术中所有PV模块的(正面)封装的方案需要在高温下对所述模块进行热处理的步骤且需处理相对较长的时间。例如通常EVA需要在150°C下固化15分钟。对于PV-模块的高速处理例如卷式生产来说，这是不理想的。
[0010]本发明试图提供一种PV模块的封装，例如至少是正面封装，其允许对所述PV模块的高速处理，同时还提供了对所述PV模块的极好的保护。
[0011]根据本发明，根据前文定义中所提供的光伏模块，其中所述封装层还包括与所述光伏层和纹理层直接接触的平面层。所述平面层拉平了所述光伏层上部的纹理层中的所有纹理，使得顶箔可以容易地与粘合剂层压以制得封装的光伏模块。
[0012]在一个实施方式中，所述平面层为辐射固化涂层，例如本领域技术人员所公知的紫外光或电子束固化涂层等。辐射固化是一个很快的过程(大约几秒)并且无需任何高温处理。因此，整个光伏模块的制造过程可以更快地且更低成本地进行。
[0013]在进一步的实施方式中，在所述平面层的上部具有粘合层，并且所述顶箔位于该粘合层的上部。这样的顶箔在工业生产过程可以容易地施用，例如采用干膜层压技术。
[0014]在进一步的实施方式中，所述顶箔的材料可以选自由含氟聚合物、聚酯、聚酰胺、丙烯酸酯、硅氧烷或玻璃组成的组，以及例如由PET、PEN、ETFE、FED中的任何材料制得。
[0015]在进一步的实施方式中，所述光伏模块还包括在所述顶箔上部的顶部涂层，例如发挥紫外光屏蔽涂层的功能。在进一步的实施方式中，该顶部涂层为辐射固化涂层。
[0016]在进一步的实施方式中，所述光伏层可以包括无机介电层形式的第一保护层，以用来保护所述光伏电池的表面。另外，或者可选择地，在所述平面层的上部沉积有无机介电层形式的第二保护层。在更进一步的实施方式中，所述顶箔(顶面或底面)施用有附加平面层和第三保护层，所述第三保护层为无机介电层。这种水、氧气或渗透分子屏障型层保护了所述光伏模块的下垫层(underlying layers)。
[0017]在进一步的方面，本发明涉及一种制备光伏模块的方法，该方法包括提供含有光伏层的PV模块，所述光伏层的表面设置有纹理层(例如金属化层)。该方法还包括提供与所述光伏层和纹理层直接接触的平面层，采用UV或电子束辐射使所述平面层固化，以及，通过在所述平面层的上部使用粘合层，提供所述光伏模块的顶箔。在进一步的实施方式中，使用粘合层包括将所述顶箔层压至平面层上。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]以下将通过使用多个【具体实施方式】，并结合附图，对本发明进行更详细的讨论，附图为:
[0019]图1表示的是根据本发明的第一种实施方式中的PV模块的横截面示意图；
[0020]图2表示的是根据本发明的第二种实施方式中的PV模块的横截面示意图；
[0021]图3表示的是根据本发明的第三种实施方式中的PV模块的横截面示意图；[0022]图4表示的是根据本发明的第四种实施方式中的PV模块的横截面示意图；
[0023]图5表示的是根据本发明的第五种实施方式中的PV模块的横截面示意图；
[0024]图6表示的是根据本发明的第六种实施方式中的PV模块的横截面示意图。
【具体实施方式】
[0025]简而言之，本发明的实施方式的重点在于光伏模块的柔性的(正面)封装。以下描述的实施方式包括所述封装为正面的封装的情形。应当清楚的是，所述封装也可以为背面的封装或正面和背面的封装的组合。
[0026]图1是根据本发明的一种实施方式中的光伏模块的示意图。该模块包括PV模块的基底1，还可能提供有背面的封装。在所述基底I上，提供有一个或多个PV电池2，如通常所知的PV模块。所述PV电池2可以为任何公知类型的PV电池，例如(晶体)硅电池、无定形的硅电池、碲化镉(CdTe)电池、铜铟镓硒(CIGS)电池等。在每个PV电池2的上部都具有纹理层3，例如以印在所述PV电池2上的透明电极或非透明材料如银的形式。所述纹理层3可以具有任何(二维的)结构，并且厚度还可以在PV电池2的表面上发生变化。所述纹理层3还可以包括在材料、蚀刻结构、激光雕刻(laser scribes)、孔、金属化以及例如TCO层中的凹槽(grooves)。
[0027]在所述PV电池2和纹理层3的上部提供有平面层4。这样的平面层4使所述纹理层3平坦化，从而提供了平坦的表面。所述平面层4的厚度足以完全包住所述纹理层3的纹理，且例如20 μ m以上，例如40 μ m以上，或者甚至IOOym以上。当实施方式中不存在金属化时，所述平面层4的厚度可以较小，如5-10 μ m。
[0028]在所述平面涂层4上，提供有封装层，其在该实施方式中包括粘合层5，以及顶箔6(例如采用含氟聚合物材料如乙烯四氟乙烯(ETFE ))。
[0029]由于所述平面涂层4提供了平整表面，所述封装层可以采用有效的层压技术制得。所述粘合层5和顶箔6可以通过采用简单(且快捷)的技术附着于PV模块，例如干膜层压技术。
[0030]所述平面涂层4的平整表面可以由采用UV可固化的材料提供。这使得容易且快速的处理成为可能，无需如现有技术中的将所述PV模块进行高温长时的处理。
[0031]所述UV可固化的材料通常为单体、低聚物、光引发剂和可能的其他添加剂的混合物，但没有溶剂。这样的混合物为暴露于UV辐射下后将完全聚合形成涂层从而制得所述平面层4的液体。根据具体的组合物，完全聚合可以在几秒内完成。
[0032]在进一步的实施方式中，所述UV可固化的材料为电子束(EB )可固化的材料，并在电子束暴露下聚合。EB可固化的材料通常无需在所述混合物中加入光引发剂。
[0033]任何采用辐射(紫外光或电子束能量)可以固化的液体材料均可以用于本发明的实施方式中，因为它们都无需在制备平面层4时对PV模块进行温度循环(temperaturecycle)。可以采用基于自由基体系或阳离子或环氧体系的材料，如参见《CoatingsTechnology Handbook》,第三版,第 97 章 iRadiation-Cured Coatings’。
[0034]图2描摹了采用所述平面层4的进一步的实施方式的横截面示意图。由于具有所述平面层的半成品的平坦性，至少保护所述PV模块的正面的所述封装层可采用更低成本的方式来提供。如图2的实施方式中所示的，所述封装层此时包括粘合层5，所述顶箔6由PET制成且提供有(不受天气影响的)顶部涂层7。在进一步的实施方式中所述顶部涂层7也可以采用辐射固化材料制得。
[0035]这样的实施方式采用的不同于现有技术的PV模块封装材料的其他材料，并且提供了更低成本的产品。
[0036]图3说明了 PV模块(也以横截面显示)的第三种实施方式，其中所述PV电池2 (所述PV模块中的活性层)由第一保护层8所保护，即，例如由非导电的透明陶瓷材料制得的无机介电层。通常地，如图3中所示，所述纹理层3也由所述第一保护层8所覆盖。
[0037]图4简要地表示了第四种实施方式，对比于图3中的实施方式，在所述平面层4上部提供有第二保护层9 (例如也由透明的非导电陶瓷材料制得)。
[0038]图5简要地表示了 PV模块的更进一步实施方式，该PV模块中仅在所述平面层4的上部具有第二保护层9 (即，例如由透明的非导电陶瓷材料制得的无机介电层)。
[0039]图3、4和5的实施方式为所述PV模块的敏感部分提供了额外的保护，例如带有PV电池2的层，特别是对于在潮湿环境/水中暴露的。
[0040]图3、4和5所示的实施方式具有图2的实施方式中的封装层相同的基本结构，但是加入有所述第一保护层8和/或第二保护层9以向所述PV模块提供额外的坚固性。
[0041]所述第一和/或第二保护层8、9可以采用层沉积技术制得，例如原子层沉积(ALD)0可选择的技术包括但不限于物理气相沉积(PVD)，以及等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)。这使得制得的层8、9足够薄以至于可以完全地覆盖下垫面。这些层8、9是由如 SiNx、SiOxNy, SiOx 或者 AlOx 制得的。
