CN105322039A - 超轻柔性晶体硅太阳电池组件及其制备方法 - Google Patents

超轻柔性晶体硅太阳电池组件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超轻柔性晶体硅太阳电池组件及其制备方法，超轻柔性晶体硅太阳电池组件包括前膜、太阳电池、支撑材料、封装胶和后膜，按前膜、封装胶、太阳电池、封装胶、支撑材料和后模的顺序排列并经真空热压成型。制备方法为：按照从上到下为前膜、封装胶、太阳电池、封装胶、支撑材料和后模的顺序叠层，在温度为100℃～150℃、压力为15Kpa～30Kpa的真空条件下，固化30min～60min，得到超轻柔性晶体硅太阳电池组件。本发明的超轻柔性晶体硅太阳电池组件具有高发电效率、柔韧性、重量轻等优点，本发明的制备方法一体成型，工艺简单。

Description

超轻柔性晶体硅太阳电池组件及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，尤其涉及一种超轻柔性晶体硅太阳电池组件及其制备方法。
背景技术
随着太阳能光伏产业的发展，光伏发电越来越普及，在各种曲面及低承重环境下使用太阳能发电对组件的重量及柔韧性提出了更高的要求。高空长航时飞艇、长航时无人机都是采用太阳能发电提供能量，但其对太阳电池的重量非常敏感，市场上常规太阳电池难以到达要求。现有晶体硅太阳电池组件大多是以玻璃为封装材料对电池片进行保护，重量比较重，不能弯曲，限制了其在一些领域的应用。中国实用新型专利201120318220.0公开了一种超薄的太阳能电池组件，只是把常规晶体硅组件的玻璃改成了透光膜，解决了晶体硅组件的柔性问题，但是组件具有柔性时没有一定的韧性，太阳电池容易碎裂，造成组件失效，而且这种方法的组件依然较重。中国实用新型专利201220268254.8公开了一种柔性晶体硅太阳能电池组件，把玻璃换成透光膜之外，还在组件背面利用瓦克E41粘接剂粘连一个碳纤维加强网，支撑材料添加在太阳电池组件的背面，且支撑材料与太阳电池不直接接触，中间隔了一层材料（后膜材料或者是背板材料），这样的方式可以直接用胶水把太阳电池组件与支撑材料粘接起来，工艺实施起来简单方便，但是这种方法有以下缺陷：1.这种支撑结构要涂覆一层粘接剂进行粘接，工艺复杂，而且使用胶水增加了太阳电池组件重量；2.支撑材料突出在太阳电池组件背面，给太阳电池组件的安装带来很多不便，限制其使用范围。一般CIGS、非晶硅等薄膜太阳的效率较低或者成本过高，还无法大规模产业化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种兼具高发电效率、柔韧性、重量轻的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，还提供一种一体成型的超轻柔性晶体硅太阳电池组件的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种超轻柔性晶体硅太阳电池组件，包括前膜、太阳电池和支撑材料，还包括封装胶和后膜，所述前膜、太阳电池、支撑材料、封装胶和后膜按前膜、封装胶、太阳电池、封装胶、支撑材料和后膜的顺序排列并经真空热压构成超轻柔性晶体硅太阳电池组件。
上述的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，优选的，所述支撑材料为碳纤维或玻璃纤维一次热压成型构成的纤维网架，所述支撑材料的厚度≤0.08mm。
上述的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，优选的，所述封装胶为热熔胶，所述热熔胶的面密度为10g/m2～50g/m2。
上述的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，优选的，所述热熔胶为聚烯烃。
上述的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，优选的，所述太阳电池为多个太阳电池片以串联或并联的方式焊接而成，所述太阳电池片为单晶硅太阳电池或多晶硅太阳电池。
上述的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，优选的，所述太阳电池片的厚度为50μm～150μm。
上述的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，优选的，所述后膜为白色PET膜，所述后膜的厚度为20μm～30μm。
上述的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，优选的，所述前膜为ETFE膜或PET膜，所述前膜的厚度为20μm～40μm。
