光伏模块组件的制作方法

本文公开的是光伏(pv)模块组件。

背景技术：

pv组件通常包括一般由透明或半透明的材料如玻璃、聚合物等材料制成的前板。当前板是玻璃层时，通常需要框架，所述框架通常可以由铝制成。框架和玻璃层是pv模块组件的重量的最大贡献者，这可能使组件通常笨重和生产成本昂贵。当聚合物代替用作集电极材料时，pv组件的机械性能和/或光学效率可能会降低。例如，对于形成集电极，聚合物聚(甲基丙烯酸甲酯)对于光透射(即，高光学效率)是良好的，但缺乏足够的机械性能。聚碳酸酯对于生产平板具有良好的机械性能，但具有较低的光学效率。

因此，对于具有增加的生产率、降低的组装时间和降低的重量，同时维持所需的机械和/或电性能特性中的一种或多种的pv模块组件存在需要。

技术实现要素：

在各个实施方式中，公开了光伏模块以及用于制造和使用其的方法。

在一个实施方式中，光伏模块组件包括：第一层；背层(backlayer)，其中背层包括第二层、第三层和位于第二层和第三层之间的支撑层；和含有光伏电池的光伏层，其中光伏层位于第一层和背层之间；其中支撑层包含加强元件(stiffeningelement)。

以下更加具体地描述这些和其他特征和特性。

附图说明

以下是附图的简短描述，附图中相同元件编号相同，并且呈现附图是为了说明本文中公开的示例性实施方式的目的，而并非用于限制其的目的。

图1是pv模块组件的一个实施方式的截面侧视图。

图2是示出了蜂窝状阵列的一个实施例的沿着线a-a获得的支撑层的截面图。

图3是示出了三角形阵列的一个实施例的沿着线a-a获得的支撑层的截面图。

图4是示出了r6阵列的一个实施例的沿着线a-a获得的支撑层的截面图。

图5是示出了六阵列(hexakisarray)的一个实施例的沿着线a-a获得的支撑层的截面图。

图6是实施例1的样品a的示意图。

图7是实施例1的样品b的示意图。

图8是实施例1的样品c的示意图。

具体实施方式

pv模块组件通常可以包括框架、接线盒、电缆、连接件、接地故障断路器(gfci)、安装系统、跟踪系统、汇流箱、背层、密封剂层(例如，乙烯醋酸乙烯酯密封剂层)、晶片(即，pv电池)、抗反射层和/或玻璃前层。框架，当存在时，通常可以由铝制成。铝框架和玻璃层是pv模块组件重量的最大贡献者，这可以使得组件通常很重并且生产成本昂贵。玻璃占据了pv模块组件重量的最大部分。当玻璃用材料如塑料替代时，获得的pv模块组件导致组件轻得多(例如，与具有玻璃的组件的13kg/m²相比，对于无玻璃组件，小于或等于10千克/平方米(kg/m²)，具体地，小于或等于5kg/m²)，这可以允许放置在具有有限的承载能力的顶(例如，平顶)上。利用塑料代替玻璃也通常导致整个组件的机械性能(例如，硬度和/或挠曲强度)降低。出乎意料地发现，当将支撑层结合到背层中时，可以提高pv模块组件的机械性能而没有显著增加其重量。

如在本文中公开的，pv模块组件(也称为pv模块或pv组件)可以包括第一层；含有光伏电池和固化的组合物的光伏层；含有第二层、支撑层和第三层的背层；接线盒；电缆；微型逆变器(micro-inverter)和将第一层连接至第二层的可选的连接件中的一种或多种。

通过参照附图，可以获得本文中公开的部件、方法以及装置的更全面理解。这些图(在本文中也称为“图(fig.)”)仅是基于方便和易于示出本公开的示意图，因此并非旨在指示其器件或部件的相对大小和尺寸和/或定义或限制示例性实施方式的范围。虽然具体术语为了清晰起见用于以下描述中，但这些术语旨在仅是指为了附图中的说明而选择的实施方式的特定结构，而并非旨在定义或限制本公开的范围。在附图和以下的随后描述中，应该理解的是，相同的数字标号是指相同功能的部件。

图1示出了pv模块10的各个部件的示意图，其中pv模块10可以包括：第一层12；包含固化的组合物和pv电池14的第二层32；和包含第二层32、支撑层34和第三层36的背层30。图1也示出了pv模块10可以包括可以连接第一层12和第二层32的连接件20和/或22(20，22)。连接件20，22可以形成(例如，模制)为第一层12或第二层32的部分或连接件20，22可以是单独的件，如图1所示。连接件20，22可以焊接(例如，熔焊或激光焊接)至第一层12和/或第二层32。例如，如果连接件20，22模制为第一层12的部分，在第一层12包含聚(甲基丙烯酸甲酯)并且在第二层32包含丙烯腈-丁二烯-丙烯腈共聚物时，连接件20，22可以激光焊接至第二层32。

同样，连接件20，22可以包含将提供第一层12和第二层32之间的所需粘附的任何材料，例如连接件20，22可以包含丙烯酸(例如，丙烯酸胶带或丙烯酸泡沫胶带)或乙酸酯(例如，乙烯醋酸乙烯酯(eva))泡沫胶带。换句话说，连接件20，22可以是具有足够的结构完整性和与第一层12和第二层32的相容性以抑制分层的任何粘合剂。例如，粘合带可以具有大于或等于0.1兆帕(mpa)，或更具体地，大于或等于0.2mpa的粘合强度，如根据iso4587-1979(粘合剂-高强度粘合剂粘合的拉伸搭接剪切强度的测定)测定的。粘合带的断裂伸长率可以大于或等于50％，或更具体地，大于或等于80％，或甚至更具体地，大于或等于95％，如根据iso4587-1979(粘合剂-高强度粘合剂粘合的拉伸搭接剪切强度的测定)测定的。

