专利名称：太阳能电池组件和用于太阳能电池组件的加强构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池组件，特别涉及包括光电器件的非光接收表面侧(下文称做“底部表面”)上的加强构件(基片)如金属薄片的太阳能电池组件，和加强构件。
近些年来世界范围内环保意识不断增加。其中，最关心的是由于排出CO2引起的地球变暖现象，由此清洁能源的需要变得越来越强烈。可以说在当前太阳能电池由于它们的安全特性和易于处理是一种有前途的清洁能源。
现在有不同形式的太阳能电池。典型的例子如下。
(1)晶体硅太阳能电池(2)多晶硅太阳能电池(3)非晶硅太阳能电池(4)铜铟硒化物太阳能电池(5)化合物半导体太阳能电池其中，近来研究和开发活跃在薄膜晶体硅太阳能电池、化合物半导体太阳能电池和非晶硅太阳能电池的不同领域，因为可以较低的成本达到太阳能电池面积的增加。
此外，在这些太阳能电池中，以硅淀积在导电金属基片上并且透明导电层形成于其上的非晶硅太阳能电池为代表的薄膜太阳能电池被认为很有希望作为未来的组件形式，这是由于它们重量轻并具有高耐冲击性和柔韧性。然而，与硅淀积在玻璃基片的情况不同，需要由透明覆盖元件覆盖光入射侧表面以保护太阳能电池。最常用的方法是使用置于顶层表面的玻璃并用密封树脂将玻璃粘接到太阳能电池器件上的方法。由于玻璃具有优良的耐天候老化性并防潮，可以说玻璃是用于覆盖半导体的光电器件的元件的最优秀材料之一。这就是为什么大多数太阳能电池组件使用玻璃作为顶层表面的覆盖元件的原因。
然而，玻璃覆盖元件具有1)重，2)不能弯曲，3)抗冲击性差和4)成本高的问题。这些问题妨碍了具有如重量轻、高抗冲击性和柔韧性等优点的薄膜太阳能电池的利用。
因此，迄今为止有人提议通过使用如氟树脂膜的透明氟化物聚合物膜作为顶层表面的表面覆盖元件以及各种热塑性、透明、有机树脂作为其内部的密封树脂，使轻便且柔韧的太阳能电池组件充分利用薄膜太阳能电池的特点。使用这些材料的原因是例如1)氟化物聚合物具有高耐天候老化性和防水性，可以减小由于树脂劣化引起的变黄或变白或表面的污染引起的透光率降低造成的太阳能电池组件的转换效率下降；2)热塑性、透明树脂很便宜且可大量使用作为密封材料保护内部的光电器件。在太阳能电池器件上，通常提供有用于有效地输出产生的电能的各种集电极和用于器件之间串联或并联连接的金属元件。热塑性、透明、有机树脂同样具有也密封包括电极、金属元件等的安装元件以平整器件表面上的粗糙度使得覆盖元件表面平滑的效果。
由这种膜覆盖的太阳能电池组件富有柔韧性，但和玻璃相比自然具有较低的机械刚性。
为了改善该性质，因此通常的做法是从各种加强构件(基片)中选择一个通过粘合剂层粘到底部表面。通常，底部加强构件(底部加固板)是具有高刚性的钢薄板或塑料薄板。开发也活跃在利用涂有膜的太阳能电池的柔韧性与屋顶成一体的太阳能电池组件。在该种情况中，光电器件通过粘合剂层粘附到用于屋顶的钢板上。换句话说，用于屋顶的钢板起加强板的作用。
图1示出了这种太阳能电池组件的一个例子。在图1中，参考数字103代表由氟化物聚合物薄膜层制成的透明元件，102为由热塑性、透明、有机树脂制成的填充剂，101为光电器件，104为绝缘薄板，105为粘合剂，106为加强板。在该例中，底部的密封材料与光接收表面侧的有机树脂相同。
具体地，透明元件103为氟树脂膜，例如ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)膜、PVF(聚氟乙烯)膜或PVDF(聚偏二氟乙烯)膜，填充剂102为选自EVA(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)、丁醛树脂等中的一个，绝缘薄板104为选自包括尼龙膜、PVF膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜以及聚乙烯膜的各种有机树脂膜中的一种，粘合剂105为选自如EVA(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)或丁醛树脂、环氧树脂、硅氧烷树脂等的热熔粘合剂中的一个，加强板106为选自镀锌钢板、Galvalume板、不锈钢板、丙烯酸板、聚碳酸酯板、纤维增强塑料(FRP)板等中的一个。
在该例中，填充剂102起光电器件101与透明元件103之间和光电器件101与绝缘薄板104之间的粘合剂的作用，且作为保护太阳能电池不受划伤和外部撞击的填充剂。
顺便提及，由于太阳能电池组件在恶劣的户外环境下使用，要求其部件具有高耐天候老化性和耐用性。加强板也不例外，通过多种方式对其进行处理以增强耐用性。例如，当使用钢的加强板时，为了抑制它的腐蚀，对表面进行如镀锌、镀铝或镀锌铝合金等的抗腐蚀电镀，或将表面涂敷耐天候老化性的漆，该漆含有的主要成分选自氟树脂、硅氧烷树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂等。使用塑料的加强板时，选择具有高耐用性的塑料板，例如纤维增强塑料(FRP)。
当加强板提供有树脂层以增强耐天候老化性和耐用性，并且如果考虑到树脂表面层由于劣化而脱落而使树脂层具有一定厚度时，将容易出现开裂，有时出现树脂层可能与加强板剥离的问题。因此，使用太阳能电池器件侧的表面上有厚有机树脂层的加强板有时会导致有机树脂层与加强板剥离，即在长期的户外暴露或在各种加速降解实验中光电器件与加强板剥离。
用于覆盖钢板表面的元件的典型耐天候老化性漆的氟基漆和硅氧烷基漆具有稳定的化学粘附性和低表面化学活性，即高防水性。一般来说，它们通常与粘附树脂有很差的粘附性，或经常缺乏足够强的粘附强度。因此，使用太阳能电池器件侧的表面上有氟树脂层或硅氧烷树脂层的加强板有时会导致粘附树脂从加强板剥离，即在长期的户外暴露或在各种加速降解实验中光电器件与加强板剥离。
