一種利用冷封裝制造光伏組件的方法
【專利摘要】本申請提出了一種利用冷封裝制造光伏組件的方法，即在常溫下用軸輥壓制由聚合物—光電池—聚合物組成的三明治式光伏組件以完全清除光電池表面及背面的氣泡。三明治式組件可直接成為超薄光伏組件，應用于飛機、無人機、飛艇、水上電站等物體上；三明治式光伏組件也可以成為制造一般光伏組件的預成型組件，使用普通的連接方法將其粘合或嵌合或連接在剛性的支撐板上以制造出一般光伏組件。
【專利說明】
一種利用冷封裝制造光伏組件的方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種光伏電池組件的制造方法，尤其是可以替代傳統的真空、高溫、高壓的層壓工藝的制造方法，其應用包括在單晶、多晶及薄膜等光伏組件的層壓工藝方面。
【背景技術】
[0002]用于地面的光伏組件，由于受各種惡劣氣候條件和地面電站環境的工作條件影響，要達到20年以上工作壽命的要求，必須進行嚴格的封裝，其中包括光電池外表層的超白鋼化玻璃、包裹光電池及涂錫帶的封裝材料，如EVA、TPU、PVB等，具有抗輻射能力和抗滲透能力的光伏背板等。將這些材料同光電池牢固地粘接在一起，需要一種專用層壓裝置，在這種裝置中，光電池、背板及封裝材料被加熱到130°C-15(TC，致使封裝材料達到熔融狀態，并進行高壓粘合，同時啟動真空裝置，將封裝材料內由于各種原因所產生的氣泡抽掉。層壓過程大約需要20-30分鐘，然后將組件冷卻。這樣的層壓工藝十分耗能，按照目前的工業水平，光伏組件的封裝材料耗費為0.6元/瓦，層壓過程所消耗的能源約為0.2元/瓦。
[0003]層壓過程中必須消除掉所有氣泡，因為任何在包裹太陽能電池的彈性體內的氣泡，都會由于氣體膨脹而引起太陽能電池片的損壞，氣泡內所可能包含的水汽和其他溶劑成分都是侵蝕太陽能電池片的主要原因，從而縮短了太陽能電池的工作壽命。另外，在不改變封裝材料的條件下，上述的高功耗封裝工藝很難有所改變，因為諸如EVA、TPU、PVB等都是熱熔性材料，使用它們粘合電池片及封裝材料并包裹太陽能電池必須在高溫下進行。
[0004]所述的光伏組件結構和封裝工藝在近些年來已經有所變化。已有人發明使用耐候性強的聚合物代替光電池前表面的鋼化玻璃，發明使用平整的、有剛性的鋼、鋁、玻纖、塑料、碳纖維、紙蜂窩等作為背板材料。這樣的改變可以在減輕光伏組件的重量上有所貢獻，然而其層壓工藝的方法并沒有改變，也就是說沿用了真空、高溫、高壓的層壓工藝，層壓機械仍然使太陽能組件工業的高耗能現狀無法得到改善。
[0005]使用室溫固化的封裝材料是減少光伏電池層壓工藝耗能并制造超薄光伏組件的一個途徑。為此，美國及世界各地許多高分子材料公司都進行了大量的研發工作，制造出各種不同室溫固化的太陽能光伏組件的封裝材料;近些年來本發明人也研制出一種利用國產材料配制的液態封裝材料，并應用到了光伏組件的層壓過程中。
[0006]由于硅光電池的脆弱性，任何形式設計組件都必須有剛性的支撐材料，在傳統的光伏組件中使用鋼化玻璃，在外表面為聚合物的輕便太陽能組件中支撐材料為鋼板、鋁板、玻纖、玻璃等等。世界各地對使用室溫固化的封裝材料的實驗中，都發現一個共同的難點:在粘合光電池同剛性的背板或前表面時如果沒有真空系統，光電池同這些剛性的背板或前表面之間的氣泡是無法避免的，這就使所制造出來的光伏組件的質量得不到保障。而由于真空去泡的要求，熱熔膠體必須保持一定的流動性，而這種流動性又需要由液狀膠體的一定的厚度(一般0.3-0.5mm)來維持。在這厚度范圍內的彈性膠體如果上面貼合了剛性的材料，如鋼化玻璃，可以給予脆弱的光電池良好的機械保護;相反地，如果彈性膠體表面貼合的是柔性薄膜，對于所包裹的光電池的保護則很難達到要求。
[0007]本發明人提供了一種利用液態封裝材料在常溫下進行冷封裝的方法，克服上述的缺點，制造出合格的超薄光伏組件或可用于一般光伏組件的預成型件。

【發明內容】

