专利名称：太阳能电池组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池组件，更具体地说涉及具有高挠性和优良电绝缘特性以及能防止剥落的太阳能组件。
近些年来，大量建议使用薄膜光电器件。具体讲例如非晶硅薄膜光电器件，它是由导电衬底和相继在其上叠置的非晶硅半导体膜和透明导电层构成，前者具有光电器件的作用。
和光电器件结合在一起的太阳能电池组件重量轻和富有挠性，因此能用作太阳能电池组件，单晶硅电池或多晶硅电池用作轻便式的太阳能电池组件和用在室外空闲处太阳能组件，或者用作屋顶材料的叠置成金属片或类似的太阳能组件，在使用时是有困难的。
诸如轻的和富有挠性的太阳能电池组件需具有不同于长期安装的太阳能电池组件的性能。具体地说，普通的太阳能电池组件具有这样的问题，即它对其上安装的输出引线盒的绝缘特性不足，而且由于输出引线盒的安装，使得普通的太阳能电池组件容易受潮并产生剥落。因此，已在寻求提供解决这些问题装置。下面将详细描述这些问题。
为了将太阳能电池组件的输出引导到外面，在输出引导端的未掩盖的部分通常提供一个输出引线盒。由于长期安装的太阳能电池组件在安装以后不经受任何动态的力，输出引线盒用粘合剂固定。另一方面，轻便的太阳能电池组件经受动态力，例如某人可能拉输出电缆和可能踩在输出引线盒上。如果仅仅用粘合剂粘结该输出引线盒，它将没有足够的机械强度。因此，使用用螺栓和螺母固定输出引线盒的方法。然而，当用螺栓和螺母固定输出引线盒时，在底表面上形成了凹凸不平，因此产生了当搬运时绊卡在什么东西上的困难。
因此，人们考虑到在输出引线盒上提供凸起和在太阳能电池组件上制出孔，以便为了固定，将输出引线盒的凸起插入到该孔中。然而，在这种情况下，水可以进入到该孔中。尤其当固定的部分为了保证该部分的强度用无纺织物覆盖时，容易造成水分沿着在孔处的无纺织物进入。而且，在很多情况下该轻便组件用在海上或河上。具体地讲，具有能漂浮在水上的泡沫的太阳能电池组件往往用在漂浮在水上的情况下，所以该输出引线盒可能掠过水或者沉入水中。用于这种情况下的输出引线盒不同于长期安装的太阳能电池组件，更需要具有优于用于屋顶的材料的输出引线盒的电绝缘性能。
然而，如果无纺织物被去掉，该太阳能电池组件具有不足够的强度，以至产生这样的问题，当一个力加到输出引线盒时，固定孔可能被损坏，使得输出引线盒容易被松动。在轻便太阳能电池组件的情形下，孔有时做在没有光电器件的部位，以便太阳能电池组件能够简单地用绳或类似的东西固定住。如果无纺织物从该组件的端部去掉，在孔部位没有足够强度的组件出现这样的问题，当用绳子或类似的东西固定时，例如风这样的外力能够该组件破裂。(具有在覆盖步骤中用固体发泡材料发泡形成的泡沫的太阳能电池组件)在具有挠性的太阳能电池组件中，考虑到水的浮力，泡沫常常形成整体。为了形成这样的泡沫，固体发泡材料能够和覆盖材料叠置在一起，它们是在集成步骤中形成的，然后得到的发泡产品。然而，构成覆盖材料的填料易于薄薄地提供在太阳能电池组件的边缘处。在使用无纺织物作为防范措施的太阳能电池组件的边缘设置相对于填料来说大量的无纺织物，导致了容易剥落的问题。无纺织物还有其固有的问题。
本发明的目的是提供一种太阳能电池组件，它具有高的挠度和优异的电绝缘性能，以及能够防止在它们的界面出现太阳能电池组件组成材料的剥落。
为了解决以上问题，本发明的发明人进行了广泛的研究。结果，他们发现下面的太阳能电池组件最好。
一种太阳能电池组件，包括安装在表面覆盖材料和背面覆盖材料间的光电器件，其中该光电器件具有延伸在该器件外面的输出端子；
该输出端子被树脂覆盖，且没有末覆盖的部分；该输出端子在它的延伸部分装备有输出引线盒。
该输出引线盒可以有一个凸台，为了固定该盒该凸台插入在表面覆盖材料上提供的孔中。
表面覆盖材料和背面覆盖材料中的至少一个可以包含无纺织物，在太阳能电池组件的有孔的部位没有无纺织物。
图1A，1B和1C是根据本发明的太阳能电池组件构成示例的示图；图2A，2B和2C是用于本发明的太阳能电池组件的光电器件的结构示意图；图3A，3B，3C和3D是描绘本发明的太阳能电池组件的输出引线和它的相邻部分的示意图；图4是沿图3A中的线4-4的剖面示意图；图5是制造本发明的太阳能电池组件的处理过程的示意图。
图1A-1C示意地表示了本发明的太阳电池组件的结构。图1A是平面图，图1B是沿图1A中的线1B-1B的部分的剖面部分，图1C是沿图1A中的线1C-1C的部分剖面图。此后，所有图中的相同的标识数表示相同的部件。
在图1A-1C中标识数101表示表面覆盖材料；102表示光电器件；103表示背面覆盖材料；104表示输出引线盒和105表示输出引线。背面覆盖材料103是由填料，绝缘材料和保护膜或者加强片所构成。它可以有给太阳能电池组件提供浮力的泡沫。标识数106和107表示分布于光电器件周围的光屏蔽材料，该光屏蔽材料在图中的阴影部分彼此叠置在一起。该表面覆盖材料103具有填料和表面膜，无纺织物埋藏在该填料中。该无纺织物具有至少覆盖光电器件的表面的形状。
图3A示出了在贴附图1A所示输出引线盒104前，树立太阳能电池组件。图3B是在它的围绕的区域的放大的示图。图4是沿图3A中的线4-4的剖面图。
下面将描述本发明的太阳能电池组件的输出引线盒和它是如何贴附的。(输出引线盒)本发明的输出引线盒104保护光电器件的输出在此导出到外面的部分。它保护输出端子联接到导出线的部分免于任何外部施加的力的作用和水分从外部进入。甚至当踩或踢时输出引线盒104也不会被破坏，光和水成分也不会使它变坏。
用于本发明的输出引线盒可以是任何形状，只要它有用于安装的凸台，例如，将要描述的输出引线盒如图3C和3D所示包含三个部件，即输出引线盒固定部件305，顶盖306和底盖307。图3C示出了部件305，306和307的侧视图，图3D示出了部件305，306和307的平面视图。(输出引线盒固定部件305)如图3C和3D所示，输出引线盒固定部件305具有4个凸台。通过分别将4个凸台插入在电池组件上做的4个孔，使得输出引线盒固定部件305固定在太阳能电池组件上。输出引线盒固定部件305在其一侧有一孔，焊接在输出端子301的导出线(末示出)通过该孔朝外延伸。输出引线盒固定部件305的这样构成的内部由密封剂填充，以确保对外面的绝缘。当输出引线盒固定部件305固定在太阳能电池组件上时，在密封剂施加在凸台上以后，输出引线盒的凸台插入到太阳能电池组件的孔内，该部分和表面覆盖材料103接触，并和电线接触。此后，密封剂流入输出引线盒固定部件305的里面。(顶盖306和底盖307)顶盖306和底盖307是分别从上端和下端盖在输出引线盒固定部件305上的部件。该顶盖装在输出引线盒固定部件305的上面，然后，底盖装在对面，以便固定该盒。(输出引线盒附近的构成)输出端子301用来将多个光电器件的输出引导到外面。以后将要参照图2C描述的输出端子213和216对应延伸到该器件外部的部分。
如图4中所示，本发明的输出端子301用树脂填料404覆盖。用树脂覆盖意味着输出端子301除导出引线(仅在该部分没有用树脂覆盖)之外的部分均被覆盖。为此，在输出端子301附近的光屏蔽材料被切去，该切去的部分用树脂填料404覆盖。树脂填料404可能是构成表面覆盖材料或背面覆盖材料的树脂。在这种情况下，覆盖材料和其它材料间的粘合界面可以省去，并不受可靠性损失的影响。作为另一种方法，可以在光屏蔽材料和输出端子之间提供粘合剂。
为了固定输出引线盒，输出引线盒固定部件305的凸台插入的孔304是这样构成的，以至能穿过该太阳能电池组件。在这种情况下，重要的是孔部分没有起到水分进入的通路的无纺织物302。如果在孔部分有无纺织物，通过孔进入的水成分沿着无纺织物进入到太阳能电池组件的内部，会引起电绝缘性能的下降。例如，如图3B所示，可以使用具有这样形状的无纺织物，其仅覆盖输出端子301和光电器件部分，但是不覆盖，也就是不存在于孔304部分。作为另一种方法，可以事先在无纺织物对应孔304的区域做出大的孔(大于凸台插入的孔304的直径的孔)。
可以认为在孔的部分没有无纺织物引起输出引线盒固定部件305固定强度的下降，然而，该强度可以通过提供较大厚度的光屏蔽材料107来补偿。(密封剂)为了保障与外界的隔绝，填充密封剂于输出引线盒104的内部。在具有挠性的太阳能电池组件中，重要的是密封剂具有挠性。在永久安装的太阳能电池组件中，只要能牢固地粘合，几乎不需要它们具有挠性。但是，在具有挠性的太阳能电池组件中，随着太阳能电池组件的弯曲，该太阳能电池组件必须扩展和收缩。如果它们没有挠性，可能出现粘合的失效，从而导致水分通过那个部分进入。
密封剂也必须完全覆盖输出端子和导出线间的联接部分及导出线，因此密封剂的流动性是重要的。这是由于在永久安装的太阳能电池组件中，由于联接方式变化的可能性，为了确保与外界的隔绝，密封安装输出引线盒，没有用密封剂覆盖输出端子和导出导线的联接部分。但是，在轻便太阳能电池组件中是由密封剂保障隔绝的。
本发明使用的密封剂最好是对导出线、表面覆盖材料表面和输出引线盒有好的粘合力。必须有足够的挠性，以便跟随具有挠性的太阳能电池组件的弯曲。满足这些密封的密封剂可以是环氧树脂，硅酮树脂和聚硫化树脂。
密封剂最好具有固化后的100％至500％的致断伸长。该密封剂甚至当使用时太阳能电池组件被弯曲也能防止表面覆盖材料等等从表面上剥落。结果，没有形成水分流入的通路，水分不能进入该组件内部。该密封剂最好具有30至5000泊的粘度。这样的密封剂能够完好地覆盖输出端子和导出线联接部分，以及该导出线，以至密封剂能够防止在内部产生气泡等。
(无纺织物302)无纺织物302包含在表面覆盖材料101和/或背面覆盖材料103中。其具有保护光电器件不受如划伤等外力的影响和同时给予太阳能电池组件以强度的功能。而且，当用真空层压将叠置材料彼此粘合在一起时，无纺织物302有在抽真空时帮助抽空的作用，和防止树脂流出的作用。
如前所述，无纺织物302提供在固定输出引线盒的孔304之外的部分。如果太阳能电池组件具有小孔，无纺织物提供在小孔不存在的部分，从而可以防止水分的进入。而且它不到该组件的边缘，以便防止水分进入，组件的端部可通过受热而熔合。作为所用的材料，可通过用粘合剂粘合玻璃纤维或有机纤维而形成。(光屏蔽材料106和107)该光屏蔽材料106和107具有覆盖联接部件，电极等等，以及保持美观的作用，同时具有加强该太阳能电池组件的强度的作用。特别是补偿没有无纺织物部位的强度。为了加强强度，最好是光屏蔽材料具有大的厚度。然而，具有过大厚度的材料能够引起太阳能电池组件的卷曲。因此，必须具有不产生卷曲的足够小的厚度。用厚度为25微米至500微米的材料，能够用光屏蔽材料覆盖联接部分，和保护联接部分不受外力的损坏。太阳能电池组件的小孔的强度也能得到改善。
如图1A或1C所示，在光屏蔽材料的彼此叠置在一起的部分(阴影区)可以注入粘合剂，以防止水分从光屏蔽材料106和107彼此叠置的部位进入到太阳能电池组件中。
另外，光屏蔽材料106和107必须具有对表面覆盖材料和背面覆盖材料的填充树脂的粘接力。在一些情况下为了改善粘附力，它们的表面要作涂覆处理。它们的表面必须对光没有颜色的变化。关于这些材料可以使用着色的PET膜等。(绝缘材料403)构成背面覆盖材料103的绝缘材料403(图4)具有将太阳能电池组件与泡沫粘合的作用，以及确保光电器件与外界的绝缘的作用。作为绝缘材料的其它特性可以包括电绝缘特性，机械强度，在潮湿时的隔绝特性，以及耐热性。
当在绝缘材料和光电器件或泡沫间的粘合是低强度时，粘合剂可以用在它们的界面。从可操作的观点出发，先前形成粘合剂/绝缘材料/粘合剂整体叠置是优选结构。
用在本发明的粘合剂最好能够具有在高温下的溶化的热特性，同时能在高温下交联。然而，当太阳能电池组件仅在温度升高到约80℃的环境下使用时，该交联特性就不重要了。
该绝缘材料可以包括例如双轴取向的聚对苯二甲酸乙酯，尼龙，玻璃纤维或树脂纤维的无纺织物。(泡沫)背面覆盖材料103内部可以有泡沫。使包括除树脂外还包括发泡剂，交联剂，填料等等的固态发泡材料发泡得到泡沫。在固态发泡材料中的发泡剂在覆盖步骤中分解并产生气体以得到泡沫。由于在覆盖步骤中对固体发泡材料发泡形成泡沫，发泡材料可按太阳能电池组件背后的不规则的形状(例如旁路二极管和电极导出导线)进行发泡。因此，与海绵等附在外壳上的常规方法不同，不产生空洞等，从而可得到高可靠性的太阳能电池组件。作为附加的效果，可以取消将海绵等附在太阳能电池背面的步骤，而上述步骤是通常所必要的。
在具有挠性的太阳能电池组件的情形下，该泡沫具有保护太阳能电池组件背面的作用。而且由于泡沫保护太阳能电池背面，该太阳能电池组件能够浮在水上。在这种太阳能电池组件的情况下，泡沫最好是闭孔结构，使得水难于吸入。为了得到闭孔结构，最好使用上述的使用发泡剂的方法。
该泡沫还需要具有保护太阳能电池组件不受外力损坏的特性。在轻便太阳能电池组件的情形下，假定当太阳能电池组件放在地面附近时，可能被鞋踩上，或者被沿地面拖动。特别是当鞋踩在上面时，砂子或土粘在太阳能电池组件底面，和使得太阳能电池组件变形的力作用在其背面。为了减轻这种应力，该泡沫最好是用具有好的缓冲性能的材料制成，而不用高硬度的材料。
泡沫最好有比砂粒或土的大小大一些的厚度，然而，由于泡沫有特别大的厚度可能引出前面所说的卷曲的问题，它可以有1至15毫米的厚度。(用于固体发泡材料的树脂)在本发明中用于固体发泡材料的树脂需要具有注入特性或者流动特性。例如，在修订的ASTM 4-1238中，流动性的标准用熔化-流动率表示。在本发明固体发泡材料使用的树脂有1至400dg/分钟的流动性可能更好些。如果它具有小于1dg/分钟的流动性，就可能得不到足够的流动性以注入太阳能电池组件背面注的不规则部位。在覆盖步骤中可以通过提高温度来改善流动特性，但是在表面覆盖材料中使用的填料乙烯乙酸乙烯酯等可能发黄，产生降低太阳能电池组件的转换效率的问题。另一方面，具有高于400dg/分钟的流动性的树脂不能捕获发泡剂产生的气体，该气体会散发到组件之外。
由于在太阳能电池组件的覆盖步骤中的高温，由发泡剂产生的气体形成的胞状结构还需要不产生压碎的足够高的耐热性。因此，作为固体发泡剂的树脂，最好包含交联剂。
除了对绝缘材料和加强片有粘合强度外，固体发泡材料的树脂还需要在覆盖步骤中作成泡沫。必须有一定程度极性基团。只要它是能满足这些条件，不作特别的限定。作为具体的材料，包括天然橡胶，丁苯橡胶，氯丁橡胶，乙烯-丙烯二烯橡胶，乙烯乙酸乙烯酯，和如乙烯-乙基丙烯酸酯等丙烯酸酯与乙烯的共聚物。
当分别使用粘合剂时，可以使用例如聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯或ABS树脂。当然，任何这些树脂可用其混合形式。(固态发泡材料中的发泡剂)固态发泡材料可以用在化学反应时作为副产物产生的气体的方法，混合或浸渍低沸点的挥发溶剂的方法，加入微球方法，或加入可溶解的物质和溶解掉的方法进行发泡。在本发明中可用任何方法。
在利用化学反应时作为副产物产生的气体的方法的情况下，在本发明中适宜使用的发泡剂最好是容易形成闭孔结构的有机发泡剂。有机发泡材料指的是通过加热可以分解产生气体的物质。构成固态发泡材料的树脂被软化，发泡和固化以变成泡沫。
这种发泡剂可以分为有机发泡剂和无机发泡剂。
无机发泡剂可以包括例如碳酸氢钠，碳酸氢铵，碳酸铵和叠氮化物。氢氧硼钠和轻金属也能产生气体，但是由于它们具有400℃或者更高的气体产生温度或者产生的气体种类是氢，所以是危险的。无机发泡剂容易产生开孔结构，而且在使用在本明中时，必须设计例如防水措施使得水分不能进入该泡沫中。
