CN101768304B - 封装材料、硅晶太阳光电模块及薄膜太阳光电模块 - Google Patents

封装材料、硅晶太阳光电模块及薄膜太阳光电模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增强光反射的封装材料、硅晶太阳光电模块及薄膜太阳光电模块。封装材料内部具多孔结构，多孔结构中的平均气泡径为数百纳米到数百微米之间，以增强封装材料的光反射。而且，多孔结构封装材料是经化学交联或物理交联的方式交联过的，故可提高其耐热性，而适用于硅晶太阳光电模块以及薄膜太阳光电模块，以提高模块的发电效率。

Description

封装材料、硅晶太阳光电模块及薄膜太阳光电模块
技术领域
本发明涉及一种封装材料(encapsulant material)，且特别是涉及一种增强光反射(light reflectivity)的封装材料与硅晶太阳光电模块以及薄膜太阳光电模块。 
背景技术
太阳光电模块的构造一般是上、下由前板(front sheet)及背板(back sheet)组成，并以类似三明治夹层的方式将太阳电池予以保护。至于其中的封装材料主要是为保护太阳光电模块内部的电池与连结的线路，不受外界空气中水份、氧气、酸雨、盐份等的侵蚀破坏。良好的封装材料，不但可延长模块的使用寿命，并且可维持一定的光电转换效率。 
常用的封装材料为高光穿透的热固性及热塑性封装材料。由于封装材料的折射系数(n)和玻璃接近，因此直接应用封装材料来提升太阳光电模块的光捕集(light trapping)很少见。最常见的例子为利用周期性的V-沟槽结构放置在太阳光电模块的前板与背板和太阳电池(cell)之间来提升硅晶太阳光电模块的光反射。 
由太阳光电模块的专利布局策略分析显示，依据专利搜寻的结果，发现内容多着重于模块材料开发与制作技术，各家公司都把重点放在高透光元件：如太阳电池抗反射层技术、玻璃表面压花结构(texture)技术；另一重点为背板元件的高反射技术，而相当少专利针对模块封装材料的光捕集结构设计，有效将光能局限于太阳光电模块结构内。 
针对高透光与背板元件的结构设计，专利US 5,994,641将V-沟槽结构面对太阳光，装置于太阳电池阵列间隙，制作成高反射光学板，有效提高光补捉利用。相较之下，本专利是利用增强光反射的封装材料，设计阵列间隙光反射与散射特性的利用，有效利用间隙面积的光能捕捉。 
专利US2008/0000517A1提出具表面凹凸结构的高反射背板设计构想，主要制作兼具斜向导光与高反射的结构，提高背板反射光能利用。相较之下， 本专利使用增强光反射的封装材料，利用封装材料结构来制造反射光的散射角度大于临界角条件，经太阳光电模块表面全反射后，有效将光能捕捉。 
至于薄膜太阳光电模块则应用背电极金属膜或白漆当反射层来提高光吸收，譬如美国专利US5,569,332。但是上述方式却不利于透光型(see-through)薄膜太阳光电模块的应用。 
发明内容
因此，本发明创新提出新的太阳光电模块的封装材料的结构，利用具有数百纳米到数百微米的多孔结构，达到提高反射的效果，可将此封装材料应用于太阳光电模块的光捕捉设计，如(1)硅晶太阳光电模块封装结构；(2)薄膜太阳光电模块封装结构。 
本发明还可以利用单层或多层具有微观结构的封装材料，具备高反射的光局限特性，有效将太阳光捕捉于太阳光电模块结构的封装材料设计，达到提升模块发电功率的效果。 
首先，本发明提出一种增强光反射的封装材料，其特征在于这种封装材料内部具有多孔结构，多孔结构中的平均气泡径为数百纳米到数百微米之间，以增强封装材料的反射。而且上述封装材料是经化学交联或物理交联的方式交联过的，以提高其耐热性。 
本发明另提出一种硅晶太阳光电模块，包括依序堆叠的背板、第一封装层、多个硅晶太阳电池、第二封装层以及透明基材。在硅晶太阳光电模块中还有多孔结构封装材料，位于背板及透明基材(亦即front sheet)之间，以捕集硅晶太阳电池间所漏掉的光照射并提高太阳光电模块的发电量。 
在本发明的实施例中，上述具多孔结构封装材料可设置在上述硅晶太阳电池之间与第一、第二封装层之间。 
在本发明的实施例中，上述具多孔结构封装材料可取代第二封装层。 
在本发明的实施例中，上述具多孔结构封装材料可被制成塑胶薄膜，设置在上述硅晶太阳电池之间与第一、第二封装层之间。 
本发明另提出一种硅晶太阳光电模块，包括依序堆叠的背板、第一封装层、多个硅晶太阳电池、第二封装层以及透明基材，另在背板与透明基材之间还有多孔结构封装材料，以捕集硅晶太阳电池间所漏掉的光照射并提高硅晶太阳光电模块的发电量。这种硅晶太阳光电模块可依据上述多孔结构封装材料的摆放位置，组成不同的硅晶太阳电池模块结构。 