[0008]本發明提出了一種在常溫下用軸輥壓制的方法制造由聚合物一光電池一聚合物組成的三明治式光伏組件以完全清除光電池表面及背面的氣泡。三明治式組件可直接成為超薄光伏組件，應用于飛機、無人機、飛艇等物體上;三明治式光伏組件也可以成為制造一般光伏組件的預成型組件，使用普通的連接方法將其粘合或嵌合或連接在剛性的支撐板上以制造出一般光伏組件，其制造方法的特征包括以下步驟:
1.將液態封裝材料8調節到所需粘度；
2.在焊接好的光伏電池陣列I表面及背面均勻地涂上液態封裝材料8;
3.使用涂膠輪2將聚合物膜9單面均勻地涂上液態封裝材料8;
4.使用涂膠輪3將聚合物膜10單面均勻地涂上液態封裝材料8;
5.將聚合物膜9、光電池1、聚合物膜10覆合并使用對軸輥4和5進行常溫輥壓，對軸輥的夾緊力和速度可以通過裝置6和7進行調節，以使得壓制后的預成型組件或超薄光伏組件的膠膜8達到一定厚度而且氣泡完全消除；
6.將覆合壓制成的三明治預成型組件進入冷壓機或熱壓機進行固化；
7.將固化后的預成型組件通過普通的粘合或嵌合或連接方法固定在剛性的支撐板上完成光伏組件的制造，也可成為獨立的超薄光伏組件。
[0009]上面所述的液態封裝材料8的粘度，其特征是在范圍500-10000CPS內；步驟5中所述的常溫，其特征是在范圍-10-80° C內；步驟5中所述的軸輥的夾緊力范圍在10-1000N內；步驟5所述的軸棍的滾動速度范圍在l-200cm/min內；步驟5所述的膠膜厚度范圍在0.01-5mm 內。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明所公開的方法輥壓光伏電池組件的預成型件或超薄光伏組件的示意圖:圖中，I為光電池，2和3為涂膠輪，4和5為軸輥輪，6為夾緊力調節機構，7為速度調節機構，8為液態封裝材料，9和1分別為前表面膜和背板膜。
【具體實施方式】
[0011]為了更具體地說明本發明所提出的方法，下面給出兩個敘述詳細的實施方案。
[0012]方案一:
在操作溫度為25° C的環境中，選用高透明的0.1毫米厚度的ETFE薄膜作為聚合物膜9，選用高品質的0.25毫米厚度的PET膜作為聚合物膜10，選用美國SUNP0WER生產的光電池作為光伏組件的光電池I。將9片光電池焊接成列，并留出兩端的正負極端片;使用發明人所研發的液態封裝材料8，將粘度調節到2500CPS;使用圖1所示的涂膠輪2和3將液態封裝材料8均勻地涂在聚合物膜9和聚合物膜10的單面;隨著軸輥4和5的同步運動，聚合物膜9和聚合物膜10覆合在光電池I上，調節軸輥4和5之間的夾緊力及其滾動速度，使得被擠出的三明治式光伏預成型組件在正面和反面都沒有氣泡;如果存在氣泡，可以通過調節液態封裝材料8的粘度及軸輥4和5間的夾緊力和壓制速度而消除。
[0013]在本方案中液態封裝材料8的粘度為2500CPS，夾緊力為40N，擠出速度為50cm/min0
[0014]經過壓制的超薄光伏組件使用傳送帶送至熱壓機經過15分鐘100°C-120°C的熱壓，其夾緊力可為100N，冷卻后使用裁邊機將超薄光伏組件裁剪成所需的大小，即成為可用于飛機、無人機、飛艇等物體上的超薄光伏組件。
[0015]方案二:
在操作溫度為28° C的環境中，選用高透明的0.25毫米厚度的PET薄膜作為聚合物膜9，選用高品質的0.25毫米厚度的PET膜作為聚合物膜10，選用美國SUNP0WER生產的光電池作為光伏組件的光電池I。將9片光電池焊接成列，并留出兩端的正負極端片;使用發明人所研發的液態封裝材料8，將粘度調節到3000CPS;使用圖1所示的涂膠輪2和3將液態封裝材料8均勻地涂在聚合物膜9和聚合物膜10的單面;隨著軸輥4和5的同步運動，聚合物膜9和聚合物膜10覆合在光電池I上，調節輥輪4和5之間的夾緊力及其滾動速度，使得被擠出的三明治式光伏預成型組件在正面和反面都沒有氣泡;如果存在氣泡，可以通過調節液態封裝材料8的粘度及軸輥4和5間的夾緊力和壓制速度而消除。
[0016]在本方案中液態封裝材料8的粘度為3000CPS，夾緊力為60N，擠出速度為50cm/min0
