專利名稱：太陽(yáng)能電池背板組件和太陽(yáng)能電池組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池背板組件和太陽(yáng)能電池組件，特別涉及一種能夠提高太陽(yáng)能電池散熱效率的背板組件和包括該背板組件的太陽(yáng)能電池組件。
背景技術(shù)：
隨著對(duì)環(huán)境問(wèn)題關(guān)注的日益增加，尋找新能源成為一個(gè)急需解決的問(wèn)題。太陽(yáng)能電池作為一種在發(fā)電時(shí)不排出二氧化碳并且對(duì)環(huán)境負(fù)荷小的發(fā)電系統(tǒng)，近年來(lái)得到了快速普及。目前使用的太陽(yáng)能電池包括前板、太陽(yáng)能電池電路、背板和密封材料。通常，太陽(yáng)能電池具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中太陽(yáng)能電池電路被夾在前板和背板之間，在前板與太陽(yáng)能 電池電路之間的間隙和在太陽(yáng)能電池電路與背板之間的間隙分別用密封材料例如EVA (乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)樹(shù)脂密封。通過(guò)將上述前板/密封材料/太陽(yáng)能電池電路/密封材料/背板采用真空層壓機(jī)等加熱壓接，制作太陽(yáng)能電池。由于太陽(yáng)能電池被安置在室外，暴露在陽(yáng)光和雨雪等環(huán)境下，因此要求組成太陽(yáng)能電池的各個(gè)層具有良好的耐侯性如防潮性，耐熱性和抗紫外線性。背板還需要具有在相對(duì)較高濕度和溫度的環(huán)境中與密封材料持久且牢固地粘合的性能。此外，前板、背板和密封材料還起到提供電絕緣的作用。太陽(yáng)能電池吸收的能量有一部分轉(zhuǎn)換成熱能，導(dǎo)致太陽(yáng)能電池內(nèi)部的溫度升高，而太陽(yáng)能電池的溫度影響太陽(yáng)能電池的效率。例如，對(duì)于典型的使用晶體硅的太陽(yáng)能電池，光電轉(zhuǎn)換效率一般為大約10-17%，當(dāng)太陽(yáng)能電池的溫度每上升TC，其功率就損失約0. 4-0.5%。因此，為了提高太陽(yáng)能電池的效率，防止太陽(yáng)能電池的溫度在使用過(guò)程中升高是非常重要的。通常用作太陽(yáng)能電池密封材料的EVA和背板材料具有低導(dǎo)熱率，通常導(dǎo)熱系數(shù)低于0. 2ff/mk,使得太陽(yáng)能電池的散熱效率差，導(dǎo)致太陽(yáng)能電池的溫度升高。因此，非常需要提供一種具有良好的導(dǎo)熱性、粘結(jié)性、絕緣性和耐候性的太陽(yáng)能電池背板，和一種通過(guò)改善散熱提高能量轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)能電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種太陽(yáng)能電池背板組件和包括該背板組件的太陽(yáng)能電池組件，通過(guò)采用導(dǎo)熱粘合材料代替目前通常使用的導(dǎo)熱效果差的密封材料，并且將背板設(shè)計(jì)成散熱型背板，有效地提升電池的散熱效率，從而使得光電轉(zhuǎn)換效率得到顯著提高，至少提高0.5%，優(yōu)選技術(shù)方案的光電轉(zhuǎn)換效率提高接近I%。一方面，提供一種太陽(yáng)能電池背板組件，包括導(dǎo)熱粘合層，其具有第一表面和第二表面；和散熱體形式的電池背板，其中導(dǎo)熱粘合層的第一表面與散熱體形式的電池背板接觸。
另一方面，提供一種太陽(yáng)能電池組件，包括前板；密封材料層；太陽(yáng)能電池電路；和如前所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述太陽(yáng)能電池背板組件的導(dǎo)熱粘合層的第二表面與所述太陽(yáng)能電池電路接觸并粘合到一起。



