光电模块及制备和使用其的方法
【专利摘要】光电模块组件（10）可以包括：光电电池（14）；包括塑料材料的透明的第一层（12），其中所述第一层具有第一层第一表面和第一层第二表面；第二层（18），其中所述第二层具有第二层第一表面和第二层第二表面，其中所述光电电池位于第一层第二表面和第二层第一表面之间；以及第一层第二表面和第二层第一表面之间的固化层，其中在固化之前，所述固化层是具有小于或等于1,500厘泊粘度的液体。
【专利说明】光电模块及制备和使用其的方法
【技术领域】
[0001]在此公开了光电(PV)模块组件，具体地是热塑性晶体硅太阳能PV模块组件。
【背景技术】
[0002]PV模块通常包括集电极如通常由透明或半透明材料(如玻璃、聚合物、或类似材料)制造的平板。对于PV模块而言，必须满足机械性能要求以便有效地工作以及如所希望地工作。例如，对于形成集电极而言，聚合物聚(甲基丙烯酸甲酯)对于光透过是良好的(即，较高的光效率)，但是缺乏抗冲击性和阻燃性，因而难以使用。对于生产平板而言，聚碳酸酯具有良好的机械性能，但具有较低的光效率。
[0003]此外，PV电池必须连接至集电极。与大多数是聚合物的集电极相比，一般多为硅的PV电池通常更易碎。故障意味着潜在地存在例如腐蚀和分层，因此对具有增加的产率、减少的组装时间、以及降低的重量的PV模块组件存在需要。
【发明内容】
[0004]在多种实施方式中公开了光电模块及制备和使用其的方法。
[0005]在一个实施方式中，光电模块组件包括:光电电池；包括塑料材料的透明的第一层，其中所述第一层具有第一层第一表面和第一层第二表面；第二层，其中所述第二层具有第二层第一表面和第二层第二表面，其中光电电池位于第一层第二表面和第二层第一表面之间；以及第一层第二表面和第二层第一表面之间的固化层，其中在固化之前，固化层是具有小于或等于1，500厘泊粘度的流体。
[0006]在一个实施方式中，光电模块组件包括:光电电池；包括塑料材料的透明的第一层，其中所述第一层具有第一层第一表面和第一层第二表面；包括塑料材料的第二层，其中所述第二层具有第二层第一表面和第二层第二表面，其中光电电池位于第一层第二表面和第二层第一表面之间；设置在第一层第二表面和第二层第一表面之间的连接层，其中所述连接层在第一层第一表面和第二层第二表面之间形成空隙，其中光电电池位于连接层中；以及空隙中的固化层，在第一层和光电电池之间。
[0007]在一个实施方式中，制备光电模块组件的方法，包括:将光电电池设置在具有第一层第一表面及第一层第二表面的第一层和具有第二层第一表面及第二层第二表面的第二层之间，其中，第一层是透明的且包括塑料材料，并且其中，第二层包括塑料材料；在第一层和第二层之间插入液体填充物，其中，在固化之前，液体填充物具有小于或等于1，500厘泊的粘度；以及固化液体填充物。
[0008]在一个实施方式中，光电模块组件包括:光电电池；包括塑料材料的透明的第一层；包括塑料材料的第二层，其中，第二层与光电电池物理连通；以及第一层和光电电池之间的流体层，其中，流体层具有0至1，000厘泊的粘度。
[0009]在一个实施方式中，制备光电模块组件的方法，包括:将光电电池设置在第一层和第二层之间，其中，第一层是透明的且包括塑料材料，并且其中，第二层包括塑料材料；以及将流体层设置在第一层和光电电池之间，其中，流体层具有O至1，OOO厘泊的粘度。
[0010]以下，将更具体地描述这些及其他特性和特征。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]以下是附图的简要说明，其中类似的元件进行类似的标号并且其是为了说明在本文中公开的示例性实施方式的目的，而不是为了限制其的目的而示出的。
[0012]图1是PV模块组件的单独部件的示意图。
[0013]图2是图1的PV模块的组装图。
[0014]图3是图1的PV模块组件的展开的截面侧视图。
[0015]图4是图1的PV模块组件的另一个展开的截面侧视图。
[0016]图5是包括连接层的PV模块组件的正视图。
【具体实施方式】
[0017]光学耦合至集电极的PV电池通常多数为硅，而集电极通常可以大多是聚合物。这些材料具有非常不同的热膨胀系数(CTE)。换句话说，当暴露于热时，它们以不同的速率膨胀。需要解决这种不匹配，以确保当两种组分改变尺寸时PV电池不被破坏。PV模块组件通常可以包括框架、接线盒、电缆、连接器、接地故障电路断流器(GFCI)、安装系统、跟踪系统、汇流箱、背层、包封层(例如，乙烯乙酸乙烯酯包封层)、晶片(即，PV电池)、防反射层、和/或玻璃前层。框架(当存在时)通常可以由铝制成。铝制框架和玻璃层是PV模块组件的重量的最大贡献者，它们通常可以使生产的组件笨重且昂贵。玻璃占据PV模块组件重量的最大部分。
[0018]如在本文中公开的，PV模块组件可以包括第一层、流体层和/或固化层、光电电池、具有可选的整体框架、接线盒、电缆、和微逆变器的第二层、以及将第一层连接至第二层的可选的连接层。
[0019]替换PV模块组件中的玻璃能够得到轻得多的组件(例如，与具有玻璃的组件的13kg/m2相比，没有玻璃的组件为10千克/平方米(kg/m2))，使得其能够放置在具有有限承载能力的屋顶(例如，平屋顶)上。例如，通过用塑料层(例如，第一层)替换玻璃层，和/或可选地在第二层中用整体的塑料框架(例如，聚碳酸酯或聚苯醚和聚苯乙烯的混合物)替换铝制框架和背层(例如，第二层)可以减少PV模块组件的重量。在一些实施方式中，连接层可以用于连接第一层和第二层，完全除去框架并进一步降低组件的重量。例如，连接层可以包括可以用于充当PV模块组件的层之间的隔离物并充当将层连接在一起的结构粘合剂的粘合剂(例如，胶带)。具有较少部件或具有彼此结合的部件(例如，接线盒、电缆、和/或连接器与框架结合)的PV模块组件可以减少用于生产和组装PV模块所需要的时间量。
[0020]流体层(例如，硅酮流体(硅酮液体、硅油))和/或固化层(例如，室温硫化硅酮、和/或橡胶或热固性弹性体硅酮和/或其他硅酮粘合剂)可以可选地用作封装剂以帮助在第一层和PV电池之间(意味着光通过第一层并到达光电电池,具有最小的反射损失(例如,流体层和PV电池彼此光连通))，和/或在PV电池和第二层之间提供光耦合。流体层和/或固化层还可以充当缓冲垫并可以去耦第一层和PV电池之间的机械运动。例如，在机械去耦中，由于流体层和/或固化层的液体特性，其将不会将力从第一层转移至PV电池。由于可以选择流体层和/或固化层的折射率以便增强系统的光学性能(例如，可以实现通过第一层至PV电池的最大光透过)，使用流体层和/或固化层还可以是有利的。还可以选择折射率以确保第一层、封装剂(即，流体层和/或固化层)、以及太阳能电池之间的反射损失最小。
[0021]此外，通过使用非层压组件，如果检测出任何故障在制造过程中电池可以回收且在模块的使用寿命之后电池能够容易地重复使用。这降低了这种系统的碳排放(carbonfootprint)0当存在流体层和/或固化层时，其还可以保护PV电池避免潮气并且传递热远离电池，这导致在较高操作温度下较高的效率。
[0022]可以通过结合在第二层中的空气动力学特征产生起冷却PV模块作用的紊流气流。可选地，第一层还可以做成纹理以降低光反射。在PV模块的寿命期间，在不同的情况下如以一定角度进入的太阳光、较高的环境温度、以及PV模块的部分遮蔽，紊流气流和纹理化可以提供较高的能量输出。例如，空气动力学特征可以包括，但不限于鳍片、肋材、挡板、以及包括上述的至少一种的组合。当将紊流气流和纹理化结合到PV模块中时，它们可以降低成本、减少生产时间、并且减小PV模块的重量以及优化其使用寿命期间的系统的产率。
[0023]参考附图能够获得对本文中公开的部件、方法、和装置更全面的了解。这些图形(在此也称为“图”)仅仅是基于方便地和容易地说明本公开的示意图，因此并不旨在显示装置或其部件的相对大小和尺寸和/或限定或限制示例性实施方式的范围。尽管为了清楚的目的，在以下说明书中使用了专业术语，然而这些术语旨在仅指示为了说明附图而选择的实施方式的具体结构，而并不旨在限定或限制本公开的范围。在附图以及下面的描述中，应当理解的是类似的数字标识指示类似功能的部件。
[0024]图1示出了 PV模块10的单独部件的示意图。图1示出第一层12可以通过流体层(例如，封装剂(参见图3，如硅酮流体))和/或第一层12和PV电池14之间的固化层光学偶联至PV电池14。第一层12和/或第二层18可以另外地包括在第一层12和/或第二层18的最外层表面上的硅酮硬涂层和/或等离子沉积层，以确保PV模块组件的20年寿命跨度。粘合剂(例如，图3中的硅酮凝胶垫16或室温硫化硅酮16)可以将PV电池14固定至第二层18。第一层12可以具有第一层第一表面20和第一层第二表面22,而第二层18可以具有第二层第一表面24和第二层第二表面26。