在本发明的实施例中，上述硅晶太阳光电模块中的多孔结构封装材料可以是硅晶太阳电池模块封装用的封装材料。 
在本发明的实施例中，上述硅晶太阳光电模块中的多孔结构封装材料，例如位于硅晶太阳电池之间与第一、第二封装层之间。 
在本发明的实施例中，上述硅晶太阳光电模块中的多孔结构封装材料可取代上述第二封装层。 
在本发明的实施例中，上述硅晶太阳光电模块中的多孔结构可以是塑胶薄膜结构，该塑胶薄膜结构为可发泡的高分子材料，是以外加方式设置在硅晶太阳电池之间与第一、第二封装层之间。 
本发明又提出一种薄膜太阳光电模块，包括依序堆叠的背板、背电极透明导电膜、薄膜太阳电池、透明导电膜以及透明基材。上述薄膜太阳电池模块还包括一种多孔结构封装材料，位于背板与背电极透明导电膜之间，以有效提高薄膜太阳电池的光吸收，进而增加薄膜太阳光电模块的发电量。在本发明的实施例中，上述多孔结构封装材料的反射率例如在7％～45％之间。 
在本发明的实施例中，上述多孔结构封装材料的材料包括乙烯醋酸乙烯酯(Ethylene vinyl acetate，缩写为EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(Poly vinyl butyral，缩写为PVB)、聚烯烃(Poly Olefin)、聚氨酯(Poly Urethane)以及硅氧烷(Silicone)。在本发明的实施例中，上述硅晶太阳光电模块或薄膜太阳光电模块中的透明基材包括玻璃或塑胶基材。 
在本发明的实施例中，上述硅晶太阳光电模块或薄膜太阳光电模块中的背板包括玻璃或塑胶或聚氟乙烯(Poly Vinyl Flouride，商品名Tedlar)构成的复合层。 
在本发明的实施例中，上述硅晶太阳光电模块或薄膜太阳光电模块中的多孔结构封装材料中的平均气泡径为数百纳米到数百微米之间，以增强其反射。 
在本发明的实施例中，上述硅晶太阳光电模块或薄膜太阳光电模块中的多孔结构封装材料是经化学交联或物理交联的方式交联过的，以提高其耐热性。 
在本发明的实施例中，上述化学交联包括过氧化物(peroxide)交联或硅烷(silane)交联。 
在本发明的实施例中，上述物理交联包括电子束(e-beam)交联或伽玛射线(gamma ray)交联。 
在本发明的实施例中，上述薄膜太阳电池包括覆板(superstrate)型硅薄膜太阳电池，覆板型铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池或镉碲(CdTe)薄膜太阳电池。 
在本发明的实施例中，上述硅薄膜太阳电池例如非晶硅(a-Si)、微晶硅(μc-Si)、堆叠式(tandem)硅薄膜或三层(triple)硅薄膜。 
本发明因为利用内部具有多孔结构的封装材料的反射特性，来提高太阳光电模块的光捕集，更进一步地提高太阳光电模块发电量。此外，本发明的封装材料因具透光性，可应用于建筑整合型太阳光电***(Building IntegratedPhotovoltaic，BIPV)型硅晶太阳光电模块以及透光型薄膜太阳光电模块。举例来说，本发明的封装材料可放置于硅晶太阳电池的前板及背板之间，当受到阳光照射，多孔结构封装材料会产生反射，可提高硅晶太阳光电模块的光转换效率。而当应用本发明的封装材料在透光型薄膜太阳光电模块时，可增加穿过背电极透明导电层的光程路径，并提高薄膜太阳电池的光吸收。 
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。 
附图说明
图1为依照本发明的第一实施例的硅晶太阳光电模块的剖面示意图。 
图2为图1经电子束交联过的内部具多孔结构封装材料。 
图3为依照本发明的第一实施例的另一种硅晶太阳光电模块的剖面示意图。 
图4为依照本发明的第二实施例的硅晶太阳光电模块的剖面示意图。 
图5为依照本发明的第三实施例的硅晶太阳光电模块的剖面示意图。 
图6为依照本发明的第四实施例的硅晶太阳光电模块的剖面示意图。 
图7为图6经电子束交联过的内部具多孔结构高分子材料。 
图8为依照本发明的第五实施例的硅晶太阳光电模块的剖面示意图。 
图9为依照本发明的第六实施例的薄膜太阳光电模块的剖面示意图。 
图10为依照本发明的第七实施例的薄膜太阳光电模块的剖面示意图。 
图11为依照本发明的第八实施例的增强光反射的封装材料的制作步骤图。 
图12是由实验一制作的内部有多孔结构的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的扫描电子显微相片。 
图13是聚乙烯醇缩丁醛(PVB)在预热前、后以及发泡后的GPC-MS曲线图。
图14是经实验一制作的具有多孔结构的PVB与传统PVB的反射率与穿透率的曲线图。 
图15是经实验一制作的具有多孔结构的PVB的扩散反射率与全反射率以及传统PVB的扩散反射率和全反射率的曲线图。 
图16是实验二的具有多孔结构的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)封装材料和单片硅晶太阳电池的封装堆叠方式。 
图17A是实验二的具有多孔结构的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)封装材料和单片硅晶太阳电池的封装堆叠流程剖面图。 
图17B是实验二的具有多孔结构的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)封装材料和单片硅晶太阳电池的另一种封装堆叠流程剖面图。 
图18A是未封装与使用实验一的封装材料的透光型硅薄膜太阳电池模块的光电转换效率(QE)图。 
图18B是未封装与使用传统无气泡的PVB作为封装材料的透光型硅薄膜太阳电池模块的光电转换效率(QE)图。 
图19A是未封装与使用实验一的封装材料加上Tedlar的透光型硅薄膜太阳电池模块的光电转换效率(QE)图。 
图19B是未封装与使用传统无气泡的PVB加上Tedlar的透光型硅薄膜太阳电池模块的光电转换效率(QE)图。 
图20是由实验五制作的内部有气泡的乙烯醋酸乙烯酯(EVA)的扫描电子显微相片。 
图21是经实验五制作的具有多孔结构的EVA与传统EVA的反射率与穿透率的曲线图。 
图22是由实验六制作的内部有气泡的乙烯醋酸乙烯酯(EVA)的扫描电子显微相片。 
附图标记说明 
100、200、300、400：硅晶太阳光电模块 
102、602：背板                     104、612：第一封装层 
106：硅晶太阳电池                  108、614：第二封装层 
110、210：透明基材                 112：多孔结构封装材料 
112a：经电子束交联的矩阵状区域     112b：其他未经电子束交联区域 
114：光                            116a：间距 
116b：边缘               118：第三封装层 
300：塑胶薄膜结构        600、700：薄膜太阳光电模块 
604：背电极透明导电膜    606：硅薄膜太阳电池 
608：透明导电膜          800～830：步骤 
具体实施方式
在本发明中，增强光反射的封装材料是利用超临界二氧化碳(supercriticalCO2)发泡法得到的材料，其内部具有多孔结构，且多孔结构中的平均气泡径在数百纳米到数百微米之间，可由此增强封装材料的反射，譬如使反射率达7％～45％。 
而且，本发明的具多孔结构的封装材料可经化学交联或物理交联的方式交联过的，以提高其耐热性。上述化学交联譬如过氧化物(peroxide)或硅烷(silane)交联，其技术可参照美国专利US4714716以及US6900267所述；物理交联则例如电子束或伽玛射线(gamma ray)交联。 
上述封装材料例如乙烯醋酸乙烯酯(Ethylene vinyl acetate，缩写为EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(Poly vinyl butyral，缩写为PVB)、聚烯烃(Poly Olefin)、聚氨酯(Poly Urethane)以及硅氧烷(Silicone)。 
不同的封装材料经发泡后呈现不同的多孔结构与大小，所呈现的效果也不一样。譬如：PVB高分子材料的反射率为15％～45％，EVA高分子材料的反射率为7％～45％。 
本发明所提出增强光反射的具多孔结构的封装材料因具高反射及高穿透性，因此可应用于多种不同形式的硅晶太阳光电模块(如图1～图8所示)或者薄膜太阳光电模块(如图9～图10所示)。 
第一实施例 
图1为依照本发明的第一实施例的硅晶太阳光电模块的剖面示意图。 