此外，迄今为止通常的做法是使用不必特别地区分顶部和底部的加强板并在两个表面上增强耐天候老化性和耐用性。因此，加强板的高成本成了另一个问题。
在加强板大量地突出于光电器件之外的与屋顶成一体的太阳能电池组件结构中，应该更多地考虑这些问题。图2示出了典型的与屋顶成一体的太阳能电池组件的剖面图。在图2中，参考数字201代表太阳能电池器件，202为密封材料，203为透明元件，204为绝缘薄板，205为粘合剂，206为加强板。
在与屋顶成一体的太阳能电池组件中，形成密封材料202和上表面元件203突出在加强板206上。此外，弯曲加强板206的突出部分以适合屋顶的形状，例如图2所示。在这种情况中，加强板206不仅与光电器件201下的粘合剂205接触，而且与密封材料202接触。此外，与密封材料202接触的那部分处于因弯曲产生的应力积累状态。当处于这种状态的组件安装在户外很长一段时间时，除了以上提到的器件剥离外，在加强板206和弯曲部分的密封材料202之间会发生更多的剥离。如果如氟树脂或硅氧烷树脂的高耐天候老化性树脂层提供在加强板206的器件侧上，有时这种现象很突出。
本发明的一个目的是提供一种能获得高可靠性和较低成本的太阳能电池组件；和用于该太阳能电池组件的加强构件。
本发明的另一个目的是提供一种可在减少材料成本的基础上以低成本制造的太阳能电池组件，即使长期户外暴露超过二十年，高度可靠的结构也不会发生粘合剂和/或密封材料与加强构件的剥离，由此克服了以上提到的几点；并提供一种用于该太阳能电池组件的加强构件。
本发明的再一个目的是提供一种太阳能电池组件，其中加强构件和有机树脂层之间的粘附强度增强，由此设置于其上的粘合剂和密封材料将不可能与加强板剥离，其中长期户外使用太阳能电池组件时可靠性增强，并且其中一个表面上的有机树脂层的厚度变得很小，由此获得加强板的成本降低；并提供一种用于该太阳能电池组件的加强构件。
本发明的又一个目的是提供一种低成本的高可靠性太阳能电池组件，其中加强构件和用于将加强板粘接到光电器件的粘合剂之间或加强板和用于覆盖光电器件表面的密封材料之间的粘附强度增强，由此即使长期户外使用太阳能电池组件，也可以防止器件或密封材料与加强构件剥离，在太阳能电池组件中，高耐天候老化性的树脂层可保持太阳能电池器件侧的对侧的耐天候老化性，即直接暴露到外界的表面的耐天候老化性，而具有较差耐天候老化性的便宜树脂可以用于器件侧表面；并以低成本提供一种用于该太阳能电池组件的加强构件。
本发明的还一个目的是提供一种太阳能电池组件，其中坚固的透明元件提供在光入射侧的顶层表面内，而加强板提供在底层表面内，其中一个或多个光电器件用密封材料密封在坚固的透明元件和加强板之间，太阳能电池组件具有很优良的强度、优越的可靠性、不会发生剥离或类似现象和优秀的特性。
本发明的又一个目的是提供一种太阳能电池组件，包括具有一个或多个连接的光电器件的太阳能电池器件，光电器件具有至少一个半导体层作为光转换元件；具有顶层表面的透明元件和设置在透明元件和太阳能电池器件之间的密封材料的光接收表面侧覆盖元件；以及具有一个提供在最底层表面上的加强构件和用于将加强构件粘附到太阳能电池器件的粘合剂的非光接收表面侧覆盖元件，粘合剂设置在加强构件和太阳能电池器件之间，其中在加强构件的两个表面具有有机树脂层，并且其中太阳能电池器件侧上的有机树脂层的厚度小于太阳能电池器件侧的相对侧上有机树脂层的厚度。
本发明的又一个目的是提供一种太阳能电池组件，包括具有一个或多个连接的光电器件的太阳能电池器件，光电器件具有至少一个半导体层作为光转换元件；具有顶层表面的透明元件和设置在透明元件和太阳能电池器件之间的密封材料的光接收表面侧覆盖元件；以及具有一个最底层表面上的加强构件和用于将加强构件粘附到太阳能电池器件的粘合剂的非光接收表面侧覆盖元件，粘合剂设置在加强构件和太阳能电池器件之间，其中在加强构件的两个表面具有有机树脂层，并且其中太阳能电池器件侧的相对侧上有机树脂层的耐天候老化性比太阳能电池器件侧上的有机树脂层的耐天候老化性增强。
本发明的又一个目的是提供一种太阳能电池组件，包括具有一个或多个连接的光电器件的太阳能电池器件，光电器件具有至少一个半导体层作为光转换元件；具有顶层表面的坚固透明元件和设置在坚固的透明元件和太阳能电池器件之间的密封材料的光接收表面侧覆盖元件；以及具有一个最底层表面上的加强构件和用于将加强构件粘附到太阳能电池器件的粘合剂的非光接收表面侧覆盖元件，粘合剂设置在加强构件和太阳能电池器件之间，其中在加强构件的两个表面具有有机树脂层，并且其中太阳能电池器件侧的相对侧上有机树脂层的耐天候老化性比太阳能电池器件侧上的有机树脂层的耐天候老化性增强。
本发明的又一个目的是提供一种用于太阳能电池组件的加强构件，加强构件的两个表面具有有机树脂层，其中一个表面侧上的有机树脂层的厚度小于另一表面侧上有机树脂层的厚度。
本发明的又一个目的是提供一种用于太阳能电池组件的加强构件，加强构件的两个表面具有有机树脂层，其中另一表面侧上有机树脂层的耐天候老化性比一个表面侧上有机树脂层的耐天候老化性增强。
图1为说明太阳能电池组件的一个例子的示意性剖面图；图2为说明与屋顶成一体的太阳能电池组件的一个例子的示意性剖面图；图3为说明根据本发明的太阳能电池组件结构的一个例子的示意性剖面图；图4为说明根据本发明的加强构件结构的一个例子的示意性剖面图；图5A为说明太阳能电池器件结构的一个例子的示意性剖面图；以及图5B为说明太阳能电池器件结构的一个例子的示意性平面图。
图3为说明根据本发明的太阳能电池组件的一个例子的示意性剖面图。
在图3中，数字301代表太阳能电池器件，302a为顶部密封材料，302b为底部密封材料，303为透明元件，304为绝缘薄板，305为粘合剂，306为加强板。
来自外部的光线入射到顶层表面的透明元件303到达太阳能电池器件301，产生的电动势通过输出端(未显示在图中)输出。加强板(加强构件)粘附到绝缘薄板304的外侧(图3中的底侧)以增加太阳能电池组件的机械强度或防止由于温度变化引起的应变和翘曲。
加强板的材料理想的是选自耐腐蚀性和刚度足以承受长期的户外使用的材料。例如，材料优选选自热镀锌薄钢板、Galvalume薄板、不锈钢薄板、铝薄板和FRP(玻璃纤维增强塑料)薄板，更优选热镀锌薄板、Galvalume薄板(热镀锌铝合金薄钢板)、不锈钢薄板。
考虑到耐腐蚀性、与树脂的粘附性、耐磨损性和设计，有机树脂层提供在加强板的两个表面。
在本发明中，太阳能电池器件侧上的有机树脂层的厚度小于太阳能电池器件侧的相对侧上有机树脂层的厚度。这图示在图4的示意性剖面图中。在图4中，数字401代表基片，402和403为分别的有机树脂层，404为加强板。如图4所示，一侧上的有机树脂层402的厚度小于另一侧上的有机树脂层的厚度，太阳能电池放置在所述较薄层侧。这样增强了加强板和太阳能电池器件侧上的有机树脂层之间的粘附强度，由此粘合剂305和放置其上的密封材料302可抵抗从加强板剥离，因而增强了长期户外使用的太阳能电池组件的可靠性。由于一侧上的有机树脂层制得较薄，可以减少加强板的成本。
具体地，当构成坚固的透明元件提供在光入射侧上的顶层表面内同时加强板提供在底层表面内并且一个或多个光电器件用密封材料密封在坚固的透明元件和加强板之间的结构时，太阳能电池组件显示出优越的效果。
特别是在该结构中，与光入射侧上的顶层表面的元件为薄膜型元件的情况不同，经侧边渗入该组件的水份或内部产生的挥发性成分或分解产物在内部将停留较长时间。因此，这类物质很可能使加强板的有机树脂层膨胀或劣化。此时有机树脂层中的应力经常使有机树脂层与加强板剥离。这样会在有机树脂层中产生小的膨胀。
特别是当有机树脂层厚度增加时，该现象变得特别突出。
当光入射侧上的坚固的透明元件和底层表面的加强板之间的填充剂间隙超过1.5mm时，湿气通过侧边的渗透变得很严重，以上提到的现象非常有可能发生。
相对于光入射侧上的坚固的透明元件而言，底层表面的加强板的尺寸的另一个效果是，可以通过使加强板的尺寸大于坚固的透明元件的尺寸获得防止坚固的透明元件断裂或类似现象的有效手段。
此外，在加强板从坚固的透明元件突出的区域内进行防止坚固的透明元件断裂的工作、设计工作、安装工作等也很有效。
有机树脂层的厚度确定如下提供在加强板的太阳能电池器件侧上的有机树脂层的厚度优选5μm到30μm，更优选5μm到20μm；提供在太阳能电池器件侧的相对侧上的有机树脂层的厚度优选10μm到50μm，更优选10μm到30μm。
形成有机树脂层的树脂含有的主要成分选自例如聚酯树脂、硅氧烷聚酯树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸硅氧烷树脂、硅氧烷树脂、氟树脂等。
在本发明中，太阳能电池器件侧的相对侧上的有机树脂层的耐天候老化性比太阳能电池器件侧上的有机树脂层的耐天候老化性增强。这样增加了加强板和将光电器件粘附到加强板的粘合剂305之间或加强板和覆盖光电器件的表面的密封材料302之间的粘附强度，由此即使长期户外使用太阳能电池组件，也可以防止器件301或密封材料302与加强板剥离。此外，在使用高耐天候老化性树脂层以保持加强板位于太阳能电池器件一侧的相对一侧即直接面对外部的表面的耐天候老化性的同时，能够将具有较低耐天候老化性的便宜树脂用于加强板的太阳能电池器件侧的表面。因此，本发明能以低成本提供高可靠性的太阳能电池组件。优选加强板的太阳能电池器件侧上的有机树脂层由与太阳能电池器件侧的相对侧上的有机树脂层不同的树脂制成。具体地，加强板的太阳能电池器件侧上的有机树脂层优选由主要成分选自聚酯树脂、硅氧烷聚酯树脂、环氧树脂和聚氨酯树脂的树脂制成；而太阳能电池器件侧的相对侧上的有机树脂层优选由主要成分选自聚酯树脂、硅氧烷聚酯树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸硅氧烷树脂、硅氧烷树脂和氟树脂的树脂制成。
同样优选太阳能电池器件侧上的有机树脂层的厚度小于太阳能电池器件侧的相对侧上的有机树脂层厚度。具体地，该例中的厚度也确定如下；提供在加强板的太阳能电池器件侧上的有机树脂层的厚度优选5μm到30μm，更优选5μm到20μm；提供在加强板的太阳能电池器件侧的相对侧上的有机树脂层的厚度优选10μm到50μm，更优选10μm到30μm。
在本发明的任意实施方案中，由于形成在太阳能电池器件侧的相对侧上的有机树脂层直接暴露到外部环境，该有机树脂层可含有金属或金属氧化物的微小颗粒以增强抗磨损性。具体地，微小颗粒为铝、镁、锌、二氧化硅、氧化镁、二氧化钛、氧化铝、氧化锌等的球形颗粒或条形颗粒或薄片形颗粒。
在两个表面上具有这种有机树脂层的加强板的具体例子包括具有通过涂漆形成在表面上的有机树脂层的金属薄板，例如涂漆的热镀锌薄钢板、涂漆的Galvalume薄板、涂漆的不锈钢薄板或涂漆的铝薄板；涂漆的FRP(玻璃纤维增强塑料)薄板等。光电器件可以任意选自各种太阳能电池，包括以前提到的晶体硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、铜铟硒化物太阳能电池、化合物半导体太阳能电池。下面详细介绍光电器件的一个例子，其中作为光转换部件的半导体层和透明电极层形成在导电基片上。
图5A和5B为示出示意性结构的图。在这些图中，参考数字501代表导电基片，502为底部反射层，503为半导体层，504为透明电极层，505为集电极。
导电基片501起光电器件的基片的作用，也可以起下电极的作用。基片501由选自例如硅、钽、钼、钨、不锈钢、铝、铜、钛、碳薄板、镀铅铁薄板和其上形成有导电层的树脂膜或陶瓷的材料制成。
可形成金属层、或金属氧化物层、或金属层与金属氧化物层的组合作为上述导电基片501上的底部反射层502。金属层可以由例如Ti、Cr、Mo、W、Al、Ag或Ni制成，金属氧化物层可以由例如ZnO、TiO2或SnO2制成。以上的金属层和金属氧化物层可以通过选自电阻加热气相淀积法、电子束气相淀积法、溅射法等的方法制成。
半导体层503为发生光电转换的部分。用于半导体层503的材料的具体例子包括pn结型多晶硅材料、pin结型非晶硅材料和包括CuInSe2、CuInS2、GaAs、CdS/Cu2S、CdS/CdTe、CdS/InP和CdTe/Cu2Te的化合物半导体。以上提到的半导体层503可以通过覆盖融化的硅或在多晶硅情况下热处理非晶硅；或在非晶硅情况下通过使用硅烷气体作为原料的等离子体增强CVD法；或在化合物半导体情况下通过离子镀、离子束淀积、真空气相淀积、溅射或电结晶制成。
透明电极层504作为太阳能电池的上电极。透明电极层504可以由选自例如In2O3、SnO2、In2O3-SnO2(ITO)、ZnO、TiO2、Cd2SnO4和掺有高浓度杂质的结晶半导体的材料制成。形成透明电极层504的方法可选自电阻加热气相淀积法、溅射法、喷涂、CVD和杂质扩散法。
栅格图形或列图形的集电极505(栅极)形成在透明电极层504上，用于有效地收集电流。集电极505的具体材料为例如Ti、Cr、Mo、W、Al、Ag、Ni、Cu、Sn或包括银焊膏的导电焊膏。制造集电极505的方法选自带掩模图形的溅射、电阻加热、CVD工艺、首先在整个表面上蒸发金属膜此后通过刻蚀去掉不需要的部分进行构图的方法、通过光CVD直接形成栅电极图形的方法、首先形成栅电极图形的负图形掩模然后在其上进行电镀的方法，和印刷导电膏的方法。通常使用通过将银、金、铜、镍或碳的细小粉末分散在粘合剂聚合物中得到的导电膏。粘合剂聚合物选自例如聚酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、聚醋酸乙烯酯树脂、橡胶、聚氨酯树脂和酚醛树脂。
最后，正输出端506a和负输出端506b分别连接到导电基片501和集电极505，以输出产生的电动势。如铜舌片的金属元件通过点焊或焊接结合到导电基片501。通过导电粘合剂膏或通过焊料将金属元件电连接到集电极505。
由以上技术制备的光电器件根据需要的电压或电流串联和/或并联连接。此外，光电器件可以集成在绝缘基片上以获得需要的电压或电流。顶部密封树脂使用树脂覆盖光电器件301的不平整处，用于保护器件301不受如温度变化、潮湿和撞击等恶劣的外部环境的影响，并保障透明元件303和器件301之间的粘接。因此，需要优越的耐天候老化性、粘附性、填充性、耐热性、耐低温性和耐冲击性。
满足这些要求的树脂包括聚烯烃基树脂，例如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)和聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚氨酯树脂、硅氧烷树脂和氟树脂。
其中优选使用EVA，因为它用于太阳能电池中具有良好平衡的物理特性。然而，由于热变形温度低，这种EVA在高温下使用很容易变形或蠕变。因此，优选交联EVA以增强耐热性。在EVA的情况下，通常用有机过氧化物交联。可以有机过氧化物产生的自由基从树脂中提取氢和/或卤原子形成C-C键的方式获得用有机过氧化物交联。活化有机过氧化物的已知方法包括热分解、氧化还原分解和离子分解。一般来说，通常采用热分解法。
有机过氧化物的化学结构的具体例子包括氢过氧化物、过氧化二烷基(烯丙基)、过氧化二酰基、过氧酮缩醇、过氧酯、过氧碳酸酯、酮过氧化物等等。按100重量份密封树脂计，添加的有机过氧化物的量为0.5到5重量份。
当在密封树脂中使用以上有机过氧化物时，在真空中加热和加压可以获得交联和热压粘合。根据每个有机过氧化物的热分解温度的特性确定加热的温度和时间。一般来说，加热和加压停止在热分解超过90％，优选95％的温度和时间。通过测量凝胶百分比可以检查密封树脂的交联程度。为了防止高温下密封树脂的变形，优选进行密封树脂的交联以使凝胶百分比变为70wt％。
本发明中使用的密封树脂在耐天候老化性上很优秀，但也可以将紫外线吸收剂加入其中以进一步增强耐天候老化性或保护位于密封树脂下的层。紫外线吸收剂可以选自公知的化合物，考虑太阳能电池组件的使用环境优选低挥发性的紫外线吸收剂。这种试剂的具体例子为各种有机化合物，包括水杨酸基化合物、二苯酮基化合物、苯并三唑基化合物和氰基丙烯酸酯基化合物。
如果也将光稳定剂与紫外线吸收剂一起加入，那么密封树脂对光更稳定。典型的光稳定剂的例子为受阻胺基光稳定剂。与紫外线吸收剂不同，受阻胺基光稳定剂不吸收紫外线，但和紫外线吸收剂一起使用时，它们显示出极大的协同效果。当然除了受阻胺基光稳定剂以外还有其它起光稳定剂作用的化合物，但它们通常有颜色，不优选用于本发明的密封树脂。
相对于密封树脂，加入的以上紫外线吸收剂和光稳定剂的含量优选分别在0.1和1.0wt％之间(包括两端值)，和0.05和1.0wt％之间(包括两端值)。
此外，可以加入热氧化抑制剂用于改善耐热性和热加工性。热氧化抑制剂的化学结构可为一元酚型、双酚型、聚合物形酚型、硫型或磷酸型。相对于密封树脂，加入的热氧化抑制剂的含量优选在0.05和1.0wt％之间(包括两端值)。
可以将硅烷偶合剂或有机钛酸酯化合物加入到密封树脂中，以进一步增强密封树脂与光电器件301和/或透明元件303的粘接。按100重量份密封树脂计，该试剂和/或钛酸酯化合物的量优选在0.1和3重量份之间(包括两端值)，更优选在0.25和1重量份之间(包括两端值)。
另一方面，顶层密封树脂需要透明，以便控制到达光电器件301的光量的损失为最小。具体地，在400nm到800nm的可见光波长区域内，它的透光率优选80％或80％以上，更优选90％或90％以上。为了有助于来自大气层的光的入射，密封材料的折光率在25℃时优选1.1到2.0，更优选1.1到1.6。
用于太阳能电池、含有以上添加剂的薄板形EVA的EVA板可以买到。这种可以买到的EVA板的实例为Hisheet Kogyo Kabushiki Kaisha的太阳能EVA、BRIDGESTONE CORP.的EVASAFE WG系列、SPRINGBORN LABORATORIES INC.的PHOTOCAP等。从这些中选择一个放在光电器件和顶层透明元件之间，在加热下压缩它们，由此可以容易地制造太阳能电池组件。由于本发明中使用的透明元件位于太阳能电池组件的顶层表面，需要具有确保在太阳能电池组件的户外暴露中长期可靠性的性能，包括耐天候老化性、抗污染性和机械强度。
本发明中适于使用的膜形元件的材料包括氟树脂膜、丙烯酸树脂膜、聚酯膜、聚碳酸酯膜等。需要覆盖膜以便使非晶硅太阳能电池具备柔韧和重量轻和薄的特性，其中优选使用氟树脂膜，因为它具有优秀的耐天候老化性和抗污染性。氟树脂膜的具体例子为聚偏二氟乙烯(PVDF)树脂、聚氟乙烯(PVF)树脂、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)树脂等。就耐天候老化性而言，聚偏二氟乙烯树脂最出色，而就透明度和耐天候老化性与机械强度的兼容性而言，乙烯-四氟乙烯共聚物树脂最出色。
透明元件应具有一定厚度，以便确保机械强度，但从成本的观点来看，不优选太大厚度。具体地，透明元件的厚度优选从15μm到200μm，更优选30μm到100μm。
为了提高与以上提到的密封树脂的粘附性，需要对表面保护膜的一个表面进行表面处理，例如电晕处理、等离子体处理、臭氧处理、UV照射、电子束照射或火焰处理。在这些处理中，优选使用电晕放电处理，因为处理速率高，并且使用较简单的装置可以获得粘附强度大幅增加。
考虑到减少反射光、抑制粘接时的皱纹，设计等，透明元件经常提供有不平整的表面。不平整表面可预先提供在透明元件内，可以在覆盖元件形成步骤期间形成，或可以通过如压制的方法形成覆盖元件后形成。
放置在光入射侧上顶层表面内的坚固的透明元件通常由没有柔韧性的膜或薄板形材料制成。例如，坚固的透明元件为由白玻璃板、钠钙玻璃等制成的无机玻璃元件、或选自聚碳酸酯树脂、丙烯酸树脂、聚苯乙烯树脂、聚酯树脂等制成的元件。
该元件的厚度约为0.5μm或0.5μm以上，虽然根据材料的特性有所不同。
对这些元件进行如表面处理等的处理进一步改善这些元件或涂敷以提高与填充剂的粘附性。通过表面处理、防止反射或在表面内形成不平整可以获得减少反射光效果的改善。提供底部密封材料和粘合剂用于光电器件301和底表面上绝缘薄板304之间或绝缘薄板304和加强板306之间的粘接。因此，它们需要的特性包括长期耐用性、抗热膨胀性、抗热收缩性和粘附性。
该材料选自热熔材料，例如EVA或聚乙烯醇缩丁醛、双面涂粘合剂的胶带、环氧树脂等。在太阳能电池组件用在高温的情况中，例如在与屋顶成一体的形式使用的情况中，需要交联材料以确保高温下的粘附强度。通常的做法是使用有机过氧化物作为EVA的交联剂。
当然也可以使用与顶部密封材料302a相同的材料作为底部密封材料和粘合剂。就成本和易于制造而言，优选使用相同的材料。绝缘薄板用于保持光电器件301的导电基片和加强板306之间的电绝缘。绝缘薄板并非必不可少，因为粘合剂305自身具有电绝缘特性。然而，粘合剂305层有时厚度有变化，由此存在光电器件301和薄部分或粘合剂层的针孔部分中的加强板306之间发生短路的可能性。绝缘薄板作为保护措施来避免之。
优选材料是能够确保与导电基片有足够电绝缘、具有出色的长期耐用性、耐热膨胀和热收缩并具有柔韧性的材料。材料的例子优选使用尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏二氟乙烯(PVF)等。下面描述使用以上介绍的光电器件301、顶部密封材料302a、透明元件303、绝缘薄板304、底部密封材料302b、粘合剂305和加强板306制备太阳能电池组件方法的一个例子。
为了用顶部密封材料302a和透明元件303覆盖光电器件301的光接收表面，通常的做法是制备模制成薄板形的顶部密封材料302a的树脂，并将其和透明元件303一起热压在光电器件301上。即，通过将密封材料302a的树脂板置于光电器件301和透明元件303之间并将它们热压制成太阳能电池组件。当透明元件303为膜时，此时通过用外部有不平整形状的按压件按压膜在覆盖元件的表面内容易制成不平整表面。压缩时的加热温度和加热时间确定为足以进行密封树脂的交联反应的温度和时间。
通过使用绝缘薄板304、加强板306和底部密封材料302b以及粘合剂305采用以上介绍的相同方式也可以覆盖底侧。由于顶部密封材料302a和底部密封材料302b以及粘合剂305通常为相同的材料，该步骤可以和以上的步骤同时进行。
热压的方法可以选自各种方法，包括真空层压、辊压复合等。具体地，可以通过堆叠光电器件、密封薄板、顶部透明元件、底部绝缘薄板和加强板例如以透明元件/密封薄板/光电器件/密封薄板/绝缘薄板/密封薄板/加强板的顺序得到太阳能电池组件的叠置体并对其进行热压制成太阳能电池组件。
不用说图4所示的结构内或具有不同的耐天候老化性的结构中的加强构件也可以用于图1和图2所示的太阳能电池组件结构中。
下面结合例子进一步地详细介绍本发明。为了检查制造的组件的长期耐用性进行下面的加速退化试验。
(1)耐腐蚀性试验将太阳能电池组件放入喷盐测试器(从Suga Shikenki Co.得到)内，并进行900次循环的组合循环试验，包括重复喷盐条件下两个小时，干燥条件下四个小时，湿条件下两个小时的一个循环。具体条件如下。
喷盐条件温度35±1℃，盐水浓度5±0.5％干燥条件温度60±1℃，相对湿度20-30％RH湿条件温度50±1℃，相对湿度95％RH或更大通过一个循环中一个样品没有改变，并通过简单的状态注释显示出一个样品状态的改变而给出观察结果。
(2)耐天候老化性试验将太阳能电池组件放入人工曝晒机(从Suga Shikenki Co.得到)内用氙灯曝光(曝光强度3SUN，环境黑板温度83℃/湿度50％RH)每两个小时重复8分钟的喷淋并在5000小时之后观察外观的变化进行加速老化试验。通过一个循环中一个样品没有改变，并通过简单的状态注释显示出一个样品状态的改变而给出观察结果。
(3)防潮试验将太阳能电池组件放入环境试验机在85℃/湿度85％RH的环境下保持静止1000小时，并观察外观的变化。通过一个循环中一个样品没有改变，并通过简单的状态注释显示出一个样品状态的改变而给出观察结果。
(4)温度-湿度循环对太阳能电池组件进行10个循环的-40℃/40分钟和85℃/85％RH/20小时的温度-湿度循环试验，并观察试验后太阳能电池组件外观的变化。通过一个循环中一个样品没有改变，并通过简单的状态注释显示出一个样品状态的改变而给出观察结果。
(例1)通过下面介绍的方法制备图2所示的与屋顶成一体的太阳能电池组件。首先，制备非晶硅(a-Si)太阳能电池(光电器件)。下面参考图5A和图5B介绍制备过程。
在作为导电基片501的清洁不锈钢基片上，通过溅射顺次形成铝层(厚度5000)和ZnO层(厚度5000)作为底部反射层502。
然后利用等离子体增强CVD工艺通过由SiH4、PH3和H2的混合气体形成n型的a-Si层、由SiH4和H2的混合气体形成i型的a-Si层以及由SiH4、BF3和H2的混合气体形成p型的微晶Si(μc-Si)层，以n型层150厚/i型层4000厚/p型层100厚/n型层100厚/i型层800厚/p型层100厚的层结构形成串联型a-Si半导体层503。
在下一步骤中，通过电阻加热法在O2气氛下通过蒸发In形成In2O3的薄膜(厚度700)作为透明电极层504。
此外，通过银焊膏的丝网印刷形成栅电极作为集电极505，在最后的步骤中，铜舌片作为负输出端506b用不锈焊料508固定到导电基片501上，锡箔带作为正输出端506a用导电粘合剂507固定到集电极505，由此形成输出端并从而得到光电器件。多个按以上介绍形成的光电器件串联连接得到电池块。以这种方式得到多个电池块。下面参考图2介绍通过覆盖元件覆盖以上的光电器件(电池块)形成太阳能电池组件的方法。
使用的加强板206为Galvalume薄板(商标名称Taima color GL(厚度0.4mm)，可以从Daido Kohan Co.得到)，在它的两个表面上有聚酯基漆的有机树脂层。有机树脂层的厚度在器件侧上为8μm，在相对侧上为17μm。器件侧的相对侧上的有机树脂层含有细小的玻璃纤维。
通过将光电器件201、EVA薄板(商标名称PHOTOCAP(厚度460μm)，可以从SPRINGBORN LABORATORIES INC.得到)作为填充剂202和粘合剂205、一个表面电晕放电处理的未取向ETFE膜(商标名称TEFZEL(厚度50μm)，可以从du Pont Inc.得到)作为透明元件203、和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜(商标名称Lumilar(厚度50μm)，可以从Toray Industries Inc.得到)作为绝缘板204以ETFE/EVA/光电器件/EVA/PET/EVA/加强板的顺序堆叠形成太阳能电池组件层合板。
然后通过用于隔离的Teflon膜(商标名称Teflon PFA膜(厚度50μm)，可以从du Pont Inc.得到)放置不锈钢丝网(具有40×40网眼和0.15mm的线直径)于ETFE外侧。使用真空层压机进行挤压和脱气在150℃下热压缩层合板30分钟，由此得到太阳能电池组件。顶部覆盖元件的表面具有通过丝网形成最大高度差在30μm内的不平整度。
输出端最初接线到光电器件的底侧，以便在层合操作后从最初在加强板206内开的输出端出口输出。
此外，光电器件201外侧该组件的加强板206的突出部分由辊式定型模弯曲得到“与屋顶成一体的太阳能电池组件”，其中加强板206本身起屋顶材料的作用。
这里使用的EVA薄板经常用做太阳能电池的密封材料，其中每100重量份EVA树脂(含33％的乙酸乙烯酯)混有1.5重量份有机过氧化物作为交联剂、0.3重量份紫外线吸收剂、0.1重量份光稳定剂、0.2重量份热氧化抑制剂和0.25重量份硅烷偶合剂。
以这种方式制备多个太阳能电池组件。评估结果显示在表1中。
从表1中可以看出，在所有的加速退化试验中，本例中得到的太阳能电池组件显示出良好的结果。
(例2)除了使用的加强板206为Galvalume薄板外，与例1相同的方式制造太阳能电池组件，其中Galvalume薄板的厚度为0.4mm，在器件侧上15μm厚的有机树脂层由环氧基漆制成，相对侧上15μm厚的有机树脂层由氟基漆制成。
评估结果显示在表1中。太阳能电池组件显示出良好的结果，和例1类似外观没有变化。
