CN102437215A - 用于薄膜光伏器件的叠层内圆片层及薄膜光伏器件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明名称为“用于薄膜光伏器件的叠层内圆片层及薄膜光伏器件的制造方法”。提供了包括位于多个薄膜层上的绝缘层和叠层内圆片层的光伏器件。定义第一引线的第一传导带布置在绝缘层上并连接到第一汇流条。第二传导带布置在绝缘层上并连接到第二汇流条。粘接层位于该器件上方并定义粘接间隙，第一引线和第二引线延伸穿过该粘接间隙。封装衬底在粘接层上并定义连接孔隙，第一引线和第二引线延伸穿过该连接孔隙。叠层内圆片层布置在由粘接层定义的粘接间隙和由封装衬底定义的连接孔隙下方。还提供了制造光伏器件的方法。
Description
技术领域
本文公开的主题一般涉及包括叠层内圆片层(intra-laminate disklayer)的光伏器件，其布置成抑制潮气进入、尤其是通过封装衬底中的孔进入。
背景技术
基于与硫化镉(CdS)配对作为光反应组件的碲化镉(CdTe)的薄膜光伏(PV)模块(又称为“太阳电池板(solar panel)”)在工业中正得到广泛的接受和兴趣。CdTe是具有特别适合将太阳能转化为电的特性的半导体材料。当CdTe PV模块暴露于诸如太阳光的光能时，n型层和p型层的结一般负责生成电势和电流。特别地，碲化镉(CdTe)层和硫化镉(CdS)形成p-n异质结，其中CdTe层充当p型层(即，正的电子接受层)，而CdS层充当n型层(即，负的电子施予层)。
在窗口玻璃与结形成层之间普遍使用透明传导氧化(“TCO”)层。该TCO层在器件的一面上提供前电接触，并用于收集和携带由电池产生的电荷。相反地，在结形成层的相对面上提供背接触层，该背接触层用作电池的相对接触。该背接触层与p型层(例如，CdTe PV器件中的碲化镉层)相邻。
封装衬底布置在器件的相对面上以将薄膜层包在窗口玻璃与封装衬底之间。封装衬底典型地包含使得能够将光伏器件连接到引出线以收集由PV器件创造的DC电的孔。但是，由于PV器件典型地在室外使用，所以PV器件经受了变化的环境状况的影响并暴露在湿气、露水、雨水和其它潮气暴露中。封装衬底中的孔可具体地容许潮气进入器件。这些潮气可降低PV器件的效率并显著缩短其有效使用期限。
因此，需要抑制和防止潮气进入到PV器件中，尤其是从封装衬底中的孔处进入。
发明内容
本发明的方面和优点将部分地在下面的描述中陈述，或者可以从描述中显而易见，或者可通过实践本发明而了解。
一般地提供了包括位于玻璃衬底上的多个薄膜层的光伏器件，其中多个薄膜层定义了彼此串联连接的多个光伏电池。绝缘层和叠层内圆片层可位于多个薄膜层上。定义第一引线的第一传导带布置在绝缘层上以与多个薄膜层电隔离，并连接到第一汇流条。定义第二引线的第二传导带布置在绝缘层上以与薄膜层电隔离，并连接到第二汇流条。粘接层在第一传导带、第二传导带、叠层内圆片层、绝缘层和多个薄膜的任何剩余暴露区域的上方。粘接层定义粘接间隙，第一引线和第二引线延伸穿过该粘接间隙。最后，封装衬底在粘接层上，并定义连接孔隙，第一引线和第二引线延伸穿过该连接孔隙。叠层内圆片层布置在由粘接层定义的粘接间隙和由封装衬底定义的连接孔隙的下方。
还提供了制造光伏器件的方法。根据这些方法，可在覆盖衬底的多个薄膜层上施加绝缘层和叠层内圆片层。可在绝缘层上施加传导带，以使得传导带与多个薄膜层电隔离，并可将传导带加以分割以形成定义第一引线的第一传导带和定义第二引线的第二传导带。第一传导带可连接到第一汇流条，而第二传导带可连接到第二汇流条。然后，可在第一传导带、第二传导带、叠层内圆片层、绝缘层和多个薄膜的任何剩余暴露区域的上方施加粘接层。粘接层定义粘接间隙，第一引线和第二引线延伸穿过该粘接间隙。最后，将封装衬底附连到粘接层。封装衬底定义连接孔隙，第一引线和第二引线延伸穿过该连接孔隙。叠层内圆片层布置在由粘接层定义的粘接间隙和由封装衬底定义的连接孔隙的下方。
参考下面的描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面以及优点将变得更好理解。结合在本说明书中并构成其一部分的附图示出本发明的实施例，并同描述一起用来解释本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中陈述了针对本领域普通技术人员的、本发明的完整和使能性的公开(包括其最佳模式)，在附图中：
图1示出根据一个实施例的示例性薄膜光伏器件的截面图；
图2示出具有附连的封装衬底的图1中的示例性薄膜光伏器件的截面图；
图3示出具有在封装衬底的连接孔隙处附连到其的接线盒的图1中的示例性薄膜光伏器件的截面图；
图4示出定义多个电池的示例性薄膜光伏器件的俯视图；
图5示出具有在光伏电池上的绝缘层的图4中的示例性光伏器件的俯视图；
图6示出带有叠层内圆片层的图5中的示例性光伏器件的俯视图；
图7示出带有在绝缘带上施加的传导带的图6中的示例性光伏器件的俯视图；
图8示出带有分割的传导带的图7中的示例性光伏器件的俯视图；
图9示出带有施加到相对端的汇流条的图8中的示例性光伏器件的俯视图；
图10示出形成图3中的光伏器件的示例性方法的流程图；
图11示出根据诸如用于构造图15中的示例性薄膜光伏器件的另一个实施例的示例性光伏器件的俯视图；
图12示出根据一个实施例的另一个示例性薄膜光伏器件的截面图；
图13示出具有附连的封装衬底的图12中的示例性薄膜光伏器件的截面图；以及
图14示出具有在封装衬底的连接孔隙处附连到其的接线盒的图13中的示例性薄膜光伏器件的截面图。
光伏器件10
玻璃衬底12
封装衬底14
连接孔隙15
薄膜层16
光伏电池17
划线18
绝缘层20
叠层内圆片层22
传导带24
第一引线25
第二引线26
第一汇流条27
第二汇流条28
粘接层30
粘接间隙31
接线盒32
正引出线33
负引出线34
方法40
步骤41、42、43、44、45、46、47、48、49、50
具体实施方式
现在，将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例示于附图中。每个示例通过解释本发明而不是限制本发明的方式来提供。实际上，对于本领域技术人员显然的是：在不脱离本发明的范围或精神的情况下，能在本发明中进行多种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征能与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因而，本发明意在覆盖如所附权利要求范围及它们等同范围之内的此类修改和变化。
在本公开中，当某层被描述为在另一层或衬底“上”或“上方”时，理解的是所述层或者能彼此直接接触，或者具有层之间的另一层或特征。因而，这些术语简单描述层彼此之间的相对位置，而不一定意味着“在......之上”，因为上面或下面的相对位置依赖于器件对观察者的定向。另外，尽管发明不限于任何具体的膜厚度，但是描述光伏器件任何膜层的术语“薄”一般是指具有小于大约10微米(“百万分之一米”或“μm”)的厚度的膜层。
要理解，本文提到的范围和限制包括位于规定限制之内的所有范围(即，子范围)。例如，从大约100到大约200的范围也包括了从110到150、170到190、153到162、以及145.3到149.6的范围。此外，直到大约7的限制也包括了直到大约5、直到3、以及直到大约4.5的限制，以及包括了在该限制之内的范围(例如，从大约1到大约5，和从大约3.2到大约6.5)。
一般地提供了薄膜光伏器件，其具有布置成抑制潮气(尤其是通过用于收集由PV器件生成的DC电的封装衬底中的孔)进入的叠层内圆片层。
图3示出示例性薄膜光伏器件10的截面图。光伏器件10一般包括与封装衬底14相对布置的玻璃衬底12。在该实施例中，玻璃12可称之为“超底(superstrate)”，这是因为它是在其上形成随后的层的衬底，尽管在碲化镉薄膜光伏器件10使用时，它向上面对辐射源(例如，阳光)。顶部玻璃板12能够是高透射玻璃(例如，高透射硼硅酸盐玻璃)、低铁浮法玻璃、或其它高透明玻璃材料。玻璃一般足够厚，以为随后的膜层提供支持(例如，从大约0.5mm到大约10mm厚)，并且基本是平的以提供用于形成随后膜层的良好表面。在一个实施例中，玻璃12能够是低铁浮法玻璃，其包含小于大约0.015％(重量)的铁(Fe)，并且可具有关注的谱(例如，波长从大约300nm到大约900nm)中大约0.9或更大的透射性(transmissiveness)。在另一个实施例中，可利用硼硅酸盐玻璃以更好地承受高温处理。
封装玻璃14定义了连接孔隙15，连接孔隙15提供对下面的组件的通路(access)以收集由光伏器件10生成的DC电。在一个具体实施例中，封装衬底14是玻璃衬底。
多个薄膜层16布置在玻璃衬底12上。多个薄膜层16定义由划线18隔开的单独的光伏电池17。单独的光伏电池17串联地电连接在一起。在一个具体实施例中，多个薄膜层可包括玻璃衬底12上的透明传导氧化层(例如，锡酸镉或镉、锡和氧的化学计量变化)、透明传导氧化层上的电阻透明缓冲层(例如，氧化锌和氧化锡的组合)、电阻透明缓冲层上的n型层、n型层上的p型层、以及p型层上的背接触。n型层可包括硫化镉(即，硫化镉薄膜层)，而p型层可包括碲化镉(即，碲化镉薄膜层)。一般地，背接触定义薄膜层16的暴露表面，并用作与由透明传导氧化层定义的前接触相对的薄膜层的电接触。
例如，图4一般地示出定义由划线18隔开的多个光伏电池17的示例性薄膜光伏器件10的俯视图。在一个实施例中，划线18可以彼此基本平行，以使得光伏电池17基本上相同大小。如图所示，每个划线18一般在x方向中定向。
绝缘层20在薄膜层16上，以保护薄膜层16的背接触。绝缘层20一般地包括可防止电传导从中穿过的绝缘材料。可使用任何合适的材料来制作绝缘层20。在一个实施例中，绝缘层20可以是在两个表面上均涂覆有粘结剂涂层的绝缘聚合膜。粘结剂涂层可允许将绝缘层20粘接到下面的薄膜层16并将传导带24粘接到绝缘层20。例如，绝缘层20可包括在任一表面上具有粘结剂涂层的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的聚合膜。粘结剂涂层可以是例如丙烯酸粘结剂，例如热固性丙烯酸粘结剂。
在一个具体实施例中，绝缘层20是一般在与划线18的定向垂直的方向中定向的绝缘材料带。例如，如图5所示，绝缘层20一般可在与x方向中的划线18的定向垂直的y方向中定向。
绝缘层20可在z方向中具有适于防止从下面的薄膜层(具体地，背接触)到任何随后施加的层的电传导的厚度。在一个具体实施例中，绝缘层20可防止薄膜层16与传导带24之间的电传导。
叠层内圆片层22布置在薄膜层16上，并处于由封装衬底14的连接孔隙15暴露的区域上方。例如，叠层内圆片层22可在大于由封装衬底14定义的连接孔隙15和/或大于由粘接层30定义的粘接间隙31的受保护区域(如薄膜层16的表面上、x方向和y方向中所定义的那样)上方延伸。
在一个实施例中，叠层内圆片层22在x、y平面中定义基本上为圆形的圆片。当在粘接层30中定义的粘接间隙31和封装衬底14中的连接孔隙15也都在x、y平面中基本上为圆形时，该形状可能特别有用。因此，相对于由粘接层30定义的粘接间隙31和由封装衬底14定义的连接孔隙15，叠层内圆片层22可基本上位于中心。并且，通过该配置，叠层内圆片层22的圆片直径可大于由粘接间隙31定义的间隙直径和/或由连接孔隙15定义的孔隙直径。例如，圆片直径可比间隙直径和/或连接直径大大约5％至大约200％，例如大大约10％至大约100％。
叠层内圆片层可在z方向中定义大约50μm至大约400μm的厚度。
在一个实施例中，叠层内圆片层22可由在一个或两个表面上具有聚合涂层的膜构成。聚合涂层可包括疏水性聚合物，其配置成对潮气通过叠层内圆片层22进入和/或在叠层内圆片层22周围进入。另外，聚合涂层可有助于将叠层内圆片层22粘接到下面的层(例如，薄膜层16)和随后施加的层(例如，粘接层30)。在一个具体实施例中，聚合涂层可包括乙烯醋酸乙烯酯共聚物。
叠层内圆片层22的膜可以是聚合膜。该聚合膜可包括与聚合涂层相同的聚合物或不同的聚合物。在一个具体实施例中，膜可以是聚合膜，包括诸如聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、乙烯醋酸乙烯酯共聚物的聚合物或其共聚物或混合物。
叠层内圆片层22可在绝缘层20之后施加，例如图5-6中示出的，以导致图3的实施例。备选地，叠层内圆片层22可在绝缘层20之前施加(例如，直接施加到多个薄膜层16上)，例如图11-14中示出的。具体来说，图11-14示出另一个示例性薄膜光伏器件100，其中叠层内圆片层22在绝缘层20下方并直接在多个薄膜层16上方。
在一个实施例中，传导带24可作为连续带施加在绝缘层20上方，如图7所示。然后，可分割该连续带，以制作第一引线25和第二引线26。
传导带24可由任何合适的材料构成。在一个具体实施例中，传导带24是金属箔的带。例如，金属箔可包括传导金属。
然后，可在光伏器件10的相对端上方附连汇流条27、28。例如，第一汇流条27可覆盖布置在光伏器件10的第一端处的光伏电池17，而第二汇流条28覆盖与第一端相对的光伏器件10的第二端处的光伏电池17。由于光伏电池17彼此串联连接，所以汇流条27、28可用作光伏器件10上的相对电连接(例如，正和负)。一般地，传导带24将相对的电汇流条27、28电连接到第一引线25和第二引线26。
封装衬底14可经由粘接层30粘接到光伏器件10。粘接层30一般地布置在传导带24、叠层内圆片层22、绝缘层20、和薄膜层16的任何剩余暴露区域的上方。粘接层30一般地定义粘接间隙31，粘接间隙31一般对应于由封装衬底14定义的连接孔隙15。因此，第一引线25和第二引线26可延伸穿过粘接间隙31。粘接层30一般可保护薄膜层16并将封装衬底14附连到器件10。粘接层30可由乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、硅酮基粘结剂或配置成防止潮气渗入器件的其它粘结剂构成。
图3示出配置成通过使DC电路完整而电连接光伏器件10的接线盒32。然后，接线盒32可提供正引出线33和负引出线34，用于进一步收集由光伏器件10产生的DC电。
图10一般示出用于构造图3中的示例性光伏器件10的一个示例性方法40的流程图。根据该方法，在41，在多个薄膜层上施加绝缘层，并在42，在多个薄膜层上施加叠层内圆片层。然后，在43，可在绝缘层上施加传导带，并在44，将传导带分割成第一传导带和第二传导带。在45，可将第一汇流条附连到第一传导带，并在46，可将第二汇流条附连到第二传导带。例如，在图4-9中顺序地例示了方法40的步骤41-46。
方法40还包括：在47，在第一传导带、第二传导带、叠层内圆片层、绝缘层、以及多个薄膜的任何剩余暴露区域上方附连定义粘接间隙的粘接层。在48，可在粘接层上附连定义连接孔隙的封装衬底。在49，可在连接孔隙和粘接间隙上方附连接线盒，并将接线盒附连到第一传导带和第二传导带。例如，图1-3中顺序地例示了方法40的步骤47-50。
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，以及还使本领域技术人员能实践本发明，包括制作和使用任何器件或***及执行任何结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求来定义，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括与权利要求字面语言无不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质不同的等同结构要素，则它们规定为在权利要求范围之内。
Claims (15)
1.一种光伏器件(10)，包括：
玻璃衬底(12)；
在所述玻璃衬底(12)上的多个薄膜层(16)，其中所述多个薄膜层(16)定义彼此串联连接的多个光伏电池(17)；
在所述多个薄膜层(16)上的绝缘层(20)；
在所述薄膜层(16)上的叠层内圆片层(22)；
在所述绝缘层(20)上的定义第一引线(25)的第一传导带，其中所述第一传导带通过所述绝缘层(20)与所述多个薄膜层(16)电隔离并连接到第一汇流条(27)；
在所述绝缘层(20)上的定义第二引线(26)的第二传导带，其中所述第二传导带通过所述绝缘层(20)与所述薄膜层(16)电隔离并连接到第二汇流条(28)；
在所述第一传导带、所述第二传导带、所述叠层内圆片层(22)、所述绝缘层(20)、以及所述多个薄膜(16)的任何剩余暴露区域上方的粘接层(30)，其中所述粘接层(30)定义粘接间隙(31)，所述第一引线(25)和所述第二引线(26)延伸穿过所述粘接间隙(31)；以及
在所述粘接层(30)上的封装衬底(14)，其中所述封装衬底(14)定义连接孔隙(15)，所述第一引线(25)和所述第二引线(26)延伸穿过所述连接孔隙(15)，
其中，所述叠层内圆片层(22)布置在由所述粘接层(30)定义的所述粘接间隙(31)和由所述封装衬底(14)定义的所述连接孔隙(15)的下方。
2.如权利要求1所述的器件，其中，所述叠层内圆片层(22)布置在所述绝缘层(20)上，以使得所述叠层内圆片层(22)在所述绝缘层(20)与所述第一传导带和所述第二传导带之间。
3.如权利要求1所述的器件，其中，所述叠层内圆片层(22)布置在所述多个薄膜层(16)上，以使得所述叠层内圆片层(22)在所述薄膜层(16)与所述绝缘层(20)之间。
4.如前述任一权利要求所述的器件，其中，所述叠层内圆片层(22)在大于由所述封装衬底(14)定义的所述连接孔隙(15)的受保护区域上方延伸，并且其中所述叠层内圆片层(22)在大于由所述粘接层(30)定义的所述粘接间隙(31)的受保护区域上方延伸。
5.如前述任一权利要求所述的器件，其中，所述叠层内圆片层(22)包括膜上的聚合涂层。
6.如权利要求5所述的器件，其中，所述聚合涂层定义所述膜的两个表面。
7.如权利要求5所述的器件，其中，所述聚合涂层包括乙烯醋酸乙烯酯共聚物。
8.如权利要求5所述的器件，其中，所述膜包括聚合膜。
9.如前述任一权利要求所述的器件，其中，所述叠层内圆片层(22)定义基本上为圆形的圆片，并且其中，相对于由所述粘接层(30)定义的所述粘接间隙(31)和由所述封装衬底(14)定义的所述连接孔隙(15)，所述叠层内圆片层(22)基本上位于中心。
10.如权利要求9所述的器件，其中，所述圆片具有圆片直径，而所述连接孔隙(15)定义孔隙直径，并且其中，所述圆片直径比所述孔隙直径大大约5％至大约200％。
11.如前述任一权利要求所述的器件，其中，所述叠层内圆片层(22)定义大约50μm至大约400μm的厚度。
12.如前述任一权利要求所述的器件，还包括：
布置在所述封装玻璃(14)上并且位于所述连接孔隙(15)上方的接线盒(32)，其中所述第一引线(25)和所述第二引线(26)连接到所述接线盒(32)。
13.如前述任一权利要求所述的器件，其中，所述多个薄膜层(16)包括：
在所述玻璃衬底(12)上的透明传导氧化层；
在所述透明传导氧化层上的电阻透明缓冲层；
在所述电阻透明缓冲层上的n型层，其中所述n型层包括硫化镉；
在所述n型层上的p型层，其中所述p型层包括碲化镉；以及，
在所述p型层上的背接触。
14.一种制造光伏器件的方法，所述方法包括：
在覆盖衬底(12)的多个薄膜层(16)上施加绝缘层(20)；
在所述薄膜层(16)上施加叠层内圆片层(22)；
在所述绝缘层(20)上施加传导带(24)，其中所述传导带(24)通过所述绝缘层(20)与所述多个薄膜层(16)电隔离；
将所述传导带(24)分割成第一传导带和第二传导带，其中所述第一传导带定义第一引线(25)，而所述第二传导带定义第二引线(26)；
将所述第一传导带连接到第一汇流条(27)；
将所述第二传导带连接到第二汇流条(28)；
在所述第一传导带、所述第二传导带、所述叠层内圆片层(22)、所述绝缘层(20)、以及所述多个薄膜(16)的任何剩余暴露区域上方施加粘接层(30)，其中所述粘接层(30)定义粘接间隙(31)，所述第一引线(25)和所述第二引线(26)延伸穿过所述粘接间隙(31)；以及
将封装衬底(14)附连到所述粘接层(30)，其中所述封装衬底(14)定义连接孔隙(15)，所述第一引线(25)和所述第二引线(26)延伸穿过所述连接孔隙(15)，
其中，所述叠层内圆片层(22)布置在由所述粘接层(30)定义的所述粘接间隙(31)和由所述封装衬底(14)定义的所述连接孔隙(15)的下方。
15.如权利要求14所述的方法，还包括：
将所述第一引线(25)和所述第二引线(26)连接到接线盒(32)；以及
将所述接线盒(32)附连到所述封装衬底(14)，其中所述接线盒(32)布置在由所述封装衬底(14)定义的所述连接孔隙(15)的上方。
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