圖1是現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案中太陽(yáng)能電池組件結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3是本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施方案中太陽(yáng)能電池組件結(jié)構(gòu)的示意圖。圖4顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案中散熱片的結(jié)構(gòu)。圖5是顯示實(shí)施例和比較例中太陽(yáng)能電池的溫度和效率與工作時(shí)間關(guān)系的圖。圖6是顯示實(shí)施例和比較例中太陽(yáng)能電池的溫度和效率恢復(fù)率與工作時(shí)間關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種太陽(yáng)能電池背板組件和包括該背板組件的太陽(yáng)能電池組件，所述背板組件由具有較高導(dǎo)熱率的密封/粘合材料和散熱背板構(gòu)成，其使太陽(yáng)能電池內(nèi)的熱更有效地傳導(dǎo)出去，能夠通過(guò)防止太陽(yáng)能電池內(nèi)部溫度升高而獲得更高的輸出功率和改善的光電轉(zhuǎn)換效率。下面結(jié)合附圖對(duì)太陽(yáng)能電池背板組件和太陽(yáng)能電池組件進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。背板組件在本發(fā)明中，用導(dǎo)熱粘合層代替常規(guī)使用的密封材料如EVA作為背板和太陽(yáng)能電池電路之間的結(jié)合層，并用本文中稱為“散熱體形式的電池背板”的導(dǎo)熱片材代替常規(guī)使用的背板，從而達(dá)到提升散熱效率的目的。在本文中，術(shù)語(yǔ)“散熱體形式的電池背板”是指由具有散熱性能的材料制成的背板，優(yōu)選地，其為具有更大散熱面積的散熱片形式的背板。在一個(gè)實(shí)施方案中，太陽(yáng)能電池背板組件包括導(dǎo)熱粘合層，和散熱體形式的電池背板。導(dǎo)熱粘合層的第一表面與散熱體形式的電池背板接觸，當(dāng)將該背板組件組裝到太陽(yáng)能電池組件中時(shí)，導(dǎo)熱粘合層的第二表面將可以直接與太陽(yáng)能電池電路接觸并粘合到一起。導(dǎo)熱粘合層由導(dǎo)熱粘合材料形成，可以使用的導(dǎo)熱粘合材料滿足下列要求導(dǎo)熱率大于0. 3ff/mK,優(yōu)選大于0. 5ff/mk,更優(yōu)選大于0. 8ff/mk ；介電強(qiáng)度大于3000V，優(yōu)選大于5000V，更優(yōu)選大于6000V ；體積電阻率大于IOltlQ m，優(yōu)選大于IO11Q m，并且更優(yōu)選地大于IO12Q m。與背板例如市場(chǎng)主流背板(如Dupont Tedlar和Arkema Kynar)或本發(fā)明中散熱體形式的電池背板的粘合強(qiáng)度大于40N/cm ；
為滿足熱壓制備工藝的要求，須具有良好的耐熱性(至少在150°C以上)；并且符合耐老化性標(biāo)準(zhǔn)IEC61215。導(dǎo)熱粘合材料可以包括任何導(dǎo)熱聚合物材料，如導(dǎo)熱粘合劑(例如具有高耐熱性和高導(dǎo)熱率的環(huán)氧樹(shù)脂，有機(jī)硅粘合劑，乙烯-醋酸乙烯共聚物或丙烯酸類粘合劑)，導(dǎo)熱硅脂，導(dǎo)熱粘合膠帶(其中導(dǎo)熱粘合層可以包含上述導(dǎo)熱粘合劑或由其構(gòu)成)，導(dǎo)熱密封材料包括導(dǎo)熱EVA,和導(dǎo)熱熱固性材料,如3M導(dǎo)熱TBF材料(TBF :thermal bonding film,熱熔粘結(jié)膠帶)。本文中的“高耐熱性”是指可長(zhǎng)時(shí)間耐受至少150°C以上的溫度。本文中的“高導(dǎo)熱率”是指導(dǎo)熱率大于0. 3ff/mK,優(yōu)選大于0. 5ff/mk,更優(yōu)選大于0. 8W/mk。導(dǎo)熱粘合層的厚度為大于0. 4mm,優(yōu)選大于0. 5mm,更優(yōu)選大于0. 6mm,并且小于
