用于光电条的聚集模块和制造方法

专利名称：用于光电条的聚集模块和制造方法
技术领域：
本发明主要地涉及太阳能技术。具体而言，本发明提供一种用于制造太阳能转换 系统的方法和所得设备。更具体而言，本发明提供一种用于制造具有玻璃网状物的太阳光 聚集器模块的方法和结构，该玻璃网状物整体地包括与多个光电条耦合的多个聚集元件。 聊举一例，本发明已经应用于惯称为模块的太阳能电池板，但是将认识到本发明具有广泛 得多的适用性。
背景技术：
随着世界人口增加，工业扩张已经导致同样大量的能量消耗。能量常常来自包括 煤和石油的矿物燃料、水电站、核来源等等。聊举一例，国际能源署计划进一步增加石油消 耗，其中发展中国家如中国和印度占该增加的大部分。我们日常生活的几乎每个要素都部 分地依赖于日益稀缺的石油。随着时光进一步流逝，"廉价"而充裕的石油时代将会终结。 因而，已经开发其它和替代能源。 伴随石油，我们也已经依赖于诸如水电、核能等其它颇为有用的能源以提供我们 的电力需要。作为例子，我们对家用和商用的多数传统电力需求来自依靠煤或者其它形式 的矿物燃料运行的涡轮机、核电发电站和水电站以及其它形式的可再生能量。电力的家用 和商用常常已经稳定而普遍。 最重要的是，地球上的即使不是全部也有大量的有用能量来自太阳。 一般而言，地 球上的所有常见植物生命使用来自太阳光的光合作用过程来实现生存。矿物燃料如石油也 是从源于与太阳关联的能量的生物材料发展而来的。对于包括"太阳崇拜者"的人类，太阳 光已经不可或缺。对于行星地球上的生命，太阳已经是我们用于现代日常太阳能的最重要 能源和燃料。 太阳能拥有颇为理想的许多特性。太阳能可再生、清洁、充裕并且常常无处不在。 开发的某些技术常常捕获太阳能、将它聚集、将它存储并且将它转换成其它有用形式的能
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已经开发太阳能电池板以将太阳光转换成能量。聊举一例，太阳热电池板常常将 来自太阳的电磁辐射转换成用于家用加热、运行某些工业过程或者驱动优质涡轮机以发电 的热能。作为另一例子，太阳光电电池板将太阳光直接转换成用于多种应用的电力。太阳 能电池板一般由相互连接的太阳能电池阵列组成。常常按照串联和/或并联电池组串联布 置电池。因而，太阳能电池板具有让国家、安全性和人类用户受益的巨大潜力。它们甚至可 以使我们的能量需求多样化，并且减少全球对石油和其它潜在有害能源的依赖。
虽然太阳能电池板已经成功用于某些应用，但是仍有某些限制。太阳能电池常常 成本高昂。视地区而定，常常有来自政府实体对购置太阳能电池板的财政补贴，这常常无法 与从公用电力公司直接购电相提并论。此外，电池板常常由硅承载晶片材料组成。这样的 晶片材料常常成本高昂并且难以大规模高效制造。太阳能电池板的可用性也有些稀缺。也 就是说，常常难以从光电硅承载材料的有限来源发现和购置太阳能电池板。这些和其它限 制在本说明书全文中有描述，并且可以更具体地在下文中有描述。
根据上文可见，亟需用于改进太阳能设备的技术。

发明内容
本发明主要地涉及太阳能技术。具体而言，本发明提供一种用于制造太阳能转换 系统的方法和所得设备。更具体而言，本发明提供一种用于制造具有玻璃网状物的太阳光 聚集器模块的方法和结构，该玻璃网状物整体地包括与多个光电条耦合的多个聚集元件。 聊举一例，本发明已经应用于惯称为模块的太阳能电池板，但是将认识到本发明具有广泛 得多的适用性。 在特定实施例中，本发明提供一种用于制造太阳能转换模块的聚集器。该聚集器 包括具有如下形状的网状物，该形状以第一尺度、第二尺度以及由第一尺度和第二尺度限 定的平面区为特征。网状物具有前区、后区和在前区与后区之间提供的第一厚度。此外，聚 集器包括来自网状物的第一厚度的负荷承受特性。负荷是在两个循环中在前区上均匀施加 1小时的至少2400Pa。聚集器还包括网状物的抗冰雹冲击特性。冰雹冲击是以每秒至少23 米的速度引向前区的至少11个位置的直径至少为25mm的冰球。另外，聚集器包括沿着第一 尺度平行地相互接连与后区整体形成的多个伸长聚集元件。各伸长聚集元件包括长度、孔 区、出口区、在孔区的第一部分与出口区的第一部分之间提供的第一侧区、在孔区的第二部 分与出口区的第二部分之间提供的第二侧区以及在孔区与出口区之间提供的第二厚度。聚 集元件的长度与第二尺度基本上相同。聚集器还包括由用于多个伸长聚集元件中的各伸长 聚集元件的孔区与出口区的标度比提供的几何光学聚集特性。标度比以从约1. 8到约4. 5 的范围为特征。另外，聚集器包括网状物的第一厚度与多个聚集元件中的各聚集元件的第 二厚度组合的透光特性，该透光特性具有在可见光范围内至少为90%和更大的透射率。当 然，可以有其它变化、修改和替代。例如，网状物可以是玻璃或者塑料。
