專利名稱：晶硅電池的半柔性封裝方法及采用該方法所制備的光伏組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶硅光伏產(chǎn)品領(lǐng)域，具體地說是涉及一種以晶體硅，包括單晶硅和多晶硅的電池片封裝成半柔性可折疊的光伏組件產(chǎn)品的一種封裝方法及采用該方法制備的光伏組件。
背景技術(shù)：
太陽能電池廣泛應(yīng)用于通信衛(wèi)星供電、離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)等領(lǐng)域，主要包括晶體硅電池、薄膜電池和其他新型電池。用于太陽能發(fā)電的晶體硅電池組件是把晶體硅太陽能電池按照一定的形式排列起來并進(jìn)行電的連接，然后利用玻璃、密封劑、背板等封裝材料層壓在一起而成的一種光伏發(fā)電產(chǎn)品。這種組件產(chǎn)品質(zhì)量比較重，面積大，不便于攜帶。在某些使用便攜電子設(shè)備(如野外勘探設(shè)備、野外通訊設(shè)備、野外偵查設(shè)備、野外娛樂設(shè)備等)的情況下，需要一種便攜式的光伏電源隨時隨地為其供電，這種光伏產(chǎn)品應(yīng)該質(zhì)量輕、體積小、攜帶方便。然而，眾所周知，晶硅電池片彎曲率很小且易碎，不能做成柔性產(chǎn)品。目前市場上的光伏便攜組件產(chǎn)品主要利用沉積在柔性襯底上的非晶硅及CIGS薄膜電池封裝而成。由于電池本身就是柔性的，所以封裝技術(shù)難度不大，容易實(shí)現(xiàn)。這些適用于柔性薄膜電池的設(shè)計和封裝方法不適用于剛性不可彎曲的晶硅電池片。有人利用“布基封裝”的方式，把預(yù)先制成的小單元模塊用粘結(jié)膠粘結(jié)布上，形成可以折疊的晶硅電池板柔性組件。但是這種工藝方法制成的組件密封效果不好，產(chǎn)品在受到濕氣或者高壓侵蝕時，粘結(jié)膠容易開裂使組件脫層，從而易發(fā)生危險和失效，大大影響產(chǎn)品的可靠性和壽命，外觀不平整美觀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種利用不可折疊的剛性晶硅電池片制成可折疊的半柔性可折疊晶硅光伏組件的方法。本發(fā)明所要解決的第二技術(shù)問題是克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種利用不可折疊的剛性晶硅電池片制成可折疊的半柔性可折疊晶硅光伏組件。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種晶硅電池的半柔性封裝方法，包括以下步驟I)單元模塊的制備在剛性背板上依次鋪設(shè)封裝材料、光電發(fā)電單元、封裝材料和透明的前板材料，之后利用層壓工藝把層疊件層壓形成單元模塊，其中，所述的光電發(fā)電單元為單個電池片或者按照設(shè)定的電路設(shè)計連接在一起的多個電池片；2)裁剪兩塊布,將其中一塊以一定間隔裁切若干個窗口，窗口尺寸比單兀模塊的尺寸要小但比單元模塊上的光電發(fā)電單元部分的尺寸略大以免遮擋電池片；
3)將封裝材料鋪設(shè)在帶窗口的布上并裁掉窗口處的封裝材料，再將單元模塊對準(zhǔn)窗口位置放置，然后將單元模塊采用柔軟的導(dǎo)電材料按預(yù)定電路進(jìn)行電連接；4)在彼此電連接的單元模塊之上再依次層疊封裝材料和布，穿出電極引線，在封裝材料的最佳層壓溫度下層壓得到可折疊的光伏組件半成品；5)對半成品進(jìn)行削邊處理并安裝帶有控制電路的接線盒，制得可折疊的半柔性光伏組件。其中布的窗口裁切方式即決定了折疊方式，一般為方形單兀模塊和方形窗口，在存儲時可直接折疊，當(dāng)然可以設(shè)計復(fù)雜的折疊方式，只需將窗口位置和形狀以及單元模塊的形狀進(jìn)行設(shè)計即可，即本發(fā)明中窗口部的窗口位置、形狀大小可按折疊和使用需求任意設(shè)計。