一種帶藝術圖案的透光薄膜太陽能組件及其制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種帶藝術圖案的透光薄膜太陽能組件及其制造方法，它由藝術圖案板、鍍膜電池玻璃、接線盒、透明PVB/有機硅/聚烯烴/EVA膜與透明玻璃或透明背板有機材料組成；其主要工藝流程是：玻璃上鍍膜、制作藝術不干貼紙、粘貼藝術不干貼紙、刻劃發電膜層和背電極、貼附匯流材料、制備藝術太陽能電池組件；本發明不添加其它物質和材料在組件內部，不對電池膜層進行化學處理，而是通過在玻璃非鍍膜面粘貼一層呈現出藝術圖案、分成透明和不透光兩個區域的單面不干膠貼紙這樣一種簡單的方式，再用一套簡單、易編程的激光劃刻方案，對電池膜層進行劃刻，即可將藝術圖案直接成形在薄膜電池上。
【專利說明】一種帶藝術圖案的透光薄膜太陽能組件及其制造方法
[0001]【技術領域】:
本發明涉及一種新型的薄膜太陽能電池組件加工方法，可用于加工透光薄膜太陽能組件，其目的是在保證薄膜組件的發電性和透光性的同時，提高組件的藝術裝飾性和外觀美化功能。
[0002]【背景技術】:
太陽能組件與建筑相結合的應用(建筑光伏一體化，BIPV)日益廣泛，僅可以取代傳統的建筑幕墻和窗戶，還可作為一種無污染的可再生能源，成為繼太陽能電站、太陽能應用型產品之外的又一大市場需求。太陽能組件在建筑幕墻和窗戶上的應用，不僅要提供電能、以部分滿足建筑內工業和辦公活動的需要，而且必須具有一定的透光效果。在這一點上，薄膜太陽能組件比晶硅組件更能實現均勻、可調的透光效果，因此成為BIPV的發展熱點。薄膜太陽能電池組件的基本結構由室外到室內依次為高透光性前板玻璃、鍍在前板玻璃上的電池膜層(透明前電極導電膜、Si基/CIGS/CdTe發電膜層和背電極導電膜)、PVB/有機硅/聚烯烴(TPO)膜等有機膠片、浮法玻璃或者有機背板材料組成。
[0003]目前市場上制成透光薄膜太陽能組件主要有兩種方法，第一種是調節薄膜太陽能電池的厚度和結構，實現半透明的發電膜層，在輔加透明膠片和透明背板材料，從而使整個組件實現均勻、連續的透光效果；另一種是采用激光劃刻的方式，去除薄膜電池上部分區域的發電膜層和背電極材料，只保留透明的前電極導電膜，從而使組件實現條紋相間的透光效果。這兩種方式都可以不破壞組件的發電性能，但在外觀上均顯單調，缺乏藝術性和美化功能。
[0004]
【發明內容】
:
本發明的目的是在太陽能組件的透光薄膜上附帶藝術圖案，提供一種帶藝術圖案的透光薄膜太陽能組件及其制造方法。
[0005]本發明采用如下技術方案實現其發明目的:一種帶藝術圖案的透光薄膜太陽能組件及其制造方法，它由藝術圖案板1、鍍膜電池玻璃2、接線盒3、透明PVB/有機硅/聚烯烴/EVA膜4與透明玻璃或透明背板有機材料5組成；其主要工藝流程是:玻璃上鍍膜16、制作藝術不干貼紙17、粘貼藝術不干貼紙18、刻劃發電膜層和背電極19、貼附匯流材料20、制備藝術太陽能電池組件21 ；
玻璃上鍍膜16:首先采用行業通用的方法，在清洗檢測后的超白前板玻璃22上鍍上電池膜層材料24就得到鍍膜電池玻璃2，即依次把透明導電膜前電極(化學氣相沉積法、濺射)，Si基/CIGS/CdTe發電膜層(PECVD，共蒸法和進空間升華法)和導電膜背電極(化學氣相沉積法、濺射、熱蒸鍍)鍍。目前，前電極材料為透明導電金屬氧化物(TC0)，背電極為金屬膜層(比如金屬鑰Mo)或亦為TCO膜層；