在替代的特定实施例中，本发明提供一种用于制造太阳能转换系统的太阳光聚集 器模块。该太阳能聚集器模块包括具有如下形状的网状物，该形状以第一尺度、第二尺度、 由第一尺度和第二尺度限定的平面区为特征。网状物具有前区、后区和在前区与后区之间 测量的约3mm到约9mm的第一厚度。此外，该模块包括由网状物的第一厚度提供的负荷承受特性。负荷是在两个循环中在前区上均匀施加l小时的至少2400Pa。该模块还包括具有第一厚度的网状物的抗冰雹冲击特性。冰雹冲击可以是以每秒至少23米的速度引向前区的至少11个位置的直径至少为25mm的冰球。另外，该模块包括与排除网状物外围区的后区整体形成的多个聚集器元件。各聚集器元件沿着第一尺度被相互接连平行设置并且以长度、孔区、出口区、在孔区的第一部分与出口区的第一部分之间提供的第一侧区、在孔区的第二部分与出口区的第二部分之间提供的第二侧区以及在孔区与出口区之间提供的约1.8mm的第二厚度为特征。聚集元件的长度与第二尺度基本上相同。该模块也包括由用于多个聚集器元件中的各聚集器元件的孔区与出口区的标度比提供的几何聚集特性。标度比的范围从约1. 8到约4. 5。该模块还包括网状物的第一厚度与多个聚集元件中的各聚集元件的第二厚度组合的透光特性，该透光特性具有在可见光范围内至少为90%和更大的透射率。该模块还包括多个光电条。多个光电条中的各光电条耦合到多个聚集器元件的各出口区的至少一部分。各光电条具有与出口区基本上相似的宽度。 一个或者多个光电条具有与聚集器元件的长度基本上相似的累计长度。另外，该模块包括沿着多个光电条中的各光电条的两边设置的多个导电引线。多个传导引线中的各传导引线相互传导耦合并且传导耦合到模块外部的电端口。该模块还包括配置成在外围区与网状物机械耦合的硬性后盖或柔性背部片。 在又一替代实施例中，本发明包括一种为制造太阳能转换模块制作玻璃聚集器的方法。该方法包括形成熔化玻璃。该方法然后包括将预定数量的熔化玻璃馈送到浮动浴器中以按照由第一尺度和第二尺度限定的矩形形状形成浮动带状玻璃；并且加工浮动带状玻璃以在顶表面和背表面之间具有均匀第一厚度。此外，该方法包括在第一时间段内在预定第一温度下用成形模制辊跨越顶表面至少部分地滚压至浮动带状玻璃的第一厚度，以形成具有第二厚度的多个成形聚集元件。该方法还包括通过在第二时间段内将温度从第一温度逐渐减少至第二温度来将带状玻璃退火。该方法还包括在第二温度下将带状玻璃提升到多个圆形辊上，并且在多个圆形辊上传送期间，在继续将带状玻璃冷却至第三温度之时滚压背表面。该方法也包括火焰抛光顶表面上的多个成形聚集元件。 在又一替代实施例中，本发明也提供一种为制造太阳能转换模块制作玻璃聚集器的方法。该方法包括形成以在顶表面与底表面之间的第一厚度为特征的带状玻璃。该方法还包括在第一时间段内在第一温度下用成形模制辊跨越顶表面至少部分地滚压至带状玻璃的第一厚度，以形成具有第二厚度的多个成形结构。此外，该方法包括至少部分地抛光顶表面上的多个成形结构。在一个实施例中，第一厚度包括承受在两个循环中均匀施加1个小时的至少为2400Pa的负荷这一特性。在另一实施例中，多个成形结构包括相互接连平行的多个聚集元件。多个聚集元件中的各聚集元件包括两个反射侧表面和约为2. O和更大的孔区与出口区的标度比。在又一实施例中，以等于30nm或者更少的均方根粗糙度抛光两个反射侧表面。 另外，本发明提供一种组装太阳能聚集器模块的方法。该方法包括制备包括网状物的玻璃聚集器。网状物具有平坦的前平面和排除外围区的由多个伸长聚集元件完全占据的后平面。多个伸长聚集元件中的各聚集元件具有光收集出口区。此外，该方法包括在各光收集出口区上方提供光学耦合材料。该方法还包括提供多个光电条。多个光电条中的各光电条具有两个短边和两个长边。两个短边具有可与光收集出口区比较的尺度。两个长边
6包括互连的多个电引线。另外，该方法包括至少使用光学耦合材料将多个光电条个别地和共同地结合到每一个光收集出口区。该方法还包括提供后盖部件，该后盖部件包括与多个电引线电耦合的电路板。后盖部件具有与网状物基本上匹配的形状和整体竖立边缘壁。另外，该方法包括在网状物的外围区用玻璃聚集器夹紧边缘壁。取而代之，可以使用柔性背部片取代硬性后盖。 本发明实现较常规技术而言的许多益处。例如，本技术提供一种依赖于常规技术(比如光电条中的硅材料)的易于使用的过程，尽管也可以使用其它材料。此外，该方法提供一种与常规加工技术兼容而对常规设备和过程无大量修改的过程。优选地，本发明提供一种成本更低并且易于操纵的改进型太阳能模块。这样的太阳能模块使用单件玻璃网状物，该网状物整体包括通过在外围区周围耦合硬性后盖部件来包装的用于与多个光电条耦合的多个聚集元件。在优选实施例中，本发明提供具有来自玻璃网状物厚度的特性的玻璃聚集器，以承受在两个循环中在网状物表面上均匀施加1小时的至少为2400Pa的负荷。也在优选实施例中，本发明提供如下玻璃聚集器，该玻璃聚集器具有孔与出口的标度比范围从约1. 8到约4. 5的几何聚集特性和RMS粗糙度少于30nm的抛光侧区。使用根据本发明的聚集器有助于太阳能转换模块具有比常规太阳能电池板更少的每单位表面积的光电材料(例如80%或者更少、50%或者更少)。在另一优选实施例中，本发明提供一种总转换效率提高的用多个聚集元件封装的太阳光聚集器模块，这些聚集元件与玻璃网状物整体形成并且与多个光电条耦合。在又一优选实施例中，本发明提供一种减少组件内的非太阳能转换区域以将包装因子增强至90%或者更大的传导引线设计。在一个实施例中，本发明提供一种以玻璃网状物为顶盖的太阳能聚集器模块，该顶盖在外围区周围由硬性后盖或者柔性背部片密封。在另一实施例中，本发明提供一种以玻璃网状物为顶盖的太阳能聚集器模块，该顶盖由硬性后盖或者柔性背部片封装，该顶盖未被密封以便允许从光电区呼出截留的水蒸汽。根据实施例，可以实现这些益处中的一个或者多个益处。将在本说明书全文中并且更具体地在下文中更详细地描述这些和其它益处。 参照以下详细描述和附图可以更完全地理解本发明的各种附加目的、特征和优点。


图1是图示了根据本发明实施例的用于太阳能聚集器模块的玻璃聚集器的透视图的简化图； 图2是根据本发明实施例的具有多个伸长聚集元件的玻璃聚集器的详细 图3是图示了根据本发明实施例的制作玻璃聚集器的方法的简化 图4是图示了根据本发明实施例的聚集元件的简化图，该聚集元件具有宽度减少的出口区和受火焰抛光处理的两个侧区； 图5是图示了根据本发明实施例的组装太阳能聚集器模块的方法的简化 图6是图示了根据本发明实施例的太阳能聚集器模块组件的展开图的简化图；并且 图7是图示了根据本发明的替代实施例的太阳能聚集器模块组件的展开图的简化图。
具体实施例方式
本发明主要地涉及太阳能技术。具体而言，本发明提供一种用于制造太阳能转换系统的方法和所得设备。更具体而言，本发明提供一种用于制造具有玻璃网状物的太阳光聚集器模块的方法和结构，该玻璃网状物整体地包括与多个光电条耦合的多个聚集元件。聊举一例，本发明已经应用于惯称为模块的太阳能电池板，但是将认识到本发明具有广泛得多的适用性。 图1是图示了根据本发明实施例的用于太阳能聚集器模块的玻璃聚集器的简化图。此图仅为例子，该例子不应当不适当地限制这里的权利要求的保护范围。本领域普通技术人员将认识到其它变化、修改和替代。如图所示为玻璃聚集器的透视图，该玻璃聚集器是包括网状物和多个聚集元件的光聚集器。聚集器100具有如下网状物，该网状物具有顶部区101 (未直接可见)、背部区103、在顶部区与背部区之间限定的第一厚度105、第一尺度107和第二尺度109。此外，多个伸长聚集元件200与网状物的背部区103整体形成为单个玻璃件的部分。在一个实施例中，多个伸长聚集元件中的各聚集元件具有长度110，并且相互接连平行设置成从网状物的一侧延伸到网状物的另一侧。在特定实施例中，伸长聚集元件以第一尺度平行于网状物一侧。在另一特定实施例中，伸长聚集元件以第二尺度平行于网状物一侧。在又一实施例中，多个聚集元件200占据背部区103的排除外围区115的整个面积。当然，可以有其它变化、修改和替代。将在下文说明书中描述伸长聚集元件的详细结构。 在优选实施例中，网状物和多个聚集元件由单个玻璃件制成。例如，这一玻璃件包括沙、石灰石、氧化铈、氧化铁和芒硝的混合分批材料。在一个实施例中，玻璃包括浓度约为痕量和更少的铁含量。在另一实施例中，玻璃具有浓度约为痕量和更少或者不存在的氧化铈。在另一优选实施例中，玻璃是加工成满足通用建造规范所施行的安全标准的淬火玻璃。当然，可以有其它变化、修改和替代。 根据本发明的另一实施例，如图1中所示的聚集器直接用于制造太阳能聚集器模块。具体而言，聚集器具有易于制造和使用的矩形形状。矩形形状以第一尺度107和第二尺度109为特征。在一个实施例中，选择第一尺度107约为1米或者更大，并且对应地选择第二尺度约为1.6米或者更大。在另一实施例中，对于上述选择的这样的尺寸，出于夹紧或者其它包装目的而选择尺度约为lOmm的外围区115。当然，对于为聚集器选择的尺度可以有其它变化、修改和替代。 作为本发明的优选实施例，将直接使用聚集器100作为用于太阳能转换模块的光接收顶盖部件。为了满足与模块的机械强度有关的工业合格标准，根据本发明的实施例选择在顶部区与背部区之间的第一厚度105至少为3.2mm。例如，第一厚度可以是5mm。在另一例子中，第一厚度可以是6mm。在又一实施例中，第一厚度可以约为7.2mm或者更大。这样对第一厚度105的选择向太阳能模块的聚集器提供重要的承受负荷特性和抗冰雹冲击特性，尽管包括组成分布、应力分布、包装方法等的其它因素也对这些物理特性起作用。例如在一个实施例中，玻璃可以由聚合物制成的分层玻璃取代，该分层玻璃与常规太阳能玻璃相比可以在厚度相同或者更小时提供更好的抗冲击性。 根据工业合格标准，太阳能模块应当能够承受在两个循环中向模块的表面均匀施
8加一小时的2400Pa负荷。此外，太阳能模块应当能够抵抗以按照每秒至少23米的速度引 向约1米X 1. 6米或者更大的整个表面区上的11个(随机)位置的直径为25mm的冰球为 代表的冰雹冲击。根据某些实施例，这些物理尺度的选择组合和玻璃聚集器的组成满足包 括提及的负荷测试或者冰雹冲击测试的所有工业合格标准。例如，用于太阳能模块的工业 合格标准包括IEC 61215、 IEC 61730和UL 1703。当然，对于包括第一尺度、第二尺度、第 一厚度和外围区尺度的这些尺度数字可以有其它变化、修改和替代。 此外，作为光接收顶盖的部分，图1中指代的聚集器必须拥有高透射和低反射特
性。在一个实施例中，聚集器由具有如下透明特性的玻璃制成，该透明特性具有对于可见光 范围而言为90%和更大的透射率。通过控制玻璃的组成以将太阳光吸收减少至最小来实现
这一高透射率。例如，玻璃的铁含量需要为痕量和更少。在另一例子中，氧化铈的浓度约为 痕量或者更少或者不存在。在另一实施例中，在作为平坦表面的顶部区ioi上方会存在防 反射涂层(图1中未示出)。在又一实施例中，在涂敷防反射涂层之前，可以在顶部区101 上方涂敷红外线阻止涂层(图1中未示出)。这一红外线阻止涂层允许可见光透射而过， 但是阻止红外线谱，以便减少在太阳光转换过程期间对光电区的加热。当然，可以有其它变 化、修改和替代。 图2是根据本发明实施例的具有多个伸长聚集元件的玻璃聚集器的详细图。此图 仅为例子，该例子不应当不适当地限制这里的权利要求的范围。本领域普通技术人员将认 识到其它变化、修改和替代。如图所示为与网状物的背部区整体形成的伸长聚集元件的局 部横截面图。各聚集元件至少包括以下几何要素孔区201、出口区203、在孔区的第一边缘 部分211与出口区的第一边缘部分215之间提供的第一侧区207、在孔区的第二边缘部分 213与出口区的第二边缘部分217之间提供的第二侧区209以及在孔区201与出口区203 之间测量的第二厚度205。用于第一聚集元件200a的第二边缘部分与相邻第二聚集元件 200b的第一边缘部分重合以形成孔槽。例如，孔槽位于边缘部分213。在一个实施例中，由 于对于各孔槽(图2中未示出)有曲率半径，所以真实孔区201被减去在边缘部分211和 213的两个相邻孔槽的少量弯曲附近区。类似地，出口槽也具有少量曲率半径，从而真实光 出口区应当包括那些弯曲的出口槽。例如，出口区203应当包括在边缘部分215和217的 两个出口槽。孔区201不是网状物100的背部区103的界面而是整体部分。
为了有效地收集太阳光，优选聚集元件拥有几何光学聚集特性。在特定实施例中， 孔区201以光入口面积A2为特征，而出口区203以光出口面积A1为特征。在特定实施例 中，光入口面积A2仅包括将孔槽的少量弯曲面积排除的真实孔区。光出口面积A1应当包 括由弯曲出口槽贡献的附加面积。光聚集特性由范围在约1. 8到约4. 5的孔与出口面积比 A2/A1为代表。在一个实施例中，孔与出口的面积比等效于标度比，因为孔区201的一侧具 有出口区203的一侧的基本上相等的尺度。换而言之，出口区203具有与孔区201相比减 少的尺度，而聚集元件的两个侧区207和209向内倾斜(相对于竖直方向)。入射角范围 相对宽的经过孔区201到来的太阳光将在两个侧区完全反射，因为那些入射角(在法向入 射角周围)可能仍然大于侧区界面的全反射角。在特定实施例中，选择第二厚度205约为 1.8mm，而出口区宽度约为2mm，并且孔区宽度约为4. 12mm。在一个实施例中，两个侧区中的 各侧区可以是平坦型界面，从而聚集元件的横截面为梯形形状。在另一实施例中，两个侧区 中的各侧区可以是曲率值在侧区空间内可变的弯曲型界面。在又一实施例中，两个侧区的
9曲率变化可以对称。在又一实施例中，两个侧区的曲率变化可以不对称。当然，可以有其它 变化、修改和替代。 在另一特定实施例中，这一光聚集特性也以两个侧区的内面的高反射率为代表。 首先，通过在两个侧区抛光玻璃、从而将侧区的粗糙度减少至30nm RMS和更少的值来实现 高反射率。其次，可以涂覆某种薄膜涂层以增强反射率。当然，可以有其它变化、修改和替 代。 在又一特定实施例中，还通过对出口区的某些粗糙化处理以将在出口区的内反射 减少至最小值来实施这一光聚集特性。这一处理可以允许到达出口区的多数太阳光束能 够透射而过，并且由可以在太阳能聚集器模块中附着于出口区下面的光电条接收。在一个 实施例中，光电条可以使用光学粘合剂附着到出口区。例如，光学粘合剂可以是脂肪族聚氨 酯。在另一实施例中，可以选择这一光学粘合剂具有与玻璃聚集元件适当匹配的光学折射 率，从而在出口区界面的反射损耗将被最小化。玻璃聚集器的折射率至少为1.4或者更大。 例如，光学粘合剂可以是使用脂肪族聚氨酯的由两部分组成的混合物。
在又一特定实施例中，光聚集特性也可以由其它几何细节代表，比如在孔槽211 和213以及出口槽215和217的附近区的微曲率。用于孔槽的更小曲率半径有助于增加有 效光入口面积。用于出口区的更小曲率半径有助于减少从光电条引开的收集光的可能损 耗。本发明的某些实施例包括一种制作槽曲率半径对于多个聚集元件中的各聚集元件而言 最小化的玻璃聚集器的方法。例如，用于聚集元件的槽的曲率半径为约O. lmm或者更少。减 少的槽曲率半径提高光聚集效率。当然，可以有其它变化、修改和替代。聚集元件的所有这 些物理、机械和光学性质对用于制造根据本发明的某些实施例的高效而成本有效的太阳能 转换模块的光聚集功能的性能共同地起作用。 在本说明书全文中并且更具体地在下文中提供根据本发明实施例的各种方法关 于制作玻璃聚集器和组装太阳能聚集器模块的更多细节。 根据特定实施例，一种用于为制造太阳能转换模块而制作玻璃聚集器的方法可以 概括如下 1.在浮动浴器中形成具有矩形形状并且在前表面与后表面之间有第一厚度的带 状玻璃； 2.用成形模制辊跨越前表面部分地滚压至第一厚度以形成多个成形结构； 3.将带状玻璃退火； 4.在传送带状玻璃之时滚压后表面； 5.至少部分地抛光多个成形结构中的各成形结构。 这些过程序列提供了一种实现根据本发明实施例的方法的方式。如示出的那样， 本发明的实施例提供了一种将玻璃网状物与多个伸长聚集元件整体制作的简单方式，这些 聚集元件拥有必需的光聚集功能而同时承载满足所有工业合格标准的高效太阳能转换模 块所需要的其它特性。可以基于建立的常规浮动玻璃制造技术来实施该方法。火焰抛光处 理也提供一种用于为聚集元件的某些部分实现所需少量粗糙度的低成本高质量过程。当 然，可以有变化、修改和替代。可以按不同顺序进行一些过程。可以去除或者添加一些过程。 例如当使用塑料材料以取代玻璃时，可以修改一些过程以使用直接模制以形成伸长聚集元 件。也可以利用替代抛光过程以实现所需的粗糙度和最小化的槽半径。可以在本说明书全文中并且更具体地在下文中发现本发明的这些和其它细节。 图3是根据本发明实施例的制作玻璃聚集器的方法300的简化图。