请参照图1，第一实施例的硅晶太阳光电模块100包括依序堆叠的背板(back sheet)102、第一封装层104、多个硅晶太阳电池106、第二封装层108以及透明基材110。而且，硅晶太阳光电模块100还包括多孔结构封装材料112，其位于硅晶太阳电池106之间与第一、第二封装层104与108之间，以捕集硅晶太阳电池106间所漏掉的光照射并提高硅晶太阳光电模块100的发电量。其中，在多孔结构封装材料112中的平均气泡径例如在数百纳米到数百微米之间；而多孔结构封装材料112的膜厚，例如在0.1mm到1mm 之间。其中的第一、第二封装层104与108可以是已知用于太阳光电模块的封装材料，如无气泡的乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚烯烃(Poly Olefin)、聚氨酯(PU)、或硅氧烷(Silicone)等。 
至于背板102例如由玻璃与Tedlar构成的复合层，而透明基材110例如玻璃或塑胶基材。 
以第一实施例来看，在硅晶太阳光电模块100的封装过程中，硅晶太阳电池106一般以并列(array)方式摆放在各层内，并以负压加温的方式进行真空层叠工艺。第一、第二封装层104与108在此工艺里被溶解，并将整个硅晶太阳电池106包围起来。具多孔结构的封装材料因已经被电子束辐照技术(e-beam)交联过，其耐热优选，因此加热后尚保持多孔结构封装材料112。利用多孔结构封装材料112的反射特性增加硅晶太阳光电模块的光捕集，更进一步地提高该模块发电量。 
由于硅晶太阳光电模块100的个别硅晶太阳电池106的输出功率很低，必须于串联方式连接以提高发电功率。硅晶太阳光电模块100通常由几个“串(string)”组合，单一串由串联好的硅晶太阳电池106组成，再将个别串相互平行的并联。串联和并联的设计准则是依据硅晶太阳光电模块100所需的电压和电流需求。但实际上，一个硅晶太阳光电模块100的有效发电面积比整体模块的受光面少，其主要的原因是相邻的各别硅晶太阳电池106并不没有碰触，硅晶太阳电池106之间以及在靠近硅晶太阳光电模块100的边缘会预留了一段间隙，以预防受环境影响。 
在第一实施例中，多孔结构封装材料112可依据不同的电子束交联照光方式，择不同的位置进行交联。以图2为例，其第(1)部分与第(2)部分分别为图1的多孔结构封装材料112在封装前的剖面与俯视图。在电子束交联过程中如选择阻挡部分的区域使经电子束交联的矩阵状区域112b没有被电子束照到，而只有其他区域112a照到光。将上述多孔结构封装材料112以如图1的摆放方式进行太阳电池模块封装，由于区域112a已经过交联其耐热性提高，因此加热过程中并不会熔化，只有区域112b被熔掉。因此如果将上述矩阵状电子束交联面积设计成和硅晶太阳电池106(请见图1)大小一样，间距116a和边缘116b设计成和实际的硅晶太阳光电模块的间距一样，图2所示的局部交联的多孔结构封装材料可取代传统的封装材料。经模块封装后，硅晶太阳电池模块的结构如图1所示。 
因此，应用第一实施例提出的多孔结构封装材料112，来填满硅晶太阳 电池106之间所空出来的空间，将可有效捕集硅晶太阳电池106之间所漏掉的光线。当受到阳光照射时，由于光114被多孔结构封装材料112反射到四面八方，部分的光会反射到硅晶太阳光电模块100表面上，并更进一步的被硅晶太阳电池106吸收。 
此外，由于多孔结构封装材料112内部的平均气泡径为数百纳米到数百微米之间，所以不但具有高反射率，还有相当高的透光度，故可应用于透光型硅晶太阳光电模块上。当多孔结构封装材料112具高透光度，其可直接覆盖在硅晶太阳电池106上面如图3所示。 
第二实施例 
图4为依照本发明的第二实施例的硅晶太阳光电模块的剖面示意图，其中使用与第一实施例相同的元件符号来表示相同的构件。第二实施例的硅晶太阳光电模块200包括依序堆叠的背板(back sheet)102、第一封装层104、多个硅晶太阳电池106以及透明基材110。而且，硅晶太阳光电模块100还包括多孔结构封装材料112，其位于硅晶太阳电池106之间与第一封装层104与透明基材110之间，可取代第一实施例的第二封装层，以捕集硅晶太阳电池106间所漏掉的光照射并提高硅晶太阳光电模块100的发电量。 
第三实施例 
图5为依照本发明的第三实施例的硅晶太阳光电模块的剖面示意图，其中使用与第一实施例相同的元件符号来表示相同的构件。在第三实施例的硅晶太阳光电模块300中，放置在硅晶太阳电池106之间与第一封装层104及第二封装层108之间的为塑胶薄膜结构300，该塑胶薄膜300结构可以是一般高玻璃转移温度(glass transition temperature)的可发泡的高分子材料，并以外加方式放置在硅晶太阳电池106之间与第一封装层104及第二封装层108之间。 
第四实施例 
图6为依照本发明的第四实施例的硅晶太阳光电模块的剖面示意图，其中使用与第一实施例相同的元件符号来表示相同的构件。请参照图6，在本实施例的硅晶太阳光电模块400中多一个位于第一封装层104与多个硅晶太阳电池106之间的第三封装层118。内部具多孔结构封装材料112或塑胶薄膜结构300位于第三封装材料118与第一封装层104之间。而且，在本实施例的多孔结构封装材料112经电子束交联方式交联后，如图7所示，其第(1)部分与第(2)部分分别为图6的多孔结构封装材料112的剖面与俯视图。交联 后的封装材料112的耐热性提高，可以捕集硅晶太阳电池106间所漏掉的光照射并提高硅晶太阳光电模块400的发电量。 
第五实施例 
图8为依照本发明的第五实施例的硅晶太阳光电模块的剖面示意图，其中使用与第四实施例相同的元件符号来表示相同的构件。第五实施例与第四实施例的差异在于内部具多孔结构封装材料112或塑胶薄膜结构300分别位于第三封装层118与第一封装层104，以及位于硅晶太阳电池106之间与第三封装层118与第二封装层108之间。 
第六实施例 
图9为依照本发明的第六实施例的薄膜太阳光电模块的剖面示意图，其中使用与第一实施例相同的元件符号来表示相同的构件。 
请参照图9，第六实施例的薄膜太阳光电模块600包括依序堆叠的背板602、背电极透明导电膜604、薄膜太阳电池606、透明导电膜608以及透明基材610，其中的背电极透明导电膜604、薄膜太阳电池606与透明导电膜608即组成所谓的薄膜太阳光电元件。而内部具有多孔结构的封装材料112可位于背板602与背电极透明导电膜604之间，可有效提高薄膜太阳电池606的本征层(intrinsic layer)的光吸收，进而增加薄膜太阳光电模块600的发电量。其中，背板602可以是由玻璃与Tedlar构成的复合层，透明基材610则例如是玻璃或塑胶基材。而本发明的薄膜太阳电池606则可为覆板型硅薄膜太阳光电模块，覆板型铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池或覆板镉碲(CdTe)薄膜太阳电池。 
在第六实施例中，当薄膜太阳电池606是硅薄膜太阳电池时，其可以是吸收波长小于700nm的光谱的a-Si、吸收光谱可延伸到1100nm波长的红外线区域的μc-Si；或者，会吸收长波长光谱的堆叠式(tandem)硅薄膜或三层(triple)硅薄膜。由于上述封装材料112的多孔结构具反射(reflection)特性，因此照光114时光程路径以及内反射提高，可增加薄膜太阳电池606对光的吸收。 
当薄膜太阳光电模块600受光114照射，且入射于封装材料112的角度大于临界角，所有的光114将被反射到薄膜太阳电池606表面上，并更进一步的被吸收。而且，由于多孔结构封装材料112的光穿透约在55％～93％间，因此其可应用于透光型薄膜太阳光电模块。 
第七实施例 
图10为依照本发明的第七实施例的薄膜太阳光电模块的剖面示意图，其中使用与第六实施例相同的元件符号来表示相同的构件。在本实施例的薄膜太阳光电模块700中，内部具多孔结构的封装材料112或塑胶薄膜结构300，可以外加方式放置在第一封装层612与第二封装层614之间。 
第八实施例 
图11为依照本发明的第八实施例的增强光反射的多孔结构封装材料的制作步骤图。 
请参照图11，首先进行步骤800，制备多孔结构封装材料。上述封装材料例如乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚烯烃(Poly Olefin)、聚氨酯(PU)、或Silicone等高分子材料。至于制备多孔结构封装材料的方法可运用现有技术，也可以直接购买市售产品，故不再赘述。 
然后，进行步骤810，真空预热上述多孔结构封装材料以消除表面纹路(texture)。而真空预热封装材料的方法例如在高于高分子材料的熔点的温度下进行预热，因此预热温度需控制在100℃以上，最好控制在120℃到160℃之间，真空度约为1torr。真空加热时间例如在5分钟到1小时之间。 
在步骤810之后，进行步骤820，发泡上述多孔结构封装材料，使其内部形成多孔结构，而完成第八实施例的增强光反射的封装材料。其中，上述发泡方法例如超临界二氧化碳(supercritical CO2)发泡法。而且，经发泡后得到的气泡的平均气泡径约为数百纳米到数百微米之间，以增强封装材料的反射率。 
此外，第八实施例还可在步骤820之后，应用电子束辐照技术进行交联(crosslinking)，以固定发泡后的多孔结构封装材料(如步骤830)。 
以下列举几个实验来证实本发明的功效。 
实验一 
以聚乙烯醇缩丁醛(PVB)作为高分子材料，首先在温度100℃～160℃左右进行真空预热15～30分钟。然后，采用超临界二氧化碳发泡法进行发泡，其作法为以连续式或批次工艺方法将薄膜状聚乙烯醇缩丁醛(PVB)涵浸于控制在饱和压力和饱和温度环境下的CO2(Tc，CO2＝31℃以及Pc，CO2＝7.38Mpa)。以压力10～25Mpa及温度40～80℃，浸泡聚乙烯醇缩丁醛(PVB)1～10分钟，视样品的厚度而定。在泄压(depressurization)步骤所引起的热力学的不稳定性(thermodynamic instability)，造成材料内部组织被超饱和态的CO2溶解并产生晶核(nucleation of cell)。所谓的「晶核」可能是材料组织(matrix)中 的缺陷或刻意加进去的成核剂(nucleating agent)，CO2分子主要会从此处开始产生小泡，最后会慢慢长成气泡。晶核的大小将不断增加直到特定的温度到达。晶核的大小分布以及数目可由饱和温度，饱和压力以及泄压速率控制；例如2007年发表在Journal of Supercritical Fluids，第41卷第299-310页的“Foaming of Polypropylene with supercritical carbon dioxide或者Journal ofSupercritial Fluids，第40卷第144-152页的“Production of controlled polymericfoams by supercritical CO2”。 
图12是由实验一制作的内部有多孔结构的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的扫描电子显微相片，从图12还可观察到所述多孔结构略V形并接近于聚乙烯醇缩丁醛的表面。 
另外，针对实验一中的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)在抽真空预热前、后以及发泡后的成分变化，可藉热解法(Pyrolysis)与气相层析质谱法(GC/MS)的热解式气相层析质谱法(Pyrolysis GC/MS)分析得到图13。 
高分子聚合物的在合成及加工过程中，通常会添加不同添加剂，而产生不同物性的聚合物。应用Pyrolysis GC/MS法，分析聚乙烯醇缩丁(PVB)材料在真空加热，发泡前后的质谱变化。首先将聚乙烯醇缩丁醛(PVB)样品经由热解装置加热分解4秒，温度设定在255℃；再将产生的热解产物导入气象层析管柱中进行分离，之后进入质谱做鉴定层析的时间，以判定聚乙烯醇缩丁醛(PVB)材料聚合物组成及添加剂的种类。从图13可知，在真空预热前、后的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)曲线有极大变化，可推测在抽真空预热后有部份塑化剂被去除。不同的抽真空时间以及发泡工艺将影响到聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的多孔结构，并间接影响到高分子材料的反射特性。 
然后，将由实验一制作的上述聚乙烯醇缩丁醛(PVB)与传统无气泡的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)做光学特性上的量测得到图14，其为经实验一制作的具有多孔结构的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)与传统聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的反射率与穿透率(transmittance)的曲线图。从图14可知，本发明的PVB可保持约60％～70％的光穿透度，其光反射率可高达45％左右，比传统无气泡的PVB的6％～8％的光反射率高出许多，因此可作为高反射封装材料。 
从图15显示，经实验一制作的具有多孔结构的PVB的高反射特性主要是扩散反射的贡献，而传统的PVB的无扩散反射的效果。 
实验二 
由图1的硅晶太阳光电模块显示，比较传统无气泡封装材料和具多孔封 装材料的反射特性对硅晶太阳光电模块发电效率的影响，在硅晶太阳光电模块100外的空气与透明基材110介面和第二封装层108与透明基材110介面相同的条件下，可忽略第二封装层108及透明基材100，并直接评估封装材料112对硅晶太阳光电模块100光捕集的影响。 
首先，将单片硅晶太阳电池以聚乙烯醇缩丁醛(PVB)材料进行封装，其封装材料的封装叠层方式如图16所示，其中使用与图1相同的元件符号来代表相同的构件。模块封装结构则如图17A所示，先以真空热压方式将4英寸硅晶太阳电池106包覆于第一封装层104和第二封装层108之间9，并在145℃温度进行下进行30分钟抽真空，再热压30分钟，最后将产品取出。然后，将实验一制作的内部有多孔结构的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)作为封装材料112，以10mm宽度的条状设置于4英寸硅晶太阳电池106的边缘，并以温度100℃进行热压1分钟，使具多孔结构的PVB材料(112)黏在硅晶太阳电池106边缘。并与传统内无气泡的PVB做比较，得到下表一的结果。 
表一 
    Voc  (V)   Isc  (A)   Vmp  (V)   Imp  (A)   Pmax  (W)   封装后  Pmax增加   FF  (％)
  4英寸硅晶太阳电池/传   统PVB   0.59   3.16   0.47   2.73   1.29   0   69.1
  4英寸硅晶太阳电池/经   实验一制作的PVB   0.6   3.23   0.47   2.89   1.35   4.65％   69.6
从表一可知，实验一制作的PVB能使硅晶太阳光电模块的最大输出功率(Pmax)增加4.65％，而传统无气泡的PVB则无法增加硅晶太阳光电模块的Pmax。 
除了采用图17A的叠层方式，模块封装工艺方法也可以如图17B所示，先将实验一制作的内部有多孔结构的PVB(112)和已事先熔融过的聚乙烯醇缩丁醛(作为第二封装层108)贴好，再将条状PVB(112)设置于4英寸硅晶太阳电池106的边缘，并以温度100℃进行热压1分钟，使具多孔结构的PVB材料黏在硅晶太阳电池106边缘。从光学上的设计，图17B所示的具多孔结构的封装材料上方再加一层折射率值比较高的封装材料，其光捕集效果会更佳。 
实验三 
将实验一制作的内部有多孔结构的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)以及传统经熔 融后无气泡的PVB作为封装材料，分别设置于透光型薄膜太阳光电模块的背板表面，以温度100℃进行热压1分钟，其中薄膜太阳光电模块包括厚度1mm的玻璃背板，其中硅薄膜太阳电池呈矩阵排列，单一矩阵面积约为0.25cm2。硅薄膜太阳电池的各层厚度分别为厚度100nm的背电极透明导电膜、μc-Si硅薄膜(含厚度15nm的N型层、厚度1500nm的本征层、厚度15nm的P型层)、厚度60nm的透明导电膜。 
结果得到，具有实验一制作的内部有多孔结构的PVB的硅薄膜太阳光电模块的Jsc可增加3.53％，如图18A所示，而传统无气泡的PVB的硅薄膜太阳光电模块的Jsc则只增加1.56％，如图18B所示。 
实验四 
如实验三的硅薄膜太阳电池，但在内有多孔结构的PVB材料背面再和聚氟乙烯(Tedlar)背板进行热压1分钟。结果发现具高反射特性的Tedlar，更进一步增强有多孔结构的封装材料反射特性。由实验一制作的内部有多孔结构的PVB的薄膜太阳光电模块的Jsc可增加6.47％，如图19A所示，而传统无气泡的PVB的薄膜太阳光电模块的Jsc则只增加3.67％，如图19B所示。 
因此，本发明的反射特性明显优于传统封装材料。另外，除了使用PVB作为本发明的内部有多孔结构的封装材料，还可使用其他材料来制作，如下列实验五。 
实验五 
首先在温度100～160℃之间进行真空预热5～20分钟，然后，以超临界二氧化碳发泡法进行发泡，以压力10～25Mpa及温度40～80℃，浸泡乙烯醋酸乙烯酯(EVA)1～5分钟，视样品的厚度而定。图20是由实验五制作的内部有多孔结构的EVA的扫描电子显微相片。发泡好的乙烯醋酸乙烯酯(EVA)以电子束辐照技术进行交联，以固定发泡后的EVA材料结构，电子束的功率为600keV及照射剂量为30Mrad。 
然后，将实验五制作的上述乙烯醋酸乙烯酯(EVA)在温度145℃下加热10分钟并与传统无气泡的乙烯醋酸乙烯酯(EVA)做光学特性上的量测得到图21，其为经实验五制作的具有多孔结构的乙烯醋酸乙烯酯(EVA)与传统乙烯醋酸乙烯酯(EVA)的反射率与穿透率的曲线图。从图21可知，本发明的EVA可保持约7％～45％的光穿透度，其光反射率可高达45％左右，比传统无气泡的EVA的4％～7％的光反射率高出许多，因此可作为高反射封装材料。 
实验六 
