專利名稱：一種太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電領(lǐng)域，更具體的涉及一種太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)及其制備方法。
背景技術(shù)：
多晶硅片和單晶硅片是當(dāng)前太陽(yáng)能電池的主導(dǎo)材料，但晶硅原料日益緊缺，太陽(yáng) 能電池價(jià)格高居不下。因此，發(fā)展硅薄膜太陽(yáng)能電池，減少對(duì)晶體硅片的依賴是降低太陽(yáng)能 電池成本的可行途徑。典型的薄膜太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)，通常為襯底/透明導(dǎo)電氧化物/硅層(p-i-n 結(jié)構(gòu))/透明導(dǎo)電氧化物/金屬。由于薄膜太陽(yáng)能電池背電極一般用金屬層，如鋁或銀層， 所以如果不進(jìn)行封裝，其在空氣中長(zhǎng)期使用，會(huì)被雨水和氧氣氧化絕緣并腐蝕穿孔，導(dǎo)致電 池短路或者內(nèi)阻增加致使電池效率降低，從而縮短了電池的使用壽命。因此封裝是決定電池壽命的主要因素。作為薄膜太陽(yáng)能電池的封裝膠，有以下要 求(a)粘結(jié)性能好；(b)耐熱防水性能；(c)有良好的絕緣性能；(d)具有彈性，能減少運(yùn)輸、 安裝和使用過程中對(duì)電池核心部件的損傷；(e)抗老化性能、壽命長(zhǎng)，長(zhǎng)期戶外使用不會(huì)出 現(xiàn)明顯的脫膠、開裂現(xiàn)象。傳統(tǒng)薄膜太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)如圖1所示，首先在作為透光玻璃基底層1上濺鍍 和沉積薄膜太陽(yáng)能電池層2(其依次包括透明導(dǎo)電氧化物層、硅層(p-i-n結(jié)構(gòu))、透明導(dǎo)電 氧化物層、金屬層)，在引出電極3后，利用封裝膠4，例如=EVA(Ethylene Vinyl Acetate, 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)或PVB (Polyvinyl Butyral，聚乙烯醇縮丁醛)層壓將背板5 和薄膜太陽(yáng)能電池層2粘結(jié)在一起，由于PVB價(jià)格昂貴，現(xiàn)在常用的都是EVA膠膜。而且， EVA和PVB屬于熱熔膠，常溫下無粘結(jié)性，在封裝時(shí)必須加熱到熔融溫度(對(duì)于EVA —般 130-180°C )下加壓發(fā)生熔融粘結(jié)和交聯(lián)固化。對(duì)于EVA，現(xiàn)在成熟的工藝方法是將電池， EVA膠膜和背板材料疊在一起，然后放到層壓機(jī)中抽真空層壓。為了達(dá)到最佳的固化效果， 其耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低；所以一般太陽(yáng)能電池生產(chǎn)廠家，為了滿足其批量生產(chǎn)的要 求，往往需要多臺(tái)層壓機(jī)同時(shí)工作(往往多達(dá)十臺(tái))，費(fèi)用高且占地面積大。因此如何提高 產(chǎn)能、減少成本是薄膜太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)所需要解決的重要問題。而且，采用EVA或PVB層壓封裝，由于需要加熱加壓，會(huì)出現(xiàn)褶皺、側(cè)移和氣泡殘余 等不良現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)EVA和PVB膠膜封裝過程中的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的就是發(fā)展一種快速高效、費(fèi) 用低廉且設(shè)備簡(jiǎn)單的太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)及其制備方法，以提高太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)的產(chǎn) 能并降低生產(chǎn)成本。一方面，本發(fā)明提供一種制備太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟步驟一、在透光基底層上制備太陽(yáng)能電池層，所述太陽(yáng)能電池層背電極一面背向 所述透光基底層，并同所述透光基底層一起形成太陽(yáng)能電池組件；
