光电模块及其制造方法

本发明涉及一种层压件式的光电模块，该层压件具有太阳能电 池系统及其封装材料。本发明还公开一种制造光电模块的方法。

现有技术

光电模块是用于从太阳光生产电能。电能是通过太阳能电池系统产 生的，该系统最好由硅光电池组成。但是，这种系统只能承受小的机械 负荷，因此应从双面用封装材料将其包封。作为封装材料可采用例如一 层或多层玻璃和/或塑料膜和/或塑料膜复合物。

塑料膜复合物只要由聚氟乙烯(PVF)和聚对苯二甲酸乙二酯 (PET)组成，该塑料膜复合物由申请人制造标识为ICOSOLAR，并根 据WO-A1-94/29106所公开的真空层压方法以制造光电模块。这种 模块中的太阳能电池系统不仅能抗机械损伤，而且能抗大气影响，特别 是能抗水蒸汽。在ICOSOLAR-膜复合物中设置铝中间层作防水蒸汽的 阻挡层。但是这种方法有缺点，中间层与太阳能电池系统相连接时会导 电，致使光电模块中产生不希望的干扰电流。

发明叙述

因此，本发明的目的在于提供本文一开始提及的光电模块，该模块 不具这种缺点并能防水蒸汽渗透。

为达到这个目的，本发明提出一种光电模块，其特征在于，至少包 封材料层由一密封层和一阻挡层组成，该阻挡层由一种塑料膜或一种塑 料膜复合物构成，其朝向太阳能电池系统的面有一层用汽相沉积的无机 氧化物层。

本发明的光电模块的另一优点在于，该无机氧化物层由元素铝或硅 构成，其厚度为30-200nm。该有机氧化物层也有优点，它能透过可 见光波范围和近紫外(UV)波长范围内的光线，同时它能吸收UV波 长范围内的较短波光线。

再次，本发明的光电模块的优点还在于，密封层置于太阳能电池系 统和阻挡层之间，而且最好由乙烯乙酸乙烯酯(EVA)或离聚物构成。

再次，本发明的塑料膜是由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或乙烯四 氟乙烯共聚物(ETFE)构成，其上沉积有无机氧化物层。

本发明的光电模块的另一优点在于，无机氧化物层朝向太阳能电池 系统，并与邻接的密封层直接或经一底层相接触。

再次，本发明的无机氧化物层的两面皆被塑料膜或塑料膜复合物所 包封，而且至少塑料膜或塑料膜复合物起阻挡层的作用。其中无机氧化 物层宜通过粘合剂层和/或由有机-无机网状物的杂化层与塑料膜或塑 料膜复合物接触。

本发明的无机氧化物层由SiOx构成，其中硅和氧的原子比x在1.3 -1.7范围内。

本发明还涉及一种制造光电模块的方法，其中有利的是：

a)塑料膜或复合塑料膜上有一层由汽相沉积的无机氧化物层，

b)一种模块组件，它由太阳能电池系统以及包封材料堆叠构成，密封层 从两面包封太阳能电池系统，

c)将该模块组件送入工艺设备的接料端，其中它保持的温度低于密封层 的软化温度，

d)将该模块堆层输送到该设备的抽成真空的真空层压器中，在该层压器 中将模块组件加热至密封层的软化温度，以及

e)在真空层压器通入空气之后，在无中间冷却下将由模块组件形成组合 物输送至硬化炉，在硬化炉中密封层硬化，从而形成光电模块的层叠 件，经再冷却后从连续的流水线上卸出。

附图简述

本发明的叙述是根据图1-4：

图1表示本发明的光电模块1的结构，该模块由太阳能电池系统2 和包封太阳能电池系统的包封材料3、3′构成。太阳能电池系统是由多 个硅光电池8构成，这些硅光电池由接触丝9串联焊接。包封材料3′由 塑料密封层4′和塑料膜或塑料膜复合物6构成，其朝向太阳能电池系统2 的表面上涂有汽相沉积的氧化物层7。这种层结构用1表示。包封材料3 由例如层5和塑料-密封层4组成，该层与可以是类似于6的玻璃层或 塑料膜复合物。

此外，图1a和1b表示能代替层结构I的方案1a和1b。

根据方案1a(图1a)，无机氧化物层7经粘接剂层10和/或有机 -无机网状物与另一塑料膜或塑料膜复合物11连接。

根据方案1b(图1b)，无机氧化物层7有一附加底层12，此底层 用于与密封层4′的连接。

图2表示按照本发明将图1所示的各个层进行层压以制造光电模块1 的设备：它表示出接料端14，其中模块组件1置于籍助传输系统16移 动的承载板15上，以及带有固定的上部件18和通过液压装置20上升和 下降的下部件19的真空层压器17。温度、压力和停留时间由调节系统 22控制。此外，图2示出硬化炉23，其温度由调节系统24控制；冷却 区25，其温度由调节系统26控制，以及卸料区27。

图3表示带有汽相沉积的无机氧化物层17的塑料膜6在不同波长范 围内的透光度。

图4表示本发明的光电模块1经汽相沉积的氧化物层7后的抗水蒸 汽阻挡作用的改进。

实施本发明的一种途径

现在按照实施例对本发明作较详细的解释：

在第一个工序中形成阻挡层6，该阻挡层有无机氧化物层7。其结 构可根据下表选择，其顺序为从外向内，即向太阳能电池系统的方向。

表(例a-d)

例a

-阻挡层6：聚氟乙烯(PVF)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的

复合膜

-无机氧化物层7：SiOx或Al2O3

-密封层4′

例b

-阻挡层6：乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)的塑料膜

-无机氧化物层7：SiOx或Al2O3

-密封层4′

例c

-阻挡层6：PVF和PET的塑料膜复合物

-无机氧化物层7：SiOx或Al2O3

-有机-无机网状杂混层10′

-粘接剂层10：例如聚氨基甲酸酯

-塑料膜或塑料膜复合物11：

聚氟乙烯(PVF)、聚偏1，1-二氟乙烯(PVDF)、乙烯四氟

乙烯共聚物(ETFE)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)

-密封层4′

例d

-阻挡层6：PVF和PET的塑料膜复合物

-无机氧化物层7：SiOx或Al2O3

-底层12：例如聚氨基甲酸酯、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、聚甲

基丙烯酸甲酯(PMMA)

-密封层4′

从表可以看出，阻挡层6在例b)中由单一塑料膜构成，在例a) 中由复合塑料膜构成。

作为密封层4′，宜采用乙烯乙酸乙烯酯(EVA)-膜，该膜在热处 理过程中只微有流动，结果交联，从而避免了塑料的蠕变。

离聚物具有将收的密封性，它涉及带离子基团的聚合物，该聚合物 除有良好的粘接性能之外，还表现出极小的水汽穿透性。

在PET塑料膜上(见表例a))用真空(未示出)蒸汽沉积形成厚 度为30-200nm的无机氧化物层7。为此可采用真空沉积设备(未示 出)。为了能保证在塑料膜表面和无机氧化物之间产生满意的附着，塑 料膜的表面在氧气(纯度为99.995％)等离子体中进行预处理。

作为无机涂复材料，可采用化学式量的氧化铝(纯度为99.9％)或 氧化硅(纯度为99.9％)，并在真空中用电子辐射蒸发。蒸发所用的能 量为10keV，发射率可达220mA。通过变化蒸发率或由辊带动的塑料 膜或塑料膜复合物的速度可将SiOx-或Al2O3层的厚度控制在30-200 nm的范围内。

例如实验室规模制造100nm厚的SiOx层其速度可选为5m/min， 而制造40nm厚的Al2O3层，速度则应选为2.5m/min，这时蒸发速率为 70nm/s；蒸发时所施压力约为5×10-2Pa。工业规模的制造时，速度可 以控制在其100倍和100倍以上。

带无机氧化物层的塑料膜，例如PET可与另一种塑料膜，例如PVF (见表例a)复合形成塑料膜复合物。

在本发明的根据例a)和b)的方案中，无机氧化物层7(宜用硅 氧化物层)直接与密封层接触，由此保证其间的满意附着。在这种情况 下硅和氧之间的原子比可任意变化。

如果还要籍助无机氧化物层(优选硅氧化物层)使本发明的光电模 块补充具有UV过滤作用，则必须在蒸发中控制硅/氧比，使氧的份额x 在1.3-1.7之间。

除了上述准则之外，还可选择初始原料的化学式量比例或蒸发速 度，以及在蒸发时以反应性气体形式引入补充的氧。这氧就可生成在可 见光波长范围内有高透明性的氧化物层，该氧化物层还能吸收UV射线， 从而使对UV射线的密封层4′达到附加的保护。

这点将根据图3详细解释。

图3表示一种有厚度为320nm的SiOx层作无机氧化物层的ETFE 塑料膜的透光度。从图可以看出，涂复有SiOx的塑料膜实际上不透过 350nm波长以下的UV范围内的光。但同样组成但未涂复的塑料膜(未 示)也会吸收这个范围内的光。涂复有SiOx的ETFE膜从350nm的波 长开始透过入射光。从可见光谱的蓝紫部分的约450nm处开始可观察到 甚大的透明度。在其余的可见光范围内可观察到高的透射，这种现象只 在红外范围重新减弱。

为了使本发明的光电模块具有下列特性，如在可见光和近UV范围 内高的透光性、同时在短波UV范围的阻光作用、以及对水蒸汽的高阻 挡作用等，可利用下列灵活性： 1.无机氧化物层的厚度变化

在这种情况下按朗伯-比耳定律能很好地近似表示对透光度的影 响。

              ln(I/I0)＝-4πkdλ-1

其中

I＝透过的光强，

I0＝入射强度，

k＝与波长有关的吸收系统，

d＝蒸汽沉积的无机氧化物层的厚度

λ＝光波长 2.无机氧化物层，优选SiOx层中的氧含量(x)：

按照图3，通过另外的蒸汽沉积条件将x的值从1.3增加到更高的 值，则无需变化层厚，即能使材料对400nm左右的光波范围具有较高的 透射。

添加氧的同时以微波射线的形式引入电磁能，可使x值调整到1.7 左右。

这样的变化层厚和氧含量参数可同时使可见光范围内的透射、紫外 光范围内的阻止作用和对水蒸汽的阻止作用达到最佳化。

此外，本发明的光电模块的室外应用时，除了达到硅/氧原子比外还 应保证其耐气候性，其措施是用塑料膜或塑料膜复合物包封无机氧化 物层7的两面。

例如，这可根据图1的方案1a来实现，其阻挡层6具有无机氧化物 层7，它又通过粘接剂层10与另一塑料膜或塑料膜复合物11相粘。其 中粘接剂层10可以是单独的，或者与一由有机无机网状物构成的杂混 层组合在一起。这类网状物可以是以烷氧基硅氧烷为基础的无机-有机 杂混系统。它所有相近的交联密度，因此对水蒸汽的阻止作用高，同时 对SiOx层的附着令人满意。

此外，可相应选择表中例c)的塑料膜，它可补充起到保护太阳能 电池系统不受气候影响的职能。而且根据图1/1a的太阳能电池系统也可 选择这样的结构，即使阻挡层6紧靠密封层4′，而用塑料膜或塑料 膜复合物11构成模块组件的最外层。

再次，通过塑料底层使其具有满意的耐气候性，根据表中例d)及 图1/1b方案，该底层置于密封层4′和无机氧化物层7之间。

籍助图2设备13，可在层压工艺中采用各种方案用来制造光电模块 1。

下面示例性地介绍一个方案，但不限于此：

如图1所示，有无机氧化物层7的阻挡层6与塑料密封层4′、太阳 能电池系统2、另一塑料密封层4以及玻璃层5层合。同样可用PET/PVF 塑料膜复合物代替玻璃层5。

此外，层5，特别是在室外应用时应是耐气候的并有装饰作用，例 中起装饰作用的涂复有丙烯酸酯层的商品名为MAXEXTERIOR的层压 是适用的。

这种模块组件送入图2所示的设备13中进行层压，其间模块组件1 在接料端14置于承载板15上，其温度保持室温，但最高保持在80℃。

模块组件的上面和下面设有分离膜(未示)，以便避免在承载板15 和其它的设备部件上粘连。

模块组件1置于承载板15之后，由输送系统16，例如一种链式推 进器，送入真空层压器17。其中加热板21的温度由一外调节系统22调 到相当于在密封层所用塑料材料的软化温度。通过液压设备20将加热板 21压向承载板15，这样，通过承载板内部的热流使模块组件中的塑料密 封层4、4′达到其软化温度。

在层压器17关闭后，经外调节设备22施以真空，通过抽真空使模 块组件中的空气及其它挥发组分排出，这样就保证了层压件不含气泡。 然后通入空气，从而将柔性膜(未示)压到模块组件上。

模块组件1在真空层压器17中经过一定的停留时间后通入空气，并 在无附加压力下将模块组件输送入硬化炉23。炉籍助调节系统24保持 一定的温度，致使模块组件中的密封层在一定的停留时间内硬化并形成 层压件，然后层压件在冷却区25冷却到室温。硬化的层压件在卸料区27 中以承载板卸出，经冷却的承载板可再回到接料端14。

本发明的光电模块1亦可采用所谓的薄层太阳能电池代替晶硅光电 池作太阳能电池系统。在这种情况下太阳能电池系统与封装材料3、3′ 例如可籍助于压合或砑光连接。这种薄层太阳能电池虽然不易破碎，但 对水敏感，这种情况下本发明的解决方案具有特别的价值。

光电模块组件例如可具有下列结构：

例e)：

层5：玻璃

太阳能电池系统2：无定形硅的薄层太阳能电池

密封层4′：EVA

阻挡层6：有无机SiO2氧化层7的ETFE塑料膜

例f)：

层5：玻璃

太阳能电池系统2：碲化镉薄层太阳能电池

密封层4′：EVA

阻挡层6：PVF/PET塑料膜复合物以及无机SiOx氧化物层7

在例e)和f)中，薄层太阳能电池系统用阻挡层6防水蒸汽。因为 该系统不易破碎，附加的密封层4可以省去。 工业适用性

按本发明的方法制造的光电模块的可用于从太阳光产生电能，它的 用途甚广，从与建筑物一体化的房顶和立面上的报警塔或活动房屋的小 能源装置到大装置和太阳能电站。

其室外应用表明，对水蒸汽的阻挡作用是籍助汽相沉积的氧化物层 得到实质性的改善。这可根据图4进行较详细的解释。

在这种情况下无涂复的膜(横轴左面所示)与涂复有SiOx的膜(横 轴右面所示)以其水蒸汽穿透性(g/m2d)为标准进行比较。

从这种比较可以看出，在RN12型的PET的情况下，水蒸汽穿透性 值可降低到未涂复材料的约十分之一，在RN75型的情况下可降低到未 涂复材料的约1/25。对于材料厚度为20rm的ETFE水蒸汽的穿透性甚 至降低100倍。