发明内容
本发明提供一种太阳能电池、发电装置及太阳能电池制备方法,以提高太阳能电池的耐候性和阻水性。
第一方面,本发明实施例提供了太阳能电池,该太阳能电池包括发电层,所述发电层包括相背离设置的向光面和背光面;
在所述向光面的一侧,还包括依次层叠的第一封装层、第一保护层和第一耐候层;其中,所述第一封装层靠近所述向光面;
在所述背光面的一侧,还包括依次层叠的第二封装层、第二保护层和第二耐候层;其中,所述第二封装层靠近所述背光面。
进一步地,所述第一耐候层包括依次层叠的第一外层复合层、第一中层复合层和第一内层复合层;所述第一内层复合层靠近所述发电层;
所述第二耐候层包括依次层叠的第二外层复合层、第二中层复合层和第二内层复合层;所述第二内层复合层靠近所述发电层。
进一步地,所述第一内层复合层为乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜层、乙烯-辛烯共聚物薄膜层或聚乙烯醇缩丁醛薄膜层;所述第一中层复合层为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET层;所述第一外层复合层为含氟薄膜层;
所述第二内层复合层为乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜层、乙烯-辛烯共聚物薄膜层或聚乙烯醇缩丁醛薄膜层;所述第二中层复合层为PET层;所述第二外层复合层为含氟薄膜层。
进一步地,所述含氟薄膜层为聚氟乙烯薄膜层、聚偏氟乙烯薄膜层、四氟乙烯-六氟丙烯-偏二氟乙烯聚合物薄膜层或乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜层。
进一步地,所述第一保护层为柔性玻璃层;和/或所述第二保护层为柔性玻璃层。
进一步地,所述第一封装层为乙烯-醋酸乙烯共聚物层、聚乙烯醇缩丁醛共聚物层、乙烯-辛烯共聚物层或聚乙烯共聚物薄膜层;
所述第二封装层为乙烯-醋酸乙烯共聚物层、聚乙烯醇缩丁醛共聚物层、乙烯-辛烯共聚物层或聚乙烯共聚物薄膜层。
进一步地,所述第一耐候层的厚度为50μm-300μm;所述第二耐候层的厚度为50μm-300μm;
所述第一保护层的厚度为20-300μm;所述第二保护层的厚度为20-300μm;
所述第一封装层的厚度为20μm-300μm;所述第二封装层的厚度为20μm-300μm。
第二方面,本发明实施例还提供了一种发电装置,该发电装置包括连接件及若干上述第一方面所述的太阳能电池;
若干所述太阳能电池中任意相邻的两个太阳能电池通过所述连接件相互连接。
第三方面,本发明实施例还提供了一种太阳能电池的制备方法,该方法包括:
将第一耐候层、第一保护层、第一封装层、发电层、第二封装层、第二保护层和第二耐候层依次进行敷设合片,以得到待组装电池组件;其中,所述发电层包括相背离设置的向光面和背光面,所述第一封装层位于靠近所述向光面的一侧,所述第二封装层位于靠近所述背光面的一侧;
将所述待组装电池组件置于层压机中,进行层压以形成太阳能电池。
进一步地,所述层压包括:
将所述层压机升温至预设温度范围;将所述层压机抽真空至预设真空度范围;
在所述预设温度范围以及所述预设真空度范围内通过所述层压机对所述待组装电池组件进行多次加压处理;
对加压处理完成的电池组件进行冷却处理,使加压处理完成的电池组件的温度降至预设温度以下,以得到太阳能电池。
进一步地,所述多次加压处理包括:
在所述预设温度范围以及预设真空度范围内通过所述层压机对所述待组装电池组件依次进行三次加压处理;
其中,第一次加压处理的时间为120s-180s;所述第一次加压处理的压强为70(-kPa)-80(-kPa);第二次加压处理的时间为120s-180s;所述第二次加压处理的压强为60(-kPa)-70(-kPa);第三次加压处理的时间为120s-180s;所述第三次加压处理的压强为50(-kPa)-60(-kPa)。
本发明实施例通过设置具有耐候特性的第一耐候层和第二耐候层,以及具有阻水特性的第一保护层和第二保护层;第一耐候层和第二耐候层可以有效提高太阳能电池耐候性,延长太阳能电池的使用寿命;第一保护层和第二保护层可以增强太阳能电池的阻水特性,提高太阳能电池的性能。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提供的太阳能电池的结构示意图。可选地,请参考图1,该太阳能电池包括发电层100;发电层100包括相背离设置的向光面和背光面;在向光面的一侧,还包括依次层叠的第一封装层101、第一保护层103和第一耐候层105;其中,第一封装层101靠近向光面;在背光面的一侧,还包括依次层叠的第二封装层102、第二保护层104和第二耐候层106;其中,第二封装层102靠近背光面。
具体地,第一耐候层105和第二耐候层106具有耐候特性。第一耐候层105和第二耐候层106位于太阳能电池的***,直接暴露在太阳能电池的工作环境中。由于太阳能电池的工作环境相对比较恶劣,因此,为保证太阳能电池可以较长时间地工作,需要第一耐候层105和第二耐候层106具有较强的耐候性。第一保护层103和第二保护层104具有很强的阻水特性。为保证太阳能电池正常工作,太阳能电池还需要具有较低的水汽透过率,因此,通过设置具有良好的阻水特性的第一保护层103和第二保护层104,可以阻止水汽进入太阳能电池内部,保证太阳能电池的性能稳定。并且,第一耐候层105和第二耐候层106分别位于太阳能电池的向光面和背光面,因此,可以保证太阳能电池的向光面和背光面均具有较高的耐候性;第一保护层103和第二保护层104分别位于太阳能电池的向光面和背光面,可以保证太阳能电池的向光面和背光面均具有较高的阻水特性。同时,为保证发电层100的向光面可以接受足够的光能,需要保证第一封装层101、第一保护层103和第一耐候层105为透光结构层,且具有较高的光透过率。
本实施例通过设置具有耐候特性的第一耐候层105和第二耐候层106,以及具有阻水特性的第一保护层103和第二保护层104;第一耐候层105和第二耐候层106可以有效提高太阳能电池耐候性,延长太阳能电池的使用寿命;第一保护层103和第二保护层104可以增强太阳能电池的阻水特性,提高太阳能电池的性能。
图2是本发明实施例提供的第一耐候层105的结构示意图,图3是本发明实施例提供的第二耐候层106的结构示意图。可选地,请参考图1-图3,第一耐候层105包括依次层叠的第一外层复合层135、第一中层复合层125和第一内层复合层115;第一内层复合层115靠近发电层100;第二耐候层106包括依次层叠的第二外层复合层136、第二中层复合层126和第二内层复合层116;第二内层复合层116靠近发电层100。
具体地,第一外层复合层135以及第二外层复合层136均直接与户外环境接触,其主要是保护太阳能电池的内部免受户外环境的影响,具有较强的耐候特性,第一内层复合层115可以起胶粘和封装作用,用于使第一耐候层105与第一保护层103之间形成稳定的结构。同样,第二内层复合层116也可以起胶粘和封装作用,用于使第二耐候层106与第二保护层104之间形成稳定的结构。
可选地,第一内层复合层115可以为乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜层、乙烯-辛烯共聚物薄膜层或聚乙烯醇缩丁醛薄膜层;第一中层复合层125可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene glycol terephthalate,PET)层,第一外层复合层135可以为含氟薄膜层;第二内层复合层116可以为乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜层、乙烯-辛烯共聚物薄膜层或聚乙烯醇缩丁醛薄膜层;第二中层复合层126可以为PET层;第二外层复合层136可以为含氟薄膜层。