[0017]經過壓制的三明治式預成型光伏組件使用傳送帶送至冷壓機經過24小時的冷壓，其夾緊力可為100N，冷壓后使用裁邊機將預成型組件裁剪成所需的大小，其背面可用普通膠水粘合在用于建筑外墻的鋁塑板上，制造出完整的光伏組件。
[0018]方案三:
在操作溫度為20° C的環境中，選用高透明的0.075毫米厚度的PET薄膜作為聚合物膜9，選用高品質的0.25毫米厚度的PET膜作為聚合物膜10，選用美國SUNP0WER生產的光電池作為光伏組件的光電池I。將9片光電池焊接成列，并留出兩端的正負極端片;使用發明人所研發的液態封裝材料8，將粘度調節到2000CPS;使用圖1所示的涂膠輪2和3將液態封裝材料8均勻地涂在聚合物膜9和聚合物膜10的單面;隨著軸輥4和5的同步運動，聚合物膜9和聚合物膜10覆合在光電池I上，調節輥輪4和5之間的夾緊力及其滾動速度，使得被擠出的三明治式光伏預成型組件在正面和反面都沒有氣泡;如果存在氣泡，可以通過調節液態封裝材料8的粘度及軸輥4和5間的夾緊力和壓制速度而消除。
[0019]在本方案中液態封裝材料8的粘度為2000CPS，夾緊力為60N，擠出速度為200cm/min0
[0020]經過壓制的三明治式預成型光伏組件使用傳送帶送至冷壓機經過24小時的冷壓，其夾緊力可為100N，冷壓后使用裁邊機將預成型組件裁剪成所需的大小，其前表面可用諸如高透明、耐候性強的膠粘合在3.2mm鋼化玻璃上，制造出完整的光伏組件，所述的膠可用3M的汽車、建筑雙面膠，也可以是熱熔膠等等，視施工和加工方便而定。
【主權項】
1.本發明提出了一種在常溫下用軸輥壓制的方法制造由聚合物一光電池一聚合物組成的三明治式光伏組件以完全清除光電池表面及背面的氣泡。2.三明治式光伏組件可直接成為超薄光伏組件，也可以成為制造一般光伏組件的預成型組件，其制造方法的特征包括以下步驟: (1)將液態封裝材料8調節到所需粘度； (2)在焊接好的光伏電池陣列I表面及背面均勻地涂上液態封裝材料8; (3)使用涂膠輪2將聚合物膜9單面均勻地涂上液態封裝材料8; (4)使用涂膠輪3將聚合物膜10單面均勻地涂上液態封裝材料8; (5)將聚合物膜9、光電池1、聚合物膜10覆合并使用對軸輥4和5進行常溫輥壓，對軸輥的夾緊力和速度可以通過裝置6和7進行調節，以使得壓制后的預成型組件或超薄光伏組件的膠膜8達到一定厚度而且氣泡完全消除； (6)將覆合壓制成的三明治預成型組件進入冷壓機或熱壓機進行固化； (7)將固化后的預成型組件通過普通的粘合或嵌合或連接方法固定在剛性的支撐板上完成光伏組件的制造，也可成為獨立的超薄光伏組件。3.根據權利要求1所述的一種制造三明治式光伏組件的方法，其特征是，所述的常溫，在范圍-10-80° C內。4.根據權利要求1所述的一種制造三明治式光伏組件的方法，其特征是，步驟I中所述的液態封裝材料8的粘度，在范圍500-10000CPS內。5.根據權利要求1所述的一種制造三明治式光伏組件的方法，其特征是，步驟5中所述的軸輥的夾緊力范圍在1-1ooonR。6.根據權利要求1所述的一種制造三明治式光伏組件的方法，其特征是，步驟5所述的軸輥的滾動速度范圍在l-200cm/min內。7.根據權利要求1所述的一種制造三明治式光伏組件的方法，其特征是，步驟5所述的膠膜厚度范圍在0.01-5mm內。
【文檔編號】H01L31/18GK106057976SQ201610600770
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月28日 公開號201610600770.9, CN 106057976 A, CN 106057976A, CN 201610600770, CN-A-106057976, CN106057976 A, CN106057976A, CN201610600770, CN201610600770.9
【發明人】陳應天, 陳葆君
【申請人】陳應天