步驟二、將UV膠涂覆在所述太陽(yáng)能電池組件的所述太陽(yáng)能電池層的背電極的一 面上，覆蓋所述太陽(yáng)能電池層；步驟三、對(duì)所涂覆的UV膠進(jìn)行撫平處理，形成UV膠層；步驟四、在真空環(huán)境下，將涂覆有UV膠層的太陽(yáng)能電池組件和背板粘結(jié)在一起；步驟五、將用UV膠層粘結(jié)好的所述太陽(yáng)能電池組件和背板在裝有紫外燈的固化 設(shè)備中用紫外光照射固化，將UV膠層變成固化的UV膠層。如上所述的方法，在所述步驟二中，所述 UV膠的黏度在50 lOOOcps之間。如上所述的方法，所述步驟二可以通過噴涂或幕涂的方式實(shí)現(xiàn)。如上所述的方法，所述步驟四是在氣壓低于50Pa的真空環(huán)境下進(jìn)行的。如上所述的方法，所述紫外燈為波長(zhǎng)在340-380nm的中壓汞燈。如上所述的方法，所述太陽(yáng)能電池層為硅薄膜太陽(yáng)能電池層、銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng) 能電池層或碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池層。另一方面，本發(fā)明提供一種太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)，包括透光基底層，在所述透光 基底層上沉積有太陽(yáng)能電池層，在由所述透光基底層和所述太陽(yáng)能電池層所形成的太陽(yáng)能 電池組件上，利用固化的UV膠層粘結(jié)好背板。如上所述的太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)，在所述太陽(yáng)能電池層和所述UV膠層之間還包 括保護(hù)層，所述保護(hù)層和所述透光基底層將所述太陽(yáng)能電池層密封，所述保護(hù)層是厚度在 5nm-10um之間的氮化硅、二氧化硅或氧化鋁。如上所述的太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)，所述背板采用紫外光可透射材料。如上所述的太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)，所述太陽(yáng)能電池層為硅薄膜太陽(yáng)能電池層、銅 銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池層或碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池層。本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效 果1.所選用的封裝膠為UV膠，固化速度快，提高了組件生產(chǎn)的效率，增加產(chǎn)能并降 低了組件生產(chǎn)成本；2.所采用的封裝設(shè)備簡(jiǎn)單且易操作，所需設(shè)備更少，減少了設(shè)備投入，并減小了占 地面積；3.所采用的UV膠黏度低，不需要加熱加壓，不易出現(xiàn)褶皺、側(cè)移和氣泡殘余等不 良現(xiàn)象。


下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)的描述圖1是現(xiàn)有技術(shù)的硅薄膜太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的硅薄膜太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)橫截面示意圖；圖3a、3b、3c分別是采用人工刷膠、噴涂和幕涂方式涂覆UV固化膠的方法及設(shè)備 示意圖；圖4是用滾輪把UV膠撫平過程的示意圖；圖5a_5b是在真空中將背板6和涂覆過UV膠層的太陽(yáng)能電池組件粘結(jié)在一起的 過程示意圖6是將用UV膠層粘結(jié)在一起的背板6和太陽(yáng)能電池組件在裝有紫外燈的固化 設(shè)備中進(jìn)行固化的過程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖2-6，來詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體實(shí)施例。原理在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，采用固化的UV膠對(duì)硅薄膜太陽(yáng)能電池進(jìn)行封裝。UV 膠在紫外光的照射下，經(jīng)過吸收高強(qiáng)度紫外光，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，膠中的光引發(fā)劑被引發(fā)，從 而產(chǎn)生自由基或離子，這些自由基或者離子會(huì)和預(yù)聚體或不飽和單位中的雙鍵產(chǎn)生交聯(lián)反 應(yīng)，形成單體基團(tuán)，從而引發(fā)聚合，交聯(lián)和接枝反應(yīng)，使其在數(shù)秒內(nèi)由液體轉(zhuǎn)化為固體，此過 程即為UV膠的固化。本實(shí)施例中所采用的UV固化膠主要包括光引發(fā)劑、預(yù)聚體和消泡劑等。結(jié)構(gòu)圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的硅薄膜太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)橫截面的示意圖。如圖2 所示，該硅薄膜太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)依次包括透光基底層1 (這里為玻璃基底)、薄膜型太 陽(yáng)能電池層2 (本例中其具體結(jié)構(gòu)為TCO/p-Si/i-Si/n-Si/TCO/Al)、保護(hù)層4、固化的UV膠 層5和背板6。薄膜型太陽(yáng)能電池層2兩端伸出兩個(gè)電極引線3，保護(hù)層4可以是氮化硅 (Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)等，厚度在5nm-10um之間，其和透光基底層1組成 密封殼體，密封封裝薄膜型太陽(yáng)能電池層2。透光基底層1、固化的UV膠層5和背板6進(jìn)一 步使太陽(yáng)能電池層2免受外界空氣和水的腐蝕。為了使UV膠有效固化，背板6通常選用紫 外光可透射材料，如鋼化玻璃。需要注意的是，其中保護(hù)層4并非必須的部分，根據(jù)太陽(yáng)能 電池封裝結(jié)構(gòu)使用的環(huán)境，可以省略。方法下面詳細(xì)介紹根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的硅薄膜太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)的制備方法。一、通過磁控濺射和化學(xué)氣相沉積在透光基底層1上制備薄膜型太陽(yáng)能電池層 2 (形成太陽(yáng)能電池組件)，背電極一面朝上。二、將UV膠(黏度為50 lOOOcps)涂覆在太陽(yáng)能電池層2的背電極一面上。通 常采用的涂覆方式有三種(1)刷膠，(2)噴涂，(3)幕涂。圖3(a)給出了用刷子8刷膠的 示意圖，使用刷子8人工(或利用機(jī)械)蘸取UV膠7然后刷到太陽(yáng)能電池層2上；此方法 涂膠存在隨機(jī)性，涂覆得到的UV膠層均勻性較差。圖3(b)是噴涂法涂膠示意圖，適用于黏 度比較低的UV固化膠，如圖所示將UV膠7輸運(yùn)到太陽(yáng)能電池層2上面的管道中，通過噴涂 機(jī)9噴濺到太陽(yáng)能電池層2上。圖3(c)是用幕涂法涂膠的示意圖，通過裝滿UV膠7的截 面呈漏斗狀的幕涂機(jī)10進(jìn)行涂覆，其中，幕涂機(jī)10的下部開口的大小可以控制UV膠的流 速；并且如果采用流水線式操作，可以根據(jù)相鄰兩個(gè)太陽(yáng)能電池組件遞送至幕涂機(jī)10下方 的節(jié)奏來調(diào)節(jié)開口打開和閉合的頻率。噴涂法和幕涂法涂膠效率高且易于流水線操作，與 本發(fā)明的方法結(jié)合能夠獲得更高的效率。三、需要對(duì)UV膠進(jìn)行撫平處理，形成UV膠層。由于利用現(xiàn)有的涂覆方式在太陽(yáng)能 電池層2上涂覆的UV膠層，普遍存在著厚度不均勻的問題，如果不進(jìn)行撫平，在隨后將背板 6粘結(jié)到透光基底層1上的太陽(yáng)能電池層2上面并固化之后在UV膠層和背板6之間容易形成氣泡，UV膠層固化后和背板6之間容易脫膠，使得UV膠層直接暴露在空氣中，UV膠層會(huì) 老化進(jìn)而失去對(duì)電池背電極的保護(hù)作用，使太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)壽命變短。如圖4所示，通 過滾輪11和太陽(yáng)能電池層2之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來?yè)崞経V膠，撫平操作時(shí)，可以根據(jù)具體需要 來調(diào)節(jié)滾輪11和太陽(yáng)能電池層2之間的間距。該操作中，為了防止出現(xiàn)拉絲現(xiàn)象，UV膠的 黏度不宜太高，優(yōu)選為在50 lOOOcps之間，且所選擇的滾輪11的材質(zhì)和UV膠的粘結(jié)能 力較差。使用黏度較低的UV膠的另外一個(gè)好處，就是可以盡量減少UV膠層中可能存在的 氣泡。經(jīng)過這道工序，得到了厚度比較均勻的膠層，減少在背板6與UV膠層粘結(jié)過程中形 成的氣泡。