優(yōu)選地，所述的步驟I)中所述的單元模塊包括多塊間隔設(shè)置的剛性背板，制備時首先將剛性背板按預(yù)定間隔和規(guī)律排布，然后在其上鋪設(shè)可覆蓋所有剛性背板的封裝材料，在封裝材料之上與每塊剛性背板對應(yīng)地放置光電發(fā)電單元，將光電發(fā)電單元進(jìn)行預(yù)定電連接后，在其上依次鋪設(shè)封裝材料和透明的前板材料，之后利用層壓工藝把層疊件層壓形成單元模塊。把單元模塊也可以進(jìn)行子單元化，這多個子單元之間利用柔軟透明的封裝材料和前板材料連接制得“半剛性單元模塊”，并用柔軟的導(dǎo)電材料按預(yù)定電路進(jìn)行電連接，這能夠使單元模塊本身具有一定的柔性，從而提高整個單元模塊的機(jī)械柔韌性。優(yōu)選地，在所述的步驟3)為將裁切出窗口的布和封裝材料對應(yīng)鋪設(shè)在一起并低溫層壓粘結(jié)，層壓結(jié)束后裁剪掉各個窗口處的封裝材料，再將單元模塊對準(zhǔn)窗口位置后再次低溫層壓粘合，然后將單元模塊采用柔軟的導(dǎo)電材料按預(yù)定電路進(jìn)行電連接。其中所述的低溫層壓一般是指在60-100°C下層壓，根據(jù)原材料布等的規(guī)格型號調(diào)整實(shí)際層壓溫度， 以免出現(xiàn)不良半成品。將窗口布和封裝材料低溫層壓(也叫預(yù)壓)是防止由于封裝材料在高溫熔化后的流動造成的布的褶皺，第二次低溫層壓目的是為了保證單元模塊和窗口的對位準(zhǔn)確，將帶有窗口的封裝材料疊放在窗口布上，可以提高效率，同時避免裁切時對窗口周邊布的破壞。優(yōu)選地，在所述的步驟I和步驟4之后有EL測試步驟，增加EL測試，可排查是否有裂片、隱裂、黑斑等缺陷，避免次品出現(xiàn)。優(yōu)選地，所述的前板材料為柔性透明薄膜材料，其包括透明PET、FEP、ETFE等任何柔性透明薄膜材料。優(yōu)選地，所述的封裝材料為EVA、有機(jī)硅膠(Silicone)或PVB，根據(jù)晶硅電池片的特性和加工方法可選擇的不同的封裝材料。優(yōu)選地，所述的剛性背板為環(huán)氧板、玻璃、具有預(yù)定電路圖形的敷銅PCB板、或其它任何較輕且能夠耐受165°C以上高溫的剛性材料。背板采用剛性材料，其主要目的是保護(hù)光電發(fā)電單元，防止其折疊或使用時引起其破損。優(yōu)選地，所述的電池片可以是5寸單晶硅電池片，6寸單晶硅電池片，6寸多晶硅電池片，也可以是它們按照任何形式分割切片而成；電池片可以是正負(fù)電極分別在電池片兩面的普通電池片，也可以是正負(fù)電極均在背面的高效背接觸電池片，單元模塊間、單元模塊的子模塊間及各單元模塊上的電池之間可以是串聯(lián)、并聯(lián)連接或串并混連，每個單元模塊的電池片的數(shù)量、間距以及單元模塊的形狀可按設(shè)計需求任意設(shè)置。
優(yōu)選地，所述的布為帶有防水涂層的布、不帶防水涂層布、迷彩布或花布。一種使用權(quán)利要求1-9任一項的半柔性封裝方法制備的光伏組件。要利用晶硅電池做成便攜電源，唯一的方法就是把產(chǎn)品設(shè)計成可折疊的產(chǎn)品，這樣，折疊起來之后，產(chǎn)品的體積變小，而且由于晶硅電池的光電轉(zhuǎn)換效率較高，所以制成的產(chǎn)品重量也較輕(即單位功率的重量較輕)。本發(fā)明將一定數(shù)量的晶硅電池片作為單元，封裝成硬襯的小單元模塊，再將這些單元模塊用柔軟的布、封裝材料、和柔軟的導(dǎo)線封裝成一體，柔軟的封裝材料可以折疊，硬性襯底也可以保護(hù)電池片。利用這種技術(shù)制成的產(chǎn)品的特點(diǎn)是可折疊、半柔性(晶硅電池片易碎，電池片所在的部分不可做成柔性)、質(zhì)量輕、體積小和攜帶方便。本發(fā)明利用剛性的晶硅電池片，通過先把電池片封裝成為剛性的單元模塊或半剛性單元模塊，利用單元模塊和柔性封裝材料，通過設(shè)置合理布局和間隔制備成半柔性可折疊組件，其中包括采用低溫層壓工藝封裝的產(chǎn)品比普通的利用粘結(jié)膠把單元模塊粘接在布上的方法制備的產(chǎn)品具備可靠性高、密封性好、外觀美觀的特點(diǎn)，使產(chǎn)品的性能、可靠性與壽命等得到大幅提高；利用本發(fā)明提出的方法，制備的半柔性可折疊光伏組件產(chǎn)品，填補(bǔ)了晶硅光伏產(chǎn)品領(lǐng)域的技術(shù)與產(chǎn)品的空白。這種產(chǎn)品可以具有不同的功率、不同的尺寸和外觀。


圖I所示為本發(fā)明第一實(shí)施例的單元模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所示為本發(fā)明第一實(shí)施例的單元模塊結(jié)構(gòu)截面示意圖；圖3所示為本發(fā)明第一實(shí)施例的半柔性光伏組件結(jié)構(gòu)示意圖；圖4所示為本發(fā)明第三實(shí)施例的單元模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明第一實(shí)施例I、單元模塊層壓選用2. 78W的5寸單晶硅電池片，利用激光劃片將每塊電池片平均分為兩塊經(jīng)過顏色分選和檢驗(yàn)，挑選出合格的電池片，利用鍍錫銅帶串聯(lián)連接起來構(gòu)成光電發(fā)電單元30，然后如圖I和圖2所示，按照順序從下到上鋪設(shè)環(huán)氧板(PCB板)33、 EVA32、受光面朝上的光電發(fā)電單元30、EVA32、作為前板材料的ETFE31，然后在層壓溫度 142攝氏度下將其層壓成制成的單元模塊3，尺寸為273mmX 283mm。2、EL測試檢查單元模塊是否有裂片、隱裂、黑斑、錯位、層錯等缺陷。3、組件鋪設(shè)準(zhǔn)備裁剪兩塊1790mmX360mm的迷彩布。在其中一塊布上按照圖3所示設(shè)計裁剪出5個窗口，窗口尺寸為263mmX258mm。將窗口布I和EVA2在層壓溫度90攝氏度下低溫層壓在一起，切去窗口部分的EVA2，再將單元模塊3放在窗口位置，再次低溫層壓在一起，然后將單元模塊用柔軟的鍍錫的編織銅線4串聯(lián)起來，測試連接線是否連接好。4、組件鋪設(shè)從下到上的順序是花型面朝下的布6、EVA5、步驟3中的粘有單元模塊的復(fù)合件。5、組件層壓穿出引出線，最終層壓。
6、組件切邊用美工刀，按照要求的尺寸切去邊緣。7、EL測試檢查層壓好的組件電池片是否有裂片、隱裂等缺陷。8、功率測試測試組件前先用標(biāo)片標(biāo)定，達(dá)到標(biāo)片的校準(zhǔn)值后，繼續(xù)測量5次看儀器的穩(wěn)定性，5次測量值之差< O. 2W。組件同樣測試5次，取平均值，5次測量值之差 (O. 219、安裝接線盒在組件接線盒位置打孔，焊接穩(wěn)壓模塊，安裝上接線盒，清潔組件， 制備完成。第二實(shí)施例I、單元模塊層壓選用2. 78W的5寸單晶硅電池片，利用激光劃片將每塊電池片平均分為兩塊經(jīng)過顏色分選和檢驗(yàn)，挑選出合格的電池片，利用鍍錫銅帶串聯(lián)連接起來構(gòu)成光電發(fā)電單元，按照順序從下到上鋪設(shè)玻璃板、PVB、受光面朝上的光電發(fā)電單元、PVB, 作為前板材料的FEP，然后在層壓溫度162攝氏度下將其層壓成制成的單元模塊，尺寸為2、EL測試檢查單元模塊是否有裂片、隱裂、黑斑、錯位、層錯等缺陷。3、組件鋪設(shè)準(zhǔn)備裁剪兩塊1790mmX360mm的花布。在其中一塊布上按照設(shè)計裁剪出5個窗口，窗口尺寸為263mmX258mm。將窗口布和PVB依次疊放并切去窗口部分的 PVB，再將單元模塊受光面朝下放在窗口位置，然后將單元模塊用柔軟的鍍錫的編織銅線串聯(lián)起來，測試連接線是否連接好。