另一方面，最好在本发明中使用有机发泡剂，这是由于能够以适当的速率通过热分解产生气体，而且产生的气体几乎是氮，并能产生均匀和很好的闭孔结构。而且，最好是材料能急剧地产生气体。
当发泡剂具有大大不同于在覆盖太阳能电池组件的步骤中所用的温度的分解温度时，在一些情况下要使用发泡助剂设备。
由于最好气体是在树脂软化以后交联反应进程中产生的。该发泡剂最好是具有高于树脂软化温度的分解温度，而且在以后要描述的有机过氧化物交联剂的1小时半衰期温度-40至+40范围。当形成泡沫时，最好是树脂的交联能提前发生，然后产生气体。
加入的发泡剂的量最好是按重量计份0.1至30。(用于固体发泡材料的交联剂)企图在覆盖的步骤中改善轻便太阳能电池组件的耐热性，改善绝缘材料的粘合强度，或者当泡沫放在太阳能电池组件背面的时候提高损坏抵抗能力。因此，泡沫最好已交联。
泡沫可以用自由基交联的通常方法交联一起，或者用与固化剂化学反应产生的离子交联来完成。作为满足上面要求的方法，最好使用自由基交联的方法。
自由基交联可以分为电子射线交联，辐射交联，化学交联等等。从简化使用的设备的观点出发，最好使用化学交联。特别是用有机过氧化物产生的交联广泛地使用。下面，将详细介绍有机过氧化物。
以由有机过氧化物产生的自由基抽出树脂中存在的氢以形成C-C键的机制，发生由有机过氧化物产生的交联。热分解，氧化还原分解和离子分解是公知的激活有机过氧化物的方法。热分解已被广泛地使用。
通常根据在泡沫中的树脂重量的0.1至5％的量加入有机过氧化物。有机过氧化物通常根据1小时半衰期温度来规定。在本发明中使用的有机过氧化物的1小时半衰期的温度不作具体的规定。然而，以实际的观点，在树脂主要由烯烃树脂构成的情况下，在大约是90至150℃的温度下完成压缩成形，有机过氧化物最好有100至170℃的1小时半衰期温度。
发泡剂的分解温度和交联剂的分解温度间的关系可以不作严格的限定。有机过氧化物的1小时半衰期温度最好高于发泡剂的分解温度。(包含在固体发泡剂中的填充物)为了控制孔的数目，填料可以加入固态发泡材料中作为补充剂或者成核剂。增加填料的用量会增加孔的数量，获得致密的泡沫。为了得到满意的结果，加入的成核剂最多为1wt％。若加入的量大于上述值，则不会导致孔数量的增加。
另外，由于经济的原因，可以加入便宜的补充剂。具有那种成核作用的材料例如包括例如碳酸钙，粘土，滑石，氧化镁，氧化锌，碳黑，二氧化硅，氧化钛，原硼酸和滑石树脂细颗粒，碱土金属的脂肪酸盐，柠檬酸和氢碳酸钠。(保护膜401)本发明的太阳能电池组件不是永久安装的，而是手持式，而且可以应用到必须仅能使用太阳能电池的场所。例如，可以用在没铺设系统电线的节日圣地，或者用于给船只和汽车作电池充电。为此目的，需要这种挠性和重量轻的太阳能电池组件。更具体地说，为了用手拿太阳能电池组件，当不使用时，最好是重量轻的，和可随心拆叠的，或为了保管可以卷起耒。这种太阳能电池组件中，背面覆盖材料比起永久安装的情形，使用时常处在严酷的条件下。更具体些，手持时可以用手拖拉，或者在使用时偶尔误踩在上面。
为了抵御这种外力，该种泡沫用在其背面。在和外力相比该种泡沫具有较低的抵抗损坏力和缓冲特性的情况下，在背表面的外面可提供保护膜401。保护膜的特性是耐气候性，有挠性，防水能力，耐汽油性能和抗增塑剂移动能力。因此，具体的材料包括低密度聚乙烯，聚乙烯共聚物，包含不多于重量30％乙酸乙烯的乙烯乙酸乙烯酯，聚氯乙烯，引入了增塑剂的聚酯或氟乙烯。当保护膜和泡沫之间的粘附力没有足够的强度时，该二者可以用粘合剂或者压敏粘合剂粘合，这类似加强层。
保护膜401的优点不仅在于保护太阳能电池组件，还保护生产过程。更具体讲，当发泡剂分解时有效地防止产生的气体的逸出。在这种情况下，可以组合使用粘合剂或者压敏粘合剂。(填料树脂402，404)分别用于表面覆盖材料101和背面覆盖材料103的填料树脂最好耐覆盖该太阳能组件步骤的最初阶段的溶解，和在该步骤结束的阶段发生交联。该交联最好是在有前面所述的有机过氧化物的情况下完成。这样完成的交联带来在粘合剂中的树脂粘合力的改善，以使得粘合剂不会在层间发生粘合失败。可能使得和加强层或泡沫的界面形成共价键，以改进粘合强度。粘合剂的具体材料可以包括乙烯-乙酸乙烯共聚物，乙烯-乙酸乙酯的共聚物，聚乙烯醇缩丁醛，硅酮树脂和丙烯酸树脂。
当填料树脂没有足够强的粘合强度时，可以组合使用硅烷偶合剂和钛酸盐偶合剂，以至粘合强度能够加强。构成填料树脂的粘合剂树脂还最好结合紫外光吸收剂，以便填料树脂具有希望的屏蔽紫外光的作用。用于这种情况的紫外线光吸收剂可以包括有机的和无机的紫外光吸收剂。为了改善机械强度，最好加强填料树脂。作为具体材料，最好在覆盖玻璃纤维无纺织物或由有机纤维组成的无纺织物时插入，或者事前在填料树脂的树脂中混入玻璃短纤维或玻璃小球等填加剂。然而如果玻璃短纤维与外界连通，水分可以通过玻璃纤维和填料树脂间的界面进入。因此，在太阳能电池组件的边缘和固定输出引线盒的孔处没有无纺织物。(表面膜407)作为构成表面覆盖材料101的表面材料的表面膜407，重要的是对于加热，光照和水分是稳定的(即好的耐气候能力)。还希望表面材料难于着色，以至可以防止太阳能电池组件降低其效率。为此目的，希望表面材料具有好的抗水性能。作为这种抗水性，表面材料最好至少有50度的水接触角，更好是至少有70度的水接触角。表面材料是由氟树脂构成的。这种氟树脂可以包括乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)，三氟氯乙烯树脂(PCTFE)，四氟乙烯-全氟烃基乙烯醚共聚物(PFA)，四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)，1，1-二氟乙烯树脂(PVDF)和乙烯基氟树脂(PVF)。
为了确保与填料树脂的粘合强度任何这些树脂构成的表面材料最好经过电晕放电处理，臭氧处理或涂覆底剂。还可以用涂有氟树脂的玻璃。输出引线盒附着的部位最好经受易于粘合的处理。这可以用诸如与加强填料树脂粘合强度的方法相同的方法完成。(光电器件102)根据本发明的光电器件102是由具有挠性的材料构成的。例如，它如图2A至2C所示的那样构成，其中，作为光转换部件的薄膜半导体光激活层形成在导电衬底上。图2A是光电器件的平面图，和图2B是沿图2A中的线2B-2B的剖面图。图2C是从已经制成组件的光电器件的背面看去的平面图。
在导电衬底201上，叠置背面反射层202，半导体光激活层203和透明导电层204，在其上形成的收集电荷的栅极205，它用银糊207联接到输出端子导线的布线总线206。随后，参照图2C，布线总线206联接到正接头208，正接头208固定在粘接在相邻光电器件的导电衬底的背面的负接头210上。相邻光电器件的铜接头208通过旁路二极管209彼此联接在一起，而且旁路二极管通过绝缘带215固定在衬底201。最后，负端213和正端211和216通过绝缘带212和214固定到衬底201上。根据本发明的结构，正端和负端可以从相同的输出引线盒引出。而且，输出引线盒可以在太阳能电池组件的表面上。
作为光电器件衬底的导电衬底201还起到下电极的作用。它们的材料可以包括硅，钽，钼，钨，不锈钢，铝，铜，钛，碳片，镀锌钢片，和形成有导电层的树脂膜或者陶瓷。
在导电衬底201上，金属层和/或金属氧化物层可以作为背面反射层202形成。为了形成该金属层，可以使用例如Ti，Cr，Mo，W，Al，Ag，或Ni。为了形成金属氧化层，可以使用例如ZnO，TiO2或SnO2。可以使用包括电阻加热，真空淀积，电子束真空淀积和溅射的处理过程来形成金属层和金属氧化物层。
半导体光激活层203是发生光电转换的区域。它的具体材料可以包括PN结结构的多晶硅，PIN结构的非晶硅，或包括CuInSe2，CuInS2，GaAs，CdS/Cu2S，CdS/CdTe，CdS/InP和CdTe/Cu2Te在内的化合物半导体。半导体光激活层可以通过包括熔化硅形成一层或在多晶硅的情形下加热处理非晶硅的处理过程；在非晶硅的情况下，使用硅烷气等作为材料的等离子CVD；和在化合物半导体的情况下用离子涂覆，离子束淀积，真空淀积，溅射和电镀来形成。
透明导电层204起到光电器件的上电极的作用。它们的材料可以包括In2O3，SnO2，In2O3-SnO2(ITO)，ZnO，TiO2，Cd2SnO4，和高浓度掺入杂质的结晶半导体。这一层可以用包括电阻加热，真空淀积，溅射，喷涂，CVD，和杂质扩散的处理来形成。
为了高效收集电流，可以在透明导电层上提供栅极式集电极电极205(栅极)。具体的收集电极205的材料可以包括例如在粘合剂聚合物中分散银，金，铜，镍，碳等的细粉末制备的导电糊。粘合剂聚合物可以包括如聚酯树脂，环氧树脂，丙烯酸树脂，醇酸树脂，聚乙酸乙烯酯树脂，橡胶树脂，尿烷树脂和酚树脂。除了导电糊外，形成集电极电极的处理过程包括溅射，电阻加热，利用掩模图形的CVD，用真空淀积在整个表面形成金属膜，随后用刻蚀除去不必要的区域的金属膜以形成图形的处理；用光-CVD直接形成栅电极的图形的处理；形成负的栅电极的图形掩模，随后涂覆的处理；和用导电糊固定金属导线的处理。
总线206，负接头210和正接头208可接在导电衬底和集电极电极上，是用以下方法实现的，即当它们接在导电衬底上时，诸如铜接头的金属部件用点焊将其联接。当它们接在集电极电极上时，可以使用导电胶或焊料207将金属部件作电联接。当它们接到集电极电极上时，为了防止输出端子与导电衬底或半导体层接触而短路，最好是提供一种绝缘材料。
按上述方法生产的光电器件根据所需要的电压和电流串联或并联联接。另一方面，光电器件可以和绝缘衬底成一体，以获得需要的电压或电流。
下面将通过给出的实例更详细地描述本发明，但本发明并不限于此。实例1在本实例中，具有图2A至2C中所示的层结构的光电器件构成的太阳能电池组件如图5中所示的那样生产。此后，提供图3A至3D所示的输出引线盒。
通过制备在厚度方向可弹性变形的第一部件502，模压片503，背面膜504，无纺织物505，固体发泡材料506，绝缘材料507，填料树脂508，无纺织物509，光电器件510，无纺织物511，填料树脂512，光屏蔽材料519，表面膜513，模压片514，在厚度方向上弹性可变形部件515和具有抗变刚度的部件516，将这些构成按如图5所示一层层叠在平板501(具有抗弯刚度的部件)上。以下详细说明每种构件。
(填料树脂)
作为背面覆盖材料的填料树脂508和作为表面覆盖材料的填料树脂512是通过混合100份重量的乙酸乙烯酯树脂(33wt％的乙酸乙烯；熔化流速30dg/min)，1.5份重量的2，5-二甲基1-2，5-双(t-过氧化丁基)己烷作为交联剂，0.3份重量的2-羟基-4-n-八氧二苯甲酮作为UV吸收剂，0.2份重量的三(单壬基苯基)亚磷酸盐作为抗氧化剂，和0.1份重量的(2，2，6，6-四甲基-4哌啶基)癸二酸盐作为光稳定剂混合制成，随后使用T-模具和挤压机挤压。
背面覆盖材料填料树脂508作成230微米厚和表面覆盖材料填料树脂512作成460微米厚。(固体发泡材料)固体发泡材料506用下面的方法制备。
100份重量的乙烯乙酸乙烯酯树脂(15％重量的乙酸乙烯；熔化流速9dg/min)，40份重量的作为成核剂的软碳酸钙(主要的颗粒直径3微米)，5份重量的作为发泡剂的偶氮二酰胺与二亚硝基五亚甲基四胺的混合物，一份重量的作为交联剂的过氧化二枯基，0.5份重量的硬脂酸和0.1份重量的作为颜料的碳黑的混合物，用反向-L四-辊砑光机形成1.5毫米厚的片。
(绝缘材料)作为绝缘材料507，使用双面电晕处理过的双轴取向的聚乙烯对苯二甲酸乙二醇酯膜(厚度50微米)，该处理过的表面具有53达因/厘米或更高的湿润指数。
(无纺织物)作为背后下面的无纺织物505，使用具有20g/cm2比重，15微米的均纤维直径和外观厚度为130微米，以及包含3％的聚[{6-(1，1，3，3，-四甲基丁基)氨基-1，3，5-三嗪-2，4-二炔}{2，2，6，6-(四甲基-4-哌啶基)亚氨基})环己烷(2，2，6，6-(四甲基-4-哌啶基)亚氨基}]的聚乙烯有机无纺织物。
作为位于光电器件510下面的无纺织物509，是由具有10微米线性直径，20g/m2比重的E玻璃，和包含5％的丙烯酸粘合剂的6微米的直径的玻璃纤维制备的玻璃纤维无纺织物。
作为位于光电器件510的上面的无纺织物511，是由具有10微米线性直径，80g/m2比重的E玻璃，和包含5％的丙烯酸粘合剂的6微米的直径的玻璃纤维制备的玻璃纤维无纺织物。
(光电器件)作为光电器件510，使用如图2A至2C所示构成和根据下面步骤生产的一种。
(1)首先，准备清洁过的带状不锈钢衬底201。在衬底上用溅射的方式相继形成500毫微米的铝层和厚度为500毫微米的氧化锌(ZnO)层作为背面反射层202。
(2)其次，等离子CVD，由此形成半导体光-激活层203串联型非晶硅光电转换半导体层，该层具有n-型层(层厚15nm)，/i-型层(层厚400nm)，/p-型层(层厚10nm)，n-型层(层厚10nm)，/i-型层(层厚80nm)，/p-型层(层厚10nm)的层结构。这里，n-型层称之为使用SiH4，PH3，和H2的混合气体生产的n-型非晶硅(a-Si)层。i-型层称之为使用SiH4，和H2的混合气体生产的i-型非晶硅(a-Si)层。p-型层称之为使用SiH4，BF3和H2的混合气体生产的p-型微晶硅(μc-Si)。
(3)作为透明导电层204，通过在氧气的氛围中电阻加热真空淀积形成In2O3的薄膜(层厚70nm)。
(4)通过以上(1)至(3)步骤得到的产物被切下，然后通过蚀刻和丝网印刷以得到30cm×9cm大小的多个器件。
(5)从得到的多个器件选择十三个器件，使用银糊(商品号#5007，可从Du Pont公司)购得用丝网印刷的方法在每个器件上形成收集电流的栅电极205。
(6)使用布线总线206(400微米直径的焊接铜线)和银糊207(商品号#220，可从Amicon公司购得的)将集电极彼此粘合和连接在一起。
(7)通过点焊将铜接头(厚度100微米)联到不锈钢衬底上，因此得到光电器件。
(8)这样得到的十三个光电器件的铜接头208焊接到相邻的光电器件的布线总线206以便串联联接。
(9)旁路二极管209(2.5mm直径)通过绝缘带(厚度140微米，由100微米厚的聚乙烯对苯二甲酸乙二醇酯基材和40微米厚的压敏粘合层构成)一个接一个地联到每一个光电器件的背面，以及通过焊接联接到每个光电器件的正电极和负电极。
(10)该类似的绝缘带还附着在旁路二极管上。负输出的铜接头210通过双面粘接带(65微米厚)贴到串联联接的仅位于光电器件最外端的一个光电器件，而且，正输出的铜接头(100微米厚)通过绝缘带212(140微米厚，由100微米厚的聚乙烯对苯二酸甲乙二醇酯和40微米厚的压敏粘合层构成)联接到它们中的另一个。
(11)最远端的光电器件的铜接头208焊接到负输出的铜接头210(100微米厚)。对面光电器件的布线总线对折和焊接到正输出的铜接头211。
(12)为了使一端输出，铜接接213焊接到延伸它的负输出的铜接头，还通过绝缘带214(厚度140微米，和由100微米厚聚乙烯对苯二甲酸乙二醇酯基材和40微米厚的压敏粘合层构成)粘结到光电器件上，以形成作为负输出端子的输出引出剂213。作为正输出端子的输出端子216同样地形成。