四、在真空中將背板6和涂覆有UV膠層的太陽(yáng)能電池組件粘結(jié)在一起。為了盡量 減少UV膠層和背板6之間的氣泡，整個(gè)過程需要在真空腔室12中進(jìn)行，具體過程如下1) 如圖5 (a)所示，首先將涂覆有UV膠層的太陽(yáng)能電池組件和背板材料6分別放入真空腔室 12中；2)關(guān)閉真空腔室并抽真空，待真空腔室中氣壓低于50Pa時(shí)，如圖5(b)所示，將背板 6輕輕放下并和下面的太陽(yáng)能電池組件粘結(jié)在一起。由于所采用的UV膠黏度較低，粘結(jié)時(shí) 基本不需要額外壓力。相比于用EVA或PVB封裝時(shí)為了增強(qiáng)粘結(jié)性能加壓的過程，對(duì)設(shè)備 的要求較低，且時(shí)間變短。粘結(jié)結(jié)束后，可以對(duì)腔體充氣并用傳送帶等將粘結(jié)好背板的太陽(yáng) 能電池組件輸運(yùn)出來。另外，還可以采用多腔室體系，即存在與所述真空腔室相連的氣壓相 對(duì)較高的緩沖室，打開真空腔室12的門將所得的粘結(jié)好背板的太陽(yáng)能電池組件直接傳送 至緩沖室，進(jìn)一步縮短所需時(shí)間，整個(gè)過程只需要幾分鐘。五、將粘結(jié)好背板6的太陽(yáng)能電池組件放到紫外固化設(shè)備中進(jìn)行紫外固化。圖6是 將上述太陽(yáng)能電池組件在裝有紫外燈的固化設(shè)備中進(jìn)行固化的過程及所用裝置的示意圖。 紫外固化設(shè)備所采用的紫外線波長(zhǎng)在200-450nm之間，根據(jù)波長(zhǎng)長(zhǎng)短分為長(zhǎng)波UVA (波長(zhǎng)在 320-390mm)，中波UVB (波長(zhǎng)280_320nm)和短波UVC(波長(zhǎng)小于280nm)。其中UVA具有較 強(qiáng)的穿透能力，能穿透玻璃，這一波段的紫外線能量與多數(shù)化學(xué)鍵能相當(dāng)，容易引起光化學(xué) 反應(yīng)，這里我們采用的即是UVA0而玻璃對(duì)中波UVB和短波UVC具有強(qiáng)烈的吸收，穿透能力 差，不適合用于光固化。UV膠要實(shí)現(xiàn)固化，必須得到一定的紫外線能量(如果不考慮波長(zhǎng)差異，大體上正 比于紫外線照射量)，根據(jù)公式單位面積紫外線照射量=單位面積紫外線照度X時(shí)間。紫外線照射量決定生產(chǎn)效率和固化溫度。根據(jù)我們使用的UV膠的性質(zhì)，固化時(shí)間 在5-600S范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。為了便于生產(chǎn)線操作，這里采用傳送帶式紫外固化設(shè)備，其利用由 電機(jī)14帶動(dòng)的傳送帶15來輸運(yùn)粘結(jié)好背板6的太陽(yáng)能電池組件，在腔室上方設(shè)置有數(shù)個(gè) 紫外燈13，根據(jù)傳送帶15的速度和UV膠固化時(shí)間的要求，可以選擇開啟的紫外燈的個(gè)數(shù)。 根據(jù)選用的UV膠類型不同可選擇不同波長(zhǎng)的紫外燈13。常用的是中壓汞燈，因?yàn)樗鄬?duì)便 宜、易于安裝和維護(hù)，且在此340 380nm范圍波長(zhǎng)的強(qiáng)烈輻射峰，正好落在許多光引發(fā)劑 的吸收譜上。傳送帶15的速度由電機(jī)14控制，根據(jù)固化時(shí)間的需要可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)過以上步驟就得到了如圖2中所示的用固化的UV膠層封裝的硅薄膜太陽(yáng)能電 池封裝結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中采用固化的UV膠層來對(duì)太陽(yáng)能電池進(jìn)行封裝，其優(yōu)點(diǎn)在 于由于UV膠的固化速度快，大大提高了太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)效率，有利于大大提 高產(chǎn)能、降低成本，且涉及的設(shè)備簡(jiǎn)單，便于操作，且占地面積小，節(jié)省了工廠空間。
雖然，本實(shí)施例中太陽(yáng)能電池層的結(jié)構(gòu)為TCO/p-Si/i-Si/n-Si/TCO/Al，但是本發(fā) 明的封裝方法不限于此，還可以對(duì)其他薄膜太陽(yáng)能電池層，如銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽(yáng)能 電池層，碲化鎘(CddTe)薄膜太陽(yáng)能電池層等進(jìn)行封裝。