CN102487093A - 太阳能电池背板以及具有其的太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种太阳能电池背板，其包括金属板本体，以及形成于所述金属板本体的上表面的有机绝缘层，所述有机绝缘层由选自下列的至少一种形成：聚酰亚胺类树脂、聚苯醚类树脂、氟碳类树脂及其组合。该太阳能电池背板具有良好的绝缘性能。另外，还提供了一种具有所述太阳能电池背板的太阳能电池。

Description

太阳能电池背板以及具有其的太阳能电池

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体地涉及太阳能电池背板以及具有其的太阳能电池。

背景技术

太阳能电池是通过光电效应直接把光能转化成电能的装置。它是一种未来主要发展的新型能源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点，其市场前景广阔。太阳能电池在不久的将来将会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。

参考图1，目前的太阳能电池板1通常是一个叠层结构，其包括太阳能电池背板2、密封胶层3、太阳能电池片5和透明玻璃盖片4，其中，太阳能电池片5封装在密封胶层3内。

太阳能电池背板的主要作用是提高太阳能电池的整体机械性能，另外防止水汽渗透到密封胶层中。现有的太阳能电池背板通常采用TPT材料，它是以聚氟乙烯/聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚氟乙烯(PVF/PET/PVT)三层独立的薄膜通过胶水的粘结热压成型。

中国专利申请CN101359700A公开了一种铝合金背板太阳电池，该铝合金背板太阳电池按太阳能玻璃、EVA胶膜、太阳电池、聚酯薄膜条、EVA胶膜、铝合金背板顺序以“三明治”方式叠合真空加热层压而成；铝合金背板上有预先经机械加工形成的膨胀弯，以吸收热膨胀；背板经双面阳极氧化处理，同时在太阳电池互联条和电极引线与EVA胶膜之间，敷设聚酯薄膜条以提高电绝缘性能。

太阳能电池背板的成本占太阳能电池总成本的比重较高，因而降低太阳能电池背板的成本，提高太阳能电池背板材料的性能是研发工作的一个重要方向。

发明内容

本发明是基于发明人对下面事实的发现进行的：在对太阳能电池背板进行研究的过程中，申请人意外地发现中国专利申请CN101359700A中所公开的铝合金背板太阳能电池容易短路，存在很大的安全隐患。发明人通过研究和分析得知，在CN101359700A太阳能电池的组装过程中，不仅仅是互联条位置为刺破EVA层与铝合金背板直接接触，电池片也会与铝合金背板接触而造成短路的状况了。另外，发明人还发现，在CN101359700A太阳能电池的组装过程中，在热加过程中，聚酯膜条容易移位，导致互联条与铝合金背板直接接触，造成短路。

本发明的一个目的在于提出一种安全性能高不易短路的太阳能电池背板。

本发明的另一目的在于提出具有上述太阳能电池背板的太阳能电池。

根据本发明一个方面的实施例的太阳能电池背板，包括金属板本体，以及形成于所述金属板本体的上表面的有机绝缘层，所述有机绝缘层由选自下列的至少一种形成：聚酰亚胺类树脂、聚苯醚类树脂、氟碳类树脂及其组合。根据本发明实施例的太阳能电池背板至少具有下列优点之一：成本低、散热性能好、安全性能好、所组装的太阳能电池功率输出性能好。

根据本发明另一方面的实施例，提供了一种太阳能电池，其具有前述任一项的太阳能电池背板。根据本发明实施例的太阳能电池背板的太阳能电池至少具有前述太阳能电池背板的优点，在此不再赘述。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有技术太阳能电池的剖面图；

图2为CN101359700A中所公开的铝合金背板太阳能电池的剖面图；

图3为根据本发明一个实施例的太阳能电池背板的剖面图；

图4为根据本发明另一个实施例的太阳能电池背板的剖面图；

图5为根据本发明另一个实施例的太阳能电池背板的剖面图；

图6为根据本发明实施例的太阳能电池的剖面图；

图7为根据本发明实施例的户外曝晒表面温度随时间变化曲线图；

图8为根据本发明实施例的户外曝晒功率输出随时间变化曲线图；

图9为根据本发明另一实施例的户外曝晒表面温度随时间变化曲线图。

图10为根据本发明另一实施例的户外曝晒表面温度随时间变化曲线图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

本发明是基于发明人对下面事实的发现进行的：在对太阳能电池背板进行研究的过程中，申请人意外地发现中国专利申请CN101359700A中所公开的铝合金背板太阳能电池容易短路，存在很大的安全隐患。

图2为CN101359700A中所公开的铝合金背板太阳能电池的剖面图。该太阳能电池组件由太阳能玻璃11、EVA胶膜22、太阳能电池片33、、聚酯膜条44、EVA胶膜55、和铝合金背板66构成，其中聚酯膜条44设置在太阳能电池片33背面连接条和电极引线与EVA胶膜55之间。发明人通过研究和分析得知，在CN101359700A太阳能电池的组装过程中，不仅仅是互联条位置为刺破EVA层55与铝合金背板66直接接触，电池片33也会与铝合金背板66接触而造成短路的状况了。另外，发明人还发现，在CN101359700A太阳能电池的组装过程中，在热加过程中，聚酯膜条44容易移位，导致互联条与铝合金背板66直接接触，造成短路。

下面参考附图描述根据本发明实施例的太阳能电池背板。

参考图3，根据本发明一个实施例的太阳能电池背板600包括金属板本体100，在所述金属板本体100的上表面上形成有有机绝缘层200。根据本发明的实施例，有机绝缘层是由选自聚酰亚胺类树脂、聚苯醚类树脂、氟碳类树脂及其组合的至少一种形成的。在将根据本发明实施例的太阳能电池背板600用于组装太阳能电池时，参考图5，有机绝缘层200设置在封装胶层300与金属板本体100之间(太阳能电池的结构在后面有详细描述)，从而避免了短路情况的发生，提高了太阳能电池背板600的绝缘性，耐受电击穿。由此彻底解决了现有技术CN101359700A中铝合金背板66与电池片33之间存在的短路的安全隐患问题。另外，根据本发明实施例的太阳能电池背板比目前市场使用的TPT背板***格降低了近30％，显著地降低了太阳能电池背板进而太阳能电池产品的生产成本，提高了经济效益。

在本发明的实施例中，金属板本体100的材料不受不特别限制，根据本发明的一个实施例，所采用的金属板本体是选自铝合金板、铝镁合金板、不锈钢板及其组合。由此，一方面能够降低生产成本，同时能够提高太阳能电池的机械性能。可以理解的是，金属板本体100可以是一种金属材料，也可以是两种或者更多种金属材料拼接如焊接或粘结而成的。优选采用单一的金属材料制成，可以避免由于膨胀系数不同而造成的结构不稳定。金属板本体100的厚度在本发明的实施例中并不受特别限定，根据本发明的一个实施例，金属板本体100的厚度为0.1-1.5毫米，优选0.1-0.5毫米。

在本发明的实施例中，有机绝缘层200是由选自聚酰亚胺类树脂、聚苯醚类树脂、氟碳类树脂及其组合的至少一种形成的。

在本发明的实施例中，聚酰亚胺类树脂是指主链上含有酰亚胺环的一类聚合物，包括聚酰亚胺树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂和改性聚酰亚胺树脂。聚酰亚胺类树脂中聚合物的分子量不受特别限制，在本发明的一个实施例中，聚酰亚胺类树脂中聚合物的分子量为10000-200000Da，优选为30000-50000Da。这里所使用的术语“改性聚酰亚胺树脂”是指通过在聚酰亚胺树脂中添加添加剂后对聚酰亚胺树脂的性能进行改善而获得的聚合物树脂。在一个实施例中，所采用的添加剂是选自Al₂O₃、AlN、Si₃N₄及其组合的纳米导热材料。由此，可以改善有机绝缘层的导热性能。