上述的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，优选的，所述前膜经过电晕处理。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的超轻柔性晶体硅太阳电池组件的制备方法，包括以下步骤：将前膜、太阳电池、支撑材料、封装胶按照从上到下为前膜、封装胶、太阳电池、封装胶、支撑材料和后膜的顺序叠层，先在80℃～100℃的温度下，保持1min～3min，然后在温度为100℃～150℃、压力为15Kpa～30Kpa的真空条件下，固化30min～60min，得到超轻柔性晶体硅太阳电池组件。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，将前膜、封装胶、太阳电池组、封装胶、支撑材料和后模顺序排列并真空热压一体成型，无需复杂的粘接工艺，即不需要粘接用胶，在简化工艺的同时也减轻了组件重量。即解决了现有晶体硅太阳电池组件重量大，不能弯曲的难题，同时兼有质量轻、强度高、韧性好的特点。
2、本发明的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，晶体硅太阳电池背面的封装胶内置有支撑材料，支撑材料之后再设置后膜，解决了支撑材料影响组件安装使用的问题，既可以有效保护太阳电池不被局部折断，避免造成电池隐裂或者失效，同时组件还能保持一定的柔韧性和弯曲性能。支撑材料放置在电池片背面，由封装胶一次成型，因此不需要另外使用粘接材料把支撑材料和电池片粘接在一起，这样既减少了粘接材料使用，也减少了工艺步骤，同时还降低了组件重量。
3、太阳电池背面的封装胶内置支撑材料存在以下技术难题：一是支撑材料和太阳电池直接接触，在封装过程中可能导致太阳电池隐裂或者破碎的风险；二是支撑材料可能与封装胶粘接不牢固而脱落的风险。本发明的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，支撑材料由碳纤维复合材料或者是玻璃纤维一次热压成型构成纤维网架，这种网架与封装胶的接触面积大，粘接强度牢固。而且实验证实其与聚烯烃封装后粘接更加牢固。热压成型的纤维网架材料的表面光滑，厚度在0.08mm以内，且支撑网架材料具有一定的柔韧性，这样保证在封装过程中支撑材料与太阳电池接触时产生应力较小，不会造成太阳电池隐裂或者破碎。另外，热压成型的纤维网架具有重量轻、高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等多种优异性能，符合柔性太阳电池所需的支撑要求。成型的纤维网架形状可根据组件的弯曲要求通过制作不同的成型模具从而设计不同的形状。形状可以为六边形、田字形等。
4、本发明的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，封装胶为热熔胶，热熔胶的面密度在10-50g/m2之间。利用热熔胶在高温下融化、固化的特点，可以在封装过程中避免对电池片施加外力，防止裂片。同时热熔胶固化具有弹性和柔韧性、可以保证晶体硅太阳电池组件的柔韧性。热熔胶进一步采用聚烯烃，与EVA膜（乙烯-醋酸乙烯共聚物）相比，聚烯烃在耐环境老化性能、组件抗PID性能方面都有较大的改进。
5、本发明的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，太阳电池为多个单晶硅或多晶硅太阳电池片以串联或并联的方式焊接而成，单晶硅太阳电池或多晶硅太阳电池片所用的硅片经过减薄，厚度大约在50μm～150μm（常规的晶体硅太阳电池厚度为200μm左右），减薄后的太阳电池脆性明显降低，柔韧性增加，可以进行一定程度的弯曲，因此在封装过程中不容易产生隐裂。组件内太阳电池的数量可以根据组件的需要进行排布，太阳电池的尺寸也可以根据组件的需要进行设计。
6、本发明的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，在太阳电池组件的背面即支撑材料之后设置了后膜，解决了支撑材料影响组件安装使用的问题，另外，还可以防止外界环境对内部电池片的伤害。后膜采用超薄（20μm～30μm）的白色PET膜，具有重量轻的特点，同时白色可以反光，能够增加太阳电池的光利用率，提高发电量。
7、本发明的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，前膜由厚度为超薄（20μm～40μm）的ETFE膜或者PET膜，重量轻，可以任意弯曲，同时具有高透光性和高机械强度。且前膜经过电晕处理，能提高其粘附能力。
8、本发明的超轻柔性晶体硅太阳电池组件的制备方法，先采取相对较低温度让热熔胶融化，然后再高温加压固化。可以有效避免热熔胶流动而造成太阳电池隐裂问题。所制备的超轻柔性晶体硅太阳电池组件的面密度在400g/m2以内，弯曲半径小于0.5m，组件转换效率达到16%。该组件具有较强的韧性，不会出现折断等失效现象，对太阳电池起到了有效的保护。且此种结构和工艺做出的超轻柔性晶体硅太阳电池组件抗老化性能强，在85℃、85%湿度环境下经1000小时老化后，仍然完好，没有出现支撑材料脱落等情况。另外，太阳电池的焊接可以采用超薄超软焊带，焊带厚度小于0.1mm，焊接过程中会大幅减少对太阳电池造成的应力，从而可以进一步减少太阳电池的隐裂。
附图说明
图1为本发明实施例1的超轻柔性晶体硅太阳电池组件的结构示意图。
图2为本发明实施例1的超轻柔性晶体硅太阳电池组件中的支撑材料的结构示意图。
图中标号说明：
1、前膜；2、太阳电池；3、封装胶；4、支撑材料；5、后膜。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1：
一种超轻柔性晶体硅太阳电池组件，如图1所示，包括前膜1、太阳电池2、支撑材料4，封装胶3和后膜5，前膜1、太阳电池2、支撑材料4、封装胶3和后膜5按前膜1、封装胶3、太阳电池2、封装胶3、支撑材料4和后膜5的顺序排列并经真空热压构成超轻柔性晶体硅太阳电池组件。
本实施例中，封装胶3为热熔胶，面密度为30g/m2。
本实施例中，热熔胶3为60μm的聚烯烃。
本实施例中，后膜5为25μm的白色PET膜。
本实施例中，前膜1为25μm经过电晕处理的ETFE膜。
本实施例中，支撑材料4为200μm厚度的碳纤维一次热压成型构成的田字形碳纤维网架，如图2所示。
本实施例中，太阳电池2为4串、每串10片的单晶硅太阳电池片以串联的方式焊接而成，太阳电池片的尺寸为80mm×40mm，厚度为150μm。
一种上述的超轻柔性晶体硅太阳电池组件的制备方法，包括以下步骤：将前膜1、太阳电池2、支撑材料4、封装胶3和后膜5按照从上到下为前膜1、封装胶3、太阳电池2、封装胶3、支撑材料4和后膜5的顺序叠层，先在90℃下，不加压力，保持1min，然后在温度为138℃、压力为20Kpa的真空条件下，固化40min，得到超轻柔性晶体硅太阳电池组件，如图1所示。
本实施例制备的超轻柔性晶体硅太阳电池组件面密度在400g/m2以内，弯曲半径小于0.5m，组件转换效率达到16%。该组件具有较强的韧性，不会出现折断等失效现象，对太阳电池起到了有效的保护。且此种结构和工艺做出的超轻柔性晶体硅太阳电池组件抗老化性能强，在85℃、85%湿度环境下经1000小时老化后，仍然完好，没有出现支撑材料脱落等情况。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超轻柔性晶体硅太阳电池组件，包括前膜、太阳电池和支撑材料，其特征在于，还包括封装胶和后膜，所述前膜、太阳电池、支撑材料、封装胶和后膜按前膜、封装胶、太阳电池、封装胶、支撑材料和后膜的顺序排列并经真空热压构成超轻柔性晶体硅太阳电池组件。
2.根据权利要求1所述的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，其特征在于，所述支撑材料为碳纤维或玻璃纤维一次热压成型构成的纤维网架，所述支撑材料的厚度≤0.08mm。
3.根据权利要求1所述的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，其特征在于，所述封装胶为热熔胶，所述热熔胶的面密度为10g/m2～50g/m2。
4.根据权利要求3所述的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，其特征在于，所述热熔胶为聚烯烃。
5.根据权利要求1～4任一项所述的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，其特征在于，所述太阳电池为多个太阳电池片以串联或并联的方式焊接而成，所述太阳电池片为单晶硅太阳电池或多晶硅太阳电池。
6.根据权利要求5所述的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，其特征在于，所述太阳电池片的厚度为50μm～150μm。
7.根据权利要求1～4任一项所述的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，其特征在于，所述后膜为白色PET膜，所述后膜的厚度为20μm～30μm。
8.根据权利要求1～4任一项所述的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，其特征在于，所述前膜为ETFE膜或PET膜，所述前膜的厚度为20μm～40μm。
9.根据权利要求8所述的超轻柔性晶体硅太阳电池组件，其特征在于，所述前膜经过电晕处理。
10.一种如权利要求1～9任一项所述的超轻柔性晶体硅太阳电池组件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将前膜、太阳电池、支撑材料、封装胶按照从上到下为前膜、封装胶、太阳电池、封装胶、支撑材料和后膜的顺序叠层，先在80℃～100℃的温度下，保持1min～3min，然后在温度为100℃～150℃、压力为15Kpa～30Kpa的真空条件下，固化30min～60min，得到超轻柔性晶体硅太阳电池组件。
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