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制；盡 管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然 可以對(duì)本發(fā)明的具體 實(shí)施方式進(jìn)行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā) 明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種制備太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一、在透光基底層上制備太陽(yáng)能電池層，所述太陽(yáng)能電池層背電極一面背向所述透光基底層，并同所述透光基底層一起形成太陽(yáng)能電池組件；步驟二、將UV膠涂覆在所述太陽(yáng)能電池組件的所述太陽(yáng)能電池層的背電極的一面上，覆蓋所述太陽(yáng)能電池層；步驟三、對(duì)所涂覆的UV膠進(jìn)行撫平處理，形成UV膠層；步驟四、在真空環(huán)境下，將涂覆有UV膠層的太陽(yáng)能電池組件和背板粘結(jié)在一起；步驟五、將用UV膠層粘結(jié)好的所述太陽(yáng)能電池組件和背板在裝有紫外燈的固化設(shè)備中用紫外光照射固化，將UV膠層變成固化的UV膠層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述步驟二中，所述UV膠的黏度在50 lOOOcps 之間。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟二可以通過噴涂或幕涂的方式實(shí)現(xiàn)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟四是在氣壓低于50Pa的真空環(huán)境 下進(jìn)行的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述紫外燈為波長(zhǎng)在340-380nm的中壓汞燈。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述太陽(yáng)能電池層為硅薄膜太陽(yáng)能電池層、 銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池層或碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池層。
7.一種太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括透光基底層，在所述透光基底層上沉 積有太陽(yáng)能電池層，在由所述透光基底層和所述太陽(yáng)能電池層所形成的太陽(yáng)能電池組件 上，利用固化的UV膠層粘結(jié)有背板。
8.如權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述太陽(yáng)能電池層和所 述UV膠層之間還包括保護(hù)層，所述保護(hù)層和所述透光基底層將所述太陽(yáng)能電池層密封，所 述保護(hù)層是厚度在5nm-10um之間的氮化硅、二氧化硅或氧化鋁。
9.如權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述背板采用紫外光可透 射材料。
10.如權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述太陽(yáng)能電池層為硅薄 膜太陽(yáng)能電池層、銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池層或碲化鎘薄膜太陽(yáng)能電池層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制備太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟1、在透光基底層上制備太陽(yáng)能電池層，所述太陽(yáng)能電池層背電極一面背向所述透光基底層，并同所述透光基底層一起形成太陽(yáng)能電池組件；2、將UV膠涂覆在所述太陽(yáng)能電池組件的所述太陽(yáng)能電池層的背電極的一面上，覆蓋所述太陽(yáng)能電池層；3、對(duì)所涂覆的UV膠進(jìn)行撫平處理，形成UV膠層；4、在真空環(huán)境下，將涂覆有UV膠層的太陽(yáng)能電池組件和背板粘結(jié)在一起；5、將用UV膠層粘結(jié)好的所述太陽(yáng)能電池組件和背板在裝有紫外燈的固化設(shè)備中用紫外光照射固化，將UV膠層變成固化的UV膠層。另一方面，本發(fā)明提供一種太陽(yáng)能電池封裝結(jié)構(gòu)，包括透光基底層、太陽(yáng)能電池層、固化的UV膠層和背板。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101859809SQ20091008148
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者施松林, 王巖國(guó) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所