通过以上步骤(1)至(12)，制备了用于本实例的光电器件510。(光屏蔽材料)作为光屏蔽材料519，使用125微米厚的白色聚乙烯对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，而且置于光电器件510的四侧。(表面膜)作为表面膜513，制备了单向乙烯-四氟乙烯膜(50微米厚)。对填料树脂的其粘合表面507预先作光晕放电处理。(模压层)作为背面薄膜面上的模压层，使用切断的绞合线织物，其此重为450g/m2，17微米的纤维直径，400微米的第二纤维束的长度和100微米的纤维长度。为了防止由于填料树脂流动对模压层的污染，结合使用PFA膜。
作为在表面膜上的模压片514，使用有机纤维(聚酯树脂)的无纺织物，它具有20微米的纤维直径和20g/m2的比重。(在厚度方向上的弹性变形部件)作为提供在背面薄膜上的在厚度方向上弹性变形部件502，使用氯丁二烯橡胶泡沫，它具有根据JIS K6767的50的压缩硬度，8.0mm的厚度和30倍的泡沫放大率。作为提供在表面薄膜面上的厚度方向上的弹性变形部件515，使用硅橡胶，它具有根据JIS K6767的70的压缩硬度和2mm的厚度。(抗弯刚度部件)作为在背面薄膜面上的抗弯刚度部件501，使用层叠的铝片(厚度8mm)。关于在表面薄膜面上的具有抗弯刚度的部件516，制备0.8mm厚度的钢片。
如何使用上面述过的构成材料通过覆盖光电器件制造太阳能电池组件，下面将作介绍。
首先，在利用铝片501的叠层的给定位置延展厚度为50微米的PFA薄膜，以防止污染。
其次，在这个PFA膜上，在厚度方向上可弹性变形的部件502，模压片503，背面膜504，无纺织物505，固体发泡材料506，绝缘材料507，填料树脂508，无纺织物509，光电器件510，无纺织物511，填料树脂512，光屏蔽材料519，表面膜513，模压片514，具有抗弯刚度的在厚度方向上弹性变形的部件516，相继叠加而形成叠层结构。在该叠层上，抗热硅橡胶片(根据JIS K6767的压缩硬度70和2mm厚度)作为隔断517而设置。
然后，使用O形环518作为密封材料，该叠层内部用真空泵抽真空到2乇。在该内部连续抽真空30分钟以后，该叠层置于120℃的热空气干燥中，100分钟以后取出。此后，在室温下冷却，同时，继续抽真空。该真空度保持在4乇或以下，直到冷却完成。因此，制造了多个太阳能电池组件。
下面将结合图3A至3D描述如何将输出引线盒贴附在这样生产的太阳能电池组件上。
如图3A和3B所示，3mm直径的孔304每个氧烷作在输出端子301的附近。其次，末示出的导出线焊接到输出端子301，硅密封剂(粘度700泊；固化后硬度21；致断伸长470％)在它的接触到太阳能电池组件以后覆盖在输出引线盒固定元件305上。该输出引线盒的凸台插入太阳能电池组件的孔中。如图3B中所示，玻璃纤维无纺织物302作成在孔304的位置不存在，以贴在输出引线盒104上。在输出端子301处，光屏蔽材料107被切断，以便树脂覆盖该输出端子301。
该输出引线盒的内部还用硅氧烷密封剂(与以上相同)填充。此后，在室温下放置3天，于是，输出引线盒的上盖306和下盖307就联接在其上了。
最后，方便安装的孔制作在输出引线盒联接的太阳能电池组件的四角。在离太阳能电池组件每侧20mm处，制作直径为12mm的孔，并提供有小孔。
通过前面所述的步骤生产出的太阳能电池组件作四个项目的测试，即温度和相对湿度循环试验，海水浸渍试验，高温水浸渍试验，和如下面所述的作出评价的小孔强度测量。评价结果都示于表1之中。(温度和相对湿度循环试验)对于太阳能电池组件，由第一组(-40℃/1小时)和第二组(85℃/85％RH/4小时)组成的温度和相对湿度循环测试重复200个循环，然后对太阳能电池组件的外观根据下面的标准作视觉评价。这里对外观的视觉评价以下标准进行。
A从所有的外观上看没有变化。
B在外观上看出一点变化，在触及时能看出内部的剥落，或当该组件拆卸时能发觉剥落。
C出现剥落。
在对太阳能电池完成温度和相对湿度循环测试后对该组件按下面所述的方式进行绝缘测试，以测试它的绝缘电阻。
(1)首先，该太阳能电池组件的阳极和阴极短路。
(2)在具有3,500欧姆.厘米的导电液中浸渍得到的样品(含Rohm和Haas公司的商品名称为TRITON X-100的0.1wt％重量的表面活性剂)。当浸渍时，样品的部分高于浸渍的溶液，这样，样品的输出端子没有浸于溶液。
(3)电源的阴极浸在溶液中，电源的阳极联接到样品的输出端子。
(4)由电源加2,200v的电压，测量它的漏电流。
作为这个测试的评价，在表1中示出了漏电流。(海水浸渍试验)该太阳能电池组件在海水中浸渍31天，此后，在海水中测量它的绝缘电阻。在此，根据下面的标准进行绝缘电阻的评价。
(A)绝缘电阻是40欧姆/米2或者更高。
(B)绝缘电阻小于40欧姆/米2。(高温水浸渍试验)该太阳能电池组件浸在85℃的水中10天。此后，对水中取出的太阳能电池组件的外观作视觉评价。这里，根据下面的标准作外观的视觉评价。
A外观完全没有变化。
B外观上可以看到一点变化，触及时能发觉有内部的剥落，当该组件拆卸时能发现剥落。