[0025]对于第一层和第二层而言，可以期望它们具有某些光学性能。例如，第一层可以是透明的，而第二层可以是透明、半透明、或不透明的。关于第一层和/或第二层的透明性，简要地指出的是最终用户说明书通常可以说明第一层和/或第二层满足特定的预定阈值。如通过ANSI/ASTM D1003-00测定的雾度值可以是第一层和/或第二层的光学特性的有用的测定。雾度水平越低，单独层的透明性越高。可以期望监测第一层和/或第二层的雾度水平。当在5.0毫米(mm)的厚度下测量时，透明的第一层的示例性雾度水平可以是0%至6%、具体地是0.5%至4%、并且更具体地是1%至2.5%。当在5.0mm的厚度下测量时，第二层的示例性雾度水平通常可以大于6%、具体地大于或等于10%。第一层可以具有如根据ASTMD1003-00测定的(使用光源D65，方法A或方法B)大于或等于80%、具体地大于或等于85%、更具体地大于或等于90%、甚至更具体地大于或等于95%、并且又更加具体地大于或等于99%的透明度。第二层通常可以是不透明的，但如果期望，例如出于审美原因，其也可以是透明的。例如，第二层可以具有大于或等于50%、具体地大于或等于65%、更具体地大于或等于75%、并且甚至更具体地小于或等于90%的透明度。透明度通过两个参数(透射百分比和雾度百分比)来描述。可以使用ASTM D1003-00 (使用CIE标准光源C，方法B)来测定实验室规模样品的透射百分比和雾度百分比。ASTM D-1003-00 (方法B，分光光度计，使用具有漫射照明的光源C，进行单向观察)将透射率定义如下:
[0026]%T ^ — xl00%
[0027]其中，I=通过测试样品的光强度
[0028]1=入射光的强度
[0029]可以根据ASTM D-1003-00 (方法 A，例如，使用来自 ΒΥΚ-Gardner 的 HAZE-GUARDDUAL，使用积分球(0° /漫射几何形状)测定，其中，在标准光源D65下光谱灵敏度符合CIE标准光谱值)测定雾度。ASTM D1003-00 (方法B)还可以使用Macbeth7000A光谱仪，D65光源，10°观察器，CIE (国际照明委员会)(1931)，和SCI (包含镜面反射组分)，以及UVEXC(即，不包括UV组分))，而雾度使用与方法A相同的变量。应当注意，可以由以下等式预测和计算出雾度百分比:
[0030]
【权利要求】
1.一种光电模块组件，包括: 光电电池； 包括塑料材料的透明的第一层，其中所述第一层具有第一层第一表面和第一层第二表面； 第二层，其中所述第二层具有第二层第一表面和第二层第二表面，其中所述光电电池位于所述第一层第二表面和所述第二层第一表面之间；以及 所述第一层第二表面和所述第二层第一表面之间的固化层，其中在固化之前，所述固化层是具有小于或等于1，500厘泊粘度的流体。
2.根据权利要求1所述的光电模块组件，进一步包括设置在所述第一层第二表面和所述第二层第一表面之间且与它们物理接触的连接层，其中所述连接层在所述第一层第一表面和所述第二层第二表面之间形成空隙。
3.一种光电模块组件，包括: 光电电池； 包括塑料材料的透明的第一层，其中所述第一层具有第一层第一表面和第一层第二表面； 包括塑料材料的第二层，其中所述第二层具有第二层第一表面和第二层第二表面，其中所述光电电池位于所述第一层第二表面和所述第二层第一表面之间； 设置在所述第一层第二表面和所述第二层第一表面之间的连接层，其中所述连接层在所述第一层第一表面和所述第二层第二表面之间形成空隙，其中所述光电电池位于连接层中；以及 位于所述空隙中的固化层，在所述第一层和所述光电电池之间。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的光电模块组件，其中，所述固化层包括室温硫化填充物。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的光电模块组件，其中，所述室温硫化填充物包括室温硫化硅酮和/或硅酮热固性弹性体。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的光电模块组件，其中，在固化之前，所述固化层是具有小于或等于1，500厘泊粘度的流体。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的光电模块组件，进一步包括设置在所述第一层第一表面和/或所述第二层第二表面上的涂层，其中，所述涂层包括硅酮硬涂层、等离子体涂层、以及包括上述的至少一种的组合。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的光电模块组件，其中，所述第一层和/或第二层包括聚碳酸酯。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的光电模块组件，其中，所述第二层包括多层片材。
10.一种制备光电模块组件的方法，包括: 将光电电池设置在具有第一层第一表面及第一层第二表面的第一层和具有第二层第一表面及第二层第二表面的第二层之间，其中，所述第一层是透明的且包括塑料材料，并且其中，所述第二层包括塑料材料；以及 在所述第一层和所述第二层之间插入液体填充物，其中，在固化之前，所述液体填充物具有小于或等于1，500厘泊的粘度；以及 固化所述液体填充物。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括利用在其间形成空隙的连接层将所述第一层附连至所述第二层，其中，所述连接层设置在所述第一层第二表面和所述第二层第一表面之间并与它们物理接触。
12.根据权利要求10-11中的任一项所述的方法，其中，所述液体填充物包括室温硫化填充物。
13.根据权利要求10-12中的任一项所述的方法，其中，所述液体填充物包括室温硫化娃酮。
14.根据权利要求10-13中的任一项所述的方法，其中，所述第一层包括填充孔。
15.根据权利要求10-14中的任一项所述的方法，其中，所述第一层包括排气孔。
16.根据权利要求10-15中的任一项所述的方法，进一步包括在插入所述液体填充物之后，关闭所述填充孔和/或所述排气孔。
17.根据权利要求10-16中的任一项所述的方法，进一步包括在插入所述液体填充物之前，将所述光电电池的电气部件嵌入所述连接层中。
18.—种光电模块组件,包括: 光电电池； 包括第一层塑料材料的透明的第一层； 包括第二层塑料材料的第二层，其中，所述光电电池位于所述第一层和所述第二层之间；以及 在所述第一层和所述光电电池之间的流体层，其中，所述流体层具有0至1，000厘泊的粘度。
19.根据权利要求18所述的光电模块组件，其中，所述流体层包括硅油。
20.根据权利要求18-19中的任一项所述的光电模块组件，进一步包括设置在所述第一层和/或所述第二层上的涂层，其中，所述涂层包括硅酮硬涂层、等离子体涂层、以及包括上述的至少一种的组合。
21.根据权利要求18-20中的任一项所述的光电模块组件，其中，所述第一层和/或所述第二层包括聚碳酸酯。
22.根据权利要求18-21中的任一项所述的光电模块组件，其中，所述第二层包括聚苯醚和聚苯乙烯的混合物。
23.根据权利要求18-22中的任一项所述的光电模块组件，其中，所述第一层的折射率在所述流体层的折射率的15%之内。
24.根据权利要求18-23中的任一项所述的光电模块组件，其中，所述组件具有5至10千克/平方米的总重量。
25.根据权利要求18-24中的任一项所述的光电模块组件，在所述第二层中进一步包括接线盒、控制器、电缆、以及微逆变器。
26.根据权利要求18-25中的任一项所述的光电模块组件,其中，通过选自由硅胶垫、模制在所述第二层上的整体式支撑螺栓、以及包括上述的至少一种的组合组成的组中的支撑，将所述光电电池附连至所述第二层。
27.根据权利要求18-26中的任一项所述的光电模块组件，进一步包括在所述第二层和所述光电电池之间的第二流体层。
28.一种制备光电模块组件的方法，包括: 在第一层和第二层之间设置光电电池，其中，所述第一层是透明的且包括塑料材料，并且其中，所述第二层包括塑料材料；以及 在所述第一层和所述光电电池之间设置流体层，其中，所述流体层具有O至1，OOO厘泊的粘度。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述流体层包括硅油。
30.根据权利要求28-29中的任一项所述的方法，进一步包括将接线盒、控制器、电缆、以及微逆变器结合在所述第二层中。
【文档编号】H01L31/048GK103650159SQ201280033341
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年7月10日 优先权日:2011年7月14日
【发明者】马塞尔·布龙纳, 科内利斯·约翰内斯·赫拉尔杜斯·马里亚·范佩尔, 普热梅斯拉夫·奥尔沙申斯基 申请人:沙特基础创新塑料Ip私人有限责任公司