具体地,乙烯-醋酸乙烯共聚物具有较高的柔韧性、抗冲击性、填料相溶性和热密封性能,被广泛应用于发泡鞋料、功能性棚膜、包装膜、热熔胶、电线电缆及玩具等领域。乙烯-辛烯共聚物具有性能柔软、韧性好和粘结强度高的特点,可用于材料封装。聚乙烯醇缩丁醛共聚物具有较高的透明性、耐寒性、耐冲击和耐紫外辐照,并能够与金属、玻璃、木材、陶瓷、纤维制品等形成良好的粘结效果。聚乙烯共聚物薄膜具有柔韧性高、抗冲击能力强,可用于包装膜和热熔胶等领域。PET具有较好的绝缘性和耐候性,可以用于制备第一中层复合层125和第二中层复合层126。含氟薄膜可以具有较强的耐候性,能够长期经受户外气候如光照、冷热、风雨、细菌等而保持其后结构和形状稳定,从而保护太阳能电池的内部结构的稳定。需要说明的是,由于第二内层复合层116于发电层100的背光面一侧,无需考虑透光性,因此,第二耐候层106还可以选择其他成本低廉且性能优异的非透光材料,本实施例对此不作具体限制。
可选地,含氟薄膜层为聚氟乙烯薄膜层、聚偏氟乙烯薄膜层、四氟乙烯-六氟丙烯-偏二氟乙烯聚合物薄膜层或乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜层。具体地,聚氟乙烯薄膜具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂以及耐高温等特点;聚偏氟乙烯薄膜具有良好的耐化学性、蠕变性、加工性及抗疲劳等;四氟乙烯-六氟丙烯-偏二氟乙烯聚合物薄膜具有力学强度、化学稳定性能、电绝缘性能、润滑性、耐磨性、不粘性、耐老化性和不燃性等特性;乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜具有良好的耐热、耐化学性能和电绝缘性能,同时,还具有耐辐射能力强、机械性能好和拉伸强度高等特点。需要说明的是,本实施例提供的含氟薄膜层包括但不限于上述材料。
可选地,第一耐候层105的厚度可以为50μm-300μm;第二耐候层106的厚度也可以为50μm-300μm;第一保护层103的厚度可以为20-300μm;第二保护层104的厚度也可以为20-300μm;第一封装层101的厚度可以为20μm-300μm;第二封装层102的厚度也可以为20μm-300μm。
具体地,由于第一耐候层105和第二耐候层106的主要作用是保护太阳能电池,因此,可以根据具体产品的需要设置第一耐候层105和第二耐候层106的厚度。示例性地,如果太阳能电池的设计使用寿命比较短,为降低生产成本,可以适当降低第一耐候层105和第二耐候层106的厚度;但当太阳能电池的设计使用寿命较长时,可以将第一耐候层105和第二耐候层106设置为较大的厚度。优选地,第一耐候层105和第二耐候层106的厚度可以为50μm、100μm、150μm、200μm、250μm或300μm。例如,当太阳能电池的设计使用寿命为5年时,第一耐候层105和第二耐候层106的厚度可以均为50μm或100μm,当太阳能电池的设计使用寿命为25年时,第一耐候层105和第二耐候层106的厚度均可以为250μm或300μm。本实施例提供的第一耐候层105和第二耐候层106的厚度包括但不限于上述取值范围。
具体地,第一保护层103和第二保护层104的主要作用是阻水水汽进入太阳能电池的内部,因此,可以根据实际需要设置第一保护层103和第二保护层104的厚度。可选地,可以根据太阳能电池的使用寿命设置第一保护层103和第二保护层104的厚度;示例性地,当太阳能电池的设计使用寿命较短时,第一保护层103和第二保护层104的厚度可以相对较小,而当太阳能电池的设计使用寿命较长时,第一保护层103和第二保护层104的厚度可以相对较大。或者,还根据该太阳能电池的实际工作环境设置第一保护层103和第二保护层104的厚度,示例性地,当太阳能电池主要工作于海上等湿度较大的环境时,第一保护层103和第二保护层104的厚度可以相对较大,而对于应用于气候相对干燥且温和地区的太阳能电池,其厚度可以设置的相对较小。此外,设置第一保护层103和第二保护层104的厚度时,还需要综合考虑太阳能电池的功放特点等。优选地,第一保护层103的厚度可以为20μm、50μm、100μm、200μm、250μm或300μm,第二保护层104的厚度也可以为20μm、50μm、100μm、200μm、250μm或300μm。可选地,第一保护层103和第二保护层104的厚度包括但不限于上述取值范围。
具体地,第一封装层101的厚度可以根据实际需要选择,在设置第一封装层101的厚度时,可以根据发电层100与第一保护层103之间的胶粘性需求、用户的具体需求、生产成本以及太阳能电池的具体参数等设置。优选地,第一封装层101的厚度还可以为20μm、50μm、100μm、200μm或300μm。与第一封装层101类似,第二封装层102的厚度也可以按照上述原理进行设置。优选地,第二封装层102的厚度也可以为20μm、50μm、100μm、200μm或300μm。可选地,第一封装层101和第二封装层102的厚度包括但不限于上述取值范围。
可选地,第一保护层103可以为柔性玻璃层;和/或第二保护层104可以为柔性玻璃层。可选地,当太阳能电池为柔性薄膜太阳能电池时,为了满足太阳能电池的耐弯折特性,第一保护层103和第二保护层104可以为柔性材料。同时,由于玻璃材料具有较强的阻水性,可以阻止水汽通过第一保护层103或第二保护层104进入太阳能电池的发电层100,第一保护层103和第二保护层104可以为柔性玻璃层。对于非柔性太阳能电池,为降低产品的生产成本,第一保护层103和第二保护层104还可以是普通的玻璃材料,本实施例对此不作具体限制。
可选地,柔性玻璃层可以为钢化玻璃层。具体地,钢化玻璃是一种预应力玻璃,在受到外力作用时,首先玻璃表面可以形成压应力以抵消表层应力,从而提高了钢化玻璃的承载能力,增强了钢化玻璃的抗风压性、寒暑性和冲击性等。可选地,本实施例提供的柔性玻璃包括但不限于钢化玻璃。
可选地,第一封装层101可以为乙烯-醋酸乙烯共聚物层、聚乙烯醇缩丁醛共聚物层、乙烯-辛烯共聚物层或聚乙烯共聚物薄膜层;第二封装层102也可以为乙烯-醋酸乙烯共聚物层、聚乙烯醇缩丁醛共聚物层、乙烯-辛烯共聚物层或聚乙烯共聚物薄膜层。
具体地,乙烯-醋酸乙烯共聚物具有较高的柔韧性、抗冲击性、填料相溶性和热密封性能,被广泛应用于发泡鞋料、功能性棚膜、包装膜、热熔胶、电线电缆及玩具等领域。聚乙烯醇缩丁醛共聚物具有较高的透明性、耐寒性、耐冲击和耐紫外辐照,并能够与金属、玻璃、木材、陶瓷、纤维制品等形成良好的粘结效果。乙烯-辛烯共聚物具有性能柔软、韧性好和粘结强度高的特点,可用于材料封装。聚乙烯共聚物薄膜具有柔韧性高、抗冲击能力强,可用于包装膜和热熔胶等领域。可选地,由于第二封装层102位于发电层100的背光面一侧,因此,第二封装层102无需考虑透光性,因此,第二封装层102可以与第一封装层101材料相同,也可以不同。可选地,第一封装层101和第二封装层102包括但不限于上述类型的材料。
图4是本发明实施例提供的发电层100的结构示意图。可选地,请参考图1和图4,发电层100可以包括发电功能层110和衬底层102;发电功能层110设置于衬底层102和第一封装层101之间,用于将光能转化为电能。具体地,发电功能层110设置于衬底层120之上,当有合适的光照射到发电功能层110表面时,发电功能层110可以将光能转化为电能。