连接件20，22可以起作用以形成第一层12和第二层32之间的间隙，可固化填充物可以插入(例如，倾倒)到间隙中。连接件20，22可以具有0.5至10毫米(mm)，或更具体地，1.0至5.0mm，并且甚至更具体地，2.5至3.5mm的厚度。连接件20，22可以具有的宽度小于或等于50％的层(例如，它应用至其的层)总表面积，或更具体地，1％至40％的总表面积，并且仍更具体地，2％至20％的总表面积。连接件20，22可以位于第一层和/或第二层的外侧40％(从各层的中心向各层的边缘进行测定)，或更具体地，外侧25％，并且仍更具体地，外侧10％中。例如，如果层具有1.0米(m)的宽度，则连接件20，22可以位于外缘和距离外缘0.4m之间，或更具体地，位于外缘和距离外缘0.25m之间，并且仍更具体地，位于外缘和距离外缘0.05m之间。

第一层、第二层和第三层可以由相同或不同的材料制成，并可以各自独立地包含聚合物材料，例如，热塑性材料。热塑性材料可以包括低聚物，聚合物，离聚物，树枝状聚合物(dendrimer)，共聚物如嵌段共聚物、接枝共聚物、星形嵌段共聚物、无规共聚物，以及包含具有pv应用所需光学性能的上述中的至少一种的组合。这种热塑性材料的实例包括，但不限于，聚碳酸酯(例如，聚碳酸酯的共混物(如聚碳酸酯-聚丁二烯共混物)、和共聚碳酸酯(如共聚酯-聚碳酸酯))、聚苯乙烯(例如，聚碳酸酯和苯乙烯的共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、和丙烯腈-苯乙烯-丙烯腈(asa)共聚物)、聚(亚苯基醚)-聚苯乙烯树脂、聚甲基丙烯酸烷基酯(例如，聚甲基丙烯酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma))、聚酯(例如，共聚酯、聚硫酯)、聚烯烃(例如，聚丙烯和聚乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯)、聚酰胺(例如，聚酰胺酰亚胺)、聚醚(例如，聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚砜)，以及包含上述中的至少一种的组合。

更具体地，用于第一层、第二层、或第三层中的一层或多层的热塑性材料可以包括，但不限于，聚碳酸酯树脂(例如，lexan^tm树脂，可商购自沙特基础创新塑料业务部(sabic’sinnovativeplasticsbusiness)，尤其是lexan^tmslx2071t或lexan^tmlux2660t)；聚(甲基丙烯酸甲酯树脂(例如，altuglas^tmht121，可商购自arkemainc.)；聚亚苯基醚-聚苯乙烯树脂和/或聚苯醚树脂(例如，noryl^tm树脂(特别是noryl^tm6850h或ppx7110)，可商购自沙特基础创新塑料业务部)；聚醚酰亚胺树脂(例如，ultem^tm树脂，可商购自沙特基础创新塑料业务部)；聚对苯二甲酸丁二酯-聚碳酸酯树脂(例如，xenoy^tm树脂，可商购自沙特基础创新塑料业务部)；共聚酯碳酸酯树脂(例如，lexan^tmslx树脂，可商购自沙特基础创新塑料业务部)；聚丙烯树脂(例如83mf10-10200，可商购自沙特基础创新塑料业务部)和包含上述树脂中的至少一种的组合。甚至更具体地，热塑性树脂可以包括，但不限于，以下的均聚物和共聚物：聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚亚苯基醚、或包含上述树脂中的至少一种的组合。聚碳酸酯可以包括聚碳酸酯的共聚物(例如，聚碳酸酯-聚硅氧烷，如聚碳酸酯-聚硅氧烷嵌段共聚物)、直链聚碳酸酯、支链聚碳酸酯、封端的聚碳酸酯(例如，腈封端的聚碳酸酯)，以及包含上述中的至少一种的组合，例如支链和直链聚碳酸酯的组合。聚碳酸酯可以包含聚碳酸酯的共聚物，例如，聚碳酸酯/丙烯腈-苯乙烯-丙烯腈树脂(如geloy^tmxtpmfr15或geloy^tmhra222f，可商购自沙特基础创新塑料业务部)。热塑性树脂可以包含pa12树脂(如grilamid^tmtr90uv，获自emsgrivory)。

第一层可以包含聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、或包含上述中的一种或两种的组合，并且第二层和第三层可以各自独立地包含丙烯腈-苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚碳酸酯-丙烯腈-苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚苯醚、聚丙烯，或包含上述中的一种或多种的组合。例如，第一层可以包含聚(甲基丙烯酸甲酯)，并且第二层和第三层可以包含丙烯腈-苯乙烯-丙烯腈共聚物。第二层和第三层可以可选地包含可以与第一层的聚合物不同的相同聚合物。

第一、第二和第三层中的一层或多层可以包含通常结合至这种类型的聚合物组合物中的各种添加剂，条件是选择一种或多种添加剂以不显著不利地影响pv模块组件的所需性能，尤其是能量产率和重量节省。

可以包含在用于制造pv模块组件的各个层的材料中的添加剂的实例包括，但不限于，光学效应填料、抗冲改性剂、填料、增强剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外(uv)光稳定剂、增塑剂、润滑剂、脱模剂、抗静电剂、着色剂(如二氧化钛、炭黑、无机染料和有机染料)、表面效应添加剂、辐射稳定剂(例如，红外吸收)、γ稳定剂、阻燃剂和抗滴落剂。可以使用添加剂的组合，例如，热稳定剂、脱模剂和紫外光稳定剂的组合。一般而言，以通常已知是有效的量使用添加剂。基于添加剂结合在其中的层的总重量，这些添加剂中的每一种可以以0.0001至10重量百分数(wt％)，具体地，0.001wt％至5wt％的量存在。当存在添加剂时，可以添加添加剂使得例如第二层是白色的，例如，以改善光学性能，和/或第三层是黑色的，例如，以改善传热。

第一、第二、和第三层中的一层或多层可以可选地包含阻燃剂。阻燃剂包括有机和/或无机材料。有机化合物包括，例如，磷、磺酸盐、和/或卤化材料(例如，包括溴氯等，如溴化聚碳酸酯)。非溴化和非氯化含磷阻燃添加剂可以由于监管原因在某些应用中是优选的，例如有机磷酸盐和含磷-氮键的有机化合物。

无机阻燃剂包括，例如，c1-16烷基磺酸盐如全氟丁烷磺酸钾(rimar盐)、全氟辛烷磺酸钾、全氟己烷磺酸四乙基铵和二苯砜磺酸钾(例如，kss)；盐如na2co3、k2co3、mgco3、caco3和baco3，或氟阴离子配合物如li3alf6、basif6、kbf4、k3alf6、kalf4、k2sif6和/或na3alf6。当存在时，基于除了任何填料之外被包括在其中的pv模块组件10的层(即，第一层12、第二层32或第三层36)的总组合物的100重量份，无机阻燃剂盐以0.01至10重量份，更具体地，0.02至1重量份的量存在。

抗滴落剂也可以用于形成第一、第二和第三层中的一层或多层的组合物，例如形成原纤维的含氟聚合物，如聚四氟乙烯(ptfe)。抗滴落剂可以由刚性共聚物，例如苯乙烯-丙烯腈共聚物(san)封装。将封装在san中的ptfe称为tsan。示例性tsan包含基于封装的含氟聚合物的总重量的50wt％的ptfe和50wt％的san。san可以包含例如基于共聚物总重量的75wt％的苯乙烯和25wt％的丙烯腈。基于除了任何填料之外的特定层的总组合物的100重量份，可以以0.1至10重量份的量使用抗滴落剂。

第一、第二和第三层中的一层或多层可以另外包含，例如，在第一层12和/或第三层36的最外表面上的硅酮硬涂层和/或等离子体沉积层，以潜在地确保pv模块组件的20年寿命跨度。

可以期望第一、第二和第三层中的一层或多层具有某些光学性能。例如，第一层可以是透明的；第二层可以是透明的、半透明的、或不透明的；并且第三层可以是不透明的或半透明或透明的。关于各个层的透明度，简要指出的是，最终用户说明通常可以指定各个层满足特定的预定阈值。如通过ansi/astmd1003-00测定的雾度值，可以是第一、第二和第三层中的一层或多层的光学性能的有用的测定。雾度水平越低，各个层的透明度越高。监测各层的雾度水平可能是合乎需要的。当在5.0mm的厚度下测定时，透明第一层的示例性雾度水平可以为0％至6％，具体地，0.5％至4％，并且更具体地，1％至2.5％。当在5.0mm的厚度下测定时，第二层的示例性雾度水平通常可以大于6％，具体地，大于或等于10％。第一层可以具有如根据astmd1003-00、方法a或方法b、使用灯d65测定的大于或等于80％，具体地，大于或等于85％，更具体地，大于或等于90％，甚至更具体地，大于或等于95％，并且仍更具体地，大于或等于99％的透明度。第二和/或第三层可以是半透明的，但如果需要，例如，出于美学原因，也可以是透明的或不透明的。例如，第二和/或第三层可以具有大于或等于50％，具体地，大于或等于65％，更具体地，大于或等于75％，并且甚至更具体地，大于或等于90％的透明度。透明度通过两个参数，透射百分数和雾度百分数进行描述。可以使用astmd1003-00，方法b，采用cie标准光源c测定实验室规模样品的透射百分数和雾度百分数。astmd-1003-00(方法b，分光光度计，利用以单向观察具有漫射照明的光源c)将透射率定义为：

其中：i＝通过测试样品的光强度

io＝入射光的强度

雾度可以根据astmd-1003-00、方法a来测定，例如，使用来自byk-gardner的haze-guarddual，采用积分球(0°/漫射几何)进行测定，其中光谱灵敏度在标准灯d65下符合cie标准光谱值。astmd1003-00，方法b也可以使用macbeth7000a分光光度计，d65光源，10°观察者，cie(国际照明委员会(commissioninternationaledel’eclairage))(1931)和sci(包括镜面分量)，以及uvexc(即，排除uv分量(uvcomponent))；而雾度使用与方法a相同的变量。应该指出，雾度百分数可以预测并且由以下方程式计算：

其中总透射是积分透射；并且总漫透射是由astmd1003-00定义的通过膜散射的光透射。例如，可以使用可商购的雾度计，如byk-gardnerhaze-gardplus，具有面对检测器的膜的粗漫射侧。

可以期望第一层和第二层的折射率接近(例如，在20％内)固化组合物的折射率；还可以期望第一层和第二层的热膨胀系数接近(例如，在彼此的15％内)。进一步地，可以期望pv模块组件通过如ul1703中阐明的冲击测试要求。当选择用于第一层、第二层、和第三层的材料时，如根据保险商实验室94(underwriterslaboratory94)(ul94)的标准测试的层的阻燃性可以是待考虑的另一个因素。例如，ul94等级应当被期望是v0或更大(例如，5vb或5va)。还可以期望第一、第二和第三层中的一层或多层具有20年的紫外光稳定性，使得它们在这20年期间保持其大于或等于80％的光透射能力。

功能是冷却pv模块的湍流气流可以通过背层中集成的气动特征产生。还可以可选地将第一层纹理化以降低光反射。湍流气流和纹理化可以在pv模块寿命期间在不同环境，如以一定角度进入的太阳光、高环境温度和pv模块的部分阴影下提供较高的能量产率。例如，气动特征可以包括，但不限于散热片、肋(rib)、挡板，以及包含上述中的至少一种的组合。当集成到pv模块中时，湍流气流和纹理化可以降低成本，降低生产时间，并降低pv模块重量以及优化其使用寿命期间的系统产率。

背层30可以包含框架、接线盒、电缆、连接件、安装到外部结构的安装点和逆变器(例如，微型逆变器)。与其中每个部件单独生产并且必须在生产之后组装的pv模块相比，将所有这些部件集成至背层30中，可以提供生产时间、组装时间和成本的显著节省。

通常，pv模块包含由可以起到赋予模块和背层刚性的作用的玻璃制成的顶层，其中背层的材料通常不会起到赋予模块刚性的作用。通常，玻璃顶层具有3.2毫米(mm)厚度。如本文所描述，玻璃顶层可以用含有可以导致pv模块组件重量显著节省的热塑性材料的层替代。第一层、第二层和第三层的厚度可以单独地为0.5至25mm，具体地，1至8mm，甚至更具体地，1至3.2mm，具体地，1至1.5mm。第一、第二和第三层的厚度可以是相同的或不同的。

令人惊讶地发现，当将玻璃顶层用含有热塑性材料的层代替时，可以将支撑层34添加到pv模块10的背层30中，以增加pv模块的机械性能。例如，支撑层34可以位于第二层32和第三层36之间(参见，例如，图1)，使得背层的厚度为2至60mm，具体地，5至40mm，甚至更具体地，10至25mm厚。第二层32和第三层36的组合厚度可以小于或等于1mm厚。

支撑层34可以包含配置以改善pv模块10的硬度和/或冲击性能的加强元件。例如，加强元件可以包含在z方向上延伸的一种或多种垂直加强元件60，在x方向上延伸的一种或多种水平加强元件62，在z和x方向之间延伸的一种或多种斜加强元件(diagonalstiffeningelement)64，或包含上述中的一种或多种的组合(见图5)。加强元件可以是直的、弯曲的、或锯齿状的。通过加强元件形成的几何形状限定了支撑层中的开孔(opening)38。这些开孔可以具有各种截面几何形状(在x-z平面内)，包括多边形和/或圆形的，如圆形、椭圆形、多边的，以及包括上述中的至少一种的组合。例如，多边截面几何形状可以是三角的、四边形的、五边形的、六边形的(例如，蜂窝状)、七边形的、八边形的等。换而言之，开孔38通过大于或等于3种加强元件限定，使得每个开孔具有大于或等于3个边。

开孔38在y方向上延伸形成通道39。换而言之，通道39在垂直于层的长度“l”的方向上延伸。

支撑层可以由加强元件24和开孔形成，使得其具有阵列图案，其中阵列图案可以在如图1中所示的沿着线a-a获取的截面上(在x-z平面上)观察。例如，阵列图案可以包括蜂窝状阵列40、三角形阵列42、r6阵列44、六阵列46等(分别参见图2-5)。r6阵列44是多边开口几何形状(也称为单元)的组合，例如，3边和6边几何形状的组合。六阵列46包括三角形排列，使得12个加强元件48从点50径向延伸至加强元件52以形成六边结构54。开孔密度可以是10至1,500或更多个开孔/100平方厘米(cm²)，具体地，100至1,000个开孔/100cm²，并且更具体地，150至700个开孔/100cm²。通常，支撑层将包含大于或等于10个开孔，具体地，大于或等于50个开孔，更具体地，大于或等于100个开孔，并且仍更具体地，大于或等于1,000个开孔。

支撑层34可以包含例如蜂窝状thermhex^tm芯材料，可商购自econcoren.v.，并可以通过热成型、折叠、和粘结方法、挤出，或其他来形成。

支撑层34可以是1至35mm，具体地，4至16mm，并且更具体地，5至15mm厚(如在y方向上测定的)。

支撑层可以包含关于第一层、第二层和/或第三层先前描述的聚合物中的一种或多种，以及先前描述的添加剂中的一种或多种。具体地，支撑层可以包含聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丙烯腈、聚氨酯、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺，或包含上述中的一种或多种的组合。

如图1所示出的，支撑层34可以包含支撑第一侧面33和/或支撑第二侧面35。可选地，支撑层34可以进一步包含可以粘结至支撑层34的支撑第一侧面33和/或支撑第二侧面35的第一和/或第二表层。表层材料可以相同的或不同于支撑层。

支撑层34可以包含如图2中示出的开孔38。开孔38可以是未填充的(即，空隙空间)或可以是填充的以提供额外的支撑。开孔38可以用例如泡沫(如聚氨酯泡沫、聚酰亚胺泡沫如聚醚酰亚胺泡沫例如ultem^tm树脂、聚苯乙烯泡沫如styrofoam^tm、硅酮泡沫、或聚氯乙烯泡沫)填充。开孔38延伸穿过，例如，第二层32和第三层36之间的支撑层34。可选地，开孔可以从第二层32延伸至第三层36。

pv模块10的pv层16可以包含固化的组合物和pv电池14(参见，例如，图1)。固化的组合物可以是热固化的、紫外(uv)辐射固化的、催化剂固化的，或可以当存在一种或多种反应单体时自然固化的聚合物。固化的组合物可以包括，例如，聚(乙烯醋酸乙烯酯)(eva)、可固化的硅酮(如硅酮热固性弹性体(tse)、uv可固化的硅酮、或室温硫化(rtv)硅酮)、热塑性材料(如脂族聚氨酯和/或聚烯烃离聚物)，以及包含上述中的至少一种的组合。pv层的厚度可以是0.5至10mm，具体地，1至5mm，并且甚至更具体地，2至3.5mm。可选地，pv层的厚度可以与连接件的厚度相同。

图1示出了pv电池14可以位于pv层16内。pv电池的实例包括单晶硅、多晶硅、无定形硅、硅串联电池、铜铟镓硒化物(cigs)、镉碲化物(cdte)、和有机电池，以及包括上述中的至少一种的组合。各种类型的电池对于水分保护具有不同需求，从仅对液态水保护至对水蒸气的高度有效保护，使水分屏障是可选的。

pv电池可以由p-i-n半导体材料的层形成。可选地，其中每个层进而可以由半导体合金材料(例如，这种合金材料的薄膜)形成。在一个实施方式中，p-i-n型pv器件如太阳能电池可以包含各个p-i-n型电池。在最低电池之下可以是基底(例如，透明基底)或含有金属材料如不锈钢、铝、钽、钼、铬、或嵌入绝缘体的金属颗粒(金属陶瓷)的基底。在一些应用中，在沉积无定形半导体合金材料之前存在薄氧化物层和/或系列基极接触。

每个电池可以由含有硅和氢的薄膜半导体合金材料的整体制造。半导体合金材料的整体中的每一个包含半导体合金材料的n-型层；半导体合金材料的基本上本征的层；和半导体合金材料的p-型层。本征层可以包括痕量的n-型或p-型掺杂剂材料而未丧失其特性中性，因此，可以将其称为“基本上本征的层”。

同样，虽然描述了p-i-n型光伏电池，但方法和材料也可以用于生产单个或多个n-i-p型太阳能电池，p-n型电池或器件，肖特基(schottky)势垒器件，以及其他半导体元件和/或器件如二极管、存储器阵列、光敏电阻器、光电检测器、晶体管等。如本文中所用的，术语“p-i-n型”定义为包括可操作地设置以提供响应入射辐射光子的吸收而产生电荷载流子的感光区域的n、i和p层的任何集合。

pv电池14将光能转换成电能。可以使用几种不同类型的pv电池14。合适的本体技术pv电池14包括无定形硅电池、多晶硅电池和单晶硅电池。合适的薄膜技术pv电池14包括镉碲化物电池、铜铟硒化物电池、镓砷化物或铟硒化物电池、以及铜铟镓硒化物电池。在具体的实施方式中，pv电池是多晶硅pv电池或单晶硅pv电池。

通常，每种类型的pv电池都具有“最佳点(sweetspot)”，或一定范围的波长(光能量)，pv电池会将其最有效地转换为电能。应该选择pv电池，使得其最佳点尽可能匹配通过可选的涂层、第一层和固化的组合物组合的透射的光。例如，多晶硅光电池或单晶硅pv电池的最佳点为700纳米至1100纳米。可以选择pv电池，使得其可以收获具有200至400nm的波长的uv光。

pv电池的效率可以受到电池生产方法的影响。与激光引导的水切割相比，当pv电池通过采用30微米金刚石锯切割来生产时，pv电池可以将其效率提高1％。例如，pv电池可以使用以30,000rpm操作的discodad321刀具(获自discocorporation)生产。也参见美国专利号4,097，310，在此通过引用其公开内容完全结合于本文中。通常，期望pv电池具有光滑的边缘和面而不是粗糙的边缘和面。pv电池的尺寸(例如，长度和宽度)和形状可以变化。形状可以包括各种多边形设计，如正方形、长方形等。长度和宽度可以各自高达200mm，具体地，100mm至175mm。示例性尺寸包括100mm×100mm、125mm×125mm、150mm×150mm、156mm×156mm、175mm×175mm、和200mm×200mm、100mm×175mm、以及125mm×150mm。

固化的组合物可以另外有助于将从pv电池出来的热传送至大气中，导致pv模块随时间的较高的效率。如之前所描述的，背层可以完全集成有pv模块组件的其他特征，包括但不限于接线盒、安装点、和微型逆变器。冷却pv模块的湍流气流可以通过集成于背层的气动特征产生。气动特征可以包括，但不限于，散热片、肋、挡板，以及包含上述中的至少一种的组合。可以可选地将第一层纹理化以降低离开pv模块的光反射，从而提高pv模块的太阳能吸收。具有纹理化的第一层和/或背层中的气动特征的这种设计可以允许pv模块寿命期间在不同环境如以一定角度进入的太阳光、高环境温度和部分阴影之下的较高的能量产率。

如所提及的，pv模块中玻璃层的替换可以有利地导致pv模块整体重量降低，但也可以导致硬度和/或挠曲强度降低。出乎意料地发现，支撑层，尤其是如本文中描述的包含加强元件的支撑层，可以导致硬度和/或挠曲强度之一或二者的提高而不会显著增加模块的总重量。具体地，第一、第二和第三层可以各自独立地包含塑料材料并且背层可以另外含有包括接线盒、电缆、控制器、和安装点的集成组件，这意味着pv模块组件的生产时间和组装时间可以降低。

如所提及的，第一层可以包含塑料材料，如聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、聚酰胺，以及包含上述中的至少一种的组合。使用第一层的塑料材料可以允许结合光学纹理如菲涅耳(fresnel)透镜以提高捕获的光量。结合特征如邻近光伏层的第一层的表面上的三角形，可以捕获pv电池之间通常会损失掉的光。如之前所提及的，集成在第二层中的气动特征在面对pv模块组件附着至其的结构(例如，顶)的第二层的表面上产生湍流气流。湍流气流可以使pv电池在较低的温度下操作，从而提高pv模块的效率。可以选择可固化的组合物，使得这个层的折射率(ri)在值方面接近第一层的ri，从而限制了固化的组合物和第一层之间的光损失并进一步提高pv模块的效率。例如，pmma的ri为1.49，并且固化硅酮的ri为1.4。第一层的材料的折射率可以在可固化组合物的材料的折射率的15％之内。