此图仅为例子， 该例子不应当不适当地限制这里的权利要求的保护范围。本领域普通技术人员将认识到其 它变化、修改和替代。如示出的那样，方法300包括在浮动浴器中形成具有矩形形状并且在 顶表面与背表面之间有第一厚度的带状玻璃(过程311)。在一个实施例中，在熔炉中收集、 然后熔化和混合包括沙、石灰石、氧化铈、氧化铁和芒硝的成组分批材料。在另一实施例中， 熔化玻璃由聚合物制成。所得产物是某些材料的组成受控制的熔化玻璃，该玻璃承载所需 物理特性，包括光子吸收、机械强度、应力分布或者折射率值等。当然，可以有其它变化、修 改和替代。 根据实施例，方法300可以包括将预定量的熔化玻璃或者半流体聚合物馈送到浮 动浴器中。浮动浴器通常由在其底侧和周围侧有所需矩形尺度和深度的抛光表面的锡制 成。例如，矩形尺度与在本说明书中更早提及的网状物的第一尺度或者第二尺度基本上相 同。在特定实施例中，浮动浴器设置有由氮和氢的混和物构成的保护气氛以防止锡的氧化。 随着在浮动预期中被馈送，熔化玻璃由于重力和表面张力而在空间上扩展至整个浴器。
根据实施例，方法300可以包括加工带状玻璃以在顶表面与背表面之间具有对于 整个带状玻璃而言均匀的第一厚度。例如，该加工涉及到控制浮动玻璃的温度，从而它可以 由于重力和恰当表面张力而扩展至整个浴器。在另一例子中，该加工包括滚压顶表面以加 速浮动玻璃的扩展或者伸展。根据某些实施例，第一厚度对于将用于制造太阳能聚集模块 的所得玻璃网状物而言是拥有充分负荷承受特性和抗冰雹冲击特性所必需的。例如，第一 厚度至少为5mm。在另一例子中，第一厚度约为8mm到9mm。加工带状玻璃也包括将带状玻 璃退火并且将它冷却至用于模制过程的希望温度。 此外，方法300包括用成形模制辊跨越前表面部分地滚压至第一厚度以形成具有 第二厚度的多个成形结构(过程321)。模制辊至少比矩形形状的带状玻璃的一个尺度更 长。可以在形成第一厚度均匀的带状玻璃之后进行滚压过程，并且将对象带状玻璃的温度 冷却至预定第一温度。根据实施例，该方法可以包括降低具有伸长本体和预定横截面形状 的成形模制辊、将辊与矩形成形带状玻璃的一侧平行对准、跨越顶表面将辊部分地滚压至 带状玻璃的第一厚度、然后在第一时间段内从顶表面重新提升。在特定实施例中，控制模制 辊的降低和提升以在滚压过程期间为多个成形结构生成第二厚度。在另一特定实施例中， 滚压过程包括使用位于辊之后的冷却系统的冷却流程。冷却系统为顶表面上的刚形成的结 构提供局部化冷却。例如，冷却系统可以局部地喷洒冷水或者低温无反应气体的脉冲。局 部化冷却有助于部分地固定由滚压过程形成的成形形状。在优选实施例中，顶表面上的多 个成形结构是基本上彼此相同的一连串伸长元件。各伸长元件包括以两个侧表面和至少大 于2. 0的孔区与出口区的标度比为特征的光学聚集几何形状。多个成形聚集元件以第二厚 度相互接连形成于带状玻璃的顶表面上。在另一优选实施例中，滚压过程为各聚集元件形 成的第二厚度约为1.8mm。带状玻璃的其余部分属于网状物。 另外，方法300包括将带状玻璃退火(过程331)以逐渐冷却整个带状玻璃。恰在 形成聚集元件之后，施加局部化冷却以便部分地固定聚集元件的形状。在该流程期间，带状 玻璃的温度可以经由传导和对流从第一温度局部地冷却至第二温度。在滚压过程之后，可 以使用另一冷却系统将整个带状玻璃进一步退火。控制退火过程以在第二时间段内将带状玻璃从第二温度冷却至第三温度。根据实施例，退火过程有助于减少带状玻璃内的应力并 且提高所得玻璃网状物的负荷承受力和抗冲击性。 由于充分冷却带状玻璃，所以方法300可以包括从浮动浴器提出带状玻璃并且传 送到与背表面耦合的多个圆形辊。带状玻璃可以在过程341中沿着辊通道传送到抛光处理 台。然后，可以使用与具有预定混合比的氢气和氧气混合物一起燃烧的伸长燃烧器来执行 过程351。将具有火焰的伸长燃烧器引向容纳在滚压过程中形成的多个伸长聚集元件的顶 表面(321)。燃烧器的取向与多个形成的聚集元件中的各聚集元件基本上对准。具体而言， 燃烧器被配置成生成具有狭窄的接近一维形状的火焰，从而可以在更好的控制下处理聚集 元件的相对小的区域。例如，形成的聚集元件是具有两个侧表面207和209的伸长聚集元 件200。控制火焰抛光处理以仅在侧表面207和209上、但是不在出口区上施加。在一个实 施例中，在每次从一个侧表面到另一侧表面和从一个聚集元件到另一聚集元件引导燃烧器 时处理各侧表面。在另一实施例中，也可以使用火焰处理以调节出口槽215和217等的半 径或者减少孔槽211和213等的曲率半径。在又一实施例中，与计算机链接的控制器可以 控制火焰点燃/熄灭、火焰温度、火焰抛光时间、排队时间和其它过程参数，从而可以实现 两个侧区的希望粗糙度或者希望的出口半径。例如，对于两个侧区优选与30nm—样低和更 少的RMS。当然，可以有许多其它变化、修改和替代。 方法300也包括在对带状玻璃进行退火和传送之时滚压背表面(过程341)。在火 焰抛光过程之前和之后，多个辊可以在带状玻璃的背表面上滚压它。滚压适于在传送对象 玻璃之时使背表面变平，在这期间玻璃继续退火至室温。 虽然上述段落中提及的那些过程步骤已经具体地示出方法300，但是可以有许多 其它变化、修改和替代。可以去除或者按不同顺序进行一些过程。可以添加或者使用其它过 程取代一些上述过程。例如，将成形模制辊用于形成聚集元件的滚压过程可以由使用如下 成形铸模辊取代，该成形铸模辊以第二厚度引向具有第一厚度的带状玻璃中。取而代之，蚀 刻过程可以用于形成多个聚集元件。在另一例子中，火焰抛光过程可以由酸性抛光或者机 械抛光取代。在又一例子中，可以使用塑料材料以取代用于聚集器的玻璃。可以使用固定 模制取代辊，并且除了火焰抛光之外还可以使用其它抛光技术，比如气相抛光和机械抛光。 此外，可以进行一个或者多个沉积后过程以在带状玻璃传送到沉积室时在背表面(将成为 用于太阳能模块的前区)覆盖红外线阻止涂层。另外，可以在红外线阻止涂层上方沉积防 反射涂层。聚集元件的侧区也可以沉积有反射率增强涂层。 图4是图示了根据本发明实施例的聚集元件的简化图，该聚集元件具有宽度减少 的出口区和受火焰抛光处理的两个侧区。此图仅为例子，该例子不应当不适当地限制这里 的权利要求的范围。本领域普通技术人员将认识到其它变化、修改和替代。如示出的那样， 一个伸长聚集元件200具有侧区207和另一侧区209。长度与聚集元件200基本上相似的 伸长燃烧器401在基本上相同的取向上对准。燃烧器401被配置成具有多个气体喷嘴(图 4中未直接示出)。通过燃烧器保持器中的内置管道供应氢气/氧气混合物。在点燃时，多 个气体喷嘴能够生成接近一维的火焰403。在一个实施例中，预先确定气体混合比以沿着 火焰的轴向方向生成希望的传热分布。在预定可变距离将具有火焰403的燃烧器401引向 聚集元件200的附近区。火焰403接触侧区207以执行抛光处理。在另一实施例中，燃烧 器401被配置成在某一角度范围405中旋转，从而它可以在某一时间以恰当角度导引至一
12个侧区而在另一时间以恰当角度导引至下一侧区。在又一实施例中，燃烧器401在方向407 上横向传送以允许从一个聚集元件到另一聚集元件进行抛光处理。在某些实施例中，可以 同时实施与燃烧器401相似的多个燃烧器以加速对整个聚集器上的所有聚集元件的处理。 当然，根据实施例，可以有许多其它变化、修改和替代。 在替代实施例中，本发明提供一种如图5所示的用于组装太阳能聚集模块的方 法。优选地，可以使用根据本发明某些实施例制作的玻璃聚集器来实施该方法。根据本发 明实施例的方法500可以概括如下 1.过程510 :制备包括网状物的聚集器，该网状物具有多个伸长聚集元件，这些聚 集元件具有光收集出口区； 2.过程520 :在光收集出口区上方提供光学耦合材料；
3.过程530 :提供多个光电条； 4.过程540 :至少使用光学耦合材料将多个光电条结合到光收集出口区；
5.过程550 :提供后盖部件，其中后盖部件可以是硬性或者柔性；
6.过程560 :用网状物夹紧后盖部件；
7.过程570 :按照需要进行其它步骤。 这些过程序列提供一种实现根据本发明实施例的方法的方式。可见该方法提供一 种用于使用根据本发明另一实施例制作的聚集器来组装太阳能聚集器模块的技术。当然， 可以有变化、修改和替代。可以按不同顺序进行一些过程。可以去除或者添加一些过程。 例如，与用网状物夹紧柔性背部片不同地进行用玻璃聚集器的平面网状物夹紧硬性背部部 件。在用网状物夹紧后盖部件之后，可以进行密封过程。在另一例子中，将不密封包括光电 条与后盖部件之间空心空间的夹紧包装，代之以允许吸入/呼出空气或者其它蒸汽。可以 在本说明书全文中并且更具体地在下文中发现本方法和所得结果的更多细节。
现在参照图6，图示了根据本发明实施例的太阳能聚集器模块组件的展开图。此 图仅为例子，该例子不应当不适当地限制这里的权利要求的范围。本领域普通技术人员将 认识到其它变化、修改和替代。如图6中所示，太阳能聚集器模块包括各种元件。该模块具 有玻璃聚集器610，该玻璃聚集器是平面网状物，该网状物包括前区、后区、以第一尺度和第 二尺度为特征的形状以及在前区与后区之间提供的第一厚度。前区是平坦表面，该表面也 是用于接收太阳光的模块的顶表面。后区整体包括多个伸长聚集元件。各伸长聚集元件包 括光收集出口区。例如，玻璃聚集器610是具有由图3中指代的方法300制作的成形聚集 元件的平面网状物玻璃。在一个例子中，平面网状物具有平面区，该平面区包括第一尺度约 为1米或者更大而第二尺度约为1.6米或者更大的矩形成形面板。作为例子，为了组装太 阳能聚集器模块，过程510可以制备玻璃聚集器610。 在优选实施例中，多个伸长聚集元件以几何光学聚集功能为特征。在一个实施例 中，聚集功能以与各聚集元件对应的具有减少尺度的伸长出口区对比于光入口面积为代 表。各伸长聚集元件与一个或者两个相邻元件接合以形成孔槽。曲率半径最小化的孔槽有 助于使真实孔区尺寸、即光入口面积最大化。在另一实施例中，聚集功能以用于各伸长聚集 元件的两个反射率高的侧区为代表，这些侧区有助于损耗最小地将在孔区中到来的光引向 出口区。在另一优选实施例中，出口区与平面网状物的后区相距第二距离。多个伸长聚集 元件共同地占据除了围绕平面网状物的外围区之外的整个后区。
