具有改进的背板的光生伏打模块的制作方法

专利名称：具有改进的背板的光生伏打模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光生伏打器件模块，更具体的、涉及一种光生伏
打器件模块(photovoltaic device module )的背板(backplane)。
背景技术：
太阳能系统利用大的光生伏打(PV)电池阵列从而将太阳光的 能量转化为可用的电能。PV电池阵列通常排列为可组装及安装在现 场的多个电池模块。随着PV电池的效率的提高以及太阳能电池阵列
的单位成本的下降，太阳能系统可以成为现有电网供电的有经济魅力
的替代物。但是，即使提高了效率，还是存在与PV模块的安装与装
配有关的许多实际问题。
实际上，在现有技术中，多数PV模块具有如图l所示的刚性设 计。刚性PV模块100包括刚性透明前盖102 (如玻璃)、嵌入到灌 封剂(pottant) 106中的多个太阳能电池104 (如乙烯-醋酸乙烯共 聚物(EVA))和密封背板108 (如位于聚氟乙烯层之间的玻璃或聚 酯层压板)。背板108的层压板材料通常很贵。
刚性PV模块100的刚性通常由刚性前盖102与刚性周边框架 110 (例如突出的铝)的组合而得到。这些典型的刚性化元件对模块 100增加了相当的重量并限制了散热，使得典型模块的温度高于单独 的棵露电池的温度。这些重量以及温度的限制在既有玻璃前盖也有玻 璃背板的玻璃/玻璃模块中更显著。由于易碎的晶体硅电池通常要求机 械保护(如最小弯曲、扭曲等)以能够提供刚性封装，因此，刚性模 块在极大程度上占据了现有PV市场。此外，将玻璃用作前盖102限 制了在安装模块100方面的通用性。由于玻璃通常难以机械加工，因 此，用于安装支架等的孔通常在形成框架110上。框架110与前盖的
7重叠部分表示不能放置PV电池104的空腔。
有些现有技术的市售模块是柔性的。图2表示了现有技术中的柔 性PV模块200，它是以柔性顶板202 (如柔韧塑料如乙烯四氟乙烯共 聚物(ETFE))替代刚性模块100的刚性玻璃。柔性模块200可以 使用可弯曲的边缘减震器210来代替刚性金属框架。通常，这样的柔 性PV模块使用与在刚性模块100种相同类型的层压背板108。虽然 柔性模块200可以方便地用于柔性有助于密集封装和/或提供高的功 率-重量比的的移动应用(如徒步旅行、海滩旅行等)，但柔性模块 并不易于安装在现有的安装机架上。因此，柔性模块的市场前景受到 一定的限制。柔性封装通常仅用于柔性太阳能电池，也就是不首要要 求刚性封装的机械保护的电池。
一些市售的模块是半刚性的，这些模块通常具有一些柔性模块 (如柔性塑料盖板)的元件，同时也具有一些刚性化元件(如金属板 背衬)。这些模块提供一些市场部门的交叉潜力(如对于基于硅的PV 电池足够刚性，但比玻璃/金属封装轻，比现有封装轻但足够刚性以安 装在标准安装机架上等)，但是半刚性模块不能支配整个PV市场的 大的份额。现有的半刚性模块的一个主要限制在于实心的刚性化元件 (如包括金属薄板、玻璃纤维、硬塑料板等的背板)增加重量并限制 热量流通，因此，与柔性模块相比模块运行得更热而且明显更重。
因此，在现有技术中，有克服太阳能电池的上述缺点的要求。

发明内容
本发明的实施方式至少解决了上述的一些缺点。应理解的是，本 发明的至少某些实施方式可以用于任意类型的太阳能电池，无论这些 太阳能电池是是刚性的或柔性的，或用于吸收层的材料类型如何。本 发明的实施方式可以适用于连续(roll-to-roll)和/或批量制造工艺。 此处所述的目的或其他目的可以适用于本发明的各种实施方式。
在本发明的一个实施方式中，提供一种太阳能电池，包含一个或 多个被配置为大致平坦形式的光生伏打(PV)电池，其中每个太阳能电池具有前侧和背侧，该一个或多个PV电池适合于在光投射到前侧
上时产生电压。该模块可以包括在光生伏打电池上方的大致透明的材 料的一层或更多层和在光生伏打电池下方的材料的一层或更多层。 在本发明的另一个实施方式中，提供一种太阳能电池模块，包括
一个或多个配置为大致平坦形式的光生伏打(PV)电池，其中每个太 阳能电池具有前侧和背侧，该一个或多个PV电池适合于在光投射到 前侧上时产生电压。该模块可以包含支撑一个或多个PV电池的刚性 背板(backplane ),使得背板从背侧提供结构支撑，其中刚性背板包 括具有多个空腔的结构部件。
可选地，下述结构也适合于与本申请所公开的各种实施方式一起 釆用。可以在背板与一个或多个PV电池之间设置密封背膜(back sheet)。该模块可以包含一个前密封剂，其中太阳能电池模块被设置 在前密封与刚性背板之间。背板可以由可加工材料制成。背板可以由 金属和/或金属合金制成。背板可以由一种或多种导热金属制成。结构 部件可以使用一种或多种从塑料、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯泡沫 塑料、混凝土、金属、钢、铜、铝、碳纤维、凯芙拉(Kevlar)、木 材、胶合板、纤维板的组中所选择的材料，或者使用具有与上述材料 范围内的相似的弹性或可压缩性的其他材料。结构部件可以是金属丝 布(wire cloth)、穿孔材料、铸模材料、玻璃纤维加固塑料格栅、或 包括但不仅限于网型钢板的网型金属板、GP未抛光低碳钢、以及它 们和/或相关材料的组合的形式。
可选地，下述结构也适合于与本申请所公开的各种实施方式一起 采用。结构部件可以包含蜂窝材料、其中空腔是贯通背板厚度的蜂窝 通道的形式。蜂窝通道的特征可以在于，其单元尺寸的范围为约 1/32" ~约12"。可选地，蜂窝材料特征可以在于，其厚度范围约为约 1/32"~约12，，。蜂窝材料特征可以在于，其厚度范围约为约l/4" 约 1/3"。蜂窝材料的可以特征在于，其厚度范围约为约1/8"~约l/2"。 可以在蜂窝材料的表面贴合外皮，使得该外皮将蜂窝材料刚性化。该 外皮可以由纺织品、塑料薄板或金属薄板制成。蜂窝材料和外皮可以
9由导热材料制成。可以在蜂窝材料的前支持表面上贴合平面元件，可 以在蜂窝材料的后支持表面上贴合第二平面元件，据此，蜂窝材料被 夹在第一与第二平面元件之间。
可选地，下述结构也适合于与本申请所公开的各种实施方式一起
采用。结构部件可以由导热材料制成。 一个或多个PV电池可以与背
板电绝缘。结构部件可以由金属制成。金属可以是铝。结构部件可以 是蜂窝材料的形式。可以在蜂窝材料上贴合外皮，以使该外皮将蜂窝 材料刚性化。该外皮可以由电绝缘材料制成。该外皮可以由导电材料
制成，在该导电材料与一个或多个PV电池间具有绝缘涂层。多个空
腔可以包括占据一些更小空腔的体积的大空腔。该模块可以包含设置
在大空腔内的接线盒、LED指示器、旁路二极管、变压器、电源变换 器、电路、和/或冷却器件。 一个或多个空腔可以作为用于一个或多个 PV电池的电线的导管。 一个或多个空腔可以作为用于冷却或加热一 个或多个PV电池的导管。 一个或多个空腔可以作为用于太阳能电池 模块的排水的导管。可以将边缘加固部件沿结构部件的边缘连接。该 边缘加固部件可以包括长方块或u形槽构成。边缘加固部件可以包括 一个或多个被配置为便于安装太阳能电池的孔。太阳能电池模块可以 具有使太阳能电池便于与其他相应形状的太阳能电池模块连接的拼 图形状(jigsaw puzzle shape)。背板的边缘可以被配置为提供与相 应配置的太阳能电池模块的重叠或互锁接合部。背板的边缘可以包括 一个或多个使一个或多个PV电池便于与另 一个太阳能电池模块中的 其他PV电池电连接的电连接件。
在本发明的另 一个实施方式中，提供了 一种用于安装一个或多个 光生伏打(PV)电池的方法。该方法包括以大致平坦的方式配置一个 或多个PV电池，其中每个PV电池具有前侧与背侧，该一个或多个 光生伏打电池可以在光照射到前侧上时产生电压。该方法还包括将刚 性背板与一个或多个PV电池相贴合，以使该背板从背侧提供结构支 撑，其中该背板包括具有多个空腔的结构部件。
可选地，下述结构也适合于与本申请所公开的各种实施方式一起
10采用。该结构部件可以包含蜂窝材料，其中空腔是蜂窝状通道贯穿背 板厚度的形式。该方法可以进一步包括将外皮附着在蜂窝材料的表面 上，使得外皮将蜂窝材料刚性化。该方法还包括使用一个或多个空腔
作为一个或多个PV电池的电线的导管。该方法还包括使用一个或多 个空腔作为冷却或加热一个或多个PV电池的导管。该方法还包括使
用一个或多个空腔作为排水导管。该方法还包括在结构部件中形成占 据多个小空腔的体积的大空腔，其中大空腔提供在背板内的多功能空
腔。该方法还包括在大空腔内设置接线盒、LED指示器、旁路二极管、 变压器、电源变换器、电路、或冷却元件。该方法还包括沿结构部件 的边缘连接边缘加固部件。
在本发明的另一个实施方式中，提供了一种用于安装一个或多个 光生伏打(PV)电池的方法。该包括以大致平坦的方式设置一个或多 个PV电池，其中每个PV电池具有前侧与背侧，该一个或多个PV 电池可以在光线照射到前侧上时产生电压。该方法包括提供背板，其 中该背板为导热背板。
可选地，下述结构也适合于与本申请所公开的各种实施方式一起 采用。该背板位于PV电池下方。该背板可以包括下述材料的一种或 多种金属、金属合金、铜、铝、钢、铁、不锈钢、锡、和/或它们的 组合。该背板可以是导热材料的大致平坦的薄板。该背板可以是以下 一种或多种材料的大致平坦的薄板金属、金属合金、铜、铝、钢、 铁、不锈钢、锡，和/或它们的组合。可选地，可以在背板与一个或多 个PV电池之间设置密封背膜。
本发明更深层的理解与优点将参照优选实施方式与附图加以说明。


图l是现有的刚性太阳能电池模块的剖面示意图。 图2是现有的柔性太阳能电池模块的剖面示意图。 图3是本发明的一个实施方式的太阳能电池模块的剖面示意图。图4A是本发明的一个实施方式的具有蜂窝型结构部件的刚性背
板的太阳能电池模块的分解三维图。
图4B是本发明的一个实施方式的具有格栅型结构部件的刚性背
板的太阳能电池模块的分解三维图。
图5是本发明替代实施方式的太阳能电池模块的剖面示意图。 图6是本发明替代实施方式的太阳能电池模块的剖面示意图。 图7时本发明替代实施方式的太阳能电池模块的剖面示意图。 图8是本发明替代实施方式的太阳能电池模块的剖面示意图。 图9是本发明的一个实施方式的互锁的太阳能电池模块的剖面
示意图。
图10是本发明另一个实施方式的互锁的太阳能电池模块的平面 剖面示意图。
具体实施例方式
虽然下述详细的说明包含了为了说明目的的许多具体细节，但是 本领域技术人员能够理解，对以下细节的许多变更和代替包含在本发 明的范围内。因此，下述本发明的实施方式是在不丧失对所申请发明 的 一般性并且不对所申请的发明进行限制的前提下进行说明的。
本发明的实施方式涉及具有重量轻、温度緩和的刚性化元件的 PV模块。这些刚性化元件可以与其他柔性模块设计相匹配，使其提 供市场需求的利用了被开发用于柔性模块市场的封装技术的易于安 装的刚性模块。
图3描述了根据本发明一个实施方式的太阳能电池模块300。该 模块300具有柔性顶板302 (例如但不仅限于由Dupont以Tefzel 名义销售的ETFE );嵌入到诸如EVA的灌封剂(pottant) 306中的 多个太阳能电池304;以及柔性背膜308(如PVF-聚酯-PVF层积板)。 Tefzel 为 E.I.Du Pont De Nemours and Company Corporation, Wilmington, Delaware的注册商标。PV电池304以大致平坦的方式 配置。每个太阳能电池具有前侧303和背侧305。 一个或更多个光生伏打电池被配置为当光线入射到前侧303上时产生电压。刚性背板310 被贴合到一个或多个太阳能电池304上，使得背板从背侧305提供结 构支撑。在本发明的某些实施方式中，优选地，背板310由可机械加 工的材料制成，如金属或塑料。这避免了会覆盖PV电池304的空间 的框架的使用。
在一个实施方式中，刚性背板310包括具有多个空腔313的结构 部件311。作为例子，结构部件311可以由任意适当的材料制成，如 塑料、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯泡沫塑料、混凝土、金属、钢、 铜、铝、碳纤维、凯芙拉(Kevlar)、木材、胶合板、纤维板和具有 在上述材料范围内的相似弹性和可压缩性的其他材料制成。空腔313 允许背板310在保持强度的同时具有较轻的重量。空腔313也可以提 供导热和/或对流的通路。作为例子，结构部件可以是金属丝布、穿孔 材料、铸模材料、玻璃纤维加固塑胶格栅、或诸如网型钢板(steel sheet expanded) 、 GP未抛光的低碳钢、和包括那些可以通过MarCo Specialty Steel ( Houston， TX )获得的类似网型材料的网型材料形式， 但不限于此。适合的刚性化材料的例子包括格子状材料，诸如纤维加 固聚合物网、网型金属、穿孔金属等。格子材料可以是薄板形式，并 具有很宽的轻度和重量范围。格子材料用于易排水的楼梯踏板、仓库 的夹层以及需要强度、重量轻和排水良好的室外平台中。将格子状材 料作为刚性化背板应用于柔性模块可以提供用于安装在现有安装架 上的充分的刚性和背表面的散热通风。背板310还可以包括在结构部 件311的两侧面上的前、后平面元件312、 314。平面元件312、 314 可以对结构部件提供热接触、电绝缘、热隔离或结构刚性。为了提供
对耐火等级差的PV模块提供良好的耐火等级，平面元件312、 314 可以包括能够附加在格子材料上的额外的耐火背膜。格子状材料中的 横向气流通路可以有助于空气冷却，减轻模块变热。
在本发明的另一个实施方式中，如图4A所示，太阳能电池模块 400包括具有蜂窝材料411形式的结构部件的刚性背板410。以六角 形蜂窝通道413形式存在的空腔贯穿蜂窝材料411的厚度。作为例子，蜂窝通道413的特征可以在于大致一致的电池尺寸c (例如在通道的 平行面之间测量的)，其范围为约1/32"~约12",但并不限于此。 电池尺寸通常定义为平面到平面。蜂窝材料特征可以在于厚度T，其 范围为约1/32" ~约12，，或约1/4" ~约1/3"或约1/8" ~约1/2"。合适 的蜂窝材料是商业可用的，如来自NidaCore Structrual Materials, Port St. Lucie， Florida的MdaCore。这种蜂窝材料可以由任意适合 的材料制成，例如，诸如聚乙烯、聚丙烯或聚碳酸酯等的塑料，或诸 如铝、铜或不锈钢等的金属。
蜂窝材料可以是柔性的且容易由充分平坦形状弯曲的材料。为了 对背板410提供刚性，蜂窝材料410可以用以贴合到蜂窝材料的支撑 表面415上的具有外皮414形式的平面元件来刚性化，使得外皮414 将蜂窝材料411刚性化。正如这里所述，"支撑表面，，指蜂窝材料的用 于支撑太阳能电池阵列304的表面。支撑表面415既可以是前面也可 以是后面。在一些实施方式中，蜂窝材料411可以夹在外皮材料414、 416的两个薄板之间。具有夹在外皮的两层之间的蜂窝核心的材料可 以从NidaCore购得。
外皮414、 416可以由任意适合的轻量材料制成，例如编织稀松 布(woven scrim)、纺织品、塑料板或金属板、或这些材料的组合。 外皮414可以以适合于材料的任何现有方式贴合到蜂窝材料411上， 如利用适当的粘合剂，或在金属外皮和金属蜂窝的情况下，使用焊接 或焊锡。在一些实施方式中，玻璃纤维布材料可以用做外皮414，并 且可以用粘合剂粘合到塑料蜂窝材料上。尤其，即使外皮与蜂窝材料 都非常柔性，但是作为结果的组合材料可以是非常刚性的，即使将外 皮仅贴合到蜂窝材料的 一侧上。
在一些实施方式中，蜂窝材料411与外皮414、 416可以由导热 或导电材料制成，如铝、铜等金属。使用这种导热材料允许从太阳能 电池304有效地传递热量。替代地，蜂窝与外皮材料可以是非导热的 和/或电绝缘的材料，如塑料或玻璃纤维，以提供背板410与太阳能电 池304之间的电绝缘。在一些实施方式中，外皮416、 418可以是在
14导电材料与太阳能电池304之间具有绝缘涂层的导热材料。例如，如 图5所示，太阳能电池500具有由结构材料、例如设置在上外皮薄板 512与下外皮薄板514之间的蜂窝制成的背板510。绝缘材料516被 设置在上外皮薄板512与嵌入到灌封剂(pottant) 306中的一个或多 个PV电池304之间。作为例子，而且不失一般性，绝缘材料可以是 聚酯板。替代地，上外皮薄板512可以由具有氧化表面的铝制成，该 氧化表面提供作为绝缘材料516的氧化物涂层。
在本发明的替代实施方式中，结构材料310可以是如图4B所示 的矩形格栅。格栅420可以由任意适合的材料制成，如金属、塑料、 木材、混凝土、和上述所列的其他材料。在实施方式中的一个具体实 施方式中，格栅420由玻璃纤维加固塑料(FRP)制成。可选地，在 又一个实施方式中，材料310可以是没有格栅420的背板，而只是简 单的材料平板。
使用在背板上包含多个空腔的结构材料提供了有效地设计太阳 能电池模块的大量机会。例如，如图6所示，太阳能电池模块600包 括图5中所述的特征。在此情况下，PV电池304A、 304B和304C串 联连接，如通常太阳能电池模块中的形式。太阳能电池可以利用结构 材料510中的作为电线导管的空腔513而连接到电力电缆602、 604 上。电缆602、 604的电缆芯可以通过在上外皮薄板512与绝缘材料 516上形成的孔而与太阳能电池电连接。用作导管的空腔513可以被 灌封剂(pottant) 506填充以将电缆的电缆芯606电绝缘，并提供应 变緩和。这种配置允许通过太阳能电池模块600的背侧的紧凑而简单 的布线。相似地，空腔515可以用作加热或冷却太阳能电池的导管。
使用结构部件中的空腔作为导管的概念可以扩展到使用占据由 多个空腔所占的体积作为用于集成太阳能电池模块的其他部件的空 腔。例如，如图7所示的太阳能电池模块700包括图5所述的特征， 并且还包括占据若干较小空腔的体积的大空腔702。大空腔702可以 通过机械地移除部分背板510上的蜂窝材料511而得到。大空腔702 可以提供用于太阳能电池模块的部件的空腔，例如用于接线盒704、LED指示器706、旁路二极管708或冷却元件710。其他可以放置在 这种空腔中的部件包括但不限于逆变器或变压器、直流-直流转换器、 和/或与太阳能模块的操作有关的其它处理或控制电路。
使用包含空腔的结构部件，诸如蜂窝材料，还能够将太阳能电池 部件组合到背板的边缘中。例如，如图8所示，太阳能电池模块800 具有与图5所示的相似的结构。然而，在此例中，模块800的背板510 的边缘已经用诸如U形槽811A或方管811B的边缘加固部件加固。 可选地，也可以使用实心条状支撑架。边缘加固部件可以按尺寸制成 适合诸如蜂窝等结构部件511的任意一侧上的外皮板512、 514的前 面或背面的尺寸。在这种配置中，边缘加固部件并不阻碍安装PV电 池304A、 304B、 304C的安装空间。除了提供对背板边缘的结构加固 之外，边缘加固部件还可以提供用于安装边缘安装电连接件的方便结 构，以便于相邻太阳能模块间的电互连。
在图8的例子中，PV电池串联电连接。凹形电连接件812连接 到与背板810的一个边缘最接近的电池304A (或太阳能电池的行) 上，而且相应的凸形电连接件814连接到与相对的边缘最接近的电池 304C上。凹形和凸形电连接件812、 814允许多个太阳能电池模块组 装的快速电连接。边缘加固部件811A、 811B也可以包括机械连接手 段，诸如螺紋孔816A、 816B,以便于例如使用螺栓或螺钉从模块800 的下侧安装模块800;边缘加固部件811A、 811B也可以包括机械加 工的窄缝以容纳螺栓头或夹具。
本发明的实施方式还可以包含便于多个模块的组件机械互连的 其它特征。例如，图9示出了具有已经加工成搭接形式的相对置的边 缘912、 914的一对太阳能电池模块900A、 900B的侧面剖面图。这搭 接可以便于太阳能电池模块900A、 900B之间的机械连接，如使用螺 钉。边缘912、 914还可以制成斜面连接形式。在另一个实施方式中， 边缘912、 914 (具有或不具有边缘加固部件)可以加工成其他的连接 方式，如鳩尾榫连接、舌榫连接或榫卯连接，以及其他类似的不用扣 件的组件。
16此外，单个的太阳能电池模块1002可以成形为具有如图10所示 的互锁平面图。每个模块1002包括具有被定型为适合与其他模块上 的相应衔接部1006的一个或多个插销1004的背板。这种结构允许模 块以"拼图，，的方式互锁。这种太阳能电池模块1002还可以包括边缘 安装的电连接件(例如，如图8所示)或形成边缘接合部的机械加工 的边缘(例如，如图9所示)。
与现有技术相比，本发明的实施方式提供了大量的优点。主要地， 从刚性模块上去除玻璃能够极大地减小产品重量。重量轻对制造产品 的操作人员和安装人员而言更易于操作。此外，更轻的重量可以减小 运输成本。本发明的实施方式提供了不易碎的模块封装。不需要笨重 的框架来保护边缘。此处所述的刚性背板的使用避免了对昂贵的层压 薄板的需要。作为替代，可以使用非常便宜的聚酯来保证电绝缘。背 板材料可以比玻璃更易加工。其结果，昂贵的接线盒可以通过创建用 于终端出口的空腔来替代。该空腔可以用绝缘材料灌封，而电缆能够 以IP65级的连接盒的成本小部分的代价由应变緩和所保护。
刚性背板可以用于封装过程的外面。不需要像在利用玻璃时为了
光学质量而要求的那样在初始固化工序的过程中将太阳能电池的封 装与结构支撑相配合。非易碎封装允许产品在制造过程中更容易处
理，并消除了由于玻璃破碎而在最终过程阶段发生的昂贵的废料。平 坦的背表面可以用粘合剂直接贴合到轨道支撑结构上。或者也可以通
过开槽来容纳六角螺帽、或使用边缘处理以允许夹具利用五金件来安 装。平坦的前表面不会聚集由于框架横档造成的灰尘和湿气。也可以 避免困难的自动框架处理的问题。