5mm,優(yōu)選小于3mm,更優(yōu)選小于1mm?？梢愿鶕?jù)具體需要進(jìn)行選擇,如果厚度小于0. 4mm,貝Ij電池片會(huì)在熱壓中破損或電池片局部接觸到背板引起短路等不良情況，如果厚度大于5mm，則可能導(dǎo)致電池組件散熱熱阻太大，和重量太重安裝困難。導(dǎo)熱粘合層可以通過(guò)螺桿擠出，涂布或流延的方法形成。例如，可以通過(guò)將導(dǎo)熱粘合組合物涂覆在散熱體形式的電池背板表面上形成。也可以使用導(dǎo)熱粘合膠帶，將其直接施加于散熱體形式的電池背板表面即可。在一些實(shí)施方案中，使用的導(dǎo)熱粘合材料是導(dǎo)熱粘合膠帶，可以使用可商購(gòu)的導(dǎo)熱粘合膠帶作為導(dǎo)熱粘合層，其實(shí)例包括但不限于獲自3M中國(guó)的MFI導(dǎo)熱材料，5516，5569等。與其他材料相比，導(dǎo)熱粘合膠帶具有更加優(yōu)異的絕緣和層壓填充防刺穿功能，在背板是導(dǎo)電材料的電池組件中，這些性質(zhì)非常重要，有利于有效地避免電池短路失效。在一些實(shí)施方案中，使用獲自3M中國(guó)的MFI膠帶，即多功能絕緣導(dǎo)熱膠帶，由絕緣帶基和涂布于該絕緣帶基兩面的絕緣導(dǎo)熱膠粘層組成，在一些實(shí)施方案中，該膠帶的導(dǎo)熱率為0. 70W/mK，介電強(qiáng)度為5000V，斷裂粘著力為350N/in2，ATS (對(duì)鋼板的180度剝離力)為0. 4N/mm, RTI (相對(duì)溫度指數(shù))為150°C，通過(guò)在230°C的42天老化測(cè)試，其體積電阻率為 IO11 Q m。在一些實(shí)施方案中，將用于構(gòu)成MFI膠帶中的絕緣導(dǎo)熱膠粘層的導(dǎo)熱粘合劑組合物直接涂覆于散熱背板的表面上，形成導(dǎo)熱粘合層。即，導(dǎo)熱粘合層可以由如下所述的導(dǎo)熱粘合劑組合物構(gòu)成。在一些實(shí)施方案中，構(gòu)成MFI膠帶中的絕緣導(dǎo)熱膠粘層的組合物具有高于0. 28MPa的粘合強(qiáng)度，高于0. 60ff/m. k的導(dǎo)熱率和高于0. 30kv/mil的介電性能。在另一些實(shí)施方案中，構(gòu)成MFI膠帶中的絕緣導(dǎo)熱膠粘層的組合物具有高于0. 40MPa的粘合強(qiáng)度，高于0. 65ff/m. k的導(dǎo)熱率和高于0. 40kv/mil的介電性能。在一些實(shí)施方案中，構(gòu)成MFI膠帶的絕緣導(dǎo)熱膠粘層的導(dǎo)熱粘合劑組合物為丙烯酸類粘合劑，包含基于100wt%的組合物總重量計(jì)，(A) 15 60wt%的丙烯酸基聚合物,和(B) 20 90wt%的導(dǎo)熱填料。在一些實(shí)施方案中，所述丙烯酸基聚合物包含至少一種聚合物，其為選自(甲基)丙烯酸，(甲基)丙烯酸酯如(甲基)丙烯酸(C1-C12)烷基酯或(甲基)丙烯酸(C5-C12)芳基酯，例如(甲基)丙烯酸甲酯、乙酯、丙酯、丁酯、己酯、2-乙基己酯中的一種或多種單體的聚合物。在本文中，術(shù)語(yǔ)“(甲基)丙烯酸”表示甲基丙烯酸和/或丙烯酸。
在一些實(shí)施方案中，所述丙烯酸基聚合物包含至少一種聚合物，其為選自(甲基)丙烯酸丁酯，(甲基)丙烯酸己酯，和(甲基)丙烯酸2-乙基己酯中的一種或多種單體的聚合物。在一些實(shí)施方案中，使用的丙烯酸聚合物的固有粘度> 0. 8并優(yōu)選大于>1. 0，且玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于_30°C。在一些實(shí)施方案中，基于100wt%的組合物總重量計(jì)，所述導(dǎo)熱填料的量為20 80wt %，優(yōu)選為20 70wt %，更優(yōu)選為20-60wt %。在一些實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料為選自陶瓷，金屬氧化物，水合金屬化合物，金屬氮化物，和含水金屬化合物中的一種或多種。在一些實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料為選自A1(0H)3，BN，SiC，AlN，Al2O3，云母，重晶石，碳化硅，TiO2, SiO2，硅灰石，大理石，鐵紅，氧化鋯和Si3N4中的一種或多種。 在一些實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱粘合劑組合物還包含增粘劑。更優(yōu)選地，MFI膠帶的導(dǎo)熱粘合劑組合物包含阻燃劑，以提供絕緣和阻燃性，從而能夠涂覆或?qū)訅河谔?yáng)能電池背板上，形成滿足UL94HB標(biāo)準(zhǔn)的整體組件。MFI膠帶的阻燃導(dǎo)熱粘合劑組合物包含基于IOOwt %的組合物總重量計(jì)，(A) 15 60wt%的丙烯酸基聚合物， )10 50被％的導(dǎo)熱填料，和(020 50被％的無(wú)鹵阻燃劑。在一些實(shí)施方案中，該組合物中的組分(C)包含亞組分(Cl)，其包含至少一種有機(jī)磷基阻燃劑；和亞組分(C2)，其包含至少一種阻燃劑，選自含氮化合物基阻燃劑，石墨材料基阻燃劑，氰尿酸三聚氰胺基阻燃劑，金屬氫氧化物基阻燃劑，金屬氧化物基阻燃劑，金屬磷酸鹽基阻燃劑，金屬硼酸鹽基阻燃劑，和不同于(Cl)的有機(jī)磷基阻燃劑的有機(jī)磷基阻燃劑，并且基于IOOwt %的組合物總重量計(jì)，組合物的P含量不小于4. Owt %。合適的阻燃劑的實(shí)例包括但不限于三聚氰胺聚磷酸鹽(MPP)，Mg (OH)2, Al (OH)3，硼酸鋅，聚磷酸銨(APP)，甲基膦酸二甲酯(DMMP)，磷酸三苯酯(TPP)，磷酸鋅，氰尿酸三聚氰胺(MCA)，三聚氰胺磷酸鹽(MP) ,9,10- _.氫-9-氧雜-10-憐雜菲-10-氧化物(DOPO)等。有機(jī)磷基阻燃劑的實(shí)例包括但不限于有機(jī)磷酸酯和有機(jī)磷酸鹽。例如可以使用固體填料型有機(jī)磷酸鹽0P935,可商購(gòu)自科萊恩化學(xué)公司(ClariantChemicals Company),中國(guó)，其磷含量高，為23-24wt%。在一些實(shí)施方案中，使用有機(jī)磷酸酯阻燃劑，如可獲自中國(guó)上海成再成化工有限公司的P30，一種液體阻燃劑，為磷酸三苯酯(CAS :115-86-6)與芳族磷酸酯的混合物，磷含量為8-9wt%，可以在不導(dǎo)致阻燃性降低的情況下提高粘合劑組合物的粘性。在一些實(shí)施方案中，將金屬氫氧化物基阻燃劑例如Mg (OH)2或Al (OH)3與磷酸鹽組合使用以提供與磷化合物的協(xié)同效果和良好的導(dǎo)熱性。在一些實(shí)施方案中，使用獲自3M中國(guó)的多功能絕緣導(dǎo)熱膠帶(MFI)，商品型號(hào)MF1-5E。其中所用導(dǎo)熱粘合劑組合物的組成為(A) 35 45wt%的丙烯酸基聚合物，(B) 30 40wt%的導(dǎo)熱填料，和(C) 15 25wt%的無(wú)鹵阻燃劑。其中丙烯酸基聚合物可以是選自(甲基)丙烯酸甲酯、乙酯、丙酯、丁酯、己酯、2-乙基己酯中的一種或多種單體的聚合物中的一種或多種，導(dǎo)熱填料可以是選自Al(OH)3, BN, SiC, AIN, Al2O3，碳化娃，TiO2, SiO2，氧化鋯和Si3N4中的一種或多種，無(wú)鹵阻燃劑可以是選自三聚氰胺聚磷酸鹽(MPP)，Mg(OH)2, Al (OH)3,硼酸鋅，聚磷酸銨(APP)，磷酸三苯酯(TPP) ,9,10- 二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(DOPO)，有機(jī)磷酸酯和有機(jī)磷酸鹽中的一種或多種。MFI膠帶可以通過(guò)本領(lǐng)域中的任何方法獲得。例如，其可以通過(guò)使用溶劑的混合和涂覆工藝獲得，或通過(guò)不使用溶劑的復(fù)合和涂覆工藝如UV或電子束(E-beam)聚合工藝獲得。MFI膠帶中的絕緣帶基可以為本領(lǐng)域中常用的基材。在一些實(shí)施方案中，所述絕緣帶基為塑料膜或絕緣的紡織或無(wú)紡材料。在一些實(shí)施方案中，所述MFI膠帶的絕緣導(dǎo)熱膠粘層的厚度至少為lOiim。
在一些實(shí)施方案中，導(dǎo)熱粘合層為單層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱粘合材料。在另一些實(shí)施方案中，導(dǎo)熱粘合層可以為雙層或多層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱粘合材料，其中各層可以由相同的導(dǎo)熱粘合材料構(gòu)成，或由不同的導(dǎo)熱粘合材料構(gòu)成，并且它們的厚度可以相同或不同。例如可以通過(guò)選擇導(dǎo)熱性和粘結(jié)性不同的兩層或多層，并通過(guò)調(diào)節(jié)各層的厚度來(lái)獲得更好的絕緣性能和粘合性能的組合。在一些實(shí)施方案中，導(dǎo)熱粘合層也可以為三層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱膠帶，兩層粘合膠體材料分別涂布于一層背基材料的兩面形成第一導(dǎo)熱粘合層和第二導(dǎo)熱粘合層，構(gòu)成雙面膠帶。雙面膠帶的第一導(dǎo)熱粘合層與太陽(yáng)能電池電路接觸，第二導(dǎo)熱粘合層與背板接觸。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所發(fā)明的背板組件由獨(dú)立的雙層導(dǎo)熱粘合層和背板構(gòu)成。其中第一導(dǎo)熱粘合層的導(dǎo)熱性能和絕緣性能更高，將與太陽(yáng)能電池電路接觸，作為組件組裝中需要單獨(dú)鋪設(shè)的粘合層材料；第二導(dǎo)熱粘合層為輔助粘合層，其成分與第一導(dǎo)熱粘合層大體相同，其導(dǎo)熱性能和絕緣性能比第一導(dǎo)熱材料低，厚度更小但粘結(jié)性更高，在電池組裝前，事先將第二導(dǎo)熱粘合層與背板通過(guò)層壓或涂覆合為一體。在電池組裝中，背板將通過(guò)第二導(dǎo)熱粘合層與第一粘合層熱壓復(fù)合，形成密封和粘結(jié)性能比背板直接與導(dǎo)熱粘合層熱壓復(fù)合更為優(yōu)異的電池組件。散熱體形式的電池背板散熱體形式的電池背板可以獨(dú)立地由一種或多種導(dǎo)熱材料構(gòu)造，適用于本發(fā)明中構(gòu)成散熱體形式的電池背板的導(dǎo)熱背板材料滿足下列條件I)導(dǎo)熱率大于0. 2ff/mk,優(yōu)選大于0. 4ff/mk,更優(yōu)選大于0. 7ff/mk ;和2)與所用導(dǎo)熱粘合層的粘合力> 40N/cm。優(yōu)選地，導(dǎo)熱背板材料還滿足下列條件 3)阻燃性能符合UL94HB標(biāo)準(zhǔn)。更優(yōu)選地，該導(dǎo)熱背板材料與導(dǎo)熱粘合層共同構(gòu)成的背板組件，還滿足以下條件4)局部放電> lOOOv，局部放電采用標(biāo)準(zhǔn)方法IEC61730測(cè)試，DBV(介電擊穿電壓)> 15KV，DBV采用測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ASTM D-4325中的方法測(cè)量；和5)耐老化性能，滿足IEC61215測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。導(dǎo)熱背板材料可以選自金屬、導(dǎo)熱的聚合物材料、導(dǎo)熱陶瓷和其他導(dǎo)熱無(wú)機(jī)材料，具體實(shí)例可以為金屬如鋁、銅、鐵、及其合金如鋁合金，石墨，導(dǎo)熱彈性體如導(dǎo)熱硅橡膠，導(dǎo)熱彈性塑料(一般為添加了導(dǎo)熱填料的塑料)，導(dǎo)熱陶瓷如導(dǎo)熱AlN陶瓷、導(dǎo)熱BeO陶瓷、導(dǎo)熱CBN陶瓷、導(dǎo)熱SiC陶瓷，或以上導(dǎo)熱塑料膜或膠體與含氟材料構(gòu)成的導(dǎo)熱多層復(fù)合材料
坐寸o
散熱體形式的電池背板可以構(gòu)造為任何形狀，這取決于對(duì)重量和電池效率的要求，例如可以構(gòu)造為膜、箔、平板、散熱片或在與接受光側(cè)相反的外表面上有多個(gè)輔助散熱結(jié)構(gòu)如突起或百葉片等的板。在形成多個(gè)突起或百葉片的情況下，由于增加了散熱體的表面積，可以進(jìn)一步提聞散熱效率。散熱體形式的電池背板的厚度在0.1mm以上，優(yōu)選在0.3mm以上，并且在5mm以下，優(yōu)選3mm以下，更優(yōu)選Imm以下?？梢愿鶕?jù)具體需要進(jìn)行選擇，如果厚度小于0. 1mm，則絕緣性能和機(jī)械強(qiáng)度不能滿足基本使用的要求，如果厚度大于5mm，則導(dǎo)致背板過(guò)于厚重，給安裝帶來(lái)困難，并且散熱熱阻很大。在使用外表面上有多個(gè)突起的板的實(shí)施方案中，突起可以是各種形狀或各種形狀的組合，形狀沒(méi)有具體限制，可以是立方體形、長(zhǎng)方體形、圓柱形、半球形、半圓柱形、圓錐形、圓臺(tái)形等。突起可以規(guī)則地排列或無(wú)規(guī)地排列。突起的高度可以為大于0.001mm，優(yōu)選大于0.1mm,更優(yōu)選大于IOmm,并且小于5cm,優(yōu)選小于4cm,更優(yōu)選小于3. 5cm。突起之間的 距離可以為大于0. Olmm,優(yōu)選大于0.1mm,更優(yōu)選大于Imm,并且小于100mm,優(yōu)選小于50mm,更優(yōu)選小于30mm。突起之間的距離，即突起的排列密度將影響散熱效果，可以根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。散熱片的一個(gè)實(shí)例具有圖4中顯示的結(jié)構(gòu)，其中突起部分在橫向和縱向上以相同間隔排列，形成相鄰排列的正方形，間隔的距離可以在< IOOmm的范圍內(nèi)，優(yōu)選在< 30mm的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，突起部分的間隔距離為I至20mm。具有散熱片構(gòu)造的導(dǎo)熱背板組件可以通過(guò)本領(lǐng)域中的常規(guī)方法制備，例如通過(guò)擠出、鑄造或注射模塑制備，或可以使用這些方法的組合制備。在一些實(shí)施方案中，使用鋁箔、鋁板和在外表面上有多個(gè)突起的鋁板作為散熱體形式的電池背板。前板太陽(yáng)能電池組件中的前板應(yīng)當(dāng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度以保護(hù)太陽(yáng)能電池電路，并且為了充分利用太陽(yáng)光，必須在一定范圍內(nèi)(例如小于IlOOnm范圍內(nèi)，如300-1100nm范圍內(nèi))具有高透光率?？梢允褂帽绢I(lǐng)域中通常使用的材料，例如玻璃或聚合物材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，用于前板的材料是具有高透光度的材料，其對(duì)于波長(zhǎng)在300-1 IOOnm范圍內(nèi)的光的透射率大于80%，優(yōu)選大于85%，更優(yōu)選大于90%。在一些實(shí)施方案中，使用玻璃作為前板，玻璃的實(shí)例包括但不限于鋼化玻璃，氟化玻璃。在一些實(shí)施方案中，使用透明的聚合物材料作為前板，聚合物材料的實(shí)例包括但不限于含氟聚合物，如乙烯-四氟乙烯共聚物，全氟乙烯丙烯共聚物，四氟乙烯-六氟丙烯-偏二氟乙烯共聚物，聚偏氟乙烯，乙烯-三氟氯乙烯共聚物或聚三氟氯乙烯，液晶聚合物，聚酯如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，聚萘二甲酸乙二醇酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯，聚氨酯，乙烯-乙烯醇共聚物，或它們中的兩種以上的混合物。