对于每一个伸长聚集元件在出口区的空间区域上方提供光学耦合材料620。光学 耦合材料将用于将聚集元件与太阳能转换单元结合。例如，光学耦合材料是脂肪族聚氨酯。 在优选实施例中，光学耦合材料具有与用于这一组件的玻璃聚集器适当匹配的约1. 4或者 更大的折射率。折射率的匹配将保证从在出口区与耦合材料之间的界面反射的收集光束的 最小损耗。此外，希望耦合材料具有适当杨氏模量和热膨胀系数，从而耦合材料可以耐受由 于玻璃元件和光电条元件的热膨胀所致的改变。例如，光学耦合材料是脂肪族聚氨酯、但是 可以是其它材料。作为例子，在过程520中提供光学耦合材料620。 再次参照图6，太阳能聚集器模块还包括多个光电条630。这些光电条形成于半导 体衬底上，并且切割成由具有条宽度的两个短边和具有条长度的两个长边限定的条形状。 在一个实施例中，条宽度约为2mm，这与出口区的优选宽度基本上相同。条长度约为6英寸。 各光电条包括多个P型区和多个n型区。各p型区耦合到至少一个n型区以形成能够将光 能转换成电力的p-n结。例如，光电条由从单晶硅、多晶硅、非晶硅、铜铟联硒化物(CIS)、铜 铟镓硒化物(CIGS)、碲化镉(CdTe)、薄膜材料或者纳米结构化材料中选择的至少一种材料 制成。当然，可以有其它变化、修改和替代。作为例子，在过程530中提供多个光电条。
作为例子，太阳能聚集模块包括在伸长聚集元件的出口区上方以平行方式在空间 上设置的多个光电条。各光电条通过光学耦合材料620可操作地与一个出口区的至少一部 分结合。在一个实施例中，聚集元件的出口区的长度约为l米或者更大。要求多个光电条 相互接连与出口区附着并且共同地覆盖出口区的所有空间区域。类似地，多个光电条与多 个聚集元件中的每一个聚集元件附着。当然，可以有其它变化、修改和替代。作为例子，多 个光电条在过程540中与对应聚集元件结合。 在优选实施例中，各光电条包括位于两个长边上的多个电引线。多个电引线中的 各引线通过薄导线相互耦合。此外，包括但不限于汇流条的传导装置用于耦合相邻光电条。 这些电引线和传导装置被配置成链接到用于提供电力的电路，该电力由多个光电条中的 p-n结单元从太阳光生成。当然，可以有其它变化、修改和替代。 进一步参照图6，太阳能聚集器模块还包括硬性后盖部件640。后盖部件包括平面 区，该平面区包括电路板和外围竖立边缘壁。电路板被配置用于与多个光电条中的各光电 条上的多个电引线耦合，并且为模块电力输出提供功率管理。后盖部件的边缘壁被配置成 在外围区易于由聚集器的网状物夹紧。边缘壁具有恰当选择的如下高度，该高度基本上适 合于包围模块的全部其余部分，这些其余部分包括玻璃聚集器、光电条、电路板和其间所有 耦合材料。在一个实施例中，后盖部件640以阳极氧化铝承载材料为特征。在另一实施例 中，后盖部件640由塑料材料制成。在又一实施例中，后盖部件具有配置成提供充分散热的 表面特征。例如，多个鳍可以形成于后盖部件的外表面上。当然，关于用于后盖部件的材料 选择和机械设计可以有其它变化、修改和替代。例如，在过程550中提供后盖部件640。
在优选实施例中，后盖部件640由聚集器610的玻璃网状物夹紧。聚集器610的玻 璃网状物具有保留为无聚集元件并且有意地设计用于模块包装目的的约lOmm的外围区。 在一个实施例中，可以使用夹子或者螺丝等基于机械的机制来完成夹紧。在另一实施例中， 通过将后盖部件和玻璃的封装框架熔接在一起来进行夹紧。特别地设计后盖部件的边缘壁 以与玻璃网状物的外围区匹配。在另一实施例中，通过胶水-结合机制来完成在后盖部件 与模块其余部分之间的夹紧。根据实施例，来自任何夹紧机制的所得太阳能模块对与负荷
14承受力、抗冲击性和环境应力或者老化耐受能力有关的许多特性起作用。当然，可以有其它 变化、修改和替代。作为例子，在过程560进行将后盖部件640夹紧到网状物。当然，可以 有其它变化、修改和替代。 在替代实施例中，后盖部件的竖立周围壁具有比为了包围太阳能聚集器的所有其 余部件而需要的高度更多的高度，从而在光电条与后盖部件之间有一些空间区。在一个实 施例中，在夹紧过程之后，可以进行密封过程，以在夹紧接头周围添加真空密闭封装材料。 基于针对太阳能模块施加的模块合格测试要求来选择密封材料。合格测试包括湿热测试、 湿度冷冻测试、热循环测试、UV或者热点测试或者其它老化测试。真空密封包装可以具有的 优点在于更好地进行以减少与落在光电条上的湿气有关的某些类型的损坏。在另一实施例 中，为夹紧的包装有意地留下一些微通道以允许呼吸，即在白昼期间，在光电条与后盖部件 之间的受热空间区可以将模块内部的吸收湿气排出。当然，可以有其它变化、修改和替代。
在替代实施例中，参照图7，太阳能聚集器模块包括较早提及的所有部件，不同之 处在于硬性后盖部件可以由柔性背部片640'取代。图7仅举例图示这样包括柔性背部片的 聚集器模块。柔性背部片被配置成在将多个光电条附着到聚集器元件之后适配表面褶皱。 此外，柔性背部片根据本发明的某些实施例仍然能够为太阳能聚集器模块提供必需的机械 支撑和环境保护。在一个实施例中，也在过程550中提供而在过程560中用玻璃聚集器610 夹紧柔性背部片640'。 还应理解这里描述的例子和实施例仅用于示例目的，并且本领域技术人员将想到 以此为依据的各种修改或者改变，并且将在本申请的精神实质和范畴以及所附权利要求的 范围内包括这些修改或者改变。
权利要求
一种用于制造太阳能转换模块的聚集器，所述玻璃聚集器包括网状物，其具有以第一尺度、第二尺度、由所述第一尺度和所述第二尺度限定的平面区为特征的形状，所述网状物具有前区、后区和在所述前区与所述后区之间提供的第一厚度；负荷承受特性，其来自所述网状物的所述第一厚度；所述网状物的抗冰雹冲击特性；多个伸长聚集元件，其沿着所述第一尺度平行地相互接连与所述后区整体形成，各所述伸长聚集元件具有基本上等于所述第二尺度的长度、孔区、出口区、在所述孔区的第一边缘部分与所述出口区的第一边缘部分之间提供的第一侧区、在所述孔区的第二边缘部分与所述出口区的第二边缘部件之间提供的第二侧区以及在所述孔区与所述出口区之间提供的第二厚度；几何聚集特性，其由用于所述多个伸长聚集元件中的各聚集元件的所述孔区与所述出口区的标度比提供。
