专利名称：光电模块及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种层压件式的光电模块，该层压件具有太阳能电池系统及其封装材料。本发明还公开一种制造光电模块的方法。
现有技术光电模块是用于从太阳光生产电能。电能是通过太阳能电池系统产生的，该系统最好由硅光电池组成。但是，这种系统只能承受小的机械负荷，因此应从双面用封装材料将其包封。作为封装材料可采用例如一层或多层玻璃和/或塑料膜和/或塑料膜复合物。
塑料膜复合物只要由聚氟乙烯(PVF)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)组成，该塑料膜复合物由申请人制造标识为ICOSOLAR，并根据WO-A1-94/29106所公开的真空层压方法以制造光电模块。这种模块中的太阳能电池系统不仅能抗机械损伤，而且能抗大气影响，特别是能抗水蒸汽。在ICOSOLAR-膜复合物中设置铝中间层作防水蒸汽的阻挡层。但是这种方法有缺点，中间层与太阳能电池系统相连接时会导电，致使光电模块中产生不希望的干扰电流。
发明叙述因此，本发明的目的在于提供本文一开始提及的光电模块，该模块不具这种缺点并能防水蒸汽渗透。
为达到这个目的，本发明提出一种光电模块，其特征在于，至少包封材料层由一密封层和一阻挡层组成，该阻挡层由一种塑料膜或一种塑料膜复合物构成，其朝向太阳能电池系统的面有一层用汽相沉积的无机氧化物层。
本发明的光电模块的另一优点在于，该无机氧化物层由元素铝或硅构成，其厚度为30-200nm。该有机氧化物层也有优点，它能透过可见光波范围和近紫外(UV)波长范围内的光线，同时它能吸收UV波长范围内的较短波光线。
再次，本发明的光电模块的优点还在于，密封层置于太阳能电池系统和阻挡层之间，而且最好由乙烯乙酸乙烯酯(EVA)或离聚物构成。
再次，本发明的塑料膜是由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)构成，其上沉积有无机氧化物层。
本发明的光电模块的另一优点在于，无机氧化物层朝向太阳能电池系统，并与邻接的密封层直接或经一底层相接触。
再次，本发明的无机氧化物层的两面皆被塑料膜或塑料膜复合物所包封，而且至少塑料膜或塑料膜复合物起阻挡层的作用。其中无机氧化物层宜通过粘合剂层和/或由有机-无机网状物的杂化层与塑料膜或塑料膜复合物接触。
本发明的无机氧化物层由SiOx构成，其中硅和氧的原子比x在1.3-1.7范围内。
本发明还涉及一种制造光电模块的方法，其中有利的是a)塑料膜或复合塑料膜上有一层由汽相沉积的无机氧化物层，b)一种模块组件，它由太阳能电池系统以及包封材料堆叠构成，密封层从两面包封太阳能电池系统，c)将该模块组件送入工艺设备的接料端，其中它保持的温度低于密封层的软化温度，d)将该模块堆层输送到该设备的抽成真空的真空层压器中，在该层压器中将模块组件加热至密封层的软化温度，以及e)在真空层压器通入空气之后，在无中间冷却下将由模块组件形成组合物输送至硬化炉，在硬化炉中密封层硬化，从而形成光电模块的层叠件，经再冷却后从连续的流水线上卸出。
附图简述本发明的叙述是根据
图1-4图1表示本发明的光电模块1的结构，该模块由太阳能电池系统2和包封太阳能电池系统的包封材料3、3′构成。太阳能电池系统是由多个硅光电池8构成，这些硅光电池由接触丝9串联焊接。包封材料3′由塑料密封层4′和塑料膜或塑料膜复合物6构成，其朝向太阳能电池系统2的表面上涂有汽相沉积的氧化物层7。这种层结构用1表示。包封材料3由例如层5和塑料-密封层4组成，该层与可以是类似于6的玻璃层或塑料膜复合物。
此外，图1a和1b表示能代替层结构I的方案1a和1b。
根据方案1a(图1a)，无机氧化物层7经粘接剂层10和/或有机-无机网状物与另一塑料膜或塑料膜复合物11连接。
根据方案1b(图1b)，无机氧化物层7有一附加底层12，此底层用于与密封层4′的连接。
图2表示按照本发明将图1所示的各个层进行层压以制造光电模块1的设备它表示出接料端14，其中模块组件1置于籍助传输系统16移动的承载板15上，以及带有固定的上部件18和通过液压装置20上升和下降的下部件19的真空层压器17。温度、压力和停留时间由调节系统22控制。此外，图2示出硬化炉23，其温度由调节系统24控制；冷却区25，其温度由调节系统26控制，以及卸料区27。
图3表示带有汽相沉积的无机氧化物层17的塑料膜6在不同波长范围内的透光度。
图4表示本发明的光电模块1经汽相沉积的氧化物层7后的抗水蒸汽阻挡作用的改进。
实施本发明的一种途径现在按照实施例对本发明作较详细的解释在第一个工序中形成阻挡层6，该阻挡层有无机氧化物层7。其结构可根据下表选择，其顺序为从外向内，即向太阳能电池系统的方向。
表(例a-d)例a-阻挡层6聚氟乙烯(PVF)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的复合膜-无机氧化物层7SiOx或Al2O3-密封层4′例b-阻挡层6乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)的塑料膜-无机氧化物层7SiOx或Al2O3-密封层4′例c-阻挡层6PVF和PET的塑料膜复合物-无机氧化物层7SiOx或Al2O3
-有机-无机网状杂混层10′-粘接剂层10例如聚氨基甲酸酯-塑料膜或塑料膜复合物11聚氟乙烯(PVF)、聚偏1，1-二氟乙烯(PVDF)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)-密封层4′例d-阻挡层6PVF和PET的塑料膜复合物-无机氧化物层7SiOx或Al2O3-底层12例如聚氨基甲酸酯、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)-密封层4′从表可以看出，阻挡层6在例b)中由单一塑料膜构成，在例a)中由复合塑料膜构成。
作为密封层4′，宜采用乙烯乙酸乙烯酯(EVA)-膜，该膜在热处理过程中只微有流动，结果交联，从而避免了塑料的蠕变。
离聚物具有将收的密封性，它涉及带离子基团的聚合物，该聚合物除有良好的粘接性能之外，还表现出极小的水汽穿透性。
在PET塑料膜上(见表例a))用真空(未示出)蒸汽沉积形成厚度为30-200nm的无机氧化物层7。为此可采用真空沉积设备(未示出)。为了能保证在塑料膜表面和无机氧化物之间产生满意的附着，塑料膜的表面在氧气(纯度为99.995％)等离子体中进行预处理。
作为无机涂复材料，可采用化学式量的氧化铝(纯度为99.9％)或氧化硅(纯度为99.9％)，并在真空中用电子辐射蒸发。蒸发所用的能量为10keV，发射率可达220mA。通过变化蒸发率或由辊带动的塑料膜或塑料膜复合物的速度可将SiOx-或Al2O3层的厚度控制在30-200nm的范围内。
例如实验室规模制造100nm厚的SiOx层其速度可选为5m/min，而制造40nm厚的Al2O3层，速度则应选为2.5m/min，这时蒸发速率为70nm/s；蒸发时所施压力约为5×10-2Pa。工业规模的制造时，速度可以控制在其100倍和100倍以上。
带无机氧化物层的塑料膜，例如PET可与另一种塑料膜，例如PVF(见表例a)复合形成塑料膜复合物。
在本发明的根据例a)和b)的方案中，无机氧化物层7(宜用硅氧化物层)直接与密封层接触，由此保证其间的满意附着。在这种情况下硅和氧之间的原子比可任意变化。
如果还要籍助无机氧化物层(优选硅氧化物层)使本发明的光电模块补充具有UV过滤作用，则必须在蒸发中控制硅/氧比，使氧的份额x在1.3-1.7之间。
除了上述准则之外，还可选择初始原料的化学式量比例或蒸发速度，以及在蒸发时以反应性气体形式引入补充的氧。这氧就可生成在可见光波长范围内有高透明性的氧化物层，该氧化物层还能吸收UV射线，从而使对UV射线的密封层4′达到附加的保护。
这点将根据图3详细解释。
图3表示一种有厚度为320nm的SiOx层作无机氧化物层的ETFE塑料膜的透光度。从图可以看出，涂复有SiOx的塑料膜实际上不透过350nm波长以下的UV范围内的光。但同样组成但未涂复的塑料膜(未示)也会吸收这个范围内的光。涂复有SiOx的ETFE膜从350nm的波长开始透过入射光。从可见光谱的蓝紫部分的约450nm处开始可观察到甚大的透明度。在其余的可见光范围内可观察到高的透射，这种现象只在红外范围重新减弱。