打孔的刚性基底可以减小太阳能模块的操作温度，并因而能够比 在标准模块结构封装中的等价电池效率的电路产生更多的电力。本发 明的太阳能电池模块可以替代至少从1983年就使用的现有太阳能模 块的设计。该设计可以降低材料成本，并有助于太阳能模块的制造、 安装、和性能。这种太阳能电池模块可以作为并网产品(grid utility product)的最终用途而设计。该模块可以设计以满足IEC 61646 (国际电工委员会的地面用薄膜PV模块标准)的所有性能要求，以及IEC 61730 (IEC光生伏打模块安全合格鉴定标准)的所有安全要求。
虽然本发明已经用具体的实施方式加以阐述和说明，本领域的技 术人员可以在不脱离本发明的精神与范围内，对于过程和协议进行各 种适应、改变、变更、替代、删除、或附加。例如，在上述任意实施 方式中，背板可以包括一种或多种材料。可选地，该材料是导热金属 材料。该材料的厚度可以改变，以提供所需的结构支撑。无论是否是 蜂窝结构，该厚度可以在约1/32" ~ 12"约之间。可选地，该厚度的 范围为约1/64"~约1/3"。可选地，该厚度范围可以为约1/128" ~约 1/2"。模块的其他细节可以在提交于2005年10月3日的美国专利申 请No.11/243，522中找到，并为了所有目的在此引用其全文。
另外，本领域技术人员能够理解，本发明的实施方式可以用于几 乎任意类型的太阳能电池材料和/或结构。例如，太阳能电池中的吸收 层可以包括硅、非晶硅、有机低聚物或聚合物(对于有机太阳能电池)、
液体^基于凝胶一^电解质中的染料增感》二氧化钛纳米粒子(对于 Graetzel电池，其中，包括尺寸为数纳米的二氧化钛粒子的透明膜被 涂敷了电荷转移染料的单分子层以使得用于收集光的膜增感)、铜-铟-镓-硒(对于GIGS太阳能电池)、GdSe、 CdTe、 Cu(In，Ga)(S，Se)2、 Cu(In，Ga，Al)(S，Se，Te)2、和/或上述的组合物；其中，活性材料以包含 但不仅限于体材料、微粒子、纳米粒子、或量子点的任意形式存在。 CIGS电池可以通过真空或非真空工艺形成。该工艺可以是一步、两 步、或多步CIGS工艺技术。此外，其他可能的吸收层可以基于非 晶硅(掺杂或非掺杂)、包括具有以有机半导体材料填充的孔的无机 多孔半导体模板的纳米结构层(例如见美国专利申请公开
US2005-0121068A1,在此引用其全文)、聚合物/混合电池结构、有 机染料、和/或C60分子、和/或其他小分子、微晶硅电池结构、分散 在有机基体内的随机放置的无机材料的纳米棒(nanorod)和/或四针 状结构(tetrapods)、基于量子点的电池或上述的组合。这种电池类
18型的许多都可以在柔性基板上制造。
此外，浓度、数量和其他数值数据在此处也可以表示为范围格式。 可知，这种范围格式仅是为了方便与简便而使用，而且可以灵活地解 释为不仅明确说明了作为范围限制的数值，而且，如果每个数值和子 范围被明白地解释，则也包含了所有单独数值或在包含在该范围内的
所有子范围。例如，约lnm 约200nm的厚度范围可以被解释为不 仅包含了对约lnm 约200nm所限制范围的明确说明，也包含单独 的尺寸，例如但不限于2nm、 3nm、 4nm、以及子范围例如10nm ~ 50nm、 20nm 100nm等。
本申请在此处所讨论或引用的公开出版物是由于其先于本申请 的申请日而提供的。此处的任何记载都不应被理解为由于在先发明的 存在而使本发明不能被授权。另外，
公开日可能与实际公开的日期不 同，可能需要单独确认。此处所记载的所有出版物被结合于此并引用， 以公开并阐明本申请所说明的结构和/或方法。
虽然上述是本发明优选实施方式的完整说明，但是、可以使用各 种替代、变更和等价物。因此，本发明的范围不是参考上述记载而确 定的，而是由附加的权利要求及其全部等价物而确定的。无论是否提 及，任何特征都可以与其他特征相结合。除了特别指明之外，在所附 的权利要求中，不定冠词"A"或"An，，代表该冠词之后条目的数量为一 个或多个。所附加的权利要求不应被解释为包含方法加功能的限定， 除非这种限定使用"用于…的装置"的语句在权利要求中明确限定。
权利要求
1. 一种太阳能电池模块，包括以大致平坦的方式配置的一个或多个光生伏打电池、即PV电池，每个太阳能电池具有前侧与背侧，其中一个或多个PV电池被配置为在光照射到前侧上时产生电压；在光生伏打电池上方的一个或多个大致透明的材料层；和在光生伏打电池下方的一个或多个材料层。
2. —种太阳能电池模块，包括以大致平坦的方式设置的一个或多个光生伏打电池、即PV电池， 每个太阳能电池具有前侧与背侧，其中一个或多个PV电池被配置为 当光照射到前侧上时产生电压；和支撑一个或多个PV电池的刚性背板，使得该背板从背侧提供结 构支撑，其中刚性背板包括具有多个空腔的结构部件。
3. 根据权利要求2所述的太阳能电池模块，还包括设置在刚 性背板与一个或多个PV电池之间的密封背膜。
4. 根据权利要求2所述的太阳能电池模块，还包括前密封剂， 其中太阳能电池模块设置在前密封剂与刚性背板之间。
5. 根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中背板由可机 械加工的材料制成。
6. 根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中结构部件使 用从塑料、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯泡沫塑料、混凝土、金属、 钢、铜、铝、碳纤维、凯芙拉、木材、胶合板、纤维板、以及具有与 上述材料相似范围的弹性或压缩特性的其他材料的组中所选择的一 种或多种材料制成。
7. 根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中结构部件是 金属丝布、穿孔材料、铸模材料、玻璃纤维加固塑料框架或包含但不 仅限于网型钢板、GP未抛光低碳钢的网型材料、以及它们和/或相关 材料的组合的形式。
8. 根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中结构部件包 括蜂窝材料，其中空腔以蜂窝通道的形式贯通整个背板厚度。
9. 根据权利要求8所述的太阳能电池模块，其中蜂窝通道的 尺寸为约1/32" ~约12"。
10. 根据权利要求8所述的太阳能电池模块，其中蜂窝材料的 厚度为约1/32" ~约12"。
11. 根据权利要求8所述的太阳能电池模块，其中蜂窝材料的 厚度为约1/4" ~约1/3"。
12. 根据权利要求8所述的太阳能电池模块，其中蜂窝材料的 厚度为约1/8" ~约1/2"。
13. 根据权利要求8所述的太阳能电池模块，还包括贴合到蜂 窝材料的支撑表面上的外皮，使得该外皮将蜂窝材料刚性化。
14. 根据权利要求13所述的太阳能电池模块，其中外皮由纺 织物、塑料板或金属板制成。
15. 根据权利要求14所述的太阳能电池模块，其中蜂窝材料 和外皮由导热材料制成。
16. 根据权利要求8所述的太阳能电池模块，还包括贴合到蜂 窝材料的前支撑表面上的平面元件；和贴合到蜂窝材料的背侧支撑表 面上的第二平面元件，使得蜂窝材料被夹在第一和第二平面元件之 间。
17. 根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中结构部件由 导热材料构成。
18. 根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中 一个或多个 PV电池与背板电绝缘。
19. 根据权利要求18所述的太阳能电池模块，其中结构部件 由金属制成。
20. 根据权利要求19所述的太阳能电池模块，其中该金属为铝。
21. 根据权利要求18所述的太阳能电池模块，其中结构部件为蜂窝材料的形式。
22. 根据权利要求21所述的太阳能电池模块，还包括贴合到 蜂窝材料的支撑表面上的外皮，使得外皮将蜂窝材料刚性化。
23. 根据权利要求22所述的太阳能电池模块，其中该外皮由 电绝缘材料制成。
24. 根据权利要求22所述的太阳能电池模块，其中该外皮由 在导电材料与 一个或多个PV电池间具有绝缘涂层的导电材料制成。
25. 根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中多个空腔包 括占据若干较小空腔的体积的大空腔。
26. 根据权利要求25所述的太阳能电池模块，还包括设置在大 空腔内的接线盒、LED指示器、旁路二极管、变压器、电源变换器、 电路、或冷却元件。
27. 根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中 一个或多个 空腔作为一个或多个PV电池的电线导管。
28. 根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中 一个或多个 空腔作为冷却或加热一个或多个PV电池的导管。
29. 根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中 一个或多个 空腔作为太阳能电池模块的排水导管。
30. 根据权利要求2所述的太阳能电池模块，还包括沿结构部件 的边缘连接的边缘加固部件。
31. 根据权利要求30所述的太阳能电池模块，其中该边缘加 固部件包括长方块或u形槽。
32. 根据权利要求30所述的太阳能电池模块，其中该边缘加 固部件包括被配置以便于太阳能电池模块的安装的一个或多个孔。
33. 根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中该太阳能电 池模块具有使太阳能电池模块与其他相应形状的太阳能电池模块互 连的拼图形状。
34. 根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中背板的边缘 被配置以提供与相应配置的太阳能电池模块的重叠或互锁连接部。
35. 根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中背板的边缘包含使一个或多个PV电池便于与另一个太阳能电池模块中的其他PV电池电互连的一个或多个电连接件。
36. —种安装一个或多个光生伏打电池、即PV电池的方法，包括以下步骤以大致平坦的方式设置一个或多个PV电池，其中每个PV电池具有前侧与背侧，该一个或多个光生伏打电池被配置为在光照射到前侧上时产生电压；和将刚性背板贴合到该一个或多个PV电池上，使得背板从背侧提供结构支撑，该背板包括具有多个空腔的结构部件。
37. 根据权利要求36所述的方法，其中结构部件包括蜂窝材料，其中空腔具有蜂窝通道贯通背板厚度的形式。
38. 根据权利要求37所述的方法，还包括将外皮贴合到蜂窝材料的支持表面上，使得该外皮将蜂窝材料刚性化。
39. 根据权利要求36所述的方法，还包括使用一个或多个空腔作为一个或多个PV电池的电线导管。
40. 根据权利要求36所述的方法，还包括使用一个或多个空腔作为一个或多个PV电池的冷却或加热导管。
41. 根据权利要求36所述的方法，其中该方法还包括使用一个或多个空腔作为排水导管。
42. 根据权利要求36所述的方法，还包括在结构部件中形成占据若干较小空腔的体积的大空腔的步骤，其中大空腔在背板中提供多功能空腔。
43. 根据权利要求42所述的方法，还包括在大空腔内设置接线盒、LED指示器、旁路二极管、变压器、电源变换器、电路、或冷却元件。
44. 根据权利要求36所述的方法，还包括沿结构部件的边缘连接边缘加固部件。
45. —种安装一个或多个光生伏打电池、即PV电池的方法，包括以下步骤以大致平坦的方式设置一个或多个PV电池，每个PV电池具有前侧和背侧，该一个或多个光生伏打电池被配置为在光照射到前侧上时产生电压；和提供背板，其中背板为导热背板。
46. 根据权利要求45所述的方法或根据权利要求1所述的模块，其中该背板位于PV电池下方。
47. 根据权利要求45所述的方法或根据权利要求1所述的模块，其中该背板包含一种或多种下列材料金属、金属合金、铜、铝、钢、铁、不锈钢、锡、和/或它们的组合。
48. 根据权利要求45所述的方法或根据权利要求1所述的模块，其中该背板为大致平坦的导热材料薄板。
49. 根据权利要求45所述的方法或根据权利要求1所述的模块，其中该背板为以下一种或多种材料的大致平坦的薄板金属、金属合金、铜、铝、钢、铁、不锈钢、锡和/或它们的组合。
50. 根据权利要求45所述的方法或根据权利要求1所述的模块，其中还包括设置在背板与该一个或多个PV电池之间的密封剂背膜。
全文摘要
一种太阳能电池模块及其安装方法。太阳能电池模块包括以大致平坦的方式设置的一个或多个光生伏打(PV)电池。每个PV电池具有前侧与背侧。背板可以贴合到PV电池上，使得背板从背侧提供结构支撑。背板可以包括具有多个空腔的结构部件。可选地，背板可以由导热材料构成。
文档编号H02N6/00GK101506995SQ200680043699
公开日2009年8月12日 申请日期2006年10月3日 优先权日2005年10月3日
发明者C·艾博斯帕彻, J·雷拉格, P·卡普斯 申请人:纳米太阳能公司