2. 根据权利要求1所述的聚集器，其中所述孔区与所述出口区的所述标度比约为2或 者更大。
3. 根据权利要求1所述的聚集器，其中所述网状物和所述多个伸长聚集元件由折射率 为1. 4或者更大的单片透明固体件制成，所述单片透明固体件包括约为痕量和更少的铁元 素和浓度约为痕量和更少的氧化铈。
4. 根据权利要求3所述的聚集器，其中所述单片透明固体件包括分层玻璃或者淬火玻 璃或者塑料。
5. 根据权利要求1所述的聚集器，其中所述平面区包括所述第一尺度约为1米或者更 大而所述第二尺度约为1. 6米或者更大的矩形成形面板。
6. 根据权利要求1所述的聚集器，还包括 在所述前区上方的红外线阻止涂层； 在所述红外线阻止涂层上方的防反射涂层； 在所述第一侧区和所述第二侧区上方的反射率增强涂层。
7. —种用于为制造太阳能转换模块制作玻璃聚集器的方法，所述方法包括 形成带状玻璃，所述带状玻璃包括顶表面和背表面以及从所述顶表面到所述背表面测量的第一厚度；在第一时间段内在第一温度下用成形模制辊滚压所述带状玻璃以造成在所述顶表面 上形成具有第二厚度的多个聚集元件，所述第二厚度少于所述第一厚度，所述多个聚集元 件中的各聚集元件包括几何光学聚集结构，所述几何光学聚集结构具有分别由两个反射侧 表面连接的孔区和出口区；加工滚压的所述带状玻璃以构建与所述第一厚度关联的负荷承受特性和抗冲击特性。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述几何光学聚集结构包括约为2或者更大的所 述孔区与所述出口区的标度比。
9. 根据权利要求7所述的方法，其中与所述带状玻璃的所述第一厚度关联的所述负荷 承受特性和抗冲击特性包括根据IEC和UL标准的一个或者多个规范。
10. 根据权利要求7所述的方法，其中形成带状玻璃包括将预定量的熔化玻璃或者聚合物馈送到浮动浴器中。
11. 根据权利要求7所述的方法，其中形成带状玻璃包括形成交替地具有不同材料成 分的分层结构。
12. 根据权利要求7所述的方法，其中所述第一厚度的范围为约5mm到约9mm，而所述 第二厚度为从用于各聚集元件的所述孔区到所述出口区测量的约1. 8mm。
13. 根据权利要求7所述的方法，其中用成形模制辊滚压所述带状玻璃还包括使用水 或者低温气体对所述多个聚集元件中的各聚集元件进行淬火。
14. 根据权利要求7所述的方法，其中加工滚压的所述带状玻璃还包括至少部分地抛 光所述多个聚集元件中的各聚集元件的RMS粗糙度为30nm或者更少的所述两个侧表面。
15. —种组装太阳能聚集器模块的方法，所述方法包括制备包括网状物的聚集器单元，所述网状物具有平坦的前平面和排除外围区的由多个 聚集元件完全占据的后平面，所述多个聚集元件中的各聚集元件具有孔区和出口区； 在各出口区上方提供光学耦合材料；并且提供与多个电引线关联的多个光电条，所述多个光电条中的各光电条个别地和共同地 结合到每一个出口区。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中制备聚集器单元包括提供厚度范围从5mm到 9mm的单片玻璃件。
17. 根据权利要求15所述的方法，其中制备聚集器单元包括在两个相邻孔区之间形成 槽，所述槽具有约为0. lmm的曲率半径。
18. 根据权利要求15所述的方法，其中所述多个聚集元件中的各聚集元件包括几何 光学聚集特性，所述几何光学聚集特性具有约为2和更大的所述孔区与所述出口区的标度 比。
19. 根据权利要求15所述的方法，其中制备聚集器单元包括基于IEC和UL标准制作具 有负荷承受特性和抗冲击特性的网状物。
20. 根据权利要求15所述的方法，其中提供多个光电条包括制作由单晶硅、多晶硅、非 晶硅、铜铟联硒化物(CIS)、铜铟镓硒化物(CIGS)、碲化镉(CdTe)、薄膜材料或者纳米结构 化材料中的至少一种制作的多个条形光电电池。
21. 根据权利要求15所述的方法，还包括提供配置成与所述网状物配对的后盖部件，所述后盖部件包括与所述多个电引线耦合 的电路板；并且在所述网状物的所述外围区用所述聚集器单元夹紧所述后盖部件， 其中所述后盖部件是包括一个或者多个空气呼吸孔的柔性背部片或者硬性绝缘体。
全文摘要
本发明提供了一种用于制造太阳能转换模块的玻璃聚集器，该玻璃聚集器包括网状物，该网状物具有基于网状物的第一厚度的负荷承受特性和抗冰雹冲击特性。该聚集器也包括与网状物整体形成的多个伸长聚集元件。各伸长聚集元件具有孔区、出口区和两个侧区，该聚集元件承载由反射率高的侧区和范围从约1.8到约4.5的孔与出口的标度比提供的几何聚集特性。玻璃聚集器可以在每一个出口区上与多个光电条共同地附着，并且由硬性或者柔性后盖部件夹紧，以形成用于将太阳光转换成电能的太阳能聚集器模块。基于某些实施例的太阳能聚集器模块满足工业合格标准。
文档编号H01L31/042GK101715607SQ200880021196
公开日2010年5月26日 申请日期2008年5月19日 优先权日2007年5月21日
发明者凯文·R·吉卜森 申请人:索拉里亚公司