太阳能电池组件及其制造方法技术

本发明专利技术提供太阳能电池组件，包括：第一基材(1a)，包括含布置在第一基材(1a)上的金属电极层、光电转换层和透光电极层的薄膜太阳能电池(2)，与第一基材上的太阳能电池相对的透明的第二基材(1b)，设置在第一和第二基材之间的透光有机硅凝胶层(3)，以及包含围绕有机硅凝胶层外周边的不透水蒸气的橡胶系热塑性密封材料的密封件(4’)。该组件具有长期可靠性和高效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供太阳能电池组件，包括：第一基材(1a)，包括含布置在第一基材(1a)上的金属电极层、光电转换层和透光电极层的薄膜太阳能电池(2)，与第一基材上的太阳能电池相对的透明的第二基材(1b)，设置在第一和第二基材之间的透光有机硅凝胶层(3)，以及包含围绕有机硅凝胶层外周边的不透水蒸气的橡胶系热塑性密封材料的密封件(4’)。该组件具有长期可靠性和高效率。【专利说明】
本专利技术涉及。更具体地，本专利技术涉及具有封装在其 中的薄膜硅太阳能电池或薄膜太阳能电池的太阳能电池组件，所述薄膜太阳能电池使用化 合物半导体例如黄铜矿和硫属化合物半导体（如铜-铟-镓-硒化物（CIGS)或铜-铟-硒 化物（CIS)，以及由Cd，Zn，Te，S和Se组成的硫属半导体材料）的光电转换层。
技术介绍
为了给太阳能电池组件提供提高的转换效率和经过20-30年或甚至更长的长期 可靠性，在现有技术中已做出有关封装剂的许多报道和提案。从提高效率的观点出发，已报 道，与目前作为封止剂主流的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA)(例如参见非专利文献1)相 t匕，由于在300-400nm附近波长的透光性，有机硅材料的内部量子效率较优。实际上，已报 道使用EVA和有机硅材料作为封装剂来比较太阳能组件的输出功率的实验（例如参见非专 利文献2)。 最初，当制造用于空间飞行器的太阳能电池时，使用有机硅材料作为封装剂已在 二十世纪70年代早期实施。历史上，在制造用于地面用途的太阳能电池组件时的阶段，有 机硅材料被EVA代替，因为有机硅材料具有包括材料成本和用于封装的加工性的突出的问 题，而EVA便宜并且以薄膜形式提供。最近，太阳能电池的效率提高和长期可靠性再次被瞩 目。因此，有机硅材料作为封装剂的性能如低模量、高透光度和耐候性再次被认为是有价值 的。新近提出几种使用有机硅材料的封装方法。 例如，专利文献1公开了使用有机聚硅氧烷系热熔材料的片材的封装。然而，难以 保持高透光度的同时将聚硅氧烷加工成片材。例如，当将聚硅氧烷成形为约1_厚的片材 时，由于材料的"脆性"，仅特殊的成形技术如铸塑或压制可用。该成形技术不适合大规模生 产。为了改善脆性，可使填料与聚硅氧烷混合。在透光度的牺牲下填料的填充可改善可成 型性。专利文献2公开了使用多轴机器人将互联的太阳能电池布置在涂布在基体上的液体 有机硅材料上或该液体有机硅材料中。然后使液体有机硅材料固化，由此实现没有裹挟气 泡的封装。此外，在专利文献3提出了在真空中将太阳能电池置于固化或半固化的有机硅 材料上，使用具有动板的电池压机将组件挤压，由此实现没有裹挟气泡的封装。 专利文献4公开了通过将密封化合物、太阳能电池元件和液体有机硅材料置于玻 璃基材上，然后在其上放置背面保护基材形成预层压体，以及在真空中在室温下将层压体 挤压和结合，将太阳能电池组件密封的方法。该方法应用时，具有制造实际尺寸的太阳能电 池组件的困难。 所有上述方法极大地不同于现有使用EVA的密封步骤，在于它们需要在密封太阳 能电池步骤之前或之后涂布或设置液体有机硅材料的步骤。这是阻碍使用固化有机硅作为 在太阳能电池组件制造技术中的密封材料的主要因素。也就是不同于现有技术的太阳能电 池密封方法，上述方法用现有规模生产系统可能不可行。 同时，使用黄铜矿化合物半导体的光电转换层的薄膜太阳能电池能够有效地将 阳光的照射光谱转换成电能，因为可通过其改变组成将黄铜矿的能带隙从1. Olev控制到 1.64eV。这符合希望将能带隙设定为高于结晶硅的带隙1. 14eV的1.7eV附近。使用黄铜 矿化合物半导体的薄膜太阳能电池被认为具有比晶体硅太阳能电池更高的有效地将阳光 转换成电能的能力。而且，由于使用黄铜矿化合物半导体的薄膜太阳能电池具有优异的光 吸收特性，甚至以薄膜形式的充足的光吸收是可能的。如果使用能一次形成大面积的薄膜 的系统，低成本生产成为可能。该技术被期望作为能够降低成本的材料技术。 对于太阳能电池的两个因素为表示入射阳光转换成电能的百分比转化率的转化 效率和太阳能电池制造的成本。在尝试计算太阳能电池的成本时，每发电功率（W)的成本 被当做每瓦的费用（按美元）。当太阳能电池被当作发电装置时，要求具有长使用寿命。换 句话说，要求太阳能电池在电力性能方面在长期使用之后不经过或几乎不经过劣化以及最 小故障。如果太阳能电池体系具有两倍长的寿命，该系统每单位电力的花费降低到1/2。 使用黄铜矿化合物半导体的薄膜太阳能电池通常为按顺序沉积在玻璃基板上的 金属电极层，P型CIS (铜-铟-硒化物）层，高电阻缓冲层，和η型窗口层（具有透明电极 层的功能）的层叠体，其中层叠体的最外层表面变为受光表面。为了保护受光表面，使用热 增韧玻璃，即通常所说的防护玻璃。使用热塑性树脂，将防护玻璃连接到玻璃基板使在玻璃 基板上的薄膜太阳能电池夹在其中以完成组件。 通常，乙烯-乙酸乙烯酯（EVA)树脂和聚乙烯醇缩丁醛（PVB)树脂用作热塑性树 月旨，其中添加交联剂以赋予强度。连接步骤之后是热固化处理。特别地，将EVA或PVB组合 物的片材夹在化合物半导体薄膜太阳能电池的受光表面和防护玻璃之间，以及将组件在真 空中通过市售可得的层合机加热。由于其热塑性性质，片材熔融和结合到防护玻璃和玻璃 基板以完成组件。 然而，EVA在酸性或碱性环境中易于水解，产生乙酸。应当指出乙酸能够在与太阳 能电池的接触界面侵蚀金属电极。不仅水解引起金属电极的腐蚀，而且EVA本身的分解导 致在结合界面的降低的结合强度，并且在最坏的情况下，称为剥离的分离可能发生。应当注 意可通过在高温/高湿度环境中施加加速应力来预计水解的发生。在高温/高湿度环境中 的加速应力的施加典型地为暴露于85°C和85%的相对湿度的环境下1000小时和2000小 时。在该环境中，EVA树脂通常进行分解来释放乙酸。加速应力环境测试的箱变得充满乙 酸气味。 另一方面，众所周知由于其热塑性性质，EVA树脂在较低温增加其模量并在较高温 度减少其模量。因此，由于在安装太阳能电池组件的环境和天气条件下的温度改变，重复应 力被施加于太阳能电池的最外表面的接触层。该应力所致的太阳能电池降解表明在结晶硅 太阳能电池组件中本身作为集电体电极类型、典型为指状电极和汇流条电极的分离。 与晶体硅太阳能电池类似，在长期可靠性的类似改善对于基于黄铜矿化合物半导 体并且在相同环境下使用的薄膜太阳能电池是所希望的，因为水的进入能够产生A1掺杂 ZnO透明导电膜的增高的电阻并腐蚀Al/Ni集电体电极（参见非专利文献3)。 另外，为了抑制当暴露到400nm以下短波长的光时树脂的光降解，将紫外吸收剂 添加到EVA树脂。这阻止具有400nm以下波长的阳光成分进入太阳能电池的光电转换层。 对于薄膜太阳能电池，使用黄铜矿化合物半导体具有比晶体硅太阳能电池更宽的带隙和对 光的较短波长的最佳灵敏度，需要透射400nm以下的短波长的封装材料作为EVA的替代物。 有机硅树脂典型地为能够保护太阳能电池最外层表面、在户外环境中保持低模量 抵抗严苛的温度改变和在UV暴露下提供高耐久性的透明材料。通常将有机硅树本文档来自技高网...

【技术保护点】
太阳能电池组件，包括：具有表面的第一基材，包括依序布置在第一基材所述表面上的金属电极层、光电转换层和透光电极层的薄膜太阳能电池,，布置在第一基材所述表面上方的透明的第二基材，设置在第一和第二基材之间以与该薄膜太阳能电池重叠的透光有机硅凝胶层，以及包含围绕和密封该有机硅凝胶层外周边的不透水蒸气的橡胶系热塑性密封材料的密封部分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伊藤厚雄，降簱智欣，大和田宽人，金亨培，柳沼笃，山川直树，五十岚实，堀田昌克，中村勉，
申请(专利权)人：信越化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP