光伏模塊封裝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述一種基于硅晶圓的光伏模塊，所述基于硅晶圓的光伏模塊包括第一外部保護層及第二外部保護層，其中兩個外部保護層都包含低鈉或無鈉玻璃或低堿或無堿組成。光伏模塊顯示對水侵入的抗性、沒有或減少的電位誘發(fā)鈉離子漂移及降低的電位誘發(fā)惡化。
【專利說明】光伏模塊封裝
[0001]相關(guān)申請案的交叉引用
[0002]本申請案根據(jù)專利法主張在2011年8月4日提出申請的美國臨時申請案第61/515，042號及在2011年11月30日提出申請的美國臨時申請案第61/565，050號的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，本申請案依賴所述美國臨時申請案的內(nèi)容，且所述美國臨時申請案以引用的方式全部并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]實施例涉及光伏(photovoltaic;PV)模塊及光伏模塊的工藝。
【背景技術(shù)】
[0004]光伏模塊用于將太陽光轉(zhuǎn)換成電?，F(xiàn)今兩種被使用或正在開發(fā)的主要類型是晶圓式模塊(“晶圓式模塊”或“晶圓式硅模塊”或“晶圓式硅元件” 一可互換使用所有這些術(shù)語)及薄膜模塊，所述晶圓式模塊使用連接在一起的多個硅晶圓，所述薄膜模塊使用碲化鎘(CdTe)、銅銦鎵二硒(CIGS)或薄膜(非晶及微晶)硅。用于晶圓式模塊的典型封裝100具有一個保護玻璃層10 (諸如，堿石灰玻璃)、聚合物背片12、娃晶圓16及介于保護玻璃層與背片之間的囊封層20及視需要的邊緣密封18、金屬框架14及電接觸件22，如圖1A中的橫截面所示。用于薄膜模塊的典型封裝101具有兩個保護玻璃層10 (諸如，堿石灰)、一或更多個薄膜17、介于兩個玻璃片之間的囊封層20、邊緣密封18及電接觸件22，如圖1B中的橫截面所示。乙烯醋酸乙烯酯共聚物(Ethylene vinyl acetate;EVA)、聚乙烯醇縮丁醒(polyvinyl butyral;PVB)或其他囊封劑常見用于將兩個玻璃片黏結(jié)在一起。諸如在模塊周邊的丁基密封劑的密封材料用于增加抗?jié)裥浴?br> [0005]在發(fā)電工業(yè)中，持續(xù)存在著一股驅(qū)動力使PV技術(shù)能與既存的生產(chǎn)電力方法(例如，水力、燃煤、核能、風(fēng)力等)競爭。為此，制造成本、轉(zhuǎn)換效率及效率惡化是需要解決的一些設(shè)計挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]希望在模塊壽命內(nèi)具有高初始轉(zhuǎn)換效率及低惡化速率以增加所產(chǎn)生的電量及減小所產(chǎn)生的電的平準成本(levelized cost of electricity;LC0E)或美元/千瓦時。圖2圖示這兩個領(lǐng)域中的改良。線24圖示的初始模塊效率的改良可通過電池性能的改良產(chǎn)生。對于給定模塊尺寸來說，改良初始模塊性能的其他方式包括最大化電池孔隙。邊緣刪除區(qū)域及為了產(chǎn)生電池至電池電路而由劃線消耗的區(qū)域使用薄膜模塊中原本可用以發(fā)電的區(qū)域。邊緣刪除區(qū)域可主要用于濕氣屏障，以使得所述邊緣刪除區(qū)域在兩側(cè)上與玻璃直接接觸。邊緣刪除區(qū)域的寬度基本上可通過獲取滿意的抗?jié)裥孕阅芩匦璧穆窂介L度決定。濕氣屏障選擇可為影響邊緣刪除區(qū)域的寬度以及線26圖示的壽命內(nèi)的惡化的因素。
[0007]晶圓式光伏模塊與薄膜光伏模塊兩者在所述晶圓式光伏模塊及所述薄膜光伏模塊壽命內(nèi)都展示性能的連續(xù)惡化，其中薄膜模塊惡化更迅速。這種惡化可與眾多問題有聯(lián)系，所述問題包括元件材料的離子遷移、水侵入及光降解。此外，電位(電壓)可為造成這種惡化的加速機制。圖3為圖示分別由線28及線30圖示的晶圓式模塊及薄膜模塊的1%及2%年惡化速率的效應(yīng)的曲線圖。在30年壽命結(jié)束時，這種情況導(dǎo)致晶圓式模塊性能惡化26%且薄膜模塊性能惡化45%。
[0008]所公開實施例增加模塊的壽命內(nèi)的能量輸出。理想情況下，將不存在任何惡化，圖3中所示的曲線上方區(qū)域有此可能性?？赡苁咕A式模塊的壽命內(nèi)的能量輸出增加約15%或更多。當(dāng)將預(yù)期的面板壽命增加至50年時，此增加量增加至約30%，增加至約30%已被認為是行業(yè)的目標。若惡化速率較高，則進一步改良LCOE的可能性增加。上文描述的惡化速率的一些原因與固有的電池惡化及由環(huán)境濕氣、材料含有的濕氣及玻璃中離子的遷移率的存在造成的加速有聯(lián)系。舉例來說，來自玻璃的鈉可在光伏元件中移動，甚至到達(例如)硅晶圓的背側(cè)。
[0009]根據(jù)本公開案的一個方面，光伏模塊將低鈉或基本無鈉或低堿或基本無堿的專用玻璃用于晶圓式硅元件。根據(jù)本公開案的另一方面，晶圓式模塊由兩片低鈉或無鈉或低堿或無堿的專用玻璃組成。
[0010]根據(jù)本公開案的另一方面，一種光伏模塊包含:第一外部保護層，所述第一外部保護層包含玻璃片；第二外部保護層，所述第二外部保護層包含玻璃片；以及至少一個結(jié)晶硅太陽能電池晶圓，所述至少一個結(jié)晶硅太陽能電池晶圓介于第一外部保護層與第二外部保護層之間；其中玻璃片的組成包含:
[0011]
【權(quán)利要求】
1.一種光伏模塊，所述光伏模塊包含: (a)第一外部保護層，所述第一外部保護層包含玻璃片； (b)第二外部保護層，所述第二外部保護層包含玻璃片；以及 (C)至少一個結(jié)晶硅太陽能電池晶圓，所述至少一個結(jié)晶硅太陽能電池晶圓介于所述第一外部保護層與所述第二外部保護層之間； 其中所述玻璃片的組成包^__

2.如權(quán)利要求1所述的模塊，其中當(dāng)根據(jù)所述IEC61215測量準則測試所述濕漏電流時，所述模塊展示大于4000ΜΩ.m2的絕緣電阻值。
3.如權(quán)利要求1所述的模塊，所述模塊進一步包含沿著邊緣且介于所述第一外部保護層與所述第二外部保護層之間的密封，以形成包含所述至少一個結(jié)晶硅太陽能電池晶圓的基本上密封腔。
4.如權(quán)利要求1所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:

5.如權(quán)利要求1所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:
6.如權(quán)利要求5所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:_
7.如權(quán)利要求1所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:_
8.如權(quán)利要求1所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:

9.如權(quán)利要求1所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:
10.如權(quán)利要求1所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:
11.一種光伏模塊，所述光伏模塊包含: (a)第一外部保護層，所述第一外部保護層包含玻璃片； (b)第二外部保護層，所述第二外部保護層包含玻璃片；以及 (C)至少一個結(jié)晶硅太陽能電池晶圓，所述至少一個結(jié)晶硅太陽能電池晶圓介于所述第一外部保護層與所述第二外部保護層之間； 其中所述玻璃片的組成包含:
12.如權(quán)利要求11所述的模塊，其中當(dāng)曝露于按照所述IEC61215濕熱標準的850C /85%濕度及-1kV偏壓應(yīng)力近似2500小時時，所述模塊展示小于5%的輸出功率惡化。
13.如權(quán)利要求11所述的模塊，所述模塊進一步包含沿著邊緣且介于所述第一外部保護層與所述第二外部保護層之間的密封，以形成包含所述至少一個結(jié)晶硅太陽能電池晶圓的基本上密封腔。
14.如權(quán)利要求11所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:
15.如權(quán)利要求11所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:
16.如權(quán)利要求15所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:
17.如權(quán)利要求11所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:_
18.如權(quán)利要求11所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:
19.如權(quán)利要求11所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:
20.如權(quán)利要求11所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:
21.一種光伏模塊，所述光伏模塊包含: (a)第一外部保護層，所述第一外部保護層包含玻璃片； (b)第二外部保護層，所述第二外部保護層包含玻璃片；以及 (C)至少一個結(jié)晶硅太陽能電池晶圓，所述至少一個結(jié)晶硅太陽能電池晶圓介于所述第一外部保護層與所述第二外部保護層之間； 其中所述玻璃片的組成包含:__

22.如權(quán)利要求21所述的模塊，其中當(dāng)曝露于按照所述IEC61215濕熱標準的850C /85%濕度及-1kV偏壓應(yīng)力近似2500小時時，所述模塊展示小于5%的填充因子惡化。
23.如權(quán)利要求21所述的模塊，所述模塊進一步包含沿著邊緣且介于所述第一外部保護層與所述第二外部保護層之間的密封，以形成包含所述至少一個結(jié)晶硅太陽能電池晶圓的基本上密封腔。
24.如權(quán)利要求21所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:
25.如權(quán)利要求21所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:
26.如權(quán)利要求25所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:
27.如權(quán)利要求21所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:_
28.如權(quán)利要求21所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:
29.如權(quán)利要求21所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:
30.如權(quán)利要求21所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:

31.一種光伏模塊，所述光伏模塊包含: (a)第一外部保護層，所述第一外部保護層包含玻璃片； (b)第二外部保護層，所述第二外部保護層包含玻璃片；以及 (C)至少一個結(jié)晶硅太陽能電池晶圓，所述至少一個結(jié)晶硅太陽能電池晶圓介于所述第一外部保護層與所述第二外部保護層之間； 其中所述玻璃片的組成包__
32.如權(quán)利要求31所述的模塊，其中當(dāng)曝露于按照所述IEC61215濕熱標準的850C /85%濕度及-1kV偏壓應(yīng)力近似2500小時時，所述模塊展示小于5%的串聯(lián)電阻增加。
33.如權(quán)利要求31所述的模塊，所述模塊進一步包含沿著邊緣且介于所述第一外部保護層與所述第二外部保護層之間的密封，以形成包含所述至少一個結(jié)晶硅太陽能電池晶圓的基本上密封腔。
34.如權(quán)利要求31所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:
35.如權(quán)利要求31所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:
36.如權(quán)利要求35所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:
37.如權(quán)利要求31所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:_
38.如權(quán)利要求31所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:

39.如權(quán)利要求31所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:

40.如權(quán)利要求31所述的模塊，其中所述玻璃組成包含:

41.如權(quán)利要求1、11、21或31所述的模塊，其中所述玻璃片具有自約0.2mm 1至約0.9mm_1 的 β -OH 值。
42.如權(quán)利要求1、11、21或31所述的模塊，其中所述玻璃片中的至少一個玻璃片具有^20 Λ、優(yōu)選地為芻10 Λ的平均表面粗糙度(Ra)，其中所述玻璃片未被拋光。
43.如權(quán)利要求1、11、21或31所述的模塊，其中所述玻璃基板中的至少一個玻璃基板具有低于3mm的厚度，且所述玻璃基板具有小于0.5微米/cm2的曲率變形W，所述曲率變形W通過方程式W=D/L2描述，其中D為玻璃基板以μ m計的最大曲率，且L為玻璃基板以cm計的對角線長度。
44.如權(quán)利要求1、11、21或31所述的模塊，其中至少一個玻璃片具有1.8mm或更小的厚度。
45.如權(quán)利要求44所述的模塊，其中所述玻璃片中的至少一個玻璃片具有0.5mm或更小的厚度。
46.如權(quán)利要求45所述的模塊，其中具有0.5mm或更小的厚度的所述玻璃片能夠在卷軸式的條件下被處理。
47.如權(quán)利要求44所述的模塊，所述模塊進一步包含含有Na的結(jié)構(gòu)玻璃片，所述含有Na的結(jié)構(gòu)玻璃片具有大于1.5mm的厚度。
48.如權(quán)利要求書1、11、21或31所述的模塊，所述模塊進一步包含>0-1重量％的Ce02、Fe2O3 或 TiO2。
【文檔編號】C03C3/091GK103796829SQ201280042914
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月4日
【發(fā)明者】布魯斯·加德納·艾特肯, 馬克·弗朗西斯·卡洛, 詹姆士·歐內(nèi)斯特·韋勃 申請人:康寧公司