可选地,发电功能层110可以为铜铟镓硒、砷化镓或碲化镉。具体地,铜铟镓硒电池是一种典型的第三代太阳能电池,具有性能稳定、抗辐射能力强和光电转换效率高等特点,其转换效率接近于主流的晶体硅太阳电池,成本却只有晶体硅太阳电池的1/3。砷化镓太阳能电池具有光电转化率高和耐温性好的特点,是一类潜力巨大的太阳能电池。碲化镉具有理想的禁带宽度,其禁带宽度为1.47eV左右,光谱响应与太阳光谱匹配度高,并且具有光吸收率高、转换效率高、性能稳定以及制造成本低等优点,容易实现规模化生产。
可选地,衬底层120为不锈钢材料。具体地,不锈钢材料具有耐腐蚀特性,与普通钢相比,由不锈钢材料制成的衬底层120可以延长太阳能电池的使用时寿命。
可选地,衬底层120的厚度可以为20μm-200μm。具体地,衬底层120的厚度可以根据太阳能电池的设计参数来确定,在实际应用中,衬底层120的厚度还可以是其他数值范围,本实施例对此不作具体限制。
第二方面,本实施例还提供了一种发电装置。图5是本发明实施例提供的发电装置的结构示意图,可选地,请参考图1和图5,该发电装置包括连接件及若干任一实施例所提供的太阳能电池201;若干太阳能电池201中任意相邻的两个太阳能电池201通过连接件202相互连接。其中,若干太阳能电池201是指发电装置包括至少1个太阳能电池201,但通常发电装置中的太阳能电池组的数量大于1个。这是由于,单个太阳能电池201的发电功率有限,利用连接件202将多个太阳能电池201按照一定的方式连接形成太阳能电池组,可以提高发电装置的发电功率。示例性地,连接件202可以为杆状结构,不同是杆之间互相绝缘,每个杆上可以设置有卡槽等结构,以固定太阳能电池201;连接件202也可以为框装结构或其他结构,本实施例对此不作具体限制。连接件202可以为铝制材料,铝制材料具有密度小、强度大等特点,便于发电装置的安装;连接件202还可以为不锈钢材料,或者柔性材料等。可选地,发电装置还可以包括用于连接多个太阳能电池201的导线等,多个太阳能电池201之间可以串联,也可以并联,本实施例对此不作具体限制。
本实施例提供的发电装置,通过设置具有耐候特性的第一耐候层105和第二耐候层106,以及具有阻水特性的第一保护层103和第二保护层104;第一耐候层105和第二耐候层106可以有效提高太阳能电池耐候性,延长太阳能电池的使用寿命;第一保护层103和第二保护层104可以增强太阳能电池的阻水特性,提高太阳能电池的性能。
第三方面,本发明还提供了一种太阳能电池的制备方法,未在本实施例中详尽描述的技术细节,可参见本发明实施例所提供的太阳能电池部分。图6是本实施例提供的太阳能电池的制备方法的流程图。可选地,请参考图6,该太阳能电池的制备方法包括:
步骤10、将第一耐候层、第一保护层、第一封装层、发电层、第二封装层、第二保护层和第二耐候层依次进行敷设合片,以得到待组装电池组件;其中,发电层包括相背离设置的向光面和背光面,第一封装层位于靠近向光面的一侧,第二封装层位于靠近背光面的一侧。
具体地,在制备太阳能电池时,首先需要对第一耐候层、第一保护层、第一封装层、发电层、第二封装层、第二保护层和第二耐候层依次进行敷设合片,形成待组装电池组件后,以为后续工艺做准备。
步骤20、将待组装电池组件置于层压机中,进行层压以形成太阳能电池。
具体地,在形成敷设合片后,还需要将待组装电池组件置于合适的温度和压强环境中,通过层压并冷却后,可以形成结构稳定的太阳能电池。
图7是本实施例提供的太阳能电池的层压的流程图。可选地,请参考图7,该层压包括:
步骤21、将层压机升温至预设温度范围;将层压机抽真空至预设真空度范围。
可选地,在本步骤中,可以先对层压机进行升温,再进行抽真空;也可以先进行抽真空,再进行升温;还可以同时进行升温和抽真空操作,本实施例对此不作具体限制。可选地,抽真空的时间可以为300s-600s。
步骤22、在预设温度范围以及预设真空度范围内通过层压机对待组装电池组件进行多次加压处理。
具体地,为保证完成升温和抽真空工作后,开始多待组装电池组件进行加压处理;为保证待组装电池组件的性能,可以对待组装电池组件进行多次加压操作。
步骤23、对加压处理完成的电池组件进行冷却处理,使加压处理完成的电池组件的温度降至预设温度以下,以得到太阳能电池。
具体地,在完成加压操作后,还需要对加压处理完成的电池组件进行冷却处理,使电池组件在预设的时间内完成降温冷却。可选地,预设温度是指40℃,在本实施例中,冷却的主要目的是为了将电池组件的温度降至人手可以正常触摸的范围,通常,不高于40℃的物体均可以被人手触摸,因此,为降低生产成本,只需要将加压处理后的电池组件降至40℃及以下即可。
可选地,在形成待组装电池组件之前,还包括:清洗第一保护层以及第二保护层。具体地,为确保第一保护层与第一封装层,以及第二保护层与第二封装层可以充分胶粘,可以对第一保护层和第二保护层进行清洗操作,以清除第一保护层和第二保护层上污染物。
可选地,清洗第一保护层包括:清洗第一保护层靠近第一耐候层一侧的面,以及第一保护层靠近第一封装层一侧的面;清洗第二保护层包括:清洗第二保护层靠近第二耐候层一侧的面,以及第二保护层靠近第二封装层一侧的面。具体地,由于第一保护层的两侧分别为第一封装层和第一内层复合层,第一封装层和第一内层复合层均有胶粘性,因为,充分清洗第一保护层靠近第一耐候层一侧的面,以及第一保护层靠近第一封装层一侧的面,可以保证后续工艺加压处理得到结构稳定的太阳能电池。同理,对第二保护层靠近第二耐候层一侧的面,以及第二保护层靠近第二封装层一侧的面进行清洗,也具有类似的技术效果,不再赘述。
可选地,预设温度可以为140℃-160℃。具体地,为提高第一封装层和第一内层复合层的胶粘性,需要控制层压机的温度在140℃-160℃之间。可选地,预设温度包括但不限于上述取值范围,本实施例对此不作具体限制。
可选地,预设真空度可以为20Pa-40Pa。具体地,正常情况下大气压为1.0×105Pa,相比大气压,20Pa-40Pa的真空度是一个相对较高的真空环境。在该真空度下层压待组装电池组件,可以保证层压后的电池组件的性能。可选地,预设真空度包括但不限于上述取值范围,本实施例对此不作具体限制。
可选地,多次加压处理包括:在预设温度范围以及预设真空度范围内通过层压机对所述待组装电池组件进行三次加压处理;其中,第一次加压处理的时间为120s-180s;第一次加压处理的压强为70(-kPa)-80(-kPa);第二次加压处理的时间为120s-180s;第二次加压处理的压强为60(-kPa)-70(-kPa);第三次加压处理的时间为120s-180s;第三次加压处理的压强为50(-kPa)-60(-kPa)。
需要说明的是,“70(-kPa)”是相对于一个标准大气压条件而言的,设标准大气压的数值为100kPa,70(-kPa)的所表示的压强是30kPa。类似地,80(-kPa)所表示的绝对压强为20kPa。由于三次加压时所加的压强逐渐增大,因此,可以在完成前一次加压后,直接调节压强至下一次加压所需要的取值,以实现连续完成3次加压工作。可选地,在预设温度条件下,本实施例的层压处理包括3次加压处理,但本实施例提供的加压处理包括但不限于上述加压时间、压强以及次数。
可选地,冷却处理包括:将加压处理完成的电池组件移至冷却区域,并在冷却区域冷却120s-180s。具体地,由于在完成层压后,电池组件的温度较高,但在后续的工艺中,常需要用到人手触摸电池组件。因此,为了保证后续的其他工艺操作可以进行,可以通过合适的降温措施,以快速降低电池组件的温度。可选地,本实施例提供的冷却处理包括但不限于上述冷却参数。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。