制作藝術不干貼紙17:制備形狀為所需藝術圖案板I的單面不干膠貼紙，貼紙的基材不透明、具有一定顏色，比如白色或深色，貼紙的單面不干膠不易固化，且很容易再從玻璃上揭剝下來。另一種方法是，制備與藝術圖案透光效果相同的整張不干膠貼紙，不透光區域的貼紙采用帶顏色、不透明的基材，透光區域的貼紙具有很高的透明度； 粘貼藝術不干貼紙18:在前板玻璃的非鍍膜面上，粘貼上具有藝術圖案板I的單面不干膠貼紙，或是與藝術圖案透光效果相同的整張不干膠貼紙，保證貼紙的平整與完整；
刻劃發電膜層和背電極19:把貼完貼紙的鍍膜前板玻璃放置于激光劃刻的腔室內，非鍍膜面(即貼紙面)朝向激光頭。激光從前板玻璃的非鍍膜面入射，以一定光斑大小聚焦在發電膜層上，沿著垂直于薄膜電池死區、平行于組件邊緣的方向，把發電膜層和背電極導電膜劃刻掉，劃刻掉的物質用真空泵抽吸走。在垂直于薄膜電池死區的方向上，激光每隔一定距離劃刻一道，周而反復，從而使劃刻區域的膜層具有了透光效果。可采用多個激光頭同時工作，提高加工效率；適用的激光波長為530-540nm綠光，光斑大小為0.05-0.4mm,單道激光的能量與光斑大小、發電膜層/背電極材料的種類和厚度相關，范圍在0.5W-5W ;遇到貼紙的不透光區域，激光無法穿透，從而保留了完整的發電膜層；而在貼紙的透明區域，激光可穿透貼紙、劃刻掉發電膜層和背電極導電膜，只保留透明前電極導電膜。如此，貼紙上藝術圖案的輪廓線內外具有了不一樣的透光效果，從而將藝術圖案表現出來；通過調節藝術圖案的面積、激光劃刻線的間距和激光光斑的大小，可實現整個組件不同的透光率；
貼附匯流材料20:已經劃刻出藝術圖案的薄膜太陽能電池，在正負極電池貼附匯流導電材料，比如銀膠+導帶，或者導電膠帶，然后再用導帶將正負極引出來；
制備藝術太陽能電池組件21:鋪設透明PVB/有機硅/聚烯烴/EVA膜4等有機膠片，再鋪設透明玻璃或透明背板有機材料5，經過真空或高壓層壓，再安裝接線盒3，制備成帶有藝術圖案的透光薄膜太陽能電池組件；如果使用透明EVA，需配合邊緣密封膠，以改善其防水性；如果使用透明PVB，背板只能采用透明玻璃。
[0006]由于采用了以上技術方案，本發明較好的實現了其發明目的，其特點是不添加其它物質和材料在組件內部，不對電池膜層進行化學處理，而是通過在玻璃非鍍膜面粘貼一層呈現出藝術圖案、分成透明和不透光兩個區域的單面不干膠貼紙這樣一種簡單的方式，再用一套簡單、易編程的激光劃刻方案，對電池膜層進行劃刻，即可將藝術圖案直接成形在薄膜電池上。
[0007]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1表示具有藝術圖案的透光薄膜太陽能電池組件結構示意圖。
[0008]圖2表不非晶/微晶娃薄膜疊層電池剖面不意圖。
[0009]圖3表示具有不透光藝術圖案的透光薄膜太陽能電池組件示意圖。
[0010]圖4表示具有透光藝術圖案的透光薄膜太陽能電池組件示意圖。
[0011]圖5表示帶有藝術圖案的薄膜太陽能電池組件的主要工藝流程示意圖。
[0012]圖6表示帶有藝術圖案的薄膜太陽能電池組件的制作過程重要步驟示意圖。
[0013]附圖標記說明見說明書最后一頁表格。
[0014]【具體實施方式】:
下面結合附圖對本發明方法進行進一步說明:
實施例1:
由
【發明內容】
可知，一種帶藝術圖案的透光薄膜太陽能組件及其制造方法，它由藝術圖案板1、鍍膜電池玻璃2、接線盒3、透明PVB/有機硅/聚烯烴/EVA膜4與透明玻璃或透明背板有機材料5組成；其主要工藝流程是:玻璃上鍍膜16、制作藝術不干貼紙17、粘貼藝術不干貼紙18、刻劃發電膜層和背電極19、貼附匯流材料20、制備藝術太陽能電池組件21 ； 玻璃上鍍膜16:首先采用行業通用的方法，在清洗檢測后的超白前板玻璃22上鍍上電池膜層材料24就得到鍍膜電池玻璃2，即依次把透明導電膜前電極(化學氣相沉積法、濺射)，Si基/CIGS/CdTe發電膜層(PECVD，共蒸法和進空間升華法)和導電膜背電極(化學氣相沉積法、濺射、熱蒸鍍)鍍。目前，前電極材料為透明導電金屬氧化物(TCO)，背電極為金屬膜層(比如金屬鑰Mo)或亦為TCO膜層；
制作藝術不干貼紙17:制備形狀為所需藝術圖案板I的單面不干膠貼紙，貼紙的基材不透明、具有一定顏色，比如白色或深色，貼紙的單面不干膠不易固化，且很容易再從玻璃上揭剝下來。另一種方法是，制備與藝術圖案透光效果相同的整張不干膠貼紙，不透光區域的貼紙采用帶顏色、不透明的基材，透光區域的貼紙具有很高的透明度；
粘貼藝術不干貼紙18:在前板玻璃的非鍍膜面上，粘貼上具有藝術圖案板I的單面不干膠貼紙，或是與藝術圖案透光效果相同的整張不干膠貼紙，保證貼紙的平整與完整；
刻劃發電膜層和背電極19:把貼完貼紙的鍍膜前板玻璃放置于激光劃刻的腔室內，非鍍膜面(即貼紙面)朝向激光頭。激光從前板玻璃的非鍍膜面入射，以一定光斑大小聚焦在發電膜層上，沿著垂直于薄膜電池死區、平行于組件邊緣的方向，把發電膜層和背電極導電膜劃刻掉，劃刻掉的物質用真空泵抽吸走。在垂直于薄膜電池死區的方向上，激光每隔一定距離劃刻一道，周而反復，從而使劃刻區域的膜層具有了透光效果。可采用多個激光頭同時工作，提高加工效率；適用的激光波長為530-540nm綠光，光斑大小為0.05-0.4mm,單道激光的能量與光斑大小、發電膜層/背電極材料的種類和厚度相關，范圍在0.5W-5W ;遇到貼紙的不透光區域，激光無法穿透，從而保留了完整的發電膜層；而在貼紙的透明區域，激光可穿透貼紙、劃刻掉發電膜層和背電極導電膜，只保留透明前電極導電膜。如此，貼紙上藝術圖案的輪廓線內外具有了不一樣的透光效果，從而將藝術圖案表現出來；通過調節藝術圖案的面積、激光劃刻線的間距和激光光斑的大小，可實現整個組件不同的透光率；
貼附匯流材料20:已經劃刻出藝術圖案的薄膜太陽能電池，在正負極電池貼附匯流導電材料，比如銀膠+導帶，或者導電膠帶，然后再用導帶將正負極引出來；
制備藝術太陽能電池組件21:鋪設透明PVB/有機硅/聚烯烴/EVA膜4等有機膠片，再鋪設透明玻璃或透明背板有機材料5，經過真空或高壓層壓，再安裝接線盒3，制備成帶有藝術圖案的透光薄膜太陽能電池組件；如果使用透明EVA，需配合邊緣密封膠，以改善其防水性；如果使用透明PVB，背板只能采用透明玻璃。
[0015]實施例2:
玻璃清洗檢測23:準備1300*1100*3.2mm超白前板玻璃22，透光率要求> 90%,過清洗系統(水洗或有機堿洗)清洗檢測，干燥，待用；
沉積電池膜層25:在超白前板玻璃襯底上鍍非晶/微晶硅疊層電池膜層24，主要有以下步驟:
①采用化學氣相沉積或者濺射的方法，沉積透明導電膜前電極層9(ΙΤ0、AZO、BZO或FT0),
②使用激光劃刻機對透明導電膜進行光刻分塊，形成前電極塊與塊之間相互絕緣的隔離溝槽Pl，
③采用PECVD方法沉積非晶硅頂電池，沉積壓力為50-1000Pa，襯底溫度為150_250°C，在透明導電膜上依次沉積P型非晶硅摻雜層、i本征非晶硅層和η型非晶硅摻雜層，制備出頂電池，
④繼續采用PECVD在非晶硅頂電池上沉積中間透明反射層，調節反射回非晶硅和透射入微晶娃的光線，
⑤繼續采用PECVD在中間透明反射層背面依次沉積P型微晶硅摻雜層、i本征微晶硅層和η型微晶硅摻雜層，制備出底電池，溫度為180°C _250°C，沉積壓力為130_1000Pa，
⑥使用激光劃刻機對頂電池和底電池膜層進行分塊劃刻，形成電池層塊與塊之間相互分隔的溝槽P2，P2與Pl相互平行但不重疊，
⑦采用化學氣相沉積、物理濺射或熱蒸鍍的方法，在底電池的η層上沉積導電膜背電極層6 (透明導電膜或者金屬背電極)，
⑧使用激光在玻璃襯底上每隔一定距離，劃刻掉除前電極外所有的膜層，形成與Ρ1，Ρ2都平行但不重疊的隔離溝槽Ρ3，Ρ2在Pl和Ρ3的中間，Ρ3分割出一個個電池單元，每個電池單元通過背電池和前電池的搭接相互串聯，制成串聯電池組件(如圖2所示)；
用噴墨打印的方法，在整張透明不干膠貼紙上打印出所需藝術圖案，貼紙可用50-100微米厚高透明度的聚酰亞胺(PI)作為基材，硅酮類粘著劑作為膠層，亦可用50-100微米厚高透明度的聚酯薄膜(PET)作為基材，丙烯酸酯類粘著劑作為膠層。膠面用離心紙進行保護；
粘貼藝術圖案模板27:把帶有藝術圖案模板:不干膠類物質26貼附在玻璃正面，即非鍍膜面，一邊撕開離心紙，一邊進行貼附，輔助以輥輪，避免氣泡產生；
激光劃刻28:把貼好不干膠的鍍膜玻璃送入激光劃刻機，貼膠紙面朝向激光頭，使激光頭沿著與Pl，Ρ2和Ρ3垂直的方向，每隔一定距離整線劃刻掉除前電極之外的所有膜層。適用的激光波長為530-540nm綠光，光斑大小為0.05-0.4mm,單道激光的能量與光斑大小、發電膜層/背電極材料的種類和厚度相關，范圍在0.5W-5W.例如，530nm綠光，光斑0.2mm,單道激光的能量為2 W，劃刻線中心線距離為1mm，此時透光區域的透光比例為20% ；
激光清邊或機械清邊29:鍍膜玻璃出激光劃刻機，對其進行激光清邊，或者用噴砂機進行清邊，除掉玻璃四周的導電物質，保證組件對外不漏電；
匯流、導帶引出31:在電池膜面的正負極電池貼附匯流導電材料30，然后再用導帶將正負極引出來；在鍍膜玻璃表面鋪設透明PVB/有機硅/TPO膜/EVA/透明背板玻璃或者有機材料32 ；
層壓33:將上述疊好的模板進行層壓，層壓方法有多種，可采用如下真空預壓工藝:
a)抽真空,真空度至少應為-0.8至-0.9bar,
b)保持真空度，加熱玻璃，層壓溫度設為150°C，層壓時間為15-20分鐘，
c)冷卻；
安裝接線盒，將正負極導帶引出端焊接到接線盒上，接線盒四周打密封膠，盒體內打灌封膠；測試功率,貼標簽。
[0016]以上所述的，是根據本發明的較佳實施例，并非用以限定本發明的范圍，本發明的上述實施例還可以做出各種變化。即凡是依據本發明申請的權利要求書及說明書內容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本發明的權利要求保護范圍。
[0017]
【權利要求】
1.一種帶藝術圖案的透光薄膜太陽能組件及其制造方法，其特征是它由藝術圖案板(I)、鍍膜電池玻璃(2 )、接線盒(3 )、透明PVB/有機硅/聚烯烴/EVA膜(4 )與透明玻璃或透明背板有機材料(5)組成；其主要工藝流程是:玻璃上鍍膜(16)、制作藝術不干貼紙(17)、粘貼藝術不干貼紙(18)、刻劃發電膜層和背電極(19)、貼附匯流材料(20)、制備藝術太陽能電池組件(21)； 玻璃上鍍膜(16 ):首先采用行業通用的方法，在清洗檢測后的超白前板玻璃(22 )上鍍上電池膜層材料(24)就得到鍍膜電池玻璃(2)，即依次把透明導電膜前電極(化學氣相沉積法、濺射)，Si基/CIGS/CdTe發電膜層(PECVD，共蒸法和進空間升華法)和導電膜背電極(化學氣相沉積法、濺射、熱蒸鍍)鍍；目前，前電極材料為透明導電金屬氧化物(TCO)，背電極為金屬膜層(比如金屬鑰Mo)或亦為TCO膜層； 制作藝術不干貼紙(17):制備形狀為所需藝術圖案板(I)的單面不干膠貼紙，貼紙的基材不透明、具有一定顏色，比如白色或深色，貼紙的單面不干膠不易固化，且很容易再從玻璃上揭剝下來；另一種方法是，制備與藝術圖案透光效果相同的整張不干膠貼紙，不透光區域的貼紙采用帶顏色、不透明的基材，透光區域的貼紙具有很高的透明度； 粘貼藝術不干貼紙(18):在前板玻璃的非鍍膜面上，粘貼上具有藝術圖案板(I)的單面不干膠貼紙，或是與藝術圖案透光效果相同的整張不干膠貼紙，保證貼紙的平整與完整； 刻劃發電膜層和背電極(19):把貼完貼紙的鍍膜前板玻璃放置于激光劃刻的腔室內，非鍍膜面(即貼紙面)朝向激光頭，激光從前板玻璃的非鍍膜面入射，以一定光斑大小聚焦在發電膜層上，沿著垂直于薄膜電池死區、平行于組件邊緣的方向，把發電膜層和背電極導電膜劃刻掉，劃刻掉的物質用真空泵抽吸走；在垂直于薄膜電池死區的方向上，激光每隔一定距離劃刻一道，周而反復，從而使劃刻區域的膜層具有了透光效果，可采用多個激光頭同時工作，提高加工效率；適用的激光波長為530-540nm綠光，光斑大小為0.05-0.4mm,單道激光的能量與光斑大小、發電膜層/背電極材料的種類和厚度相關，范圍在0.5W-5W ;遇到貼紙的不透光區域，激光無法穿透，從而保留了完整的發電膜層；而在貼紙的透明區域，激光可穿透貼紙、劃刻掉發電膜層和背電極導電膜，只保留透明前電極導電膜；如此，貼紙上藝術圖案的輪廓線內外具有了不一樣的透光效果，從而將藝術圖案表現出來；通過調節藝術圖案的面積、激光劃刻線的間距和激光光斑的大小，可實現整個組件不同的透光率；貼附匯流材料(20):已經劃刻出藝術圖案的薄膜太陽能電池，在正負極電池貼附匯流導電材料，比如銀膠+導帶，或者導電膠帶，然后再用導帶將正負極引出來； 制備藝術太陽能電池組件(21):鋪設透明PVB/有機硅/聚烯烴/EVA膜(4)等有機膠片，再鋪設透明玻璃或透明背板有機材料(5)，經過真空或高壓層壓，再安裝接線盒(3)，制備成帶有藝術圖案的透光薄膜太陽能電池組件；如果使用透明EVA，需配合邊緣密封膠，以改善其防水性；如果使用透明PVB，背板只能采用透明玻璃。
【文檔編號】H01L31/18GK103746022SQ201310727114
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月25日 優先權日:2013年12月25日
【發明者】李廷凱, 劉茨萍, 周光輝, 丁敦慶, 夏歐亞 申請人:湖南共創光伏科技有限公司