專利名稱:便攜式布基太陽能電池組件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種太陽能電池,尤其是涉及一種特別適合給野外作業(yè)(外場攝影、旅行、涉獵、登山、野營等)隨身攜帶的用電設(shè)備(如筆記本電腦、便攜式打印機、照明設(shè)備、通訊設(shè)備)供電的便攜式布基太陽能電池組件及其制備方法。
背景技術(shù):
太陽能光伏發(fā)電是新能源和可再生能源中最具有發(fā)展前途的方式。太陽能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽能電池單元片,有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。由一個或多個太陽電池片組成的太陽能電池板稱為光伏組件,或太陽能電池組件。由于非晶硅太陽能電池在經(jīng)濟上的優(yōu)勢使其在整個太陽能電池領(lǐng)域中的地位正在迅速升高,成為一些發(fā)達國家能源計劃的重點(倪萌,M K Leung,K Sumathy,可再生能源,2004,(2)9~11)。
非晶硅太陽能電池按襯底分為硬襯底和柔性襯底兩大類。柔性襯底非晶硅太陽能電池作為非晶硅太陽能電池的一個新品種,近年來開始受到人們的重視。所謂柔性襯底非晶硅太陽能電池是指在柔性材料(如不銹鋼、聚合物)上制作的非晶硅太陽能電池。其最大的特點是輕、薄和可彎曲(或卷曲)。(參見文獻鄭君,新型非晶硅太陽能電池,能源研究與信息,2002,18(2)115~118;趙庚申,柔性襯底非晶硅太陽能電池,太陽能,2003,(1)29~30)。
目前國內(nèi)所制造的光伏電池基本上都是固定式,以玻璃板作為載體,將太陽電池單元片封裝在兩層玻璃板之間,其主要缺點是所制成的電池比較笨重,不能移動,更無法攜帶。(參見文獻劉宏,宋維軍,西北地區(qū)首條晶體硅太陽能電池組件封裝生產(chǎn)線,青??萍?,2005,(2)9~11)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的常用固定式太陽能電池組件存在的不足,提供一種可移動,并可滿足野外工作使用的便攜式布基太陽能電池組件及其制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是用布和高分子膠膜將已封裝在聚合物內(nèi)的非晶硅太陽能電池單元片封裝成便攜式布基太陽能電池組件。
本發(fā)明所述的便攜式布基太陽能電池組件為上封裝材料層(簡稱上層)、夾層(或稱中間層)和下封裝材料層(簡稱下層)組成的三層結(jié)構(gòu),上層和下層分別為布層或/和高分子膠膜層,上層和下層中至少有1層含有高分子膠膜層,中間層為已封裝的單元電池片。
所述的布與高分子膠膜復(fù)合層為布/高分子膠膜復(fù)合層或高分子膠膜/布復(fù)合層,所述的“布/高分子膠膜復(fù)合層”與“高分子膠膜/布復(fù)合層”其材料相同,只是加工太陽能電池組件疊放材料時,從上到下的材質(zhì)的順序不同,對于布/高分子膠膜復(fù)合層是從上到下的材質(zhì)的順序為布、高分子膠膜;而對于高分子膠膜/布復(fù)合層是從上到下的材質(zhì)的順序為高分子膠膜、布。
根據(jù)上述本發(fā)明所述的便攜式布基太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)可有以下多種結(jié)構(gòu)組合形式上層可為布/高分子膠膜復(fù)合層,下層為高分子膠膜/布復(fù)合層;上層可為布/高分子膠膜復(fù)合層,下層為高分子膠膜層;上層可為布/高分子膠膜復(fù)合層,下層為布層;上層可為布層,下層為高分子膠膜/布復(fù)合層;上層可為高分子膠膜層,下層為高分子膠膜/布復(fù)合層;上層可為布層,下層為高分子膠膜層;上層可為高分子膠膜層,下層為布層。以上各種結(jié)構(gòu)組合形式中,“上層”與“下層”至少有一層含高分子膠膜。
所述的已封裝的單元電池片為已用氟塑料膜或EVA膜(乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物,含固化劑、抗氧劑等)封裝的單元電池片。
本發(fā)明所述的便攜式布基太陽能電池組件的制備方法可按如下步驟進行1)在層壓機上控制溫度使高分子膠膜融化,制備布與高分子膠膜復(fù)合層;2)將上層的布或布/高分子膠膜復(fù)合層中相應(yīng)于單元電池片受光部位的部分剪裁掉留孔,若上層為高分子膠膜層,則不必剪裁留孔;3)在中間層四周的塑料膜上打孔;4)將各個單元電池片用導(dǎo)線聯(lián)接,在導(dǎo)線聯(lián)接處,用環(huán)氧樹脂(即A/B膠)密封保護;5)按照預(yù)定順序在層壓機上從下至上地疊放下層、中間層和上層材料,令單元電池片受光部位完整露出(若上層為高分子膠膜層,則不必露出);6)用耐熱保護材料貼住中間層受光部位,使其免受加熱時溢出的高分子膠膜物料的污染;7)在產(chǎn)品需要折疊處,預(yù)先放置窄條硬物或在高分子膠膜上打孔設(shè)槽溝,有利于折疊時的彎曲;8)在層壓機上進行壓制;9)取出產(chǎn)品,冷卻后修邊。
所述的布可以是滌綸、尼龍、腈綸、維綸、棉布、粘膠(即再生棉)、麻、亞麻、苧麻、絲或以上纖維的混紡布、不織布(即無紡布)。布可以是基布,也可以是已印染的布。布的規(guī)格可為10~1000g/cm2。布可以有背膠(如PU膠等)或沒有背膠,布的背膠并不影響與高分子膠膜的粘合,因此布有無背膠并不影響上述制備步驟。
所選用的高分子膠膜可以是如表1所示范圍的各種規(guī)格的EVA膠膜。
表1
制備布/高分子膠膜復(fù)合層的層壓溫度為80~120℃,時間為5~30min,控制制備溫度只能使高分子膠膜融化,但不能使其交聯(lián)固化,層壓溫度最好調(diào)整到相應(yīng)熔點以上20~30℃。
將上層的布或布/高分子膠膜復(fù)合層中相應(yīng)于單元電池片受光部位的部分剪裁掉留孔的目的是為了使封裝后單元電池片受光部位不被遮蓋。
所述的已用氟塑料膜封裝的單元電池片可直接采購相應(yīng)的商品,也可預(yù)先用F40(即ETFE或四氟乙烯-乙烯共聚物)、F30(即CTFEE或三氟氯乙烯-乙烯共聚物)、聚氟乙烯(即PVF或Tedlar)或聚偏二氟乙烯(即PVDF或F2)等氟塑料膜或/和EVA膜對單元電池片層壓封裝。打孔的目的是使高分子膠膜在層壓時自然流入孔中形成對單元電池片的塑料“鉚釘”。
在步驟3)中,在已用氟塑料膜封裝的單元電池片的四周氟塑料膜上打孔的孔密度要適當,孔之間的間隔最好為0.5~2cm,孔的形狀可以是圓形、正方形、長方形或其他異形,孔不能接觸到硅元件。
在步驟4)中,所述的將各個單元電池片用導(dǎo)線聯(lián)接是根據(jù)用戶需要將單元電池片串接和/或并接,功率配置可從0.45W至22000W,電池組件可通過串聯(lián)達到1.5V至220V直流電壓輸出,通過并聯(lián)達到0.3A至100A的充電和供應(yīng)電流。所述的導(dǎo)線最好用扁銅線。所述的環(huán)氧樹脂可以是快干型的,也可以是慢干型的。
在步驟5)中,所述的按照預(yù)定順序在層壓機上從下至上地疊放下層材料、單元電池片和上層材料,上層可為布/高分子膠膜復(fù)合層,下層為高分子膠膜/布復(fù)合層;上層可為布/高分子膠膜復(fù)合層,下層為高分子膠膜層;上層可為布/高分子膠膜復(fù)合層,下層為布層;上層可為布層,下層為高分子膠膜/布復(fù)合層;上層可為高分子膠膜層,下層為高分子膠膜/布復(fù)合層;上層可為布層,下層為高分子膠膜層;上層可為高分子膠膜層,下層為布層。
在步驟6)中,所述的耐熱保護材料可選用膠紙、塑料薄膜基膠帶(如PET保護膜)、金屬薄膜基膠帶、膠布、不干膠紙或不干膠帶等,用這類保護材料貼住單元電池片受光部位,使其免受加熱時溢出的高分子膠膜物料的污染。
在步驟7)中,所述的窄條硬物為壓條,壓條可以是金屬絲(例如銅絲、不銹鋼絲等)、耐溫硬塑料絲、木條或竹條。截面可以是為圓形、三角形或梯形。壓條可以先按壓痕尺寸預(yù)先編成方框,以便于固定位置。所述的槽溝可以是將高分子膠膜上需折疊處的厚度變薄,有利于折疊時的彎曲。
在步驟8)中,在層壓機上進行壓制的層壓溫度對于EVA膠膜為130~150℃,時間為10~60min。或先升溫至80~120℃,維持5~30min,使膠膜發(fā)生熔融流動,這使其能將電池片四周的空洞填滿,使上下的膠膜熔成一體,然后再升溫至130~150℃,時間為10~60min。以上過程均要抽真空和加壓。由于EVA膠膜含有固化劑,使膠膜分子內(nèi)和分子間發(fā)生交聯(lián)作用而固化。
本發(fā)明制備的太陽能電池組件具有以下優(yōu)異的性能靈活的功率配置(0.45W至22000W),電池組件可通過串聯(lián)達到1.5V至220V直流寬電壓輸出,通過并聯(lián)達到0.3A至100A的充電和供應(yīng)電流;適應(yīng)經(jīng)常野外作業(yè)的單人和單位供電需求??箍諝庵械乃?、堿、鹽的腐蝕,耐高溫(可達80℃)、耐嚴寒(可達-40℃),抗老化(15年以上)、絕緣、防水、防潮、輕便(重量比同功率普通太陽能電池小一個數(shù)量級)、易折疊和展開。封裝材料與單元電池片結(jié)合牢固、不脫落,封裝后太陽能電池組件的光電性能不降低(對單元電池片而言)。
本發(fā)明提供的制備太陽能電池組件的工藝操作簡單易行,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)新穎,布基材的應(yīng)用使得產(chǎn)品可以解決一般太陽能電池組件無法移動,不能隨時隨地使用的缺點??蓮V泛應(yīng)用于野外作業(yè)、旅游等無法得到固定電源的場合。
圖1為將上層的布或布/高分子膠膜復(fù)合層中相應(yīng)于單元電池片受光部位的部分剪裁掉后留下方形透光孔的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為在已用氟塑料膜封裝的單元電池片的四周氟塑料膜上打孔后的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為便攜式布基太陽能電池組件的三層夾心結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為在便攜式布基太陽能電池組件上用窄條硬物(即壓條)壓出的折痕網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為實施例1的便攜式布基太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)分解示意圖(僅畫出一個單元電池片的部分)。
具體實施例方式
以下實施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
實施例1參見圖1-5,其制備工藝如下1)在層壓機上制備布1與高分子膠膜2復(fù)合層,控制溫度使高分子膠膜融化。
2)將上層的布或布/高分子膠膜復(fù)合層中相應(yīng)于單元電池片受光部位的部分剪裁掉留孔3(見圖1);如果上層只有高分子膠膜則不必剪裁留孔。
3)在已用氟塑料膜封裝的單元電池片4的四周氟塑料膜5上打孔6(見圖2)。
4)將各個單元電池片用導(dǎo)線聯(lián)接;導(dǎo)線聯(lián)接處,用環(huán)氧樹脂(即A/B膠)密封保護。
5)按照預(yù)定順序在層壓機上從下至上地疊放下層(布、高分子膠膜或高分子膠膜/布復(fù)合層)7、單元電池片4和上層(布、高分子膠膜或布/高分子膠膜復(fù)合層)12材料,令單元電池片4受光部位通過孔3完整露出(見圖3),若上層只有高分子膠膜則不必露出。
6)用耐熱的保護材料貼住單元電池片受光部位,使其免受加熱時溢出的高分子膠膜物料的污染。
7)在產(chǎn)品需要折疊處8,預(yù)先放置窄條硬物9或在高分子膠膜上設(shè)槽溝(見圖4),有利于折疊時的彎曲。
8)在層壓機上進行壓制;9)取出產(chǎn)品,冷卻后修邊。
實施例2其制備工藝與實施例1類似,在實施例2中,參見圖5,將有PU背膠的滌綸布(500g/cm2)1與EVA膠膜(含15%VA,交聯(lián)度為85%,厚為0.2mm,透明,快速固化型)2在100℃,層壓3min預(yù)先制成復(fù)合層。將一半數(shù)量的滌綸布/EVA膠膜復(fù)合層中相應(yīng)單元電池片的受光位置的復(fù)合層裁剪去,形成空洞3,以用作上層;另一半滌綸布72/EVA膠膜71復(fù)合層留作下層。將已用ETFE膜封裝的單元電池片4的四周氟塑料膜5打圓孔6。將組件中的各個單元電池片4用扁銅線聯(lián)結(jié)起來,導(dǎo)線聯(lián)接處用環(huán)氧樹脂(即A/B膠)密封保護。按照以下順序從下至上疊放材料滌綸布/EVA膠膜復(fù)合層-單元電池片-EVA膠膜/滌綸布復(fù)合層(結(jié)構(gòu)示意參見圖3和5)。用PET保護膜9貼住單元電池片受光部位。在需要折疊處放置直徑2mm的不銹鋼鋼絲。在135℃,1個大氣壓的壓力下,層壓20min。取出產(chǎn)品,冷卻后修邊。
實施例3其制備工藝與實施例1類似,在實施例3中,將尼龍布(1000g/cm2)與EVA膠膜(含20%VA,交聯(lián)度為90%,厚為0.5mm,半透明,快速固化型)在90℃,層壓5min預(yù)先制成復(fù)合層。將尼龍布/EVA膠膜復(fù)合層中相應(yīng)單元電池片的受光位置的復(fù)合層裁剪去。將已用F30膜封裝的單元電池片的四周氟塑料膜打圓孔。將組件中的各個單元電池片用扁銅線適當聯(lián)結(jié)起來,導(dǎo)線聯(lián)接處用環(huán)氧樹脂(即A/B膠)密封保護。按照以下順序從下至上疊放材料尼龍布/EVA膠膜復(fù)合層-單元電池片-尼龍布。用膠紙貼住單元電池片受光部位。在需要折疊處放置直徑3mm的不銹鋼絲。先升溫至100℃,維持10min,使膠膜發(fā)生熔融流動,然后再升溫至135℃,層壓時間為20min。取出產(chǎn)品,冷卻后修邊。
實施例4其制備工藝與實施例1類似,在實施例4中,將腈綸布(10g/cm2)與EVA膠膜(含25%VA,交聯(lián)度為90%,厚為0.7mm,半透明,常規(guī)固化型)在110℃,層壓5min制成復(fù)合層。將腈綸布/EVA膠膜復(fù)合層中相應(yīng)單元電池片的受光位置的復(fù)合層裁剪去。將已用聚氟乙烯膜封裝的單元電池片的四周氟塑料膜打三角形孔。將組件中的各個單元電池片用扁銅線適當聯(lián)結(jié)起來,導(dǎo)線聯(lián)接處用環(huán)氧樹脂(即A/B膠)密封保護。按照以下順序從下至上疊放材料腈綸布/EVA膠膜復(fù)合層-單元電池片-EVA膠膜/腈綸布復(fù)合層。用不干膠紙貼住單元電池片受光部位。在需要折疊處放置截面為梯形的窄銅條。在150℃,1個大氣壓的壓力下,層壓30min。取出產(chǎn)品,冷卻后修邊。
實施例5其制備工藝與實施例1類似,在實施例5中,將滌棉布(300g/cm2)與EVA膠膜(含30%VA,交聯(lián)度為70%,厚為1.0mm,半透明,常規(guī)固化型)在120℃,層壓5min制成復(fù)合層。將已用聚偏二氟乙烯膜封裝的單元電池片的四周氟塑料膜打圓孔。將組件中的各個單元電池片用扁銅線適當聯(lián)結(jié)起來,導(dǎo)線聯(lián)接處用環(huán)氧樹脂(即A/B膠)密封保護。按照以下順序從下至上疊放材料EVA膠膜-單元電池片-EVA膠膜/滌棉布復(fù)合層。在需要折疊處放置直徑2mm的鐵絲。在140℃,1個大氣壓的壓力下,層壓30min。取出產(chǎn)品,冷卻后修邊。
權(quán)利要求
1.便攜式布基太陽能電池組件,其特征在于為上層、中間層和下層組成的三層結(jié)構(gòu),上層和下層分別為布層或/和高分子膠膜層,上層和下層中至少有1層含有高分子膠膜層,中間層為已封裝的單元電池片。
2.如權(quán)利要求1所述的便攜式布基太陽能電池組件,其特征在于所述的布與高分子膠膜復(fù)合層為布/高分子膠膜復(fù)合層或高分子膠膜/布復(fù)合層。
3.如權(quán)利要求1所述的便攜式布基太陽能電池組件,其特征在于所述的便攜式布基太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)為上層為布/高分子膠膜復(fù)合層,下層為高分子膠膜/布復(fù)合層;或上層為布/高分子膠膜復(fù)合層,下層為高分子膠膜層;或上層為布/高分子膠膜復(fù)合層,下層為布層;或上層為布層,下層為高分子膠膜/布復(fù)合層;或上層為高分子膠膜層,下層為高分子膠膜/布復(fù)合層;或上層為布層,下層為高分子膠膜層;或上層為高分子膠膜層,下層為布層。
4.如權(quán)利要求1所述的便攜式布基太陽能電池組件,其特征在于所述的已封裝的單元電池片為已用氟塑料膜或乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物膜封裝的單元電池片。
5.如權(quán)利要求1所述的便攜式布基太陽能電池組件的制備方法,其特征在于其步驟為1)在層壓機上控制溫度使高分子膠膜融化,制備布與高分子膠膜復(fù)合層;2)將上層的布或布/高分子膠膜復(fù)合層中相應(yīng)于單元電池片受光部位的部分剪裁掉留孔,若上層為高分子膠膜層,則不必剪裁留孔;3)在中間層四周的塑料膜上打孔;4)將各個單元電池片用導(dǎo)線聯(lián)接,在導(dǎo)線聯(lián)接處,用環(huán)氧樹脂密封保護;5)按照預(yù)定順序在層壓機上從下至上地疊放下層、中間層和上層材料,令單元電池片受光部位完整露出,若上層為高分子膠膜層,則不必露出;6)用耐熱保護材料貼住中間層受光部位,使其免受加熱時溢出的高分子膠膜物料的污染;7)在產(chǎn)品需要折疊處,預(yù)先放置窄條硬物或在高分子膠膜上打孔設(shè)槽溝,有利于折疊時的彎曲;8)在層壓機上進行壓制;9)取出產(chǎn)品,冷卻后修邊。
6.如權(quán)利要求5所述的便攜式布基太陽能電池組件的制備方法,其特征在于所述的布為滌綸、尼龍、腈綸、維綸、棉布、粘膠、麻、亞麻、苧麻、絲或以上纖維的混紡布、不織布中的一種。
7.如權(quán)利要求5或6所述的便攜式布基太陽能電池組件的制備方法,其特征在于布為基布或已印染的布,布的規(guī)格為10~1000g/cm2。
8.如權(quán)利要求5所述的便攜式布基太陽能電池組件的制備方法,其特征在于所述的高分子膠膜為下表
所示范圍的EVA膠膜。
9.如權(quán)利要求5所述的便攜式布基太陽能電池組件的制備方法,其特征在于在步驟1)中,制備布/高分子膠膜復(fù)合層的層壓溫度為80~120℃,時間為5~30min。
10.如權(quán)利要求5所述的便攜式布基太陽能電池組件的制備方法,其特征在于所述的已用氟塑料膜封裝的單元電池片為市售商品,或預(yù)先用F40、F30、聚氟乙烯或聚偏二氟乙烯的氟塑料膜或/和EVA膜對單元電池片層壓封裝。
11.如權(quán)利要求5所述的便攜式布基太陽能電池組件的制備方法,其特征在于在步驟3)中,所述的孔之間的間隔為0.5~2cm,孔的形狀為圓形、正方形、長方形或其他異形。
12.如權(quán)利要求5所述的便攜式布基太陽能電池組件的制備方法,其特征在于在步驟4)中,所述的將各個單元電池片用導(dǎo)線聯(lián)接是將單元電池片串接和/或并接,所述的導(dǎo)線用扁銅線。
13.如權(quán)利要求5所述的便攜式布基太陽能電池組件的制備方法,其特征在于在步驟5)中,所述的按照預(yù)定順序在層壓機上從下至上地疊放下層材料、單元電池片和上層材料,上層為布/高分子膠膜復(fù)合層,下層為高分子膠膜/布復(fù)合層;上層為布/高分子膠膜復(fù)合層,下層為高分子膠膜層;上層為布/高分子膠膜復(fù)合層,下層為布層;上層為布層,下層為高分子膠膜/布復(fù)合層;上層為高分子膠膜層,下層為高分子膠膜/布復(fù)合層;上層為布層,下層為高分子膠膜層;上層為高分子膠膜層,下層為布層。
14.如權(quán)利要求5所述的便攜式布基太陽能電池組件的制備方法,其特征在于在步驟6)中,所述的耐熱保護材料為膠紙、塑料薄膜基膠帶、金屬薄膜基膠帶、膠布、不干膠紙或不干膠帶。
15.如權(quán)利要求5所述的便攜式布基太陽能電池組件的制備方法,其特征在于在步驟7)中,所述的窄條硬物為壓條,壓條選自金屬絲、耐溫硬塑料絲、木條或竹條,截面為圓形、三角形或梯形。
16.如權(quán)利要求5所述的便攜式布基太陽能電池組件的制備方法,其特征在于在步驟8)中,在層壓機上進行壓制的層壓溫度對于EVA膠膜為130~150℃,時間為10~60min;或先升溫至80~120℃,維持5~30min,使膠膜發(fā)生熔融流動,將電池片四周的空洞填滿,使上下的膠膜熔成一體,然后再升溫至130~150℃,時間為10~60min。
全文摘要
便攜式布基太陽能電池組件及其制備方法,涉及一種太陽能電池。提供一種可移動,并可滿足野外工作使用的便攜式布基太陽能電池組件及其制備方法。電池組件為上下層和中間層組成的三層結(jié)構(gòu),上下層分別為布層或/和高分子膠膜層,上下層中至少有1層含有高分子膠膜層,中間層為已封裝的單元電池片。制備時在層壓機上使膠膜融化制備布與高分子膠膜復(fù)合層;將復(fù)合層中相應(yīng)于單元電池片受光部位的部分剪裁留孔,在中間層四周打孔;將單元電池片用導(dǎo)線聯(lián)接;按順序在層壓機上疊放下層、中間層和上層材料,令單元電池片受光部位露出;用耐熱保護材料貼住中間層受光部位,在折疊處放置窄條硬物或在膠膜上打孔設(shè)槽溝,在層壓機上壓制;取出產(chǎn)品冷卻后修邊。
文檔編號H01L31/18GK1953212SQ200610123280
公開日2007年4月25日 申請日期2006年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月3日
發(fā)明者董炎明, 魏毅, 張鷺強, 倪斌, 李燕杰 申請人:廈門冠宇科技有限公司