一種帶藝術(shù)圖案的透光薄膜太陽能組件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶藝術(shù)圖案的透光薄膜太陽能組件及其制造方法，它由藝術(shù)圖案板、鍍膜電池玻璃、接線盒、透明PVB/有機硅/聚烯烴/EVA膜與透明玻璃或透明背板有機材料組成；其主要工藝流程是：玻璃上鍍膜、制作藝術(shù)不干貼紙、粘貼藝術(shù)不干貼紙、刻劃發(fā)電膜層和背電極、貼附匯流材料、制備藝術(shù)太陽能電池組件；本發(fā)明不添加其它物質(zhì)和材料在組件內(nèi)部，不對電池膜層進(jìn)行化學(xué)處理，而是通過在玻璃非鍍膜面粘貼一層呈現(xiàn)出藝術(shù)圖案、分成透明和不透光兩個區(qū)域的單面不干膠貼紙這樣一種簡單的方式，再用一套簡單、易編程的激光劃刻方案，對電池膜層進(jìn)行劃刻，即可將藝術(shù)圖案直接成形在薄膜電池上。
【專利說明】一種帶藝術(shù)圖案的透光薄膜太陽能組件及其制造方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及一種新型的薄膜太陽能電池組件加工方法，可用于加工透光薄膜太陽能組件，其目的是在保證薄膜組件的發(fā)電性和透光性的同時，提高組件的藝術(shù)裝飾性和外觀美化功能。
[0002]【背景技術(shù)】:
太陽能組件與建筑相結(jié)合的應(yīng)用(建筑光伏一體化，BIPV)日益廣泛，僅可以取代傳統(tǒng)的建筑幕墻和窗戶，還可作為一種無污染的可再生能源，成為繼太陽能電站、太陽能應(yīng)用型產(chǎn)品之外的又一大市場需求。太陽能組件在建筑幕墻和窗戶上的應(yīng)用，不僅要提供電能、以部分滿足建筑內(nèi)工業(yè)和辦公活動的需要，而且必須具有一定的透光效果。在這一點上，薄膜太陽能組件比晶硅組件更能實現(xiàn)均勻、可調(diào)的透光效果，因此成為BIPV的發(fā)展熱點。薄膜太陽能電池組件的基本結(jié)構(gòu)由室外到室內(nèi)依次為高透光性前板玻璃、鍍在前板玻璃上的電池膜層(透明前電極導(dǎo)電膜、Si基/CIGS/CdTe發(fā)電膜層和背電極導(dǎo)電膜)、PVB/有機硅/聚烯烴(TPO)膜等有機膠片、浮法玻璃或者有機背板材料組成。
[0003]目前市場上制成透光薄膜太陽能組件主要有兩種方法，第一種是調(diào)節(jié)薄膜太陽能電池的厚度和結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)半透明的發(fā)電膜層，在輔加透明膠片和透明背板材料，從而使整個組件實現(xiàn)均勻、連續(xù)的透光效果；另一種是采用激光劃刻的方式，去除薄膜電池上部分區(qū)域的發(fā)電膜層和背電極材料，只保留透明的前電極導(dǎo)電膜，從而使組件實現(xiàn)條紋相間的透光效果。這兩種方式都可以不破壞組件的發(fā)電性能，但在外觀上均顯單調(diào)，缺乏藝術(shù)性和美化功能。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是在太陽能組件的透光薄膜上附帶藝術(shù)圖案，提供一種帶藝術(shù)圖案的透光薄膜太陽能組件及其制造方法。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)其發(fā)明目的:一種帶藝術(shù)圖案的透光薄膜太陽能組件及其制造方法，它由藝術(shù)圖案板1、鍍膜電池玻璃2、接線盒3、透明PVB/有機硅/聚烯烴/EVA膜4與透明玻璃或透明背板有機材料5組成；其主要工藝流程是:玻璃上鍍膜16、制作藝術(shù)不干貼紙17、粘貼藝術(shù)不干貼紙18、刻劃發(fā)電膜層和背電極19、貼附匯流材料20、制備藝術(shù)太陽能電池組件21 ；
