專利名稱：一種太陽能電池光伏建筑組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型公開一種透光型薄膜太陽能電池組件，廣泛應(yīng)用于光伏建筑一體化，屬于太陽能技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有技術(shù)光伏建筑一體化(以下簡(jiǎn)稱BIPV)中的太陽能電池組件，作為一種具有發(fā)電功能的新型建筑材料，在太陽能電池市場(chǎng)占有重要地位。薄膜太陽能電池，一般選擇透明剛性(玻璃)基片或柔性基片材料。剛性薄膜太陽能電池可以做到大尺寸，軟基柔性薄膜太陽能電池以輕、薄為顯著特征，可以任意彎曲，形狀多變。本實(shí)用新型正是為光伏建筑一體化，提供尺寸、形狀、美觀、具有發(fā)電功能，符合建筑美學(xué)要求的太陽能電池光伏組件。目前，薄膜太陽能電池的透光技術(shù)可以歸納為一，用預(yù)留孔方式解決透光性，在電池未成膜之前，預(yù)先在絕緣基板預(yù)留通孔模式來實(shí)現(xiàn)。二，用激光刻蝕、絲印聯(lián)同噴砂技術(shù)，在成膜過程中形成透光組件。前者造成組件的抗風(fēng)荷等機(jī)械強(qiáng)度下降，并降低襯底在電池制備工藝中的不穩(wěn)定性，同時(shí)極大增加BIPV電池組件制造成本。后者存在薄膜刻蝕過程中都會(huì)對(duì)光吸收層(光電轉(zhuǎn)換層)會(huì)造成污染和破壞，影響電性能。日本專利JP2003003956采用激光刻蝕光吸收層和背金屬電極層實(shí)現(xiàn)透光，激光刻蝕產(chǎn)生高能等離子體熔化背金屬，易導(dǎo)致被刻蝕的界面上前電極和背電極的直接短路以及非晶硅顆粒的晶化，增大漏電流，降低填充因子，因而降低了電池電性能。日本專利JP2009059772A，公開電池打孔匯流技術(shù)，克服了以上技術(shù)不足，但因孔徑變化范圍窄，透光不足。解決太陽能電池組件高透光度狀態(tài)下，仍然保持電性能和強(qiáng)度不受影響，正是本實(shí)用新型亟待要繼續(xù)突破的技術(shù)，以滿足特種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，尤其作為光伏建筑一體化使用的太陽能電池光伏組件，需透光度高，形式多樣化、美觀度高。

實(shí)用新型內(nèi)容鑒于此，本實(shí)用新型旨在提出一種透光性薄膜太陽能電池光伏組件。太陽能電池光伏建筑組件，包括用來制成光伏建筑組件和BIPV光伏模塊的軟性的薄膜太陽能電池芯片，其特征是太陽能電池基片，電池芯片包括柔性襯底與光電轉(zhuǎn)換層依次疊加，電池芯片上設(shè)有透光通孔，通孔中心間距等于每節(jié)電池芯片的節(jié)寬；由聚合物材料做柔性電池基片，選擇包括聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酸類塑料、聚環(huán)氧乙烷其中的一種；分布于基片和基片各膜層上的孔通，構(gòu)成具有透光功能的通孔和通孔透光圖案，分別是電池芯片的匯流孔和導(dǎo)流孔；柔性電池芯片與封裝材料層壓制成透光型太陽能光伏建筑組件。本實(shí)用新型將透光處理與不損壞電池性能有機(jī)的結(jié)合，突破大孔徑加工技術(shù)，透光孔直徑0. 5mnT50mm內(nèi)可任意調(diào)節(jié)。滿足BIPV光伏屋頂和光伏幕墻的采光要求，同時(shí)，提出透光型薄膜太陽能電池光伏組件的制造方法，包括不同透光率和透光圖案的柔性和剛性BIPV光伏組件。本實(shí)用新型所說的透光型柔性太陽能電池，可以用來制成光伏建筑組件(以下簡(jiǎn)稱透光BIPV組件)，是一種以柔性聚合物(如聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酸類塑料、聚環(huán)氧乙烷等)為襯底，并在不同的薄膜沉積階段對(duì)該聚合物薄膜進(jìn)行機(jī)械沖孔，形成不同孔徑和圖案的光伏電池芯片，再通過層壓機(jī)或高壓釜工藝，將前板透明柔性氟材料(如聚氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物等)或前板剛性透明材料(如玻璃等)，電池芯片、背板柔性材料(如高分子聚合物、有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料)或背板剛性材料(如玻璃等)，在膠黏劑(如乙烯乙酸乙烯脂、聚乙烯醇縮丁醛酯等)的粘合下形成一個(gè)完整的透光BIPV光伏組件。本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題，與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要的區(qū)別在于太陽能電池的基片是以柔性材料作為電池襯底和光電轉(zhuǎn)換層(光吸收層)依次疊加呈三明治型結(jié)構(gòu)；通孔貫通分布于基片及光電轉(zhuǎn)換層的各膜層上；通孔形成于沉積硅基薄膜和透明導(dǎo)電膜之前，避免損壞膜層結(jié)構(gòu)和電性能，采用機(jī)械沖模；對(duì)基片成膜前形成的通孔包括透光孔和匯流孔；封裝材料可以是高分子聚合物包括有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料以及玻璃材料的組合；透光型BIPV光伏組件既可以是剛性組件，也可以是柔性組件。太陽能電池芯片，其光電轉(zhuǎn)換層為非晶微晶硅疊層柔性電池，其透光通孔在0. 5mnT50mm范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。目的在于根據(jù)BIPV設(shè)計(jì)要求調(diào)節(jié)不同透光率和透光圖案。以柔性聚合物薄膜材料為電池的基片即電池襯底，在基片兩側(cè)幅面上分布的通孔是導(dǎo)流孔，通孔的直徑為lmnT5mm，小于每節(jié)電池芯片的節(jié)寬；通孔中心間距等于每節(jié)電池芯片的節(jié)寬，一節(jié)節(jié)串聯(lián)電池條的寬度，簡(jiǎn)稱節(jié)寬。隨后對(duì)基片的正面和背面上，濺射鍍導(dǎo)電金屬膜包括銀、鋁、鎳或氧化鋅膜，電池基片在其成膜后，為導(dǎo)電基片。匯流透光通孔位置于在基片匯流孔和導(dǎo)電基片的中間區(qū)域，其形狀各異，透光度可變調(diào)節(jié)，匯流透光通孔的范圍為0. 5mnT50mm，并形成電極串聯(lián)結(jié)構(gòu)。形成疊層電池在基片的導(dǎo)電膜面上沉積硅基薄膜光電轉(zhuǎn)換層，包括非晶硅單結(jié)的，異質(zhì)結(jié)雙結(jié)、三結(jié)疊層薄膜；電池正面在疊層電池正面繼續(xù)沉積透明導(dǎo)電膜，包括摻銦氧化錫薄膜、摻硼氧化鋅薄膜、摻鋁氧化鋅薄膜等；電池背面在導(dǎo)電基片另一面濺鍍金屬膜(如銀、鋁、鎳)或氧化鋅膜。激光刻劃在電池正面和背面分別用不同功率的激光刻劃兩條錯(cuò)位的線，形成一節(jié)節(jié)內(nèi)部串聯(lián)的電池芯片。前背電極將電池芯片剪裁成所需尺寸的單元電池芯片，在電池芯片的兩端頭，匯集電流，作為電極引出導(dǎo)線。電池模塊將具有匯流帶的電池芯片封裝成模塊，包括由電池模塊封裝的太陽能電池組件、光伏電池組件，還包括BIPV光伏組件。透光太陽能電池芯片的封裝材料，包括前板透明柔性氟材料或前板的玻璃材料。柔性透光BIPV光伏組件，則要求封裝的前板透明材料和背板皆為柔性聚合物材料。將前板透明材料、膠黏劑、電池芯片、膠黏劑、背板材料在層壓機(jī)或高壓釜中熱壓封裝。本實(shí)用新型不同于已有技術(shù)，還在于依據(jù)BIPV美觀和透過率的匯流孔、透光孔的直徑大小和分布貫穿于整個(gè)工序流程；電池封裝材料可以是高分子聚合物、有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料以及玻璃材料的組合。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比產(chǎn)生了意想不到效果，尤其應(yīng)用在BIPV組件的透光和電池電性能方面，將透光度和匯流技術(shù)集成在一起，有效地避免了鑿孔形成的電流損失。通孔范圍大(0. 5mm—50mm)，排布可滿足玻璃幕墻和采光屋頂?shù)耐腹饴屎兔烙^度設(shè)計(jì)要求。這對(duì)BIPV乃至綠色智能建筑的推廣將產(chǎn)生重要意義。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。具有一定透光率和圖案的BIPV組件。導(dǎo)流孔1、基片2上的電池薄膜、電池正面激光刻劃線3、虛線表示電池背面激光刻劃線5、通孔圖案組合100，可透光。圖2、是本實(shí)用新型圖1中所示的薄膜太陽能電池的基片2或稱襯底，一種聚合物柔性薄膜材料為軟基片，在其寬度兩側(cè)排布一列沖孔是導(dǎo)流孔1，孔徑在lmnT5mm之間。圖3、是本實(shí)用新型，經(jīng)過沉積成膜處理的導(dǎo)電基片2，在圖2導(dǎo)流孔1和導(dǎo)電基片2的中間區(qū)域排布的沖孔，是透光匯流透光通孔4，形成前電極和背電極的串聯(lián)結(jié)構(gòu)?？梢愿鶕?jù)BIPV設(shè)計(jì)要求，形成不同形狀和透光率的匯流透光通孔4。圖4、是本實(shí)用新型在一個(gè)電池模塊的兩端，貼有匯流涂錫帶6，匯集電流，作電極引出導(dǎo)線。圖5，是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，太陽能電池層壓組件的結(jié)構(gòu)示意。透明柔性前板103，膠黏劑102、電池芯片101、背板材料104。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:見圖1透光型薄膜電池的制造方法，選取基片聚酰亞胺做柔性襯底，基片1寬度IOOOmm和厚度lOOMm，長(zhǎng)度不限基片第一沖孔在聚酰亞胺的基片2兩側(cè)寬平面上，距離邊界20mm處為中心線，用圓形沖頭沖孔，沿著長(zhǎng)度方向沖導(dǎo)流孔1，形成匯流孔，孔直徑為5mm，孔與孔的中心間距200mm，對(duì)沖孔后的基片2噴水清洗和吹風(fēng)干燥；基片成膜將帶孔1的基片2進(jìn)真空濺鍍室，在基片的正反兩面同時(shí)濺鍍金屬薄膜鋁，制成導(dǎo)電基片；導(dǎo)電基片成孔在成膜后的基片2上沖孔，為第二次沖孔，沿著寬度方向在導(dǎo)電基片中間區(qū)域，用圓形沖頭，沖成一排排匯流透光通孔4，形成匯流透光通孔4陣列，孔徑為50mm，孔與孔的中心間距800mm，沖孔后，進(jìn)行清洗、干燥處理；沉積光電轉(zhuǎn)換層將帶匯流透光通孔4的導(dǎo)電基片進(jìn)入PECVD沉積室，先后沉積微晶硅PIN層和非晶硅PIN層。沉積采用40MHz甚高頻，氣體等離子放電，進(jìn)行化學(xué)氣相沉積；沉積非晶硅層，硅烷和氫氣的流量比率1 :20 ；沉積P、N 層；沉積微晶硅層硅烷和氫氣的流量比率1 :100。將沉積完非晶/微晶硅疊層薄膜的導(dǎo)電基片傳送至下一個(gè)真空濺鍍室濺鍍氧化銦錫薄膜。將濺鍍氧化銦錫薄膜后的導(dǎo)電基片，用激光刻劃?rùn)C(jī)上下兩個(gè)激光頭沿著寬度方向，和設(shè)定的間距，一排排的刻劃，最終形成一節(jié)節(jié)內(nèi)部串聯(lián)式電池結(jié)構(gòu)。實(shí)施例2 本實(shí)施例見圖5，柔性BIPV組件是實(shí)施例1中的一種透光型柔性光伏電池組件，電池模塊是柔性薄膜電池芯片，其厚度為0. 2mm，前板103和背板104均采用透光柔性封裝材料。采用柔性前板和柔性背板進(jìn)行封裝，按照如下工藝步驟進(jìn)行封裝測(cè)試篩選用太陽光模擬器測(cè)試薄膜電池的電性能，合格的剪裁成電池芯片；選厚度為75ΜΠ1的透明的柔性前板，采用聚氟乙烯，與厚度為75Mm的膠黏劑EVA形成粘接呈一個(gè)平臺(tái)，將電池芯片按照一定規(guī)律擺放在該平臺(tái)上，電池片背光面朝上，受光面朝下。將涂錫銅帶6用滾壓機(jī)壓粘在電池芯片的兩端，電池片之間可以串并聯(lián)連接。有涂錫帶的電池片用膠黏劑和透明柔性前板貼合，膠黏劑EVA和厚度為75ΜΠ1柔性背板用熱壓機(jī)壓合，根據(jù)BIPV組件長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)要求，兩層材料間預(yù)留出線孔。在熱壓后，將根據(jù)組件模塊尺寸剪裁。在導(dǎo)線引出口焊線、安裝接線盒及灌膠。太陽能模擬器測(cè)試組件電性能，篩選合格品。實(shí)施例3 柔性電池芯片封裝成一種剛性BIPV組件剛性透光BIPV光伏組件要求封裝所用的前板透明材料和背板材料中至少有一種為剛性。本實(shí)施例前板103采用透光平板玻璃，背板104采用透光平板玻璃進(jìn)行封裝。電池模塊電池性能測(cè)試，用太陽光模擬器測(cè)試，將合格柔性電池芯片101，剪裁單元電池芯片；將涂錫銅帶6壓粘在單元電池芯片背光面的兩端，并留出一定長(zhǎng)度搭粘到下一片電池芯片101，電池芯片是串聯(lián)(或并聯(lián))連接；將透光平板玻璃、膠黏劑，放置在電池芯片的上下，對(duì)稱鋪設(shè)成，用層壓機(jī)、高壓釜進(jìn)行熱壓封裝；在導(dǎo)線引出口焊線、安裝接線盒及灌膠；封裝完成后，用太陽能模擬器測(cè)試將每個(gè)組件電性能輸出，確認(rèn)合格品和不良品。
權(quán)利要求1.一種太陽能電池光伏建筑組件，包括用來制成光伏建筑組件和BIPV光伏模塊的軟性的薄膜太陽能電池芯片，其特征在于太陽能電池基片，電池芯片包括柔性襯底與光電轉(zhuǎn)換層依次疊加，電池芯片上設(shè)有透光通孔，通孔的直徑小于每節(jié)電池芯片的節(jié)寬，通孔中心間距等于于每節(jié)電池芯片的節(jié)寬；由聚合物材料做柔性電池基片；分布于基片和基片各膜層上的通孔，構(gòu)成具有透光功能的通孔和通孔透光圖案，分別是電池芯片的匯流孔和導(dǎo)流孔；所說的柔性電池芯片與封裝材料層壓制成透光型太陽能光伏建筑組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能電池光伏建筑組件，其特征在于所述的太陽能電池芯片，其光電轉(zhuǎn)換層為非晶微晶硅疊層柔性電池，其透光通孔在0. 5mnT50mm范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種太陽能電池光伏建筑組件，其特征在于由聚酰亞胺聚做軟基片，在基片兩側(cè)幅面上分布的通孔(1)是導(dǎo)流孔，通孔的直徑為lmnT5mm，通孔中心間距小于每節(jié)電池芯片的節(jié)寬。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種太陽能電池光伏建筑組件，其特征在于所說的電池芯片膜層上分布的通孔(4)位于通孔(1)和電池芯片膜層的中間區(qū)域，通孔(4)是匯流孔，范圍為0. 5mnT50mm，其形狀各異。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能電池光伏建筑組件，其特征在于所說的透光太陽能電池芯片的封裝材料，包括前板透明柔性氟材料或前板的玻璃材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的一種太陽能電池光伏建筑組件，其特征在于所說的電池芯片，其光電轉(zhuǎn)換層是硅基薄膜系列，包括非晶硅單結(jié)/雙結(jié)/三結(jié)，同質(zhì)結(jié)或異質(zhì)結(jié)的疊層薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種太陽能電池光伏建筑組件，其特征在于所說的電池芯片的電轉(zhuǎn)換層上還有透明導(dǎo)電膜，包括摻銦氧化錫薄膜/摻硼氧化鋅薄膜/摻鋁氧化鋅薄膜。
8.一種用于太陽能電池光伏建筑組件的電池芯片，選用剛性的薄膜太陽能電池和封裝材料，其特征在于依次疊加呈三明治結(jié)構(gòu)的電池芯片，其上透光的通孔貫通分布于基片和各沉積薄膜層上；所說的電池芯片以柔性基片為襯底，其上的光電轉(zhuǎn)換層，至少是一個(gè)由非晶硅/微晶硅的膜層結(jié)構(gòu)，包括同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)雙結(jié)或三結(jié)的膜層上；在電池芯片的正面和背面至少刻有兩條錯(cuò)位的激光刻劃線，以形成電池芯片內(nèi)電極串聯(lián)連接；在電池芯片的背面兩端貼有匯流涂錫帶。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于太陽能電池光伏建筑組件的電池芯片，其特征在于所說貫通于基片及基片各膜層上的透光通孔分布于基片及電池薄膜層長(zhǎng)度方向兩側(cè)幅面上的通孔(1)是導(dǎo)流孔，孔徑范圍lmnT5mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于太陽能電池光伏建筑組件的電池芯片，其特征在于所說的電池芯片膜層上分布的通孔位于通孔(1)和電池芯片膜層的中間區(qū)域，通孔(4)是匯流孔，范圍為0. 5mnT50mm，其形狀和分布各異。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種透光型薄膜太陽能電池組件及方法,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于光伏建筑一體化,屬于太陽能光伏領(lǐng)域。本實(shí)用新型將透光度和匯流技術(shù)集成在一起，有效地避免了鑿孔形成的電流損失。通孔范圍大(0.5mm—50mm)，排布可滿足玻璃幕墻和采光屋頂?shù)耐腹饴屎兔烙^度設(shè)計(jì)要求。這對(duì)BIPV乃至綠色智能建筑的推廣將產(chǎn)生重要意義。
文檔編號(hào)E04D13/18GK202324421SQ20112047361
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者何祝兵, 李毅, 蘇奇聰 申請(qǐng)人:深圳市創(chuàng)益科技發(fā)展有限公司