C没有发现剥落。
进行完高温水浸渍试验的太阳能电池组件经受绝缘测试，以测量其绝缘电阻。这个绝缘测试与温度和相对湿度循环试验以后所作的绝缘测试是相同的。(小孔强度测试)为了测量小孔强度，一个绳子通过便于安装该太阳能电池组件的孔，并将负荷加到它的一端。使太阳能组件破坏的负荷示于表1。
实例2除了在导出电极的部分的光屏蔽材料没有切断，和作为填料树脂的相同部件插入到光屏蔽材料和导出电极之间外，象实例1那样制造多个太阳能电池组件。此后，象实例1那样进行评价。
实例3除了用没有流动性，固化以后的硬度为30和为410％的硅氧烷密封剂代替硅氧烷密封剂以外，用实例1相同的方法制造多个太阳电池组件。此后，用与实例1相同的方法进行评价。
实例4除了用没有流动性，固化以后的硬度为10和为140％的硅氧烷密封剂代替硅氧烷密封剂，以外用实例1相同的方法制造多个太阳电池组件。此后，用与实例1相同的方法进行评价。
实例5除了制造它们没有使用固体发泡材料和此后使用丙烯酸乳胶粘合剂叠层泡沫(3mm厚度的聚乙烯泡沫和泡沫的放大率为30)。以外，用实例1相同的方法制造多个太阳电池组件。此后，用与实例1相同的方法进行评价。
实例6除了制造它们没有使用固体发泡材料以外，用实例1相同的方法制造多个太阳电池组件。此后，用与实例1相同的方法进行评价。
比较例1除了光屏蔽材料没有切断以外，用实例1相同的方法制造多个太阳能电池组件。因此，输出端子没有用树脂覆盖。此后，用与实例1相同的方法进行评价。
比较例2除了以相同的尺寸用玻璃纤维无纺织物作其它的覆盖材料，以至该玻璃纤维无纺织物出现在输出引线盒固定孔的部位以外，用与实例1相同的方法制造多个太阳能电池组件。此后，用与实例1相同的方法进行评价。
比较例3除了用12.5微米厚的PVF代替光屏蔽材料以外，用与实例1相同的方法制造多个太阳能电池组件。此后，用与实例1相同的方法进行评价。表1相对温度和相对湿度 高温水浸渍 海水浸渍 小孔强度循环试验 试验 试验外观 漏电流 外观 漏电流实例1 A 5 A5 A ≥50kg实例2 A 5 A5 A ≥50kg实例3 A 5 A5 A ≥50kg实例4 A 5 A5 A ≥50kg实例5 A 5 A5 A ≥50kg实例6 A 5 A5 A 45kg比较例1A≥50 A≥50C ≥50kg比较例2C≥50 C≥50C ≥50kg比较例3A5A5 A 25kg从表1所示，结果可以证实以下问题。
从表1所示，下面所示的得到证实。
(A)由于输出端子用树脂覆盖，和没有暴露的部分，本发明的太阳能电池组件的电绝缘特性得到改善。
(B)由于太阳能电池组件的边缘和固定输出引线盒的孔没有无纺织物，本发明的太阳能电池组件的电绝缘特性能得以改善。
(C)由于在该组件的边缘没有无纺织物，输出引线盒贴附部位的强度可能降低，但是，由于提供了更厚的光屏蔽材料，可以补偿该强度。
权利要求
1.一种在表面覆盖材料和背面覆盖材料间设置光电器件的太阳能电池组件，其中，光电器件具有延伸到光电器件之外的输出端子；该输出端子被树脂覆盖，以及它没有暴露的部分；和在输出端子的延伸部分配备有输出引线盒。
2.根据权利要求1的太阳能电池组件，其特征在于，输出引线盒有一个凸台，该凸台插入到在表面材料上提供的孔中，以便固定该盒。
3.根据权利权利1的太阳能电池组件，其特征在于，表面覆盖材料和背面覆盖材料的至少一个包含有无纺织物，和在提供孔的部分该太阳能电池组件没有无纺织物。
4.根据权利要求1的太阳能电池组件，其特征在于，表面覆盖材料具有部分覆盖光电器件的光屏蔽材料。
5.根据权利要求4的太阳能电池组件，其特征在于，光屏蔽材料提供在光电器件的四侧，且在光屏蔽材料彼此叠置的部分填充粘合剂。
6.根据权利要求4的太阳能电池组件，其特征在于，光屏蔽材料具有25微米至500微米的厚度。
7.根据权利要求1的太阳能电池组件，其特征在于，表面覆盖材料具有填料树脂和表面膜。
8.根据权利要求1的太阳能电池组件，其特征在于，背面覆盖材料包含泡沫。
9.根据权利要求8的太阳能电池组件，其特征在于，在覆盖步骤中由固体发泡材料形成泡沫。
10.根据权利要求1的太阳能电池组件，其特征在于，在输出引线盒的内部填充密封剂，且该密封剂固化后具有100％至500％的致断伸长。
11.根据权利要求1的太阳能电池组件，其特征在于，输出引线盒的内部填充密封剂，和该密封剂具有30泊至5,000泊的粘度。
12.根据权利要求1的太阳能电池组件，其特征在于，树脂或是构成表面覆盖材料或是构成背面覆盖材料的树脂。
13.根据权利要求1的太阳能电池组件，其特征在于，输出引线盒提供在光电器件的光接收侧。
全文摘要
太阳能电池组件,包含提供在表面覆盖材料和背面覆盖材料间的光电器件,其中光电器件具有延伸到光电器件之外的输出端子,输出端子由树脂覆盖,且没有暴露的部分,以及输出端子在它的延伸部分处配备有输出引线盒。
文档编号H01L31/04GK1192588SQ9810563
公开日1998年9月9日 申请日期1998年1月21日 优先权日1997年1月21日
发明者山田聪, 森隆弘, 片冈一郎, 盐冢秀则, 盐冢绫子 申请人:佳能株式会社