用于在太阳能组件中使用的具有圆形微结构的反射膜的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及具有圆形微结构化特征的反射微结构化膜，以及它们在太阳能组件中的用途。
【背景技术】
[0002]可再生能源是来源于可补充的自然资源(诸如阳光、风、雨、潮汐和地热)的能源。随着技术的进步和全球人口的增长，对可再生能源的需求大幅提高。如今，尽管化石燃料提供了绝大部分的能量消耗，但这些燃料是不可再生的。对这些化石燃料的全球性依赖不仅带来关于其耗尽的担忧，还带来与由燃烧这些燃料所致的排放相关联的环境问题。由于这些问题，世界各国一直都在倡导对大规模和小规模可再生能源资源的开发。当今前景较好的能源资源之一为阳光。在全球范围内，目前有数百万的家庭从太阳能光伏系统获得电力。对太阳能电力不断增长的需求已经伴随着对能够满足这些应用要求的装置和材料的不断增长的需求。
[0003]利用阳光产生动力可以通过使用用于光电转换的光伏(PV)电池(太阳能电池)(例如硅光伏电池)来实现。光伏电池尺寸相对较小，并且通常被组合到具有对应更大功率输出的物理集成光伏组件(太阳能电池组件)中。光伏组件一般由2“串”或更多“串”光伏电池形成，其中每串由成排布置并使用镀锡扁平铜线(也称为电连接器、接片条带(tabbingribbon)或汇流线)串联地电连接的多个电池组成。这些电连接器通常通过焊接过程附着至光伏电池。
[0004]光伏组件通常包括由封装剂围绕的光伏电池，诸如美国专利公布N0.2008/0078445 (Patel等人)大致所述。在一些实施例中，光伏组件包含位于光伏电池两侧上的封装剂。两个玻璃(或其它合适的聚合物材料)面板被定位成与封装剂的前侧和后侧相邻，并粘合至该前侧和后侧。两个面板对太阳能辐射是透明的，并且通常称为前侧层和后侧层或背板。前侧层和背板可由相同或不同的材料制成。封装剂是包封光伏电池的对光透明的聚合物材料，并且还粘合至前侧层和背板以便将电池物理密封起来。这种层合构造对电池提供机械支撑，并且还保护它们免于因诸如风、雪和冰的环境因素而造成的损坏。光伏组件通常配合到金属框架中，其中密封剂覆盖由金属框架接合的组件的边缘。金属框架保护组件的边缘、提供附加的机械强度并且促使该组件与其它组件组合以便形成更大的阵列或太阳能电池板，该阵列或太阳能电池板可安装至合适的支架，所述合适的支架以适当角度保持组件来最大化太阳能辐射的接收。
[0005]制造光伏电池和将光伏电池组合以制造层合组件的技术由以下美国专利例不:N0.4，751，191 (Gons1rawski 等人)；Νο.5，O74，920 (Gons1rawski 等人)；N0.5，118，362 (St.Angelo 等人)；N0.5，178，685 (Borenstein 等人)；N0.5，320，684 (Amick等人)以及 N0.5，478，402 (Hanoka)。
【发明内容】
[0006]本文描述了包括具有圆形峰的微结构化特征的反射微结构化膜、由这些反射微结构化膜制作的太阳能组件以及制作太阳能组件的方法。
[0007]在一些实施例中，反射膜包括基底层以及从基底层突出的多个微结构的有序排列。所述微结构具有由曲率半径限定的圆形峰。另外，微结构包括反射层。
[0008]本发明还描述了太阳能组件。在一些实施例中，太阳能组件包括多个太阳能电池和反射膜，其中所述反射膜已如上所述。
[0009]另外，本发明描述了用于制作太阳能组件的方法。所述方法包括提供反射膜、提供布置在支撑基板上并且通过接片条带连接的多个太阳能电池、将反射膜附着到太阳能电池和相邻区域以及在反射膜上附着透明覆盖层。所述反射膜如上所述。
【附图说明】
[0010]参照以下结合附图对本发明各种实施例的详细说明，可以更全面地理解本专利申请。
[0011]图1示出了本发明实施例的结构化反射膜的横截面。
[0012]图2示出了图1的结构化反射膜的剖视图，其中在一个结构上叠加圆以示出该结构的曲率半径。
[0013]图3示出了图2的结构的展开图，其中叠加的圆示出该结构的曲率半径。
[0014]在以下对例示的实施例的描述中，参照了附图，并通过举例说明的方式在这些附图中示出在其中可以实施本公开的多种实施例。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用实施例并且可以进行结构上的改变。这些附图未必按比例绘制。附图中使用的相似标号指示相似的部件。然而，应当理解，在给定附图中使用标号指示部件并非意图限制另一附图中用相同标号标记的部件。
【具体实施方式】
[0015]太阳能组件通常被制备为光伏太阳能电池的层合阵列。该阵列通常在支撑层和覆盖层之间，所述支撑层一般是透明的，诸如玻璃或透明聚合物材料，所述覆盖层一般也是透明的，并且可为与支撑层相同的材料，或可为与支撑层不同的材料。因为太阳能电池自身相当小，并且仅覆盖组件总表面积的一部分，所以已经开发出多种技术以引导更多的阳光到太阳能电池上，并且因此增加组件的效率。在美国专利N0.4，235，643 (Amick)所描述的一种技术中，具有多个光反射刻面的光学介质被设置在相邻电池之间。光反射刻面被有角度地设置以使在由两个相互会合刻面形成的顶点处以110°至130°，优选约120°的角度限定多个沟槽。这些刻面的结果是射入到这些刻面上的光将以大于临界角的角度反射回到透明前盖构件，并且然后再次从盖构件的前表面反射以便入射在太阳能电池上。在美国专利N0.5, 994, 641 (Kardauskas)中，灵活的反射器装置被作为具有多个沟槽的光学介质使用。该灵活的反射器装置为具有诸如银或铝的反射金属涂层的光学反射片材料。反射片材料的刻面具有尖峰。
[0016]在本公开中，描述了在太阳能组件中可用的反射膜(有时称为光定向介质)。此类反射膜具有大体为平面的背面和结构化正面。结构化正面包括具有圆形峰的微结构的阵列。这些圆形峰反射膜与先前所描述的尖峰反射膜相比具有多种优点。
[0017]圆形峰反射膜与尖峰反射膜相比的一个优点与具有反射金属层的峰的涂层有关。通常，反射膜的反射层为金属涂层。金属涂层通常通过金属蒸发技术来完成。在圆形峰上沉积金属层比在尖峰上沉积更容易。然而，甚至比易于沉积更重要的是这一事实:当峰为尖峰时，也就是说峰变成点时，用金属层充分覆盖尖峰是非常困难的。这能够并且通常导致在存在很少或不存在金属的刻面的峰处的“针孔(pinhole)”。这些针孔不但可以反射光，而且由于聚合物材料不能充分地被金属覆盖，致使允许阳光通过并且射入在刻面的聚合物材料上。随着时间推移，阳光可致使刻面的聚合物材料降解，并且损坏刻面的结构完整性，并且因此通常损坏反射膜的结构完整性。
[0018]另一方面，圆形峰膜不具有尖峰，并且因此更容易涂布。这是因为峰形更逐步地改变而不是变成尖点。由于峰是圆形的并且没有变成尖峰，所以更像是涂布平膜，并且因此更易于提供均匀的金属涂层。更重要地，针孔的风险被降低或消除。
[0019]在尖峰反射膜上的圆形峰膜的另一个优点与处理这些膜有关。一旦刻面被结合到膜表面中，就涉及多种处理步骤。例如，存在在用反射金属层涂覆刻面中所涉及的多种处理步骤。在许多实例中，在与将刻面结合到膜表面中的位置不同的位置上用金属涂覆膜。通常，将膜卷起，并且转送，展开，施涂金属涂层，并且然后将膜再次卷起。然后，通常将金属涂膜转送到另一位置以使膜片变成合适的尺寸和形状的可用制品。这个过程在膜领域中通常称为“转换”。当膜被转换时，它们再次被展开，该膜被撕裂或切成预期尺寸和形状，然后可被封装用于装运到用于结合到太阳能组件的另一位置。关于这一系列步骤的许多变型都是可能的，并且也可使用另外的步骤，诸如将粘合剂层层压到用于附着太阳能组件的模制品。例如，对于将作为单一位置中的连续工艺进行的结构化(刻面结合到膜中)、金属涂覆和转换是可能的，但甚至在此类整合工艺中，仍存在处理步骤，不提及将模制品运送到太阳能组件装配位置，以及太阳能组件自身的装配。由于具有尖峰膜，这些处理步骤中的每个为尖峰提供破损的可能性。在膜其自身卷绕和尖峰接触膜的背面的工艺中尤其如此。对尖峰的损坏不但可以影响膜的美学外观，还可减弱膜反射阳光的能力。此类损坏可发生在膜自身的峰上，在用反射金属层涂覆它们之后可发生在峰上，或者对膜和金属涂膜损坏的组合是可能的。
[0020]另一方面，圆形峰膜更易于处理，并且在处理、运送、转换和其他处理步骤过程中不存在易受损坏的尖峰。
[0021]除非另外指明，否则说明书和权利要求书中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字应该理解为在所有情况下均被术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员使用本文所公开的教导内容寻求获得的期望性能而变化。用端值来表述的数值范围包括该范围内所包含的全部数字(如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)和该范围内的任何范围。
[0022]本说明书和所附权利要求书中所用的单数形式“一种”、“一个”和“所述”均涵盖具有多个指代物的实施例，除非其内容明确指示另外的情况。例如，“一层”涵盖了具有一层、两层或更多层的实施例。如本说明书和所附权利要求书中所用，术语“或”的含义一般来讲包括“和/或”，除非其内容明确指示另外的情况。
[0023]如本文所用，当用于描述微结构特征时，尤其是多种微结构时，术语“有序排列”意指与自然表面粗糙度或其他自然特征不同的赋予模式，其中布置可为连续的或不连续的，可为重复构型、非重复构型、随机构型等。
[0024]如本文所用，术语“微结构”是指其中特征具有至少2个微观尺寸的特征构型。这些特征的局部视图和/或剖视图视图必须是微观的。
[0025]如本文所用，术语“微观”就所述特征而言是指尺寸足够小，以致当从任何观察平面观察时，肉眼需要光学辅助器才能确定其形状。在W.J.Smith, McGraw-Hill于1966年所著的《现代光学工程》(Modern Optic Engineering)第104-105页中发现一个标准，其中视敏度“……是根据可被辨识的最小字符的角尺寸来定义和测量的。”正常的视敏度被认为是当最小可识别的字母正对视网膜上的弧的5分角高度时的视敏度。在250mm(10英寸)的典型工作距离处，得出该物体的横向尺寸为0.36mm(0.0145英寸)。
[0026]术语“(甲基)丙烯酸酯”是指醇的单体丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