(例3)除了所用加强板206为不锈钢薄板外，与例1相同的方式制造太阳能电池组件，其中不锈钢薄板的厚度为0.4mm，在器件侧上8μm厚的有机树脂层由聚酯基漆制成，相对侧上15μm厚的有机树脂层由硅氧烷聚酯基漆制成。
评估结果显示在表1中。太阳能电池组件显示出良好的结果，和例1类似外观没有变化。
(对比例1)除了加强板206反转外，与例1相同的方式制造太阳能电池组件。评估结果显示在表1中。
在防潮试验和温度-湿度循环试验中，一些太阳能电池组件在粘合剂205和器件底表面侧上的加强板206之间剥离，和在密封材料202和弯曲部分中加强板206之间剥离。剥离的原因是加强板206上表面上提供的有机树脂层与加强板206剥离。
此外，在耐腐蚀试验中，一些太阳能电池组件显示出加强板206的底部表面(直接暴露到外部的表面)上有机树脂层从加强板的边缘向内升高(边缘蠕变)约1mm。在相同的部分也可以辨认出白锈。
(对比例2)除了加强板206反转外，与例2相同的方式制造太阳能电池组件。评估结果显示在表1中。
在防潮试验和温度-湿度循环试验中，一些太阳能电池组件在粘合剂205和器件底表面侧上的加强板206之间剥离，和在密封材料202和弯曲部分中加强板206之间剥离。剥离的原因是加强板206上表面上提供的氟树脂层与密封树脂剥离。
此外，在耐腐蚀试验中，一些太阳能电池组件显示出加强板206的底部表面上有机树脂层开裂。在一些开裂部分也可以辨认出白锈。
(对比例3)除了加强板206反转外，与例3相同的方式制造太阳能电池组件。评估结果显示在表1中。
在防潮试验和温度-湿度循环试验中，一些太阳能电池组件在粘合剂205和器件底表面侧上的加强板206之间剥离，和在密封材料202和弯曲部分中加强板206之间剥离。剥离的原因是加强板206上表面上提供的硅氧烷聚酯树脂层与密封树脂剥离。
此外，在耐腐蚀试验中，一些太阳能电池组件显示出在加强板206的底部表面上树脂从加强板的边缘向内升高(边缘蠕变)约0.5mm。
表1
o外观没有变化。
＊1一些组件显示出涂漆膜起泡和加强板的底部表面边缘处有白锈。
＊2一些组件显示出在加强板的底部有机树脂层中有开裂和白锈。
＊3一些组件显示出在加强板的底部表面边缘处涂漆膜起泡。
＊4一些组件显示出密封材料与器件底部表面内和弯曲部分内的加强板剥离。
＊5一些组件显示出密封材料与弯曲部分内的加强板剥离。
如上所述，本发明增强了加强构件和有机树脂层之间的粘附强度，使粘合剂和提供于其上的密封材料抵抗与加强构件的剥离，由此增强了太阳能电池组件长期户外使用下的可靠性。此外，由于在一个表面上有机树脂层较薄，可以降低加强构件的成本。
此外，本发明增强了加强构件和用于将光电器件粘附到加强构件的粘合剂之间的粘附强度或加强构件和用于覆盖光电器件的顶部表面的密封材料之间的粘附强度，以防止即使在太阳能电池组件的长期户外使用中器件或密封材料与加强构件剥离。此外，由于本发明允许将耐天候老化性较差的便宜树脂用于加强构件的器件侧表面，同时太阳能电池器件侧的相对侧上加强构件的表面，即直接暴露到外部的表面上的高耐天候老化性有机树脂层维持耐天候老化性，因此可以低成本提供高可靠性的太阳能电池组件和用于它的加强构件。
权利要求
1．一种太阳能电池组件，包括具有一个或多个连接的光电器件的太阳能电池器件，光电器件具有至少一个半导体层作为光转换元件；具有顶层表面的透明元件和设置在透明元件和太阳能电池器件之间的密封材料的光接收表面侧覆盖元件；以及具有一个最底层表面上的加强构件和用于将加强构件粘附到太阳能电池器件的粘合剂的非光接收表面侧覆盖元件，粘合剂设置在加强构件和太阳能电池器件之间，其中在加强构件的两个表面具有有机树脂层，其中太阳能电池器件侧上的有机树脂层的厚度小于太阳能电池器件侧的相对侧上有机树脂层的厚度。
2．根据权利要求1的太阳能电池组件，其中提供在加强构件的太阳能电池器件侧上的有机树脂层厚度为5μm到30μm，提供在太阳能电池器件侧的相对侧上的有机树脂层厚度为10μm到50μm。
3．根据权利要求1的太阳能电池组件，其中提供在加强构件的太阳能电池器件侧的相对侧上的有机树脂层含有金属或金属氧化物的微小颗粒。
4．根据权利要求1的太阳能电池组件，其中部分加强构件延伸到太阳能电池器件的圆周部分的外侧，透明元件和密封材料放置在该部分。
5．根据权利要求1的太阳能电池组件，其中加强构件包括铁或不锈钢。
6．根据权利要求1的太阳能电池组件，其中密封材料为含有紫外线吸收剂的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)。
7．根据权利要求1的太阳能电池组件，其中透明元件为厚15μm到200μm的有机树脂膜。
8．根据权利要求1的太阳能电池组件，其中透明元件为氟树脂膜。
9．根据权利要求1的太阳能电池组件，其中光电器件包括在导电基片上的具有至少一个非晶硅薄膜作为光转换元件的半导体层和透明电极层。
10．根据权利要求1的太阳能电池组件，其中加强构件为板形构件。
11．根据权利要求1的太阳能电池组件，其中加强构件为板形构件并具有弯曲部分。
12．根据权利要求11的太阳能电池组件，其中弯曲部分位于放置太阳能电池器件的区域外。
13．根据权利要求1的太阳能电池组件，其中有机树脂层形成在加强构件两个表面上的有机树脂层包括具有一个共同的主要成分的树脂。
14．根据权利要求1的太阳能电池组件，其中透明元件为坚固的透明元件。
15．根据权利要求1的太阳能电池组件，其中透明元件为玻璃。
16．根据权利要求1的太阳能电池组件，其中透明元件为坚固的透明元件并且填充剂和加强构件之间的间隙不超过1.5mm。
17．根据权利要求1的太阳能电池组件，其中透明元件为坚固的透明元件并且尺寸小于加强构件。
18．根据权利要求17的太阳能电池组件，其中加强构件在加强构件大于坚固的透明元件的区域弯曲。
19．一种太阳能电池组件，包括具有一个或多个连接的光电器件的太阳能电池器件，光电器件具有至少一个半导体层作为光转换元件；具有顶层表面的透明元件和设置在透明元件和太阳能电池器件之间的密封材料的光接收表面侧覆盖元件；以及具有一个最底层表面上的加强构件和用于将加强构件粘附到太阳能电池器件的粘合剂的非光接收表面侧覆盖元件，粘合剂设置在加强构件和太阳能电池器件之间，其中在加强构件的两个表面具有有机树脂层，其中太阳能电池器件侧的相对侧上有机树脂层的耐天候老化性比太阳能电池器件侧上的有机树脂层的耐天候老化性增强。
20．根据权利要求19的太阳能电池组件，其中太阳能电池器件侧上的有机树脂层由不同于太阳能电池器件侧的相对侧上的有机树脂层的树脂制成。
21．根据权利要求19的太阳能电池组件，其中提供在加强构件的太阳能电池器件侧上的有机树脂层的一个主要成分选自聚酯树脂、硅氧烷聚酯树脂、环氧树脂和聚氨酯树脂，其中提供在太阳能电池器件侧的相对侧上的有机树脂层的一个主要成分选自聚酯树脂、硅氧烷聚酯树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸硅氧烷树脂、硅氧烷树脂和氟树脂。
22．根据权利要求19的太阳能电池组件，其中太阳能电池器件侧上的有机树脂层的厚度小于太阳能电池器件侧的相对侧上的有机树脂层的厚度。
23．根据权利要求19的太阳能电池组件，其中提供在加强构件的太阳能电池器件侧上的有机树脂层厚度为5μm到30μm，提供在加强板的太阳能电池器件侧的相对侧上的有机树脂层厚度为10μm到50μm。
24．根据权利要求22的太阳能电池组件，其中提供在加强构件的太阳能电池器件侧的相对侧上的有机树脂层含有金属或金属氧化物的微小颗粒。
25．根据权利要求19的太阳能电池组件，其中部分加强构件延伸到太阳能电池器件的圆周部分的外侧，透明元件和密封材料放置在该部分。
26．根据权利要求19的太阳能电池组件，其中加强构件包括铁或不锈钢。
27．根据权利要求19的太阳能电池组件，其中密封材料为含有紫外线吸收剂的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)。
28．根据权利要求19的太阳能电池组件，其中透明元件为厚15μm到200μm的有机树脂膜。
29．根据权利要求19的太阳能电池组件，其中透明元件为氟树脂膜。
30．根据权利要求19的太阳能电池组件，其中光电器件包括在导电基片上的具有至少一个非晶硅薄膜作为光转换元件的半导体层和透明电极层。
31．根据权利要求19的太阳能电池组件，其中加强构件为板形构件。
32．根据权利要求19的太阳能电池组件，其中加强构件具有弯曲部分。
33．根据权利要求32的太阳能电池组件，其中弯曲部分位于放置太阳能电池器件的区域外。
34．一种用于太阳能电池组件的加强构件，在它的两个表面上具有有机树脂层，其中一个表面侧上的有机树脂层厚度小于另一个表面侧上另一有机树脂层的厚度。
35．根据权利要求34的用于太阳能电池组件的加强构件，其中一个有机树脂层的厚度为5μm到30μm，另一有机树脂层的厚度为10μm到50μm。
36．根据权利要求34的用于太阳能电池组件的加强构件，其中另一有机树脂层含有金属或金属氧化物的细小颗粒。
37．根据权利要求34的用于太阳能电池组件的加强构件，其中加强构件包括铁或不锈钢。
38．根据权利要求34的用于太阳能电池组件的加强构件，其中有机树脂层包括相互具有一个共同成分的树脂。
39．根据权利要求34的用于太阳能电池组件的加强构件，其中加强构件为板形形状。
40．一种用于太阳能电池组件的加强构件，在它的两个表面上具有有机树脂层，其中在另一表面侧上的有机树脂层的耐天候老化性比一个表面侧上有机树脂层的耐天候老化性增强。
41．根据权利要求40的用于太阳能电池组件的加强构件，其中一个表面侧上有机树脂层由不同于另一表面侧上的有机树脂层的树脂制成。
42．根据权利要求40的用于太阳能电池组件的加强构件，其中一个表面侧上有机树脂层的一个主要成分选自聚酯树脂、硅氧烷聚酯树脂、环氧树脂和聚氨酯树脂，其中提供在太阳能电池器件侧的相对侧上的有机树脂层的一个主要成分选自聚酯树脂、硅氧烷聚酯树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸硅氧烷树脂、硅氧烷树脂和氟树脂。
43．根据权利要求40的用于太阳能电池组件的加强构件，其中一个表面侧上的有机树脂层的厚度小于另一个表面侧上有机树脂层的厚度。
44．根据权利要求43的用于太阳能电池组件的加强构件，其中提供在一个表面侧上的有机树脂层的厚度为5μm到30μm，提供在另一个表面侧上的有机树脂层的厚度为10μm到50μm。
45．根据权利要求40的用于太阳能电池组件的加强构件，其中提供在另一表面侧上的有机树脂层含有金属或金属氧化物的微小颗粒。
46．根据权利要求40的用于太阳能电池组件的加强构件，其中加强构件包括铁或不锈钢。
47．根据权利要求40的用于太阳能电池组件的加强构件，其中加强构件具有板形形状。
全文摘要
提供一种太阳能电池组件,具有高可靠性的结构,即使长期户外暴露也不会发生粘合剂和密封材料与加强板的剥离,在减少材料成本的基础上能以低成本制造,一种用于太阳能电池组件的加强构件在它的两个表面上具有有机树脂层,一个表面侧上有机树脂层的厚度小于另一个表面侧上有机树脂层的厚度。
文档编号H01L31/048GK1211828SQ98119869
公开日1999年3月24日 申请日期1998年8月26日 优先权日1997年8月27日
发明者片冈一郎, 山田聪, 盐塚秀则, 木曾盛夫 申请人:佳能株式会社