将实验五制作的内部有多孔结构的乙烯醋酸乙烯酯(EVA)以及传统经熔融后无气泡的EVA作为封装材料，其中具多孔结构EVA以电子束辐照技术进行交联，以固定发泡后的EVA材料结构，电子束的功率为600keV及照射剂量为40Mrad。选择两片Pmax很接近的5英寸硅晶太阳电池进行封装实验，硅晶太阳电池模块封装结构则如图1所示，首先将5英寸硅晶太阳电池106包覆于第一封装层104和第二封装层108之间，并将实验一制作的内部有多孔结构的EVA材料112，以10mm宽度的条状设置于5英寸硅晶太阳电池106的边缘，再以真空热压方式并在145℃温度进行下进行6分钟抽真空，再热压8分钟，最后将产品取出，并与一般EVA封装的5英寸硅晶太阳电池封做比较，结果显示具多孔结构的硅晶太阳电池模块封装后Pmax＝2.222W，比另一组传统的硅晶太阳电池模块的Pmax＝2.031W，多了9.404％的发电量。图22是本实验采用的内部有多孔结构的EVA的扫描电子显微相片。 
综上所述，本发明的封装材料因为内部具有多孔结构，可造成反射特性，因此将其应用于太阳光电模块时，能增加光程(optical path)以提高太阳电池对光的吸收，进而提升太阳光电模块的光捕集特性。由于封装材料内部的气泡的平均气泡径可控制在几百纳米到几百微米间，因此本发明的封装材料可保持约55％～93％的光穿透度，其光反射率可高达7％～45％，比传统无气泡的封装材料的4％～8％的光反射率高出许多，因此可作为高反射封装材料。 
虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的为准。 

Claims (12)

1.一种硅晶太阳光电模块，包括依序堆叠的背板、第一封装层、多个硅晶太阳电池以及透明基材，其特征在于：
该硅晶太阳光电模块还包括多孔结构封装材料，位于这些硅晶太阳电池之间以及位于该第一封装层与该透明基材之间，以捕集这些硅晶太阳电池间所漏掉的光照射并提高该硅晶太阳光电模块的发电量，
其中该多孔结构封装材料的材料为该硅晶太阳电池模块封装用的封装材料，且该多孔结构封装材料包括乙烯醋酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛或硅氧烷，且该多孔结构封装材料具有55％～93％的光穿透度以及7％～45％的反射率，
其中该多孔结构封装材料中的平均气泡径为数百纳米到数百微米之间，以增强该多孔结构封装材料的反射率，且该多孔结构封装材料是经发泡后再经化学交联或物理交联的方式交联过的，以提高该多孔结构封装材料的耐热性。
2.如权利要求1所述的硅晶太阳光电模块，其中该透明基材包括玻璃或塑胶基材。
3.如权利要求1所述的硅晶太阳光电模块，其中该背板包括玻璃与聚氟乙烯构成的复合层。
4.如权利要求1所述的硅晶太阳光电模块，其中该化学交联包括过氧化物或硅烷交联。
5.如权利要求1所述的硅晶太阳光电模块，其中该物理交联包括电子束或伽玛射线交联。
6.一种薄膜太阳光电模块，包括依序堆叠的背板、背电极透明导电膜、薄膜太阳电池、透明导电膜以及透明基材，其特征在于：
该薄膜太阳电池模块还包括多孔结构封装材料，位于该背板与该背电极透明导电膜之间，以有效提高该薄膜太阳电池的光吸收，进而增加该薄膜太阳光电模块的发电量，
其中该多孔结构封装材料的材料为该薄膜太阳电池模块封装用的封装材料，包括乙烯醋酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛或硅氧烷，且该多孔结构封装材料具有55％～93％的光穿透度以及7％～45％的反射率，
其中该多孔结构封装材料中的平均气泡径为数百纳米到数百微米之间，其中该多孔结构封装材料是经发泡后再经化学交联或物理交联的方式交联过的，以提高该多孔结构封装材料的耐热性。
7.如权利要求6所述的薄膜太阳光电模块，其中该化学交联包括过氧化物或硅烷交联。
8.如权利要求6所述的薄膜太阳光电模块，其中该物理交联包括电子束或伽玛射线交联。
9.如权利要求6所述的薄膜太阳光电模块，其中该透明基材包括玻璃或塑胶基材。
10.如权利要求6所述的薄膜太阳光电模块，其中该背板包括玻璃与聚氟乙烯构成的复合层。
11.如权利要求6所述的薄膜太阳光电模块，其中该薄膜太阳电池包括覆板型硅薄膜太阳电池、覆板型铜铟镓硒薄膜太阳电池或覆板镉碲薄膜太阳电池。
12.如权利要求11所述的薄膜太阳光电模块，其中该硅薄膜太阳电池包括非晶硅、微晶硅、堆叠式硅薄膜或三层硅薄膜。
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