[0042]图6展示了更进一步的实施方式，其中，由例如PET制得的所述顶箔6还通过附加平面层10和第三保护层11 (即，例如由透明的非导电陶瓷材料制得的无机介电层)来抵抗潮湿。所述附加平面层10确保了所述第三保护层11可以以连续且牢固的方式进行施用。然后将所述顶部涂层7施用于所述第三保护层11的上面，如上图2的实施方式相关部分所提到的。所述附加平面层10和第三保护层11还可以施用于所述顶箔6的下部。
[0043]上述的实施方式可以通过卷式处理使得高速制备成为可能。所有的实施方式的特征在于:使在活性PV电池2正面的纹理层3 (如银印(silver prints))平坦化且将其包围住的辐射固化涂层(紫外(UV)光或电子束(EB))。因此，这将使得仅采用层压粘合剂的薄层5即可在上面层压上顶箔6。采用这样的层压制造技术就可以将这些完成。总之，根据本发明的实施方式的所述PV模块的制造还包括快速且低成本的涂层技术(用于平面层4)并结合有快速且简单的对粘合层5和顶箔6进行层压。进一步地，可以采用有效且快速的层沉积技术添加层7-11，如对所述顶部涂层7 (以及选择性的附加平面10)采用辐射固化，以及例如采用PECVD技术来施用所述保护层8、9、11。
[0044]本发明的实施方式已经参照多个如图所示的【具体实施方式】进行了如上描述。各种实施方式中的特征可以结合以形成进一步的实施方式。一些部分或要素的改进和选择性实施是可行的，并且均涵盖在随附的权利要求书所定义的保护范围内。进而，上述实施方式是关于带有PV电池2的PV模块。作为一种选择，根据本发明的实施方式的所述封装也可以施用于其它平面光接收或光发射模块。例如基于如OLED屏的模块的二极管装置。
【权利要求】
1.一种光伏模块，其中，该光伏模块包括: 具有一个或多个光伏电池的光伏层(2 )和包括顶箔(6 )的封装层， 所述光伏层(2 )上提供有纹理层(3 )， 其特征在于，所述封装层还包括: 与所述光伏层(2)和纹理层(3)直接接触的平面层(4)，其中，所述平面层(4)为辐射固化涂层。
2.根据权利要求1所述的光伏模块，其中，在所述平面层(4)的上部设置有粘合层(5)，且所述顶箔(6)存在于所述粘合层(5)的上部。
3.根据权利要求2所述的光伏模块，其中，所述顶箔(6)的材料为选自由含氟聚合物、聚酯、聚酰胺、丙烯酸酯、硅氧烷或玻璃组成的组。
4.根据权利要求2或3所述的光伏模块，其中，该光伏模块还包括在所述顶箔(6)的上部的顶部涂层(7)。
5.根据权利要求4所述的光伏模块，其中，所述顶部涂层(7)为辐射固化涂层。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的光伏模块,其中,所述光伏层(2)包括无机介电层形式的第一保护层(8)。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的光伏模块，其中，在所述平面层(4)的上部沉积有无机介电层形式的第二保护层(9 )。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的光伏模块，其中，所述顶箔(6)上施用有附加平面层(10 )和第三保护层(11)，所述第三保护层(11)为无机介电层。
9.一种制备光伏模块的方法，其中，该方法包括: 提供含有光伏层(2)的PV模块，所述光伏层(2)的表面设置有纹理层(3)， 提供与所述光伏层(2 )和纹理层(3 )直接接触的平面层(4 )， 采用UV或电子束辐射使所述平面层(4)固化，以及 通过在所述平面层(4)的上部使用粘合层(5 )，提供所述光伏模块的顶箔(6 )。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，使用粘合层(5)包括将所述顶箔(6)层压至平面层(4)上。
【文档编号】H01L31/048GK103890963SQ201280046805
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年9月25日 优先权日:2011年9月26日
【发明者】S·H·M·哈尔凯马, B·普罗姆普 申请人:荷兰能源建设基金中心