玻璃上鍍膜16:首先采用行業(yè)通用的方法，在清洗檢測后的超白前板玻璃22上鍍上電池膜層材料24就得到鍍膜電池玻璃2，即依次把透明導(dǎo)電膜前電極(化學(xué)氣相沉積法、濺射)，Si基/CIGS/CdTe發(fā)電膜層(PECVD，共蒸法和進(jìn)空間升華法)和導(dǎo)電膜背電極(化學(xué)氣相沉積法、濺射、熱蒸鍍)鍍。目前，前電極材料為透明導(dǎo)電金屬氧化物(TC0)，背電極為金屬膜層(比如金屬鑰Mo)或亦為TCO膜層；
制作藝術(shù)不干貼紙17:制備形狀為所需藝術(shù)圖案板I的單面不干膠貼紙，貼紙的基材不透明、具有一定顏色，比如白色或深色，貼紙的單面不干膠不易固化，且很容易再從玻璃上揭剝下來。另一種方法是，制備與藝術(shù)圖案透光效果相同的整張不干膠貼紙，不透光區(qū)域的貼紙采用帶顏色、不透明的基材，透光區(qū)域的貼紙具有很高的透明度； 粘貼藝術(shù)不干貼紙18:在前板玻璃的非鍍膜面上，粘貼上具有藝術(shù)圖案板I的單面不干膠貼紙，或是與藝術(shù)圖案透光效果相同的整張不干膠貼紙，保證貼紙的平整與完整；
刻劃發(fā)電膜層和背電極19:把貼完貼紙的鍍膜前板玻璃放置于激光劃刻的腔室內(nèi)，非鍍膜面(即貼紙面)朝向激光頭。激光從前板玻璃的非鍍膜面入射，以一定光斑大小聚焦在發(fā)電膜層上，沿著垂直于薄膜電池死區(qū)、平行于組件邊緣的方向，把發(fā)電膜層和背電極導(dǎo)電膜劃刻掉，劃刻掉的物質(zhì)用真空泵抽吸走。在垂直于薄膜電池死區(qū)的方向上，激光每隔一定距離劃刻一道，周而反復(fù)，從而使劃刻區(qū)域的膜層具有了透光效果?？刹捎枚鄠€激光頭同時工作，提高加工效率；適用的激光波長為530-540nm綠光，光斑大小為0.05-0.4mm,單道激光的能量與光斑大小、發(fā)電膜層/背電極材料的種類和厚度相關(guān)，范圍在0.5W-5W ;遇到貼紙的不透光區(qū)域，激光無法穿透，從而保留了完整的發(fā)電膜層；而在貼紙的透明區(qū)域，激光可穿透貼紙、劃刻掉發(fā)電膜層和背電極導(dǎo)電膜，只保留透明前電極導(dǎo)電膜。如此，貼紙上藝術(shù)圖案的輪廓線內(nèi)外具有了不一樣的透光效果，從而將藝術(shù)圖案表現(xiàn)出來；通過調(diào)節(jié)藝術(shù)圖案的面積、激光劃刻線的間距和激光光斑的大小，可實現(xiàn)整個組件不同的透光率；
貼附匯流材料20:已經(jīng)劃刻出藝術(shù)圖案的薄膜太陽能電池，在正負(fù)極電池貼附匯流導(dǎo)電材料，比如銀膠+導(dǎo)帶，或者導(dǎo)電膠帶，然后再用導(dǎo)帶將正負(fù)極引出來；
制備藝術(shù)太陽能電池組件21:鋪設(shè)透明PVB/有機硅/聚烯烴/EVA膜4等有機膠片，再鋪設(shè)透明玻璃或透明背板有機材料5，經(jīng)過真空或高壓層壓，再安裝接線盒3，制備成帶有藝術(shù)圖案的透光薄膜太陽能電池組件；如果使用透明EVA，需配合邊緣密封膠，以改善其防水性；如果使用透明PVB，背板只能采用透明玻璃。
[0006]由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明較好的實現(xiàn)了其發(fā)明目的，其特點是不添加其它物質(zhì)和材料在組件內(nèi)部，不對電池膜層進(jìn)行化學(xué)處理，而是通過在玻璃非鍍膜面粘貼一層呈現(xiàn)出藝術(shù)圖案、分成透明和不透光兩個區(qū)域的單面不干膠貼紙這樣一種簡單的方式，再用一套簡單、易編程的激光劃刻方案，對電池膜層進(jìn)行劃刻，即可將藝術(shù)圖案直接成形在薄膜電池上。
[0007]【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1表示具有藝術(shù)圖案的透光薄膜太陽能電池組件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2表不非晶/微晶娃薄膜疊層電池剖面不意圖。
[0009]圖3表示具有不透光藝術(shù)圖案的透光薄膜太陽能電池組件示意圖。
[0010]圖4表示具有透光藝術(shù)圖案的透光薄膜太陽能電池組件示意圖。
[0011]圖5表示帶有藝術(shù)圖案的薄膜太陽能電池組件的主要工藝流程示意圖。
[0012]圖6表示帶有藝術(shù)圖案的薄膜太陽能電池組件的制作過程重要步驟示意圖。
[0013]附圖標(biāo)記說明見說明書最后一頁表格。
[0014]【具體實施方式】:
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明方法進(jìn)行進(jìn)一步說明:
實施例1:
由
【發(fā)明內(nèi)容】
可知，一種帶藝術(shù)圖案的透光薄膜太陽能組件及其制造方法，它由藝術(shù)圖案板1、鍍膜電池玻璃2、接線盒3、透明PVB/有機硅/聚烯烴/EVA膜4與透明玻璃或透明背板有機材料5組成；其主要工藝流程是:玻璃上鍍膜16、制作藝術(shù)不干貼紙17、粘貼藝術(shù)不干貼紙18、刻劃發(fā)電膜層和背電極19、貼附匯流材料20、制備藝術(shù)太陽能電池組件21 ； 玻璃上鍍膜16:首先采用行業(yè)通用的方法，在清洗檢測后的超白前板玻璃22上鍍上電池膜層材料24就得到鍍膜電池玻璃2，即依次把透明導(dǎo)電膜前電極(化學(xué)氣相沉積法、濺射)，Si基/CIGS/CdTe發(fā)電膜層(PECVD，共蒸法和進(jìn)空間升華法)和導(dǎo)電膜背電極(化學(xué)氣相沉積法、濺射、熱蒸鍍)鍍。目前，前電極材料為透明導(dǎo)電金屬氧化物(TCO)，背電極為金屬膜層(比如金屬鑰Mo)或亦為TCO膜層；
制作藝術(shù)不干貼紙17:制備形狀為所需藝術(shù)圖案板I的單面不干膠貼紙，貼紙的基材不透明、具有一定顏色，比如白色或深色，貼紙的單面不干膠不易固化，且很容易再從玻璃上揭剝下來。另一種方法是，制備與藝術(shù)圖案透光效果相同的整張不干膠貼紙，不透光區(qū)域的貼紙采用帶顏色、不透明的基材，透光區(qū)域的貼紙具有很高的透明度；
粘貼藝術(shù)不干貼紙18:在前板玻璃的非鍍膜面上，粘貼上具有藝術(shù)圖案板I的單面不干膠貼紙，或是與藝術(shù)圖案透光效果相同的整張不干膠貼紙，保證貼紙的平整與完整；
刻劃發(fā)電膜層和背電極19:把貼完貼紙的鍍膜前板玻璃放置于激光劃刻的腔室內(nèi)，非鍍膜面(即貼紙面)朝向激光頭。激光從前板玻璃的非鍍膜面入射，以一定光斑大小聚焦在發(fā)電膜層上，沿著垂直于薄膜電池死區(qū)、平行于組件邊緣的方向，把發(fā)電膜層和背電極導(dǎo)電膜劃刻掉，劃刻掉的物質(zhì)用真空泵抽吸走。在垂直于薄膜電池死區(qū)的方向上，激光每隔一定距離劃刻一道，周而反復(fù)，從而使劃刻區(qū)域的膜層具有了透光效果?？刹捎枚鄠€激光頭同時工作，提高加工效率；適用的激光波長為530-540nm綠光，光斑大小為0.05-0.4mm,單道激光的能量與光斑大小、發(fā)電膜層/背電極材料的種類和厚度相關(guān)，范圍在0.5W-5W ;遇到貼紙的不透光區(qū)域，激光無法穿透，從而保留了完整的發(fā)電膜層；而在貼紙的透明區(qū)域，激光可穿透貼紙、劃刻掉發(fā)電膜層和背電極導(dǎo)電膜，只保留透明前電極導(dǎo)電膜。如此，貼紙上藝術(shù)圖案的輪廓線內(nèi)外具有了不一樣的透光效果，從而將藝術(shù)圖案表現(xiàn)出來；通過調(diào)節(jié)藝術(shù)圖案的面積、激光劃刻線的間距和激光光斑的大小，可實現(xiàn)整個組件不同的透光率；
貼附匯流材料20:已經(jīng)劃刻出藝術(shù)圖案的薄膜太陽能電池，在正負(fù)極電池貼附匯流導(dǎo)電材料，比如銀膠+導(dǎo)帶，或者導(dǎo)電膠帶，然后再用導(dǎo)帶將正負(fù)極引出來；
制備藝術(shù)太陽能電池組件21:鋪設(shè)透明PVB/有機硅/聚烯烴/EVA膜4等有機膠片，再鋪設(shè)透明玻璃或透明背板有機材料5，經(jīng)過真空或高壓層壓，再安裝接線盒3，制備成帶有藝術(shù)圖案的透光薄膜太陽能電池組件；如果使用透明EVA，需配合邊緣密封膠，以改善其防水性；如果使用透明PVB，背板只能采用透明玻璃。
[0015]實施例2:
玻璃清洗檢測23:準(zhǔn)備1300*1100*3.2mm超白前板玻璃22，透光率要求> 90%,過清洗系統(tǒng)(水洗或有機堿洗)清洗檢測，干燥，待用；
沉積電池膜層25:在超白前板玻璃襯底上鍍非晶/微晶硅疊層電池膜層24，主要有以下步驟:
①采用化學(xué)氣相沉積或者濺射的方法，沉積透明導(dǎo)電膜前電極層9(ΙΤ0、AZO、BZO或FT0),
②使用激光劃刻機對透明導(dǎo)電膜進(jìn)行光刻分塊，形成前電極塊與塊之間相互絕緣的隔離溝槽Pl，
③采用PECVD方法沉積非晶硅頂電池，沉積壓力為50-1000Pa，襯底溫度為150_250°C，在透明導(dǎo)電膜上依次沉積P型非晶硅摻雜層、i本征非晶硅層和η型非晶硅摻雜層，制備出頂電池，
④繼續(xù)采用PECVD在非晶硅頂電池上沉積中間透明反射層，調(diào)節(jié)反射回非晶硅和透射入微晶娃的光線，
⑤繼續(xù)采用PECVD在中間透明反射層背面依次沉積P型微晶硅摻雜層、i本征微晶硅層和η型微晶硅摻雜層，制備出底電池，溫度為180°C _250°C，沉積壓力為130_1000Pa，
⑥使用激光劃刻機對頂電池和底電池膜層進(jìn)行分塊劃刻，形成電池層塊與塊之間相互分隔的溝槽P2，P2與Pl相互平行但不重疊，
⑦采用化學(xué)氣相沉積、物理濺射或熱蒸鍍的方法，在底電池的η層上沉積導(dǎo)電膜背電極層6 (透明導(dǎo)電膜或者金屬背電極)，
⑧使用激光在玻璃襯底上每隔一定距離，劃刻掉除前電極外所有的膜層，形成與Ρ1，Ρ2都平行但不重疊的隔離溝槽Ρ3，Ρ2在Pl和Ρ3的中間，Ρ3分割出一個個電池單元，每個電池單元通過背電池和前電池的搭接相互串聯(lián)，制成串聯(lián)電池組件(如圖2所示)；
用噴墨打印的方法，在整張透明不干膠貼紙上打印出所需藝術(shù)圖案，貼紙可用50-100微米厚高透明度的聚酰亞胺(PI)作為基材，硅酮類粘著劑作為膠層，亦可用50-100微米厚高透明度的聚酯薄膜(PET)作為基材，丙烯酸酯類粘著劑作為膠層。膠面用離心紙進(jìn)行保護(hù)；
粘貼藝術(shù)圖案模板27:把帶有藝術(shù)圖案模板:不干膠類物質(zhì)26貼附在玻璃正面，即非鍍膜面，一邊撕開離心紙，一邊進(jìn)行貼附，輔助以輥輪，避免氣泡產(chǎn)生；
激光劃刻28:把貼好不干膠的鍍膜玻璃送入激光劃刻機，貼膠紙面朝向激光頭，使激光頭沿著與Pl，Ρ2和Ρ3垂直的方向，每隔一定距離整線劃刻掉除前電極之外的所有膜層。適用的激光波長為530-540nm綠光，光斑大小為0.05-0.4mm,單道激光的能量與光斑大小、發(fā)電膜層/背電極材料的種類和厚度相關(guān)，范圍在0.5W-5W.例如，530nm綠光，光斑0.2mm,單道激光的能量為2 W，劃刻線中心線距離為1mm，此時透光區(qū)域的透光比例為20% ；
激光清邊或機械清邊29:鍍膜玻璃出激光劃刻機，對其進(jìn)行激光清邊，或者用噴砂機進(jìn)行清邊，除掉玻璃四周的導(dǎo)電物質(zhì)，保證組件對外不漏電；
匯流、導(dǎo)帶引出31:在電池膜面的正負(fù)極電池貼附匯流導(dǎo)電材料30，然后再用導(dǎo)帶將正負(fù)極引出來；在鍍膜玻璃表面鋪設(shè)透明PVB/有機硅/TPO膜/EVA/透明背板玻璃或者有機材料32 ；
層壓33:將上述疊好的模板進(jìn)行層壓，層壓方法有多種，可采用如下真空預(yù)壓工藝:
a)抽真空,真空度至少應(yīng)為-0.8至-0.9bar,
b)保持真空度，加熱玻璃，層壓溫度設(shè)為150°C，層壓時間為15-20分鐘，
c)冷卻；
安裝接線盒，將正負(fù)極導(dǎo)帶引出端焊接到接線盒上，接線盒四周打密封膠，盒體內(nèi)打灌封膠；測試功率,貼標(biāo)簽。
[0016]以上所述的，是根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的上述實施例還可以做出各種變化。即凡是依據(jù)本發(fā)明申請的權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍。
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種帶藝術(shù)圖案的透光薄膜太陽能組件及其制造方法，其特征是它由藝術(shù)圖案板(I)、鍍膜電池玻璃(2 )、接線盒(3 )、透明PVB/有機硅/聚烯烴/EVA膜(4 )與透明玻璃或透明背板有機材料(5)組成；其主要工藝流程是:玻璃上鍍膜(16)、制作藝術(shù)不干貼紙(17)、粘貼藝術(shù)不干貼紙(18)、刻劃發(fā)電膜層和背電極(19)、貼附匯流材料(20)、制備藝術(shù)太陽能電池組件(21)； 玻璃上鍍膜(16 ):首先采用行業(yè)通用的方法，在清洗檢測后的超白前板玻璃(22 )上鍍上電池膜層材料(24)就得到鍍膜電池玻璃(2)，即依次把透明導(dǎo)電膜前電極(化學(xué)氣相沉積法、濺射)，Si基/CIGS/CdTe發(fā)電膜層(PECVD，共蒸法和進(jìn)空間升華法)和導(dǎo)電膜背電極(化學(xué)氣相沉積法、濺射、熱蒸鍍)鍍；目前，前電極材料為透明導(dǎo)電金屬氧化物(TCO)，背電極為金屬膜層(比如金屬鑰Mo)或亦為TCO膜層； 制作藝術(shù)不干貼紙(17):制備形狀為所需藝術(shù)圖案板(I)的單面不干膠貼紙，貼紙的基材不透明、具有一定顏色，比如白色或深色，貼紙的單面不干膠不易固化，且很容易再從玻璃上揭剝下來；另一種方法是，制備與藝術(shù)圖案透光效果相同的整張不干膠貼紙，不透光區(qū)域的貼紙采用帶顏色、不透明的基材，透光區(qū)域的貼紙具有很高的透明度； 粘貼藝術(shù)不干貼紙(18):在前板玻璃的非鍍膜面上，粘貼上具有藝術(shù)圖案板(I)的單面不干膠貼紙，或是與藝術(shù)圖案透光效果相同的整張不干膠貼紙，保證貼紙的平整與完整； 刻劃發(fā)電膜層和背電極(19):把貼完貼紙的鍍膜前板玻璃放置于激光劃刻的腔室內(nèi)，非鍍膜面(即貼紙面)朝向激光頭，激光從前板玻璃的非鍍膜面入射，以一定光斑大小聚焦在發(fā)電膜層上，沿著垂直于薄膜電池死區(qū)、平行于組件邊緣的方向，把發(fā)電膜層和背電極導(dǎo)電膜劃刻掉，劃刻掉的物質(zhì)用真空泵抽吸走；在垂直于薄膜電池死區(qū)的方向上，激光每隔一定距離劃刻一道，周而反復(fù)，從而使劃刻區(qū)域的膜層具有了透光效果，可采用多個激光頭同時工作，提高加工效率；適用的激光波長為530-540nm綠光，光斑大小為0.05-0.4mm,單道激光的能量與光斑大小、發(fā)電膜層/背電極材料的種類和厚度相關(guān)，范圍在0.5W-5W ;遇到貼紙的不透光區(qū)域，激光無法穿透，從而保留了完整的發(fā)電膜層；而在貼紙的透明區(qū)域，激光可穿透貼紙、劃刻掉發(fā)電膜層和背電極導(dǎo)電膜，只保留透明前電極導(dǎo)電膜；如此，貼紙上藝術(shù)圖案的輪廓線內(nèi)外具有了不一樣的透光效果，從而將藝術(shù)圖案表現(xiàn)出來；通過調(diào)節(jié)藝術(shù)圖案的面積、激光劃刻線的間距和激光光斑的大小，可實現(xiàn)整個組件不同的透光率；貼附匯流材料(20):已經(jīng)劃刻出藝術(shù)圖案的薄膜太陽能電池，在正負(fù)極電池貼附匯流導(dǎo)電材料，比如銀膠+導(dǎo)帶，或者導(dǎo)電膠帶，然后再用導(dǎo)帶將正負(fù)極引出來； 制備藝術(shù)太陽能電池組件(21):鋪設(shè)透明PVB/有機硅/聚烯烴/EVA膜(4)等有機膠片，再鋪設(shè)透明玻璃或透明背板有機材料(5)，經(jīng)過真空或高壓層壓，再安裝接線盒(3)，制備成帶有藝術(shù)圖案的透光薄膜太陽能電池組件；如果使用透明EVA，需配合邊緣密封膠，以改善其防水性；如果使用透明PVB，背板只能采用透明玻璃。
【文檔編號】H01L31/18GK103746022SQ201310727114
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】李廷凱, 劉茨萍, 周光輝, 丁敦慶, 夏歐亞 申請人:湖南共創(chuàng)光伏科技有限公司