专利名称：薄膜太阳能电池组件拼接组装方法和设备及由其生产的产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池，尤其是涉及一种薄膜太阳能电池组件拼 接组装方法和设备，并且还涉及通过该方法和设备生产的薄膜太阳能 电池组件产品。
背景技术：
薄膜太阳能电池主要包括多晶硅-微晶硅薄膜太阳能电池，非晶硅薄膜太阳能电池，CdTe薄膜太阳能电池，Cu(In，Ga)(S，Se)2薄膜太阳 能电池等，为降低生产成本，薄膜太阳能电池生产需要大面积的生产 工艺。但是，大面积的生产工艺带来了产品性能均匀性难以控制的问 题，另外也增加了设备控制技术难度。薄膜太阳能电池一般是采用薄膜制备技术在较大面积的衬底材料 上依次制备太阳能电池所需的相关薄膜层，在薄膜制备过程中，采用 机械切割或者激光切割的方法对大面积的电池进行划槽分成小的电池 单元，通过电极材料连接电池单元的电极端，实现电池组件内部的电 池串联，形成一个完整的电池组件。另外，如果是以金属薄带为衬底材料，为解决电池的下电极与衬 底材料的绝缘问题，需要在该衬底材料与薄膜电池之间制备一层绝缘 薄膜，该绝缘薄膜层工艺环节的增加，会在一定程度上增加电池的制 备成本。美国专利4，278，473报道了 一种太阳电池组件串联连接方法，釆用 绝缘材料作为太阳电池的衬底材料，在制备好的电池上相距一定间隔 切割出梯形槽，槽的深度低于绝缘衬底材料，然后在梯形槽的一个侧 边制备绝缘层并在该绝缘层上制备一层导电层，该导电层的一侧连接 一个电池单元的上电极层，另一侧连接相邻电池的下电极层，实现相 邻电池单元的串联。该方法是在大面积上制备电池，然后分割成小的电池单元进行电池的串联，可以实现高的工作电压要求，但由于采用 大面积的制备技术，电池性能的均匀性很难控制。另外也有不用物理方法分割电池的，美国专利4,173,496报道了 一 种太阳电池组件连接方法，不是采用刻槽的方法分割电池单元，而是 采用材料改性的方法将固定区域的PN结变为电绝缘区域，实现电池 单元之间的分离。电池单元之间的串联连接材料可以是电池的原电极 材料或者是另外的导电浆料。该方法同样是在大面积上制备电池，产 品均匀性很难控制。美国专利5，266，125提供了一种多晶硅薄膜太阳电池组件的电路 连接方式，采用绝缘的陶瓷材料为衬底，电池片被垂直的沟槽割断成 小的电池，使其成为一个电池单元，再采用电池上表面电极材料与下 电极接触的方式来实现电池之间的串联。该方法同样是在大面积上制 备电池，其均匀性很难控制。美国专利4,131,123报道了 一种封装硅太阳电池组件的方法，将电 池片封装在两绝缘材料层的中间，同时采用印刷导电涂料的方法引出 相邻电池的正负极，再将导电涂料引线连接起来，实现电池片之间的 串联。该方法同样是在大面积上制备电池，其均匀性很难控制。发明内容本发明的目的是提供一种薄膜太阳能电池组件巻对巻的连续组装 方法和设备。利用该方法和设备制备薄膜太阳能电池组件，可以避免 对电池生产过程中大面积成膜的要求，电池可以在较窄的基带上制备。 利用该方法生产电池组件具有电池组件长度不受限制、连接可靠性高、 生产效率高、质量稳定、操作方便等优点。根据本发明，薄膜太阳能电池在制备技术路线上可以摈弃传统的 大面积、 一次性生产太阳能电池组件的方法，而采用小面积的方法制 备电池单元，然后将电池单元拼接成较大的电池组件。即在较窄的条 带衬底材料上连续制备薄膜太阳能电池，当电池条带的宽度满足电池 光收集要求时，电池条带内部可以不设计串联连接导线槽或者收集栅 极。电池条带即为基本电池单元，然后可以采用条带和条带之间平行且边缘搭接的形式形成电池组件片，电池条带之间采用导电胶进行电 连接实现串联，电池组件片的长度方向的延长等同于增加电池组件的 有效电流，可以视为组件的并联。这样拼接好的电池条带串联片就是 一个完整的电池组件，可以根据所需要的电池组件电性能要求设计拼 接的条数达到符合电池组件电压要求。可以根据所需要的电池组件电 性能要求设计拼接的电池条带的长度达到符合电池组件电流要求。为 了得到更大尺寸的太阳能电池组件，可以用几片拼接好的电池组件片 进行简单的导线连接形成满足要求的更大尺寸的电池组件。这样通过寸太阳能电池ia件的目的。不但可以降低大面积均匀性生产对:备要 求，而且可以提高电池性能的均匀性，减少设备投资。实际生产中， 电池组件片的长度方向的延长可以视为组件的并联，因此拼接设备的 主要功能是实现了条带和条带之间的串联。为提高生产效率，采用多条电池条带同时传递、多点同时点胶， 同时拼接的方法，具体可以根据电池组件的具体电压范围确定具体的 电池条带数量，设计设备可以预留足够的放巻位置和收巻范围。根据本发明，提供了 一种拼接组装薄膜太阳能电池组件的方法， 包括将下层覆膜引导并连续地输出到输送表面上，该输送表面是被 加热的；将多个电池条带引导并相继地输出到下层覆膜上，每个电池 条带具有导电的正面以及与该正面相反的背面，首先将第一个电池条 带与下层覆膜压合并且随后使得每两个相邻的电池条带之间平行搭 接；在搭接区域连续地点导电胶；在相邻电池条带搭接后再对条带施 压，以使条带之间以及条带与下层覆膜压合；将条带和下层覆膜的组 件收巻。根据本发明，还提供了 一种拼接组装薄膜太阳能电池组件的设备， 包括输送表面，该输送表面是可加热的；下层覆膜送料巻，其经下 层覆膜导辊而连续地将下层覆膜输出到加热的输送表面上;多个电池 条带放料巻，它们被固定在固定面板上并且沿输送方向等间距地设于 输送表面上方，经固定在固定面板上的电池条带导辊将电池条带输出到下层覆膜上，其中每个电池条带具有导电的正面以及与该正面相反的背面；多个点胶机，每个点胶机都固定在固定面板上，位于电池条 带导辊之后，并位于除了沿输送方向上最下游的放料巻之外的相应放 料巻下方，用于向条带上连续地点导电胶；多个压紧机构，每个压紧 机构固定在固定面板上并且位于每个放料巻下方，除了沿输送方向上 最下游的放料巻下的压紧机构之外的其它压紧机构均位于相应的点胶 机与电池条带导辊之间；收巻机构，其位于输送方向的下游出口侧， 用于收取条带和下层覆膜的组件；其特征在于，电池条带放料巻从固 定面板上伸出的距离两两不同，每两个相邻电池条带放料巻伸出的距 离之差均相等并小于一个电池条带的宽度，以使输出到下层覆膜上的 电池条带之间彼此平行搭接；同时，每个点胶机从固定面板上伸出一 定距离，以向电池条带搭接区域点导电胶。根据本发明的优选实施例，所述压紧机构为压辊，但是其它合适 的压紧机构也是可以的。该方法和设备生产出来的太阳电池组件中，电池条带串联的数量 可以.根据确定的开路电压要求而设定。该生产方法为巻对巻的连续化生产方式，因此电池组件的长度可以连续延伸，达到1000米长或更长，实际使用中可视用户要求适当裁剪。可以将常用的电池组件宽度设计 为一个电池组件的标准，如果需要增加电池组件的尺寸(电压或电流) 时，可以将标准的组件条带进行外导线连接提高电池组件的尺寸(电 压或电流)。为适应不同的环境使用要求，可以采用真空或非真空封装 的方式对本发明组装拼接好的太阳电池组件进行再次封装覆膜。
参照附图，可以更好地理解本发明的特征和优点。附图中 图1为根据本发明的薄膜太阳能电池组件拼接组装设备的正视示 意图。图2为根据本发明的薄膜太阳能电池组件拼接组装设备的左侧视 示意图，为了简洁和清楚起见，仅示出了两个电池条带放料巻和一个点胶机，并且省略了收巻机控制拒。图3为根据本发明制备的薄膜太阳能电池组件条带搭接的俯视放 大示意图，其中P表示点胶点，XM表示下层覆膜，TD1表示第一条 电池条带，TD2表示第二条电池条带。图4为根据本发明制备的薄膜太阳能电池串联条带的边缘搭接侧 视放大示意图，其中SM表示上层覆膜，TD表示电池条带，P表示点 胶点。图5为本发明使用的电池条带的组成示意图。 图6为电池组件最终产品一个实例的示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明中的薄膜太阳能电池组件拼接组装方 法和装备作进一步的详细描述。如图1所示的本发明设备，由下层覆膜送料巻10连续地送出下层 覆膜，该下层覆膜经由下层覆膜导辊11被输出到支撑在支架14上的 一个加热平板12的表面上并在其上行进，行进过程中加热平板12是 加热的并保持温度不变，例如120X:。根据本发明，下层覆膜可以是 一面涂胶而另一面不涂胶的预涂膜，不涂胶的一面与加热平板12直接 接触；或者下层覆膜可以采用多层膜的形式，例如一层胶膜与一层或 多层塑料膜的复合膜。加热平板的加热温度能够使预涂的胶或者使胶 膜熔化，同时下层覆膜又不会粘接在加热平板上，以便能够连续地行 进。如图l所示的实施例，在加热平板12的上方，十个电池条带放料 巻6通过轴承安装在固定面板13上，它们彼此相邻并等间距地布置。 电池条带放料巻6的安装位置可以在同一水平高度上或在不影响电池 条带传动的情况下上下交错排布。根据本发明，电池条带放料巻6可 以不是十个，根据希望串联的电池条带数量可以增加或减少电池条带 放料巻的安装位置和数量。在不使用引出导线条带的情况下(在本文 的最后介绍使用引出导线条带)，电池条带放料巻至少为两个。在图1 所示实施例中，沿着下层覆膜在加热平板上的前进方向，第一到第十上游向下游依次顺序布置。如图2所示，每下 一个电池条带放料巻6从固定面板13上伸出的距离比前一个电池条带 放料巻6从固定面板13上伸出的距离远，相差量相等且都小于一个电 池条带的宽度。在固定面板13上固定有电池条带导辊15,每个电池 条带导辊15与一个电池条带放料巻6相对应，电池条带导辊15位于 电池条带放料巻6下方并靠近加热平板布置；在电池条带放料巻6处 于同一水平高度的情况下，电池条带导辊15也处于同一水平高度。这 样，各个电池条带放料巻6通过电池条带导辊15把电池条带16连续 且相继地输出到在加热平板12上连续通过的下层覆膜上，以使输出的 相邻电池条带都相互平行且边缘搭接，每两个相邻的电池条带搭接的 量相等。具体为，输出到下层覆膜上的每个电池条带的正面均朝下， 每前一个电池条带的背面与相邻的下一个电池条带的正面搭接。如图 5所示，电池条带包括透明导电层、P型半导体层、N型半导体层和 导电衬底层，透明导电层所在的一面为正面，导电衬底层所在的一面 为背面。电池条带放料巻6的下方设有九个点胶机7，其固定在固定面板 13上。如图1所示，只有最后一个电池条带放料巻(即第十个)的下 方没有点胶机。每个点胶机距加热平板表面的高度相等。但是，每两 个相邻点胶机从固定面板上伸出的距离差与如上所述各个放料巻伸出 的距离差相应，以便每个点胶机恰好能在相邻电池条带搭接区域点胶。 将导电胶预先灌注于导电胶管中，点胶机7连续地向电池条带搭接区 域施加导电胶。点胶机的点胶针头直径为0.2mm-0.8mm，优选为 0.4mm,点胶压力例如可以为0.4MPa。采用固定点胶方式使点胶机的 点胶点在条带运行过程中固定不动，以确保导电胶的点胶线条均匀。在固定面板13上还固定有十个压辊8，每个压辊8位于点胶机7 与电池条带导辊15之间并且彼此紧邻。压辊是连续转动的，并与加热 平板的表面之间保持合适的间隙，以便可以将电池条带与电池条带和 下层覆膜压合。这里要注意，由于最后一个电池条带放料巻6下方没 有点胶机，因此该最后一个电池条带放料巻6下方的压辊8只是与相应的电池条带导辊15相邻，并处于该相应的电池条带导辊15的下游。 另外，由于电池条带的宽度以及电池条带搭接区域的宽度相对于压辊 8而言小的多，因此压辊8从固定面板上伸出的距离可以是相同的，身宽度范围之内:、''、、。,，'、当第一个电池条带经导辊15输出到下层覆膜上后，首先经过第一 个电池条带放料巻对应的压辊，由于下层覆膜预涂胶一面的胶(或是 胶膜层)在加热平板的温度下熔化，该压辊将该电池条带压合到下层 覆膜上。然后，第一个电池条带放料巻对应的点胶机开始点胶并且此 后将连续点胶。随后，当载有第一电池条带的下层覆膜经过第二个电 池条带放料巻的电池条带导辊下方时，第二个电池条带输出并以其正 面与已点有导电胶的第一电池条带的背面搭接，再经过第二个电池条 带放料巻对应的压辊，从而第二个电池条带与第一个电池条带并与下 层覆膜被压合。然后到达第二个电池条带放料巻对应的点胶机处，该 点胶机在第二个电池条带上要与下一个电池条带搭接的边缘处点胶。 如此类推，随后相邻的每两条电池条带的相互搭接区域内，采用导电 胶连接前一电池条带的背面和下一相邻电池条带的正面并用压辊压 合，从而实现电池条带的串联。点胶点倖置与条带的搭接方式如图3 和图4所示，根据本发明，电池条带16仅在长度方向上传动，而在宽度和厚度 方向上的位置被条带压辊限制成相对固定不动。加热平板12用热油或 其它方式加热，以使下层覆膜和电池条带可以有效地胶合，这样也利 于进一步精确控制点胶点和电池条带的相对位置，从而减少电池条带 传动过程中的相对位置波动。在每个电池条带放料巻6的上方可设置 一个收料轴，用皮带带动该收料轴转动，以便于回收电池条带盘巻的 隔离村层材料。通过调整电池条带导辊15的位置可控制条带之间的重 叠尺寸，重叠宽度为0.5mm-2.5mm，优选为0.85mm。由于电池条带 导辊15在条带传动过程中是固定不动的，因此条带之间的重叠尺寸可 以精确地得以控制。在下层覆膜与电池条带的组件的出口侧，收巻机控制拒l设置在
支架14结构的外部。收巻机控制拒1内设有一对上下侧压辊4和5 和一个收巻轴2，上侧压辊和下侧压辊至少有一个具有加热功能。并 且，收巻机控制拒1上设有上层覆膜送料巻3。上层覆膜送料巻3送 出的上层覆膜经导辊导引绕在上侧压辊4上，并进给到从上游输送来 的条带和下层覆膜的组件上。根据本发明，上层覆膜也可以是单层薄 膜或多层薄膜的形式。收巻轴由伺服电机带动，预置传动线速度例如 3cm/s。开启上下侧压辊的气动压力，将上下侧压辊压紧。然后上下覆 膜和条带的组件一起通过上下压辊的压合部，从而被紧密结合。在此 过程中，上下侧压辊可进行冷压或热压。在热压的情况下，可将上和/ 或下侧压辊加热到例如120t:，并保持120'C不变。上层覆膜、条带和 下层覆膜结合后由收巻轴2巻取。这样，太阳能电池组件被封装，提 高电池组件的环境保护质量。
另外，根据本发明，上下侧覆膜送料巻均可以是一个或多个，以 提供多层上下侧薄膜的送料。条带在传动过程中可采用速度传感器9 检测和反馈控制，实现电池组件生产的稳定性。该设备的控制系统釆 用PLC控制系统、图像釆集分析系统、触摸屏人机界面系统，具有控 制方便，自动化程度高的优点。
用上述实施例中方法和设备制得的薄膜太阳能电池组件最终产品 的宽度为10cm，开路电压为5.5V，具有长度不受限制的特点，例如 长度可为1000米甚至更长。最终产品的宽度可根据拼接电池条带的数 量而定，例如，在只有一个电池条带的电池组件的情况下，最终产品 的宽度为lcm;在拼接30个电池条带的电池組件的情况下，最终产品 的宽度为30cm。可根据用户的要求任意截取一定的长度达到对电池组 件电流的要求。如果需要更高的使用电压，可以采用金属导线对电池 组件进行逐级串联。
此外，如果需要的话，可以用一巻引出导线条带放料巻来代替第 一个电池条带放料巻或最后一个条带放料巻。在引出导线条带巻代替 第一个电池条带放料巻的情况下，首先是经第一压辊将引出导线条带巻压合到下层覆膜上；并且，随后的各电池条带放料巻输出的电池条 带以正面朝下的方式输出；并且，电池组件的两个电极引线分别与引出导线条带和最后一个电池条带相连。在引出导线条带巻代替最后一 个电池条带放料巻的情况下，如前所述，各电池条带放料巻输出的电 池条带是以正面朝上的方式输出；这种情况下，电池组件的两个电极 引线分别与第一个电池条带和引出导线条带相连。在使用引出导线条 带的情况下，电池条带放料巻为至少一个。按照本发明的薄膜太阳能电池组件组装拼接方法和装备，可以连 续、高效、方便的制备薄膜太阳能电池组件。通过条带的边缘搭接方 法实现电池条带之间的串联，可实现连续电池组件的生产，电池组件 的电压可以根据要求灵活设计，并由同一台设备完成，实现太阳能电 池组件的宽度和长度任意可调。按照本发明的设备和方法，避免了预 埋电极方式带来的诸多缺点，并且生产成本低廉。
权利要求
1. 一种拼接组装薄膜太阳能电池组件的方法，包括将下层覆膜引导并连续地输出到输送表面上，该输送表面是被加热的；将多个电池条带引导并相继地输出到下层覆膜上，每个电池条带具有正面以及与该正面相反的背面，首先将第一个电池条带与下层覆膜压合并且随后使得每两个相邻的电池条带之间平行搭接；在搭接区域连续地点导电胶；在相邻电池条带搭接后再对条带施压，以使条带之间以及条带与下层覆膜压合；将条带和下层覆膜的组件收卷。
2、 如权利要求l所述的方法，其中，条带和下层覆膜在输送过程 中仅在输送方向上运动。
3、 如权利要求l所述的方法，其中，导电胶的点胶点位置保持固定。
4、 如权利要求l所述的方法，其中，在输出第一个电池条带之前 可输出一条引出导线条带，或在输出最后一个电池条带之后输出一条 引出导线条带。
5、 如权利要求l-4任意一项所述的方法，其中，将条带和下层覆 膜的组件收巻之前用上层覆膜封装该组件。
6、 如权利要求5所述的方法，其中，上层覆膜和下层覆膜均可为 单层膜或多层复合膜的形式。
7、 一种拼接组装薄膜太阳能电池组件的设备，包括 输送表面，该输送表面是可加热的；下层覆膜送料巻，其经下层覆膜导辊而连续地将下层覆膜输出到 加热的输送表面上；多个电池条带放料巻，它们被固定在固定面板上并且沿输送方向 等间距地设于输送表面上方，经固定在固定面板上的电池条带导辊将电池条带输出到下层覆膜上，其中每个电池条带具有正面以及与该正面相反的背面；多个点胶机，每个点胶机都固定在固定面板上，位于电池条带导 辊之后，并位于除了沿输送方向上最下游的放料巻之外的相应放料巻 下方，用于向条带上连续地点导电胶；多个压紧机构，每个压紧机构固定在固定面板上并且位于每个放 料巻下方，除了沿输送方向上最下游的放料巻下的压紧机构之外的其 它压紧机构均位于相应的点胶机与电池条带导辊之间；收巻机构，其位于输送方向的下游出口侧，用于收取条带和下层 覆膜的组件；其特征在于，电池条带放料巻从固定面板上伸出的距离两两不同， 每两个相邻电池条带放料巻伸出的距离之差均相等并小于一个电池条 带的宽度，以使输出到下层覆膜上的电池条带之间彼此平行搭接；同 时，每个点胶机从固定面板上伸出一定距离，以向电池条带搭接区域 点导电胶。
8、 如权利要求7所述的设备，其中， 一个引出导线条带放料巻设 置在所述多个电池条带放料巻之前或之后。
9、 如权利要求7所述的设备，其中，收巻机构中设有上层覆膜 送料巻，其将上层覆膜经上层覆膜导辊输出到条带和下层覆膜的組件 上；和组件压紧机构，以将上层覆膜与组件封装。
10、 如权利要求7所述的设备，其中，所述多个电池条带放料巻 设在同一水平高度上或是在高度方向上交错。
11、 如权利要求7所述的设备，其中，所述电池条带导辊是可调 节的，以便调节搭接区域的重叠尺寸。
12、 如权利要求9所述的设备，其中，上层覆膜和下层覆膜均可 为单层膜或多层复合膜的形式。
13、 一种采用如权利要求7所述设备拼接的薄膜太阳能电池组件， 其中，该产品宽l-30cm，长度连续。
全文摘要
本发明提供了一种拼接组装薄膜太阳能电池组件的方法，包括将下层覆膜引导并连续地输出到被加热的输送表面上；将多个电池条带引导并相继地输出到下层覆膜上，每个电池条带具有导电的正面以及与该正面相反的背面，首先将第一个电池条带与下层覆膜压合并且随后使得每两个相邻的电池条带之间平行搭接；在搭接区域连续地点导电胶；在相邻电池条带搭接后再对条带施压，以使条带之间以及条带与下层覆膜压合；将条带和下层覆膜的组件收卷。本发明还提供了一种拼接组装薄膜太阳能电池组件的设备及由该设备拼接的薄膜太阳能电池组件。
文档编号H01L31/042GK101281938SQ200810110740
公开日2008年10月8日 申请日期2008年5月28日 优先权日2008年5月28日
发明者刘迎春, 卢志超, 周少雄, 博 张, 玲 方, 朱景森, 李德仁, 冰 王, 邓俊民, 阎有花 申请人:安泰科技股份有限公司