4、組件鋪設(shè)連接完畢后在單元模塊之上依次鋪設(shè)PVB和花型面朝上的布。5、組件層壓穿出引出線，最終層壓。6、組件切邊用美工刀，按照要求的尺寸切去邊緣。7、EL測試檢查層壓好的組件電池片是否有裂片、隱裂等缺陷。8、功率測試測試組件前先用標(biāo)片標(biāo)定，達(dá)到標(biāo)片的校準(zhǔn)值后，繼續(xù)測量5次看儀器的穩(wěn)定性，5次測量值之差< O. 2W。組件同樣測試5次，取平均值，5次測量值之差 (O. 219、安裝接線盒在組件接線盒位置打孔，焊接穩(wěn)壓模塊，安裝上接線盒，清潔組件， 制備完成。第三實(shí)施例I、單元模塊層壓選用2. 78W的5寸單晶硅電池片，利用激光劃片將每塊電池片平均分為兩塊經(jīng)過顏色分選和檢驗(yàn)，挑選出合格的電池片，利用鍍錫銅帶串聯(lián)連接起來構(gòu)成光電發(fā)電單元，如圖4所示，按照順序從下到上鋪設(shè)四塊間隔地整齊排列的環(huán)氧板300、可覆蓋四塊環(huán)氧板的有機(jī)硅膠片狀薄膜以及分別與所述的四塊環(huán)氧板300上下對應(yīng)且受光面朝上的四塊光電發(fā)電單元330，然后將所述四塊電光發(fā)電單元330串聯(lián)連接，并在其上繼續(xù)鋪設(shè)有機(jī)硅膠膠片狀薄膜和作為前板材料的PET，然后在層壓溫度155攝氏度下將其層壓成制成的單元模塊，尺寸為283mmX293mm。2、EL測試檢查單元模塊是否有裂片、隱裂、黑斑、錯位、層錯等缺陷。3、組件鋪設(shè)準(zhǔn)備裁剪兩塊1790mmX360mm的花布。在其中一塊布上按照設(shè)計裁剪出5個窗口，窗口尺寸為273_X268mm。將窗口布和有機(jī)硅膠依次疊放并切去窗口部分的有機(jī)硅膠，再將單元模塊受光面朝下放在窗口位置，然后將單元模塊用柔軟的鍍錫的編織銅線串聯(lián)起來，測試連接線是否連接好。4、組件鋪設(shè)連接完畢后在單元模塊之上依次鋪設(shè)有機(jī)硅膠和花型面朝上的布。5、組件層壓穿出引出線，最終層壓。6、組件切邊用美工刀，按照要求的尺寸切去邊緣。7、EL測試檢查層壓好的組件電池片是否有裂片、隱裂等缺陷。8、功率測試測試組件前先用標(biāo)片標(biāo)定，達(dá)到標(biāo)片的校準(zhǔn)值后，繼續(xù)測量5次看儀器的穩(wěn)定性，5次測量值之差< O. 2W。組件同樣測試5次，取平均值，5次測量值之差 (O. 219、安裝接線盒在組件接線盒位置打孔，焊接穩(wěn)壓模塊，安裝上接線盒，清潔組件， 制備完成。用本發(fā)明的封裝工藝制作的光伏組件，經(jīng)過400h的高溫高濕實(shí)驗(yàn)，功率衰退僅為
I.3%，組件沒有脫色變黃，沒有分層；經(jīng)過168h的紫外老化試驗(yàn)，功率衰退2. 83%，組件沒有脫色變黃現(xiàn)象；干絕緣測試1.51^，11^11，漏電流4.544。實(shí)驗(yàn)證明，利用其制作的組件符合使用標(biāo)準(zhǔn)。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，如迷彩布窗口的形狀改進(jìn)，或者剛性襯底材料的改進(jìn)，換成質(zhì)量輕的剛性襯底，使組件更便攜，或者改進(jìn)前板材料，使組件單位面積功率提高，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種晶硅電池的半柔性封裝方法，其特征在于包括以下步驟1)單元模塊的制備在剛性背板上依次鋪設(shè)封裝材料、光電發(fā)電單元、封裝材料和透明的前板材料，之后利用層壓工藝把層疊件層壓形成單元模塊，其中，所述的光電發(fā)電單元為單個電池片或者按照設(shè)定的電路設(shè)計連接在一起的多個電池片；2)裁剪兩塊布，將其中一塊以一定間隔裁切若干個窗口，窗口尺寸比單元模塊的尺寸要小但比單元模塊上的光電發(fā)電單元部分的尺寸略大以免遮擋電池片；3)將封裝材料鋪設(shè)在帶窗口的布上并裁掉窗口處的封裝材料，再將單元模塊對準(zhǔn)窗口位置放置，然后將單元模塊采用柔軟的導(dǎo)電材料按預(yù)定電路進(jìn)行電連接；4)在彼此電連接的單元模塊之上再依次層疊封裝材料和布，穿出電極引線，在封裝材料的最佳層壓溫度下層壓得到可折疊的光伏組件半成品；5)對半成品進(jìn)行削邊處理并安裝帶有控制電路的接線盒，制得可折疊的半柔性光伏組件。
2.如權(quán)利要求I所述的半柔性封裝方法，其特征在于所述的步驟I)中所述的單元模塊包括多塊間隔設(shè)置的剛性背板，制備時首先將剛性背板按預(yù)定間隔和規(guī)律排布，然后在其上鋪設(shè)可覆蓋所有剛性背板的封裝材料，在封裝材料之上與每塊剛性背板對應(yīng)地放置光電發(fā)電單元，將光電發(fā)電單元進(jìn)行預(yù)定電連接后，在其上依次鋪設(shè)封裝材料和透明的前板材料，之后利用層壓工藝把層疊件層壓形成單元模塊。
3.如權(quán)利要求I或2所述的半柔性封裝方法，其特征在于在所述的步驟3)為將裁切出窗口的布和封裝材料對應(yīng)鋪設(shè)在一起并低溫層壓粘結(jié)，層壓結(jié)束裁剪掉各個窗口處的封裝材料，再將單元模塊對準(zhǔn)窗口位置后再次低溫層壓粘合，然后將單元模塊采用柔軟的導(dǎo)電材料按預(yù)定電路進(jìn)行電連接。
4.如權(quán)利要求I或2所述的半柔性封裝方法，其特征在于在所述的步驟I)和步驟4) 之后有EL測試步驟。
5.如權(quán)利要求I或2所述的半柔性封裝方法，其特征在于所述的封裝材料為熱熔性材料，為EVA、有機(jī)硅膠(Silicone)或PVB。
6.如權(quán)利要求I或2所述的半柔性封裝方法，其特征在于所述的剛性背板為環(huán)氧板、 玻璃或具有預(yù)定電路圖形的敷銅PCB板。
7.如權(quán)利要求I或2所述的半柔性封裝方法，其特征在于所述的電池片為串聯(lián)連接、 并聯(lián)連接或串并混聯(lián)連接。
8.如權(quán)利要求I或2所述的半柔性封裝方法，其特征在于所述的布為帶有防水涂層的布、不帶防水涂層布、迷彩布或花布。
9.如權(quán)利要求I或2所述的半柔性封裝方法，其特征在于所述的光電發(fā)電元件可以是5寸單晶硅電池片、6寸單晶硅電池片、6寸多晶硅電池片或按不同的比例激光切割或者機(jī)械切割制備的更小的片。
10.一種使用權(quán)利要求1-9任一項的半柔性封裝方法制備的光伏組件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種晶硅電池的半柔性封裝方法，包括以下步驟1)單元模塊的制備2)裁減兩塊布，將其中一塊以一定間隔裁切若干個窗口；3)將封裝材料鋪設(shè)在帶窗口的布上并裁掉窗口處的封裝材料，再將單元模塊對準(zhǔn)窗口位置放置，然后將單元模塊采用柔軟的導(dǎo)電材料按預(yù)定電路進(jìn)行電連接；4)在彼此電連接的單元模塊之上再依次層疊封裝材料和布，穿出電極引線，在封裝材料的最佳層壓溫度下層壓得到可折疊的光伏組件。同時還公開了使用上述方法所制備的光伏組件。本發(fā)明利用剛性的晶硅電池片產(chǎn)品具備可靠性高、密封性好、外觀美觀的特點(diǎn)，使產(chǎn)品的性能、可靠性與壽命等得到大幅提高。
文檔編號H01L31/048GK102593254SQ201210047700
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者于振瑞, 宋春俠, 王瑞奇, 龔振衛(wèi) 申請人:天津力神電池股份有限公司