模块的总尺寸是用于制造模块的方法(如注射模制)的函数。模块的总尺寸可以是例如1×1米(m)或1×2m、或1×6m。如之前所描述的，模块中各个pv电池的尺寸可以是例如125×125mm，具体地，156×156mm。

pv模块还可以包含具有分散在第一层的最外表面上的涂层，例如硅酮硬涂层和/或等离子体涂层的第一层。等离子体涂层(例如，exatec^tme900涂层，可商购自exatecllc)可以有助于确保pv模块可以起作用持续某一时间段，例如，20年。当层之一包含例如聚碳酸酯时，所述层可以包含一个或多个平坦化层和/或一个或多个有机-无机组合物阻挡涂层，其可以包括硅酮硬涂层和/等离子体处理方法。阻挡涂层(其可以是分级的或未分级的)可以包含组成上基本上是有机的区和组成上基本上是无机的区。一些示例性有机-无机组合物阻挡涂层描述于美国专利号7,449,246中。有机-无机阻挡层的示例性涂层组合物是有机的、陶瓷的和/或无机材料，以及包含上述中的至少一种的组合。这些材料可以是使等离子体物种反应的反应或重组产物，并沉积在基底表面上。取决于反应物的类型，有机涂层材料通常包含碳、氢、氧，和可选的其他元素，如硫、氮、硅等。产生涂层中的有机组合物的示例性反应物是具有高达15个碳原子的直链或支链烷烃、烯烃、炔、醇、醛、醚、亚烷基氧化物、芳族烃、硅酮等。无机和陶瓷涂层材料通常包含氧化物；氮化物；碳化物；硼化物；或包含iia、iiia、iva、va、via、viia、ib和iib族的元素的上述的至少一种的组合；iiib、ivb、和vb族的金属；和稀土金属。例如，阻挡涂层可以具有沿着光透射的轴基本均匀的光学性能，所述取向的轴基本上垂直于涂层的表面。

例如，碳化硅可以通过由硅烷(sih4)和有机材料如甲烷或二甲苯产生的等离子体的重组而沉积在基底(例如，第一、第二或第三层)上。碳氧化硅可以由硅烷、甲烷、和氧或硅烷和环氧丙烷产生的等离子体进行沉积。碳氧化硅也可以由有机硅硅酮前体，如四乙氧基硅烷(teos)、六甲基二硅氧烷(hmdso)、六甲基二硅氮烷(hmdsn)、或八甲基环四硅氧烷(d4)产生的等离子体进行沉积。氮化硅可以由硅烷和氨产生的等离子体进行沉积。碳氮氧化铝可以由酒石酸铝和氨的混合物产生的等离子体进行沉积。可以选择反应物的其他组合以获得期望的涂层组合物。涂层的分级组合物通过在反应产物沉积以形成涂层期间改变进料至反应室中的反应物的组成来获得。

如在25摄氏度(℃)下采用含有21体积百分数(vol％)氧的气体测定的，阻挡涂层可以具有通过阻挡涂层的小于或等于0.1立方厘米/平方米-天(cm³/(m²天))的氧透过率。如在25℃下并采用具有100％相对湿度的气体进行测定的，水蒸气透过可以小于0.01克/平方米-天(g/(m²天))。

可以通过各种方法如化学气相沉积(例如，等离子体增强的化学气相沉积、射频等离子体增强的化学气相沉积、膨胀的热等离子体化学气相沉积、电子回旋共振等离子体增强的化学气相沉积、和电感耦合等离子体增强的化学气相沉积)、溅射(例如，反应性溅射)等，以及包括上述中的至少一种的组合，将一个或多个阻挡层应用至聚合物膜。一些这种方法描述于美国专利号7,015,640和美国专利公开号2006/0001040中。

平坦化层可以包含树脂如环氧类树脂(脂环族树脂)、丙烯酸类树脂、硅酮树脂，以及含有上述中的至少一种的组合。平坦化层的一个实例是uv固化的丙烯酸胶状二氧化硅涂层如可商购自沙特基础创新塑料业务部的专业膜和片业务单元(specialtyfilmandsheetbusinessunit)的lexan^tmhp-huv-固化丙烯酸胶状二氧化硅涂层。平坦化层和/或其他涂层可以进一步包含一种或多种添加剂如一种或多种增韧剂、一种或多种附着促进剂、一种或多种表面活性剂、一种或多种催化剂，以及含有上述中的至少一种的组合。在一些实施方式，平坦化层厚度可以为1纳米(nm)至100微米(μm)。通常平坦化层厚度可以为100nm至10μm，具体地，500nm至5μm。

平坦化层可以基本上是平滑的，并且基本上无缺陷。将术语“平均表面粗糙度”ra定义为在评价长度内测定的粗糙度分布曲线的绝对值的积分。术语“峰表面粗糙度”rp是在评价长度内粗糙度分布曲线上的最高峰的高度。术语“基本平滑”是指平均表面粗糙度ra小于或等于4nm，具体地，小于或等于2nm，并且更具体地，小于或等于0.75nm。峰表面粗糙度rp可以小于或等于10nm，具体地，小于或等于7nm，并且更具体地，小于或等于5.5nm。基本无缺陷是指点缺陷的数量小于或等于100/平方毫米(/mm²)，具体地，小于或等于10/mm²，并且更具体地，1/mm²。

可替换地，第一、第二和第三层中的一层或多层可以不含涂层。例如，当第一层包含聚(甲基丙烯酸甲酯)时，第一层可以不含涂层。

pv模块作为整体可以经过设计以满足一些保险商实验室(ul)和国际电工委员会(iec)(internationalelectrotechnicalcommission(iec))标准。表1列出了pv模块组件的各种部件和可以设计每个部件以满足的测试。

例如，可以设计pv电池以满足ul1703版3_2008的第7.3和7.4款。ul1703的第7.3款规定聚合物基底或覆盖物应该具有如根据聚合物材料-长期性能评价标准(standardforpolymericmaterials-longtermpropertyevaluations)ul746b测定的不小于90℃(194°f)的电和机械热指数。此外，热指数不应小于测定的材料的操作温度以上20℃(36°f)。所有其他聚合物材料应该具有高于所测定的操作温度20℃的热指数(电和机械的)。测得的操作温度是在对于温度测试(temperaturetest)，第19项的开路模式期间测定的温度，或在短路模式期间的温度，无论哪一个更大。第7.4款规定作为模块或板的外部外壳的聚合物材料：a)旨在安装在多模块或多板系统中；或b)具有大于10平方英尺(ft²)(0.93平方米(m²))的暴露的表面面积或大于6英尺(ft)(1.83米(m))的单个尺寸应该具有如在使用辐射热能源测试材料表面可燃性的标准方法(standardmethodoftestforsurfaceflammabilityofmaterialsusingaradiantheatenergysource)astme162-2001下测定的100或更小的火焰蔓延指数。

也可以设计pv模块组件以满足描述冲击测试的ul1703第30款规定的要求。为了通过测试，当模块如以下描述的受冲击时，应当不存在如在第15项非绝缘带电部件的可接近性(accessibilityofuninsulatedliveparts)中定义的可接近性带电部件。覆盖物材料的断裂是可接受的，条件是在6.5平方厘米(cm²)内不存在从其标准安装位置释放大于1个平方的颗粒。冲击试验按照ul1703的第30.3款进行描述，模块或板将按照表示其预想用途的方式进行安装，并将受到5英尺磅(ft-lb)(6.78焦耳(j))垂直于表面的来自2英寸(51mm直径的重1.18磅(lb)(535克(g))的光滑钢球下落通过51英寸(1.295m)的距离的冲击。模块或板在认为易受攻击的任何点受到打击。如果模块或板的构造结构不允许其免于受到自由落体球的上述打击，则球将通过线绳悬挂，并允许作为摆以垂直于表面的冲击方向下落通过51英寸(1.295m)的垂直距离。对于聚合物架线外壳，测试将在25℃(77°华氏度(f))并也在冷却和在-35.0±2.0℃(-31.0±3.6°f)温度下保持3小时之后在外壳上进行。

iec61215版2_2005提供了同意适合在一般露天气候中长期操作的陆地光伏模块的设计鉴定和类型的要求。iec61215的第10.11款提供了光伏组件的热循环测试。将模块进行热循环测试，其中温度从-40℃±2℃循环至85℃±2℃，并且每个循环不超过6小时，并且总循环时间是1,000小时。本文中公开的光伏模块组件在暴露于热循环-40℃±2℃至85℃±2℃下持续1,000小时之后可以保持大于或等于95％的最大功率输出。iec61215的第10.12款规定了湿度-冷冻测试以测定模块承受高温和高湿接着零下温度影响的能力。将模块进行相对湿度85％±5％持续20分钟和2至4小时的恢复时间的循环。在对模块进行评价之前，进行十个这样的循环以确定与测试之前测定的值相比最大输出功率是否具有大于5％的下降。如果确实如此，则认为模块未通过测试。iec61215的第10.13款规定了在能够根据iec60068-2-3在85℃±2℃和85％相对湿度±5％的条件下实施测试的气候室内实施的湿热测试。该测试的目的是确定通过施加以上描述的条件持续1,000小时，模块承受长期暴露于湿度渗透的能力。该测试的严重度尤其会挑战层压过程和隔湿度的边缘密封。电池部件的分层和腐蚀由于湿度渗透可以观察到。

iec61646版2_2008规定了同意陆地薄膜光伏模块适合如iec60721-2-1中定义的一般露天气候长期操作的设计鉴定和类型的要求。iec62108描述了同意集中器光伏模块和组件适合如iec60721-2-1定义的一般露天气候长期操作的设计鉴定和类型的最低要求。iec61701确定了模块耐盐雾腐蚀，考虑高度腐蚀性湿大气，如海洋环境和也存在于冬天时期内用盐融化街道形成的冰的地方的临时腐蚀性大气。

与含有玻璃第一层和/或铝框架的pv模块的13kg/m²相比，本文中公开的pv模块组件可以设计成重达约5kg/m²。pv模块的层可以通过各种技术，如注射模制、挤出、旋转模制、吹塑和热成形由热塑性组合物形成。成形可以通过注射模制而完成。注射模制允许整体可生产的模块而无需使用含玻璃第一层的模块中使用的层压方法。因此，pv模块的组装时间可以从大于或等于20分钟降低至1分钟至5分钟，具体地，2分钟至3分钟。pv模块组件的安装可以更容易且耗时更少，这是因为pv模块较轻，且如以上提及的，结合了允许方便安装的集成安装点。此外，微型逆变器的使用可以允许系统即插即用，而不需要单独逆变器安装步骤。pv模块组件的总成本可以由于更快速的组装时间和更短的安装时间而降低10％，部分是因为接线盒和逆变器的集成。例如，与其他模块相比，模块的总产率由于部分遮蔽、模块位置欠完美、或高环境温度而将更高，进一步将pv模块成本降低了20％。例如，与其他模块相比，模块总产率可以高出大于或等于10％，具体地，高出大于或等于20％，更具体地，大于或等于25％，甚至更具体地，大于或等于50％，并且仍更具体地，高出大于或等于75％。第一、第二和第三层中的一层或多层可以重新研磨并在新层或结构支撑部件中再利用。

pv模块组件可以以各种方式如建筑立面、在屋顶(如天窗或屋面瓦)上、在高速公路/铁路隔音屏障上、温室、双重目的窗玻璃、以及商业建筑用于太阳能发电应用中。

以下列出的是本文中公开的pv模块组件的一些实施方式。

实施方式1：一种光伏模块组件，包含：聚合物第一层；背层，其中背层包含聚合物第二层、聚合物第三层和位于第二层和第三层之间的聚合物支撑层；和含有光伏电池的光伏层，其中光伏层位于第一层和背层之间；其中支撑层包含定义在垂直于第一层的长度的y方向上延伸的开孔的加强元件。

实施方式2：根据实施方式1的光伏模块组件，其中加强元件包含垂直加强元件、水平加强元件、斜加强元件，或包含上述中的一种或多种的组合。

实施方式3：根据实施方式1-2中任一项的光伏模块组件，其中加强元件包含蜂窝状阵列、三角形阵列、r6阵列、六阵列，或包含上述中的一种或多种的组合。

实施方式4：根据实施方式1-3中任一项的光伏模块组件，其中加强元件包含蜂窝状阵列。

实施方式5：根据实施方式1-4中任一项的光伏模块组件，其中支撑层包含开孔，其中开孔是填充的。

实施方式6：根据实施方式1-5中任一项的光伏模块组件，其中支撑层具有1至35mm的厚度。

实施方式7：根据实施方式1-6中任一项的光伏模块组件，其中与不包括支撑层的光伏模块相比，光伏模块具有增加的硬度和/或增加的挠曲强度。

实施方式8：根据实施方式1-7中任一项的光伏模块组件，其中第一层、第二层和第三层各自独立地包含热塑性材料。

实施方式9：根据实施方式1-8中任一项的光伏模块组件，其中第一层包含聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、或包含上述中的一种或两种的组合。

实施方式10：根据实施方式1-9中任一项的光伏模块组件，其中第一层包含聚(甲基丙烯酸甲酯)并且没有涂层。

实施方式11：根据实施方式1-10中任一项的光伏模块组件，其中第一层、第二层和第三层的厚度各自独立地为0.5至25mm。

实施方式12：根据实施方式11的光伏模块组件，其中第一层的厚度为1.2至1.5mm。

实施方式13：根据实施方式1-12中任一项的光伏模块组件，其中第二层和/或第三层含有丙烯腈-苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚碳酸酯-丙烯腈-苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚苯醚、聚丙烯、或包含上述中的一种或多种的组合。

实施方式14：根据实施方式1-13中任一项的光伏模块组件，其中第一层包含聚(甲基丙烯酸甲酯)，并且第二层和/或第三层含有丙烯腈-苯乙烯-丙烯腈共聚物。

实施方式15：根据实施方式1-14中任一项的光伏模块组件，进一步含有连接件。

实施方式16：根据实施方式15的光伏模块组件，其中连接件是第一层的部分。

实施方式17：根据实施方式15-16中任一项的光伏模块组件，其中连接件焊接至第一层和/或第二层。

实施方式18：根据实施方式1-17中任一项的光伏模块组件，其中第一层具有在5.0mm的厚度下测定时的0％至6％的雾度水平或根据astmd1003-00、方法a或方法b、使用灯d65测定的大于或等于80的透明度之一或两者。

实施方式19：根据实施方式1-18中任一项的光伏模块组件，其中第二层和/或第三层是不透明的。

实施方式20：根据实施方式1-19中任一项的光伏模块组件，其中第二层是白色的。

实施方式21：根据实施方式1-20中任一项的光伏模块组件，其中第三层是黑色的。

实施方式22：根据实施方式1-21中任一项的光伏模块组件，其中光伏层进一步包含固化的组合物。

实施方式23：根据实施方式22的光伏模块组件，其中固化的组合物是热固化的、通过紫外辐射固化的、或催化剂固化的。

实施方式24：根据实施方式22-23中任一项的光伏模块组件，其中固化的组合物包含固化的硅酮，所述固化的硅酮是紫外固化的硅酮或热固化的硅酮。

实施方式25：根据实施方式1-24中任一项的光伏模块组件，其中光伏层具有0.5至10mm的厚度。

如本文中描述的pv模块组件进一步通过以下非限制性实施例进行说明。

实施例

实施例1：

测定了将支撑层结合在背层中对硬度、挠曲强度和整体重量的影响。样品a是厚度为t的固体材料(见图6)。样品b是含有第二层32、具有六边形阵列加强元件的支撑层34和第三层36的背层，其中第二层和第三层的厚度是样品a的固体材料的厚度的一半，并且背层的总厚度是样品a厚度的2倍(见图7)。样品c是含有第二层32、具有六边形阵列加强元件的支撑层34和第三层36，其中第二层和第三层的厚度是样品a的固体材料厚度的一半，并且背层的总厚度是样品a厚度的4倍(见图8)。相对硬度、相对挠曲强度、样品重量和相对重量都在表2中找到，其中相对值是相对于样品a。

表2示出了支撑层的存在导致硬度和挠曲强度二者增加，并且增加所述层的厚度导致机械性能的进一步增加，同时保持了低相对重量。

本文中公开的所有范围包括端点，并且端点可彼此独立地组合(例如，“高达25wt％，或更具体地，5wt％至20wt％”的范围包括端点和范围“5wt％至25wt％”的所有中间值等)。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。此外，本文中的术语“第一”、“第二”等并不表示任何次序、数量、或重要性，而是用来确定一个元件从另一个。本文中的术语“一个”、“一种”和“该”并不表示数量的限制，并且将其解释为涵盖单数和复数，除非本文中另外指出或上下文明显矛盾。如本文中使用的后缀“(s)”旨在包括其修饰的术语的单数和复数，从而包括一个或多个该术语(例如，膜(film(s))包括一个或多个膜)。贯穿说明书，提及“一个实施方式”、“另一个实施方式”、“一种实施方式”等，指结合实施方式描述的特定要素(例如，特征、结构、和/或特性)包含在本文中描述的至少一个实施方式中，并可以或不可以存在于其他实施方式中。此外，应该理解的是，所描述的要素可以以任何合适的方式组合在各个实施方式中。

通过引用，将所有引用专利、专利申请、以及其他参考文献都以其全部内容结合在本文中。然而，如果本申请中的术语与结合的参考文献中的术语矛盾或冲突，则本申请的术语优先于结合的参考文献的冲突术语。

尽管已经描述了具体实施方式，但目前无法预料或可能无法预料的替代、修改、变化、改进和大量等同物对于申请人或本领域的其他技术人员是可以想到的。因此，如所提交和如其可以被修改的所附权利要求旨在涵盖所有的这些替代、修改、变化、改进和大量等同物。