CN102593254A - 晶硅电池的半柔性封装方法及采用该方法所制备的光伏组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶硅电池的半柔性封装方法，包括以下步骤：1)单元模块的制备：2)裁减两块布，将其中一块以一定间隔裁切若干个窗口；3)将封装材料铺设在带窗口的布上并裁掉窗口处的封装材料，再将单元模块对准窗口位置放置，然后将单元模块采用柔软的导电材料按预定电路进行电连接；4)在彼此电连接的单元模块之上再依次层叠封装材料和布，穿出电极引线，在封装材料的最佳层压温度下层压得到可折叠的光伏组件。同时还公开了使用上述方法所制备的光伏组件。本发明利用刚性的晶硅电池片产品具备可靠性高、密封性好、外观美观的特点，使产品的性能、可靠性与寿命等得到大幅提高。

Description

晶硅电池的半柔性封装方法及采用该方法所制备的光伏组件

技术领域

本发明涉及晶硅光伏产品领域，具体地说是涉及一种以晶体硅，包括单晶硅和多晶硅的电池片封装成半柔性可折叠的光伏组件产品的一种封装方法及采用该方法制备的光伏组件。

背景技术

太阳能电池广泛应用于通信卫星供电、离网发电***、并网发电***等领域，主要包括晶体硅电池、薄膜电池和其他新型电池。用于太阳能发电的晶体硅电池组件是把晶体硅太阳能电池按照一定的形式排列起来并进行电的连接，然后利用玻璃、密封剂、背板等封装材料层压在一起而成的一种光伏发电产品。这种组件产品质量比较重，面积大，不便于携带。

在某些使用便携电子设备(如野外勘探设备、野外通讯设备、野外侦查设备、野外娱乐设备等)的情况下，需要一种便携式的光伏电源随时随地为其供电，这种光伏产品应该质量轻、体积小、携带方便。然而，众所周知，晶硅电池片弯曲率很小且易碎，不能做成柔性产品。

目前市场上的光伏便携组件产品主要利用沉积在柔性衬底上的非晶硅及CIGS薄膜电池封装而成。由于电池本身就是柔性的，所以封装技术难度不大，容易实现。这些适用于柔性薄膜电池的设计和封装方法不适用于刚性不可弯曲的晶硅电池片。

有人利用“布基封装”的方式，把预先制成的小单元模块用粘结胶粘结布上，形成可以折叠的晶硅电池板柔性组件。但是这种工艺方法制成的组件密封效果不好，产品在受到湿气或者高压侵蚀时，粘结胶容易开裂使组件脱层，从而易发生危险和失效，大大影响产品的可靠性和寿命，外观不平整美观。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服已有技术的缺点，提供一种利用不可折叠的刚性晶硅电池片制成可折叠的半柔性可折叠晶硅光伏组件的方法。

本发明所要解决的第二技术问题是克服已有技术的缺点，提供一种利用不可折叠的刚性晶硅电池片制成可折叠的半柔性可折叠晶硅光伏组件。

本发明所采用的技术方案是：

一种晶硅电池的半柔性封装方法，包括以下步骤

1)单元模块的制备：在刚性背板上依次铺设封装材料、光电发电单元、封装材料和透明的前板材料，之后利用层压工艺把层叠件层压形成单元模块，其中，所述的光电发电单元为单个电池片或者按照设定的电路设计连接在一起的多个电池片；

2)裁剪两块布，将其中一块以一定间隔裁切若干个窗口，窗口尺寸比单元模块的尺寸要小但比单元模块上的光电发电单元部分的尺寸略大以免遮挡电池片；

3)将封装材料铺设在带窗口的布上并裁掉窗口处的封装材料，再将单元模块对准窗口位置放置，然后将单元模块采用柔软的导电材料按预定电路进行电连接；

4)在彼此电连接的单元模块之上再依次层叠封装材料和布，穿出电极引线，在封装材料的最佳层压温度下层压得到可折叠的光伏组件半成品；

5)对半成品进行削边处理并安装带有控制电路的接线盒，制得可折叠的半柔性光伏组件。

其中布的窗口裁切方式即决定了折叠方式，一般为方形单元模块和方形窗口，在存储时可直接折叠，当然可以设计复杂的折叠方式，只需将窗口位置和形状以及单元模块的形状进行设计即可，即本发明中窗口部的窗口位置、形状大小可按折叠和使用需求任意设计。

优选地，所述的步骤1)中所述的单元模块包括多块间隔设置的刚性背板，制备时首先将刚性背板按预定间隔和规律排布，然后在其上铺设可覆盖所有刚性背板的封装材料，在封装材料之上与每块刚性背板对应地放置光电发电单元，将光电发电单元进行预定电连接后，在其上依次铺设封装材料和透明的前板材料，之后利用层压工艺把层叠件层压形成单元模块。把单元模块也可以进行子单元化，这多个子单元之间利用柔软透明的封装材料和前板材料连接制得“半刚性单元模块”，并用柔软的导电材料按预定电路进行电连接，这能够使单元模块本身具有一定的柔性，从而提高整个单元模块的机械柔韧性。

优选地，在所述的步骤3)为将裁切出窗口的布和封装材料对应铺设在一起并低温层压粘结，层压结束后裁剪掉各个窗口处的封装材料，再将单元模块对准窗口位置后再次低温层压粘合，然后将单元模块采用柔软的导电材料按预定电路进行电连接。其中所述的低温层压一般是指在60-100℃下层压，根据原材料布等的规格型号调整实际层压温度，以免出现不良半成品。将窗口布和封装材料低温层压(也叫预压)是防止由于封装材料在高温熔化后的流动造成的布的褶皱，第二次低温层压目的是为了保证单元模块和窗口的对位准确，将带有窗口的封装材料叠放在窗口布上，可以提高效率，同时避免裁切时对窗口周边布的破坏。

优选地，在所述的步骤1和步骤4之后有EL测试步骤，增加EL测试，可排查是否有裂片、隐裂、黑斑等缺陷，避免次品出现。

优选地，所述的前板材料为柔性透明薄膜材料，其包括透明PET、FEP、ETFE等任何柔性透明薄膜材料。

优选地，所述的封装材料为EVA、有机硅胶(Silicone)或PVB，根据晶硅电池片的特性和加工方法可选择的不同的封装材料。

优选地，所述的刚性背板为环氧板、玻璃、具有预定电路图形的敷铜PCB板、或其它任何较轻且能够耐受165℃以上高温的刚性材料。背板采用刚性材料，其主要目的是保护光电发电单元，防止其折叠或使用时引起其破损。

优选地，所述的电池片可以是5寸单晶硅电池片，6寸单晶硅电池片，6寸多晶硅电池片，也可以是它们按照任何形式分割切片而成；电池片可以是正负电极分别在电池片两面的普通电池片，也可以是正负电极均在背面的高效背接触电池片，单元模块间、单元模块的子模块间及各单元模块上的电池之间可以是串联、并联连接或串并混连，每个单元模块的电池片的数量、间距以及单元模块的形状可按设计需求任意设置。

优选地，所述的布为带有防水涂层的布、不带防水涂层布、迷彩布或花布。

一种使用权利要求1-9任一项的半柔性封装方法制备的光伏组件。要利用晶硅电池做成便携电源，唯一的方法就是把产品设计成可折叠的产品，这样，折叠起来之后，产品的体积变小，而且由于晶硅电池的光电转换效率较高，所以制成的产品重量也较轻(即单位功率的重量较轻)。

本发明将一定数量的晶硅电池片作为单元，封装成硬衬的小单元模块，再将这些单元模块用柔软的布、封装材料、和柔软的导线封装成一体，柔软的封装材料可以折叠，硬性衬底也可以保护电池片。利用这种技术制成的产品的特点是：可折叠、半柔性(晶硅电池片易碎，电池片所在的部分不可做成柔性)、质量轻、体积小和携带方便。

本发明利用刚性的晶硅电池片，通过先把电池片封装成为刚性的单元模块或半刚性单元模块，利用单元模块和柔性封装材料，通过设置合理布局和间隔制备成半柔性可折叠组件，其中包括采用低温层压工艺封装的产品比普通的利用粘结胶把单元模块粘接在布上的方法制备的产品具备可靠性高、密封性好、外观美观的特点，使产品的性能、可靠性与寿命等得到大幅提高；利用本发明提出的方法，制备的半柔性可折叠光伏组件产品，填补了晶硅光伏产品领域的技术与产品的空白。这种产品可以具有不同的功率、不同的尺寸和外观。

附图说明

图1所示为本发明第一实施例的单元模块结构示意图；

图2所示为本发明第一实施例的单元模块结构截面示意图；

图3所示为本发明第一实施例的半柔性光伏组件结构示意图；

图4所示为本发明第三实施例的单元模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

第一实施例：

1、单元模块层压：选用2.78W的5寸单晶硅电池片，利用激光划片将每块电池片平均分为两块经过颜色分选和检验，挑选出合格的电池片，利用镀锡铜带串联连接起来构成光电发电单元30，然后如图1和图2所示，按照顺序从下到上铺设：环氧板(PCB板)33、EVA32、受光面朝上的光电发电单元30、EVA32、作为前板材料的ETFE31，然后在层压温度142摄氏度下将其层压成制成的单元模块3，尺寸为273mm×283mm。

2、EL测试：检查单元模块是否有裂片、隐裂、黑斑、错位、层错等缺陷。

3、组件铺设准备：裁剪两块1790mm×360mm的迷彩布。在其中一块布上按照图3所示设计裁剪出5个窗口，窗口尺寸为263mm×258mm。将窗口布1和EVA2在层压温度90摄氏度下低温层压在一起，切去窗口部分的EVA2，再将单元模块3放在窗口位置，再次低温层压在一起，然后将单元模块用柔软的镀锡的编织铜线4串联起来，测试连接线是否连接好。

4、组件铺设：从下到上的顺序是：花型面朝下的布6、EVA5、步骤3中的粘有单元模块的复合件。

5、组件层压：穿出引出线，最终层压。

6、组件切边：用美工刀，按照要求的尺寸切去边缘。

7、EL测试：检查层压好的组件电池片是否有裂片、隐裂等缺陷。

8、功率测试：测试组件前先用标片标定，达到标片的校准值后，继续测量5次看仪器的稳定性，5次测量值之差≤0.2W。组件同样测试5次，取平均值，5次测量值之差≤0.2W。

9、安装接线盒：在组件接线盒位置打孔，焊接稳压模块，安装上接线盒，清洁组件，制备完成。

第二实施例

1、单元模块层压：选用2.78W的5寸单晶硅电池片，利用激光划片将每块电池片平均分为两块经过颜色分选和检验，挑选出合格的电池片，利用镀锡铜带串联连接起来构成光电发电单元，按照顺序从下到上铺设：玻璃板、PVB、受光面朝上的光电发电单元、PVB、作为前板材料的FEP，然后在层压温度162摄氏度下将其层压成制成的单元模块，尺寸为273mm×283mm。

2、EL测试：检查单元模块是否有裂片、隐裂、黑斑、错位、层错等缺陷。

3、组件铺设准备：裁剪两块1790mm×360mm的花布。在其中一块布上按照设计裁剪出5个窗口，窗口尺寸为263mm×258mm。将窗口布和PVB依次叠放并切去窗口部分的PVB，再将单元模块受光面朝下放在窗口位置，然后将单元模块用柔软的镀锡的编织铜线串联起来，测试连接线是否连接好。

4、组件铺设：连接完毕后在单元模块之上依次铺设PVB和花型面朝上的布。

5、组件层压：穿出引出线，最终层压。

6、组件切边：用美工刀，按照要求的尺寸切去边缘。

7、EL测试：检查层压好的组件电池片是否有裂片、隐裂等缺陷。

8、功率测试：测试组件前先用标片标定，达到标片的校准值后，继续测量5次看仪器的稳定性，5次测量值之差≤0.2W。组件同样测试5次，取平均值，5次测量值之差≤0.2W。

9、安装接线盒：在组件接线盒位置打孔，焊接稳压模块，安装上接线盒，清洁组件，制备完成。

第三实施例

1、单元模块层压：选用2.78W的5寸单晶硅电池片，利用激光划片将每块电池片平均分为两块经过颜色分选和检验，挑选出合格的电池片，利用镀锡铜带串联连接起来构成光电发电单元，如图4所示，按照顺序从下到上铺设：四块间隔地整齐排列的环氧板300、可覆盖四块环氧板的有机硅胶片状薄膜以及分别与所述的四块环氧板300上下对应且受光面朝上的四块光电发电单元330，然后将所述四块电光发电单元330串联连接，并在其上继续铺设有机硅胶胶片状薄膜和作为前板材料的PET，然后在层压温度155摄氏度下将其层压成制成的单元模块，尺寸为283mm×293mm。

2、EL测试：检查单元模块是否有裂片、隐裂、黑斑、错位、层错等缺陷。

3、组件铺设准备：裁剪两块1790mm×360mm的花布。在其中一块布上按照设计裁剪出5个窗口，窗口尺寸为273mm×268mm。将窗口布和有机硅胶依次叠放并切去窗口部分的有机硅胶，再将单元模块受光面朝下放在窗口位置，然后将单元模块用柔软的镀锡的编织铜线串联起来，测试连接线是否连接好。

4、组件铺设：连接完毕后在单元模块之上依次铺设有机硅胶和花型面朝上的布。

5、组件层压：穿出引出线，最终层压。

6、组件切边：用美工刀，按照要求的尺寸切去边缘。

7、EL测试：检查层压好的组件电池片是否有裂片、隐裂等缺陷。

8、功率测试：测试组件前先用标片标定，达到标片的校准值后，继续测量5次看仪器的稳定性，5次测量值之差≤0.2W。组件同样测试5次，取平均值，5次测量值之差≤0.2W。

9、安装接线盒：在组件接线盒位置打孔，焊接稳压模块，安装上接线盒，清洁组件，制备完成。

用本发明的封装工艺制作的光伏组件，经过400h的高温高湿实验，功率衰退仅为1.3％，组件没有脱色变黄，没有分层；经过168h的紫外老化试验，功率衰退2.83％，组件没有脱色变黄现象；干绝缘测试：1.5KV，1min，漏电流4.5μA。实验证明，利用其制作的组件符合使用标准。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，如迷彩布窗口的形状改进，或者刚性衬底材料的改进，换成质量轻的刚性衬底，使组件更便携，或者改进前板材料，使组件单位面积功率提高，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶硅电池的半柔性封装方法，其特征在于：包括以下步骤

1)单元模块的制备：在刚性背板上依次铺设封装材料、光电发电单元、封装材料和透明的前板材料，之后利用层压工艺把层叠件层压形成单元模块，其中，所述的光电发电单元为单个电池片或者按照设定的电路设计连接在一起的多个电池片；

2)裁剪两块布，将其中一块以一定间隔裁切若干个窗口，窗口尺寸比单元模块的尺寸要小但比单元模块上的光电发电单元部分的尺寸略大以免遮挡电池片；

3)将封装材料铺设在带窗口的布上并裁掉窗口处的封装材料，再将单元模块对准窗口位置放置，然后将单元模块采用柔软的导电材料按预定电路进行电连接；

4)在彼此电连接的单元模块之上再依次层叠封装材料和布，穿出电极引线，在封装材料的最佳层压温度下层压得到可折叠的光伏组件半成品；

5)对半成品进行削边处理并安装带有控制电路的接线盒，制得可折叠的半柔性光伏组件。

2.如权利要求1所述的半柔性封装方法，其特征在于：所述的步骤1)中所述的单元模块包括多块间隔设置的刚性背板，制备时首先将刚性背板按预定间隔和规律排布，然后在其上铺设可覆盖所有刚性背板的封装材料，在封装材料之上与每块刚性背板对应地放置光电发电单元，将光电发电单元进行预定电连接后，在其上依次铺设封装材料和透明的前板材料，之后利用层压工艺把层叠件层压形成单元模块。

3.如权利要求1或2所述的半柔性封装方法，其特征在于：在所述的步骤3)为将裁切出窗口的布和封装材料对应铺设在一起并低温层压粘结，层压结束裁剪掉各个窗口处的封装材料，再将单元模块对准窗口位置后再次低温层压粘合，然后将单元模块采用柔软的导电材料按预定电路进行电连接。

4.如权利要求1或2所述的半柔性封装方法，其特征在于：在所述的步骤1)和步骤4)之后有EL测试步骤。

5.如权利要求1或2所述的半柔性封装方法，其特征在于：所述的封装材料为热熔性材料，为EVA、有机硅胶(Silicone)或PVB。

6.如权利要求1或2所述的半柔性封装方法，其特征在于：所述的刚性背板为环氧板、玻璃或具有预定电路图形的敷铜PCB板。

7.如权利要求1或2所述的半柔性封装方法，其特征在于：所述的电池片为串联连接、并联连接或串并混联连接。

8.如权利要求1或2所述的半柔性封装方法，其特征在于：所述的布为带有防水涂层的布、不带防水涂层布、迷彩布或花布。

9.如权利要求1或2所述的半柔性封装方法，其特征在于：所述的光电发电元件可以是5寸单晶硅电池片、6寸单晶硅电池片、6寸多晶硅电池片或按不同的比例激光切割或者机械切割制备的更小的片。

10.一种使用权利要求1-9任一项的半柔性封装方法制备的光伏组件。

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