为了使本发明的光电模块具有下列特性，如在可见光和近UV范围内高的透光性、同时在短波UV范围的阻光作用、以及对水蒸汽的高阻挡作用等，可利用下列灵活性1.无机氧化物层的厚度变化在这种情况下按朗伯-比耳定律能很好地近似表示对透光度的影响。
ln(I/I0)＝-4πkdλ-1
其中I＝透过的光强，I0＝入射强度，k＝与波长有关的吸收系统，d＝蒸汽沉积的无机氧化物层的厚度λ＝光波长2.无机氧化物层，优选SiOx层中的氧含量(x)按照图3，通过另外的蒸汽沉积条件将x的值从1.3增加到更高的值，则无需变化层厚，即能使材料对400nm左右的光波范围具有较高的透射。
添加氧的同时以微波射线的形式引入电磁能，可使x值调整到1.7左右。
这样的变化层厚和氧含量参数可同时使可见光范围内的透射、紫外光范围内的阻止作用和对水蒸汽的阻止作用达到最佳化。
此外，本发明的光电模块的室外应用时，除了达到硅/氧原子比外还应保证其耐气候性，其措施是用塑料膜或塑料膜复合物包封无机氧化物层7的两面。
例如，这可根据图1的方案1a来实现，其阻挡层6具有无机氧化物层7，它又通过粘接剂层10与另一塑料膜或塑料膜复合物11相粘。其中粘接剂层10可以是单独的，或者与一由有机无机网状物构成的杂混层组合在一起。这类网状物可以是以烷氧基硅氧烷为基础的无机-有机杂混系统。它所有相近的交联密度，因此对水蒸汽的阻止作用高，同时对SiOx层的附着令人满意。
此外，可相应选择表中例c)的塑料膜，它可补充起到保护太阳能电池系统不受气候影响的职能。而且根据图1/1a的太阳能电池系统也可选择这样的结构，即使阻挡层6紧靠密封层4′，而用塑料膜或塑料膜复合物11构成模块组件的最外层。
再次，通过塑料底层使其具有满意的耐气候性，根据表中例d)及图1/1b方案，该底层置于密封层4′和无机氧化物层7之间。
籍助图2设备13，可在层压工艺中采用各种方案用来制造光电模块1。
下面示例性地介绍一个方案，但不限于此
如图1所示，有无机氧化物层7的阻挡层6与塑料密封层4′、太阳能电池系统2、另一塑料密封层4以及玻璃层5层合。同样可用PET/PVF塑料膜复合物代替玻璃层5。
此外，层5，特别是在室外应用时应是耐气候的并有装饰作用，例中起装饰作用的涂复有丙烯酸酯层的商品名为MAXEXTERIOR的层压是适用的。
这种模块组件送入图2所示的设备13中进行层压，其间模块组件1在接料端14置于承载板15上，其温度保持室温，但最高保持在80℃。
模块组件的上面和下面设有分离膜(未示)，以便避免在承载板15和其它的设备部件上粘连。
模块组件1置于承载板15之后，由输送系统16，例如一种链式推进器，送入真空层压器17。其中加热板21的温度由一外调节系统22调到相当于在密封层所用塑料材料的软化温度。通过液压设备20将加热板21压向承载板15，这样，通过承载板内部的热流使模块组件中的塑料密封层4、4′达到其软化温度。
在层压器17关闭后，经外调节设备22施以真空，通过抽真空使模块组件中的空气及其它挥发组分排出，这样就保证了层压件不含气泡。然后通入空气，从而将柔性膜(未示)压到模块组件上。
模块组件1在真空层压器17中经过一定的停留时间后通入空气，并在无附加压力下将模块组件输送入硬化炉23。炉籍助调节系统24保持一定的温度，致使模块组件中的密封层在一定的停留时间内硬化并形成层压件，然后层压件在冷却区25冷却到室温。硬化的层压件在卸料区27中以承载板卸出，经冷却的承载板可再回到接料端14。
本发明的光电模块1亦可采用所谓的薄层太阳能电池代替晶硅光电池作太阳能电池系统。在这种情况下太阳能电池系统与封装材料3、3′例如可籍助于压合或砑光连接。这种薄层太阳能电池虽然不易破碎，但对水敏感，这种情况下本发明的解决方案具有特别的价值。
光电模块组件例如可具有下列结构例e)层5玻璃太阳能电池系统2无定形硅的薄层太阳能电池密封层4′EVA
阻挡层6有无机SiO2氧化层7的ETFE塑料膜例f)层5玻璃太阳能电池系统2碲化镉薄层太阳能电池密封层4′EVA阻挡层6PVF/PET塑料膜复合物以及无机SiOx氧化物层7在例e)和f)中，薄层太阳能电池系统用阻挡层6防水蒸汽。因为该系统不易破碎，附加的密封层4可以省去。工业适用性按本发明的方法制造的光电模块的可用于从太阳光产生电能，它的用途甚广，从与建筑物一体化的房顶和立面上的报警塔或活动房屋的小能源装置到大装置和太阳能电站。
其室外应用表明，对水蒸汽的阻挡作用是籍助汽相沉积的氧化物层得到实质性的改善。这可根据图4进行较详细的解释。
在这种情况下无涂复的膜(横轴左面所示)与涂复有SiOx的膜(横轴右面所示)以其水蒸汽穿透性(g/m2d)为标准进行比较。
从这种比较可以看出，在RN12型的PET的情况下，水蒸汽穿透性值可降低到未涂复材料的约十分之一，在RN75型的情况下可降低到未涂复材料的约1/25。对于材料厚度为20rm的ETFE水蒸汽的穿透性甚至降低100倍。
权利要求
1.一种层压件式的光电模块1，该模块以太阳能电池系统工作核心层，其两面涂复包封材料3、3′，其特征在于，至少一层包封材料层3′由密封层4′和阻挡层6构成，而且阻挡层6由塑料膜或塑料膜复合物构成，该膜具有汽相沉积的无机氧化物层7。
2.权利要求1的光电模块，其特征在于，无机氧化物层由元素铝或硅组成，其厚度为30-200nm。
3.权利要求1或2的光电模块，其特征在于，无机氧化物层7能穿透可见光波范围和近UV波长范围内的光，而它吸收UV波长范围内的较短波长光。
4.权利要求1-3中之一项的光电模块，其特征在于，在太阳能电池系统2和阻挡层6之间置有密封层4′。
5.权利要求4的光电模块，其特征在于，密封层4′由乙烯乙酸乙烯酯(EVA)构成。
6.权利要求4的光电模块，其特征在于，密封层4′由离聚物构成。
7.权利要求1-6中之一项的光电模块，其特征在于，在其上沉积有无机氧化物的塑料膜是由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)组成。
8.权利要求1-7中之一项的光电模块，其特征在于，无机氧化物层7朝向太阳能电池系统2，并与邻接的密封层4′直接接触。
9.权利要求1-7中之一项的光电模块，其特征在于，无机氧化物层7朝向太阳能电池系统2，并通过底层12与邻接的密封层4′接触。
10.权利要求1-7中之一项的光电模块，其特征在于，无机氧化物层7两面被塑料膜或塑料膜复合物6、11包封，而且至少一层塑料膜或一层塑料膜复合物起阻挡层6的作用。
11.权利要求10的光电模块，其特征在于，无机氧化物层7通过粘接剂层10和/或由有机-无机网状物构成的杂混层10′与塑料膜或塑料膜复合物11接触。
12.权利要求1-11中之一项的光电模块，其特征在于，无机氧化物层7由SiOx构成，而且硅和氧的原子比x在1.3-1.7范围内。
13.一种制造权利要求1-12中之一项的光电模块的方法，其特征在于，a)塑料膜或塑料膜复合物6上以气相沉积一层无机氧化物层7，b)模块组件1由太阳能电池系统2以及包封材料3，3′的层合，其方式是密封层4、4′从两面包封太阳能电池系统2，c)这种模块组件送入设备13的接料端14，接料端的温度保持在密封层4，4′的软化温度以下，d)模块组件输送入设备13的真空层压器17，该层压器轴真空，模块组件在其中加热至密封层4，4′的软化温度，e)在真空层压器17通入空气后，无需冷却地将模块组件生成的组合物输送入硬化炉23，在其中密封层4，4′硬化，结果形成光电模块的层压件2，该层压件在冷却后可从连续的工艺流水线上卸出。
全文摘要
本发明涉及一种层压式的光电模块(1),该模块具有的核心层为一太阳能电池系统(2),以及涂覆于其两面的包封材料(3,3′)。根据本发明,包封材料(3′)至少由一密封层(4′)和一阻挡层(6)构成,该阻挡层由塑料膜或塑料膜复合物构成,而且在其上有经汽相沉积的无机氧化物层(7)。
文档编号H01L31/04GK1273697SQ99801075
公开日2000年11月15日 申请日期1999年6月30日 优先权日1998年7月3日
发明者A·普莱辛, H·C·兰戈夫斯基, U·穆谢默 申请人:伊索沃尔塔奥地利绝缘材料厂股份公司, 弗劳恩霍弗实用研究促进协会