在本发明的实施例中，聚苯醚类树脂包括聚苯醚树脂和改性聚苯醚树脂。聚苯醚类树脂具有优异的耐热性、介电性能和耐水性。聚苯醚类树脂中聚合物的分子量不受特别限制，在本发明的一个实施例中，聚苯醚类树脂中聚合物的分子量为10000-200000Da，优选为30000-50000Da。这里所使用的术语“改性聚苯醚”是指通过在聚苯醚树脂中添加添加剂后对聚苯醚的性能进行改善而获得的聚合物树脂。在一个实施例中，所采用的添加剂是选自Al₂O₃、AIN、Si₃N₄及其组合的纳米导热材料。由此，可以改善有机绝缘层的导热性能。

在本文中所使用的术语“氟碳类树脂”是指分子主链或者侧链含有氟碳键的聚合物。氟碳类树脂中聚合物的分子量不受特别限制，在本发明的一个实施例中，氟碳类树脂中聚合物的分子量为10000-200000Da，优选为30000-50000Da。这里所使用的术语“改性氟碳树脂”是指通过在氟碳树脂中添加添加剂后对氟碳树脂的性能进行改善而获得的聚合物树脂。在一个实施例中，所采用的添加剂是选自Al₂O₃、AlN、Si₃N₄及其组合的纳米导热材料。由此，可以改善有机绝缘层的导热性能。在本发明的一些实施例中，所采用的氟碳类树脂是PVDF(聚偏氟乙烯)树脂。PVDF树脂具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性等。在本发明的一些具体示例中，所采用的氟碳类树脂为LUMIFLON系列氟碳树脂，是含氟树脂树脂与丙烯酸树脂组合的材料，具有良好的耐候性、扩散性及稳定的化学结构。

根据本发明的实施例，在金属板本体100上形成的有机绝缘层200的厚度不受特别限制，在本发明的实施例，有机绝缘层200的厚度为10-300微米。由此，能够确保优良的绝缘性能，而且能够确保优良的散热性能。

在本发明的实施例中，在金属板本体100上形成有机绝缘层200的方法不受特别限制。在本发明的一些示例中，采用流延法形成有机绝缘层。简言之，将树脂配成溶液后，涂布在金属板本体100上，通过加热除去溶剂、固化获得流延薄膜。另外，也可以简单地将有机绝缘层200粘贴在金属板本体100上。由此，经过上述处理后，有机绝缘层200与金属板本体100有着完美的结合力，此有机绝缘层200具有耐高温、耐高电压击穿特性，保证了最终太阳能电池1000的安全性。同时金属板本体100与有机绝缘层200的完美结合，能阻隔水汽从太阳能电池背板600渗透进入太阳能电池片500，从而能够保护太阳能电池片500长期稳定的功率输出。

在本发明的一些实施例中，参考图4，在金属板本体100的下表面形成有阳极氧化物膜层700。在金属板本体100的下表面形成阳极氧化物膜层700，能够阻止空气与金属板本体100接触，从而达到保护太阳能电池背板600长期使用的目的。参考图5，在本发明的一个具体示例中，在金属板本体100上表面与有机绝缘层200之间进一步形成有阳极氧化物膜层701。由此，能够进一步提高绝缘性能。在本发明的实施例中，所采用的阳极氧化处理的方法为Alumilit酸法氧化处理，其条件为：硫酸浓度为10％，温度为0～6℃，直流电电压为15～70V，电流密度为1.5-3.0A/dm²。

综上，在本发明实施例的太阳能电池背板600通过采用有机绝缘层，实现了优良的绝缘性。同时，发明人惊奇地发现能够实现下列优点至少之一：优良的耐候性(即在室外经受气候的考验，如光照、冷热、风雨等造成的综合破坏的耐受能力)、导热性和耐化学介质性能；能够及时将电池片工作中产生的热能和太阳辐射产生的热能及时导出，从而降低了太阳能电池的温度，提高电池光电转换效率；各项性能完全满足国家标准，特别是散热性、隔水性、强度、安全性等性能更优、外形更加美观。

下面参考图6对根据本发明实施例的太阳能电池进行描述。

根据本发明的实施例，提供了一种太阳能电池1000，其具有前述的太阳能电池背板600。太阳能电池1000中的其他组件是本领域技术人员公知的。简言之，该太阳能电池1000具有依次层压的透明盖板400、密封胶层300、太阳能电池片500和太阳能电池背板600，其中太阳能电池背板600是如前所详述的。根据本发明的实施例，在本发明的一个具体示例中，采用玻璃作为透明盖板400，采用乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)作为密封胶层。由此形成的太阳能电池1000至少具有前述太阳能电池背板600的全部优点，在此不再赘述。

以下结合本发明的具体实施例，对本发明进行进一步阐述。

实施例1

制备太阳能电池铝合金背板

先将厚度为0.3毫米的铝合金板材进行Alumilit酸法氧化阳极氧化处理，调整电压、电流及时间，在铝合金板层上下表面形成厚度15微米左右的阳极氧化物膜层，然后采用流延法在铝合金板材表面均匀涂布一层聚酰亚胺树脂，涂敷厚度为20微米，经过高温350℃烘干亚胺化后，聚酰亚胺膜均匀的附着在铝合金板材表面。将涂布聚酰亚胺膜层的铝合金板材做成规格为1632毫米*984毫米的太阳能电池铝合金背板1备用。

制备太阳能电池

选择156电池片120片，经过单焊、串焊、定位、铺设工序，采用前面制备的太阳能电池铝合金背板1做太阳能电池背板，经过层压后，组装成为6*10的太阳能电池实验例1，按照IEC61215程序(国际电工委员会制定的晶体硅太阳能电池组件的国际标准)进行电性能测试、绝缘性测试、散热性能测试及热斑试验。另外，按照前面相同的工序指示采用TPT背板制作对照1作为测试的对照进行对比测试。结果示于下表1中。

表1

如表1所示，本发明实验例1用铝合金背板制备的太阳能电池的电性能测试、绝缘性测试、散热性能测试与对照1使用高成本TPT背板制备的太阳能电池相当。然而，在热斑测试中，用实验例1用铝合金金属背板制备的太阳能电池中虽然其表面温度达到了159.5℃，但没有发现烧坏的痕迹，然而在对照1使用高成本TPT背板制备的太阳能电池在达到157.2℃时发生了TPT背板烧焦现象。说明本发明实施例的铝合金背板具有良好的散热性能。

实施例2

制备太阳能电池铝合金背板

先将厚度为0.5毫米的铝合金板材进行Alumilit酸法阳极氧化处理，调整电压、电流及时间，在铝合金板层上下表面形成厚度20微米左右的阳极氧化物膜层，然后在铝合金板材表面均匀粘帖一层厚度为0.35毫米±0.05毫米的聚苯醚树脂，聚苯醚树脂膜均匀地附着在铝合金板材表面。将粘帖聚苯醚树脂膜层的铝合金板材做成规格为1476毫米*670毫米的太阳能电池铝合金背板2备用。

制备太阳能电池

选择156电池片72片，经过单焊、串焊、定位、铺设等工序，采用前面制备的太阳能电池铝合金背板2做太阳能电池背板，经过层压后，组装成为4*9的太阳能电池实验例2，进行散热性能测试和功率输出对比测试。另外，按照相同的工序指示采用TPT背板制作对照2作为测试的对照进行对比测试。测试结果见图7(图7中组件温度的单位为摄氏度)和8。

如图7和8所示，粘接聚苯醚树脂的铝合金背板2制作的太阳能电池实验例2在室外曝晒过程中温度约比TPT背板制备的太阳能电池对照2低2-3℃，实验例2的功率输出约比对照2高3-4W。

实施例3

制备太阳能电池铝合金背板

先将厚度为0.2毫米的铝合金板材进行Alumilit酸法氧化阳极氧化处理，调整电压、电流及时间，在铝合金板层上下表面形成厚度10微米左右的阳极氧化物膜层，然后采用流延法在的阳极氧化物膜层，然后采用流延法在铝合金板材表面均匀涂布一层改性聚酰亚胺树脂，厚度约15微米，经过高温360℃亚胺化后，改性聚酰亚胺树脂膜均匀附着在铝合金板材表面。将涂覆改性聚酰亚胺树脂膜层的铝合金板材做成规格为1632毫米*984毫米的太阳能电池铝合金背板3备用。

制备太阳能电池

选择156P电池片120片，经过单焊、串焊、定位、铺设等工序，采用前面制备的太阳能电池铝合金背板3做太阳能电池背板，经过层压后，组装成为6*10的太阳能电池实验例3进行背板温度测试。同时，使用中国专利公开号CN101359700A公开的厚度0.6毫米的阳极氧化铝合金板材(氧化膜层厚度为25微米)，互联条下方加聚酯膜条的方法制作太阳能电池作为对照3，进行户外温度对比测试。结果见图9。

如图9所示，使用本发明涂覆改性覆聚酰亚胺树脂膜层的铝合金背板制作的实验例3在室外曝晒过程中约比中国专利公开号CN101359700A方法制作的对照3的平均温度低2.6℃。经过检测，太阳能电池实验例3的功率输出约比CN101359700A方法制作的太阳能电池对照3高2-3W。

实施例4

制备太阳能电池铝合金背板

先将厚度为0.15毫米的铝合金板材进行Alumilit酸法氧化阳极氧化处理，调整电压、电流及时间，在铝合金板层上下表面形成厚度15微米左右的阳极氧化物膜层，然后采用流延法在铝合金板材表面均匀涂覆一层聚酰亚胺树脂，厚度约50微米，经过高温360℃亚胺化后，再在表面涂覆一层氟碳树脂，厚度约100微米，经120℃烘干备用。将涂覆好聚酰亚胺树脂膜层及氟碳树脂的铝合金做成规格为1632毫米*984毫米的太阳能电池铝合金背板4备用。

制备太阳能电池

选择156P电池片120片，经过单焊、串焊、定位、铺设等工序，用阳极氧化后涂覆聚酰亚胺树脂及氟碳树脂膜层的铝合金做背板，经过层压后，采用前面制备的太阳能电池铝合金背板3做太阳能电池背板，经过层压后，组装成为6*10的太阳能电池实验例3进行背板温度测试。同时，使用中国专利公开号CN101359700A公开的厚度0.6毫米的阳极氧化铝合金板材(氧化膜层厚度为25微米)，互联条下方加聚酯膜条的方法制作太阳能电池作为对照4，进行户外温度对比测试。结果见图10。

如图10所示，使用本发明涂覆聚酰亚胺树脂膜层及氟碳树脂的铝合金背板制作的实验例4在室外曝晒过程中约比中国专利公开号CN101359700A方法制作的对照4平均温度低2.5℃。经过检测，太阳能电池实验例4的功率输出约比CN101359700A方法制作的太阳能电池对照4高3W左右。需要说明的是，在图9和图10中对照3和对照4的曲线的差异是由于天气情况造成的，但在相同条件下，实验例与对照之间的比较是可信的。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种太阳能电池背板，其包括金属板本体，以及形成于所述金属板本体的上表面的有机绝缘层，所述有机绝缘层由选自下列的至少一种形成：聚酰亚胺类树脂、聚苯醚类树脂、氟碳类树脂及其组合。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其中，所述金属板本体选自铝合金板、镁合金板、不锈钢板及其组合。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其中，所述金属板本体的厚度为0.1-1.5毫米。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其中所述有机绝缘层进一步含有纳米导热材料，所述纳米导热材料选自Al₂O₃、AlN、Si₃N₄及其组合。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其中，所述有机绝缘层的厚度为10-500微米。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其中，所述金属板本体的下表面形成有阳极氧化物膜层。

7.根据权利要求6所述的太阳能电池背板，其中，在所述金属板本体上表面与有机绝缘层之间进一步形成有阳极氧化物膜层。

8.根据权利要求6所述的太阳能电池背板，其中，所述阳极氧化物膜层的厚度为2-50微米。

9.一种太阳能电池，其具有权利要求1-8任一项所述的太阳能电池背板。

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