前板的厚度沒(méi)有特別限制，只要能夠使太陽(yáng)光充分透過(guò)，并具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度保護(hù)太陽(yáng)能電池電路即可。例如，前板的厚度為大于0. 1mm，優(yōu)選大于1mm，更優(yōu)選大于2mm，并且小于20mm,優(yōu)選小于IOmm,更優(yōu)選小于5mm?？梢愿鶕?jù)具體需要進(jìn)行選擇,如果厚度小于0.1mm,則機(jī)械強(qiáng)度不足以保護(hù)電池片組件，如果厚度大于20mm，則過(guò)于厚重，導(dǎo)致散熱不良和安裝困難，安裝成本增加。為了提高前板的光線入射率，可以在前板的受光側(cè)的表面上設(shè)置增透膜，增加入射的太陽(yáng)光。增透膜可以是比前板材料的折射率更低的高透光率材料。增透膜可以通過(guò)諸如蒸鍍、熱噴涂或?yàn)R射鍍膜的工藝制造。為了提高太陽(yáng)能電池的光捕獲效率以提高其輸出功率，可以對(duì)前板靠近太陽(yáng)能電池電路一側(cè)的表面進(jìn)行處理以提高光反射率，以減少?gòu)奶?yáng)能電池組件出射的光線的量。例如，可以將前板靠近太陽(yáng)能電池電路一側(cè)的表面進(jìn)行壓紋處理，使其形成凸凹的結(jié)構(gòu)，從而提高該表面的光反射率以防止光子從太陽(yáng)能電池組件內(nèi)部逃逸。在一些實(shí)施方案中，使用厚度為3. 2mm的鋼化玻璃作為前板。太陽(yáng)能電池電路可以使用的太陽(yáng)能電池電路沒(méi)有特別限制，例如可以使用晶體硅如單晶硅或多晶 娃，納米娃，等。密封材料太陽(yáng)能電池組件中，在前板和太陽(yáng)能電池電路之間使用常規(guī)密封材料進(jìn)行包封。可以使用的密封材料包括聚合物如有機(jī)硅，聚烯烴，烯烴與極性單體的共聚物，例如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)，或PVB (聚乙烯醇縮丁醛樹(shù)脂)等?？梢允褂每缮藤?gòu)的密封材料，其實(shí)例包括但不限于福斯特(First)公司的806EVA，或普利斯通(Bridgestone)的S11EVA，和獲自3M中國(guó)有限公司的EVA9000。使用密封材料形成的密封層的厚度為大于0. 4mm,優(yōu)選大于0. 5mm,并且小于5mm,優(yōu)選小于3mm,更優(yōu)選小于1mm?？梢愿鶕?jù)具體需要進(jìn)行選擇,如果厚度小于0. 4mm,貝U電池片易于在熱壓中破損或電池片局部接觸到背板引起短路等不良情況，如果厚度大于5mm，則可能導(dǎo)致電池組件散熱熱阻太大，和重量太重安裝困難。太陽(yáng)能電池組件圖1是現(xiàn)有技術(shù)中太陽(yáng)能電池組件的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2和圖3分別是本發(fā)明的實(shí)施方案中采用的太陽(yáng)能電池組件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1顯示的是一種傳統(tǒng)硅晶電池結(jié)構(gòu)。如圖1中所示,現(xiàn)有技術(shù)中采用的太陽(yáng)能電池組件結(jié)構(gòu)為前板I/密封材料層2/太陽(yáng)能電池電路3/密封材料層4/背板5。通常使用的密封材料為例如EVA，背板材料包括由聚合物材料形成的層疊膜，例如由含氟聚合物如聚氟乙烯與聚酯如聚對(duì)苯二甲酸乙二酯和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物組成的層疊膜。在一個(gè)更具體的實(shí)例中，I為玻璃，2為EVA粘結(jié)層，3為硅晶電池片，4為EVA粘結(jié)層，5為含氟多層復(fù)合背板材料如可商購(gòu)產(chǎn)品TPT。這些密封層和背板材料具有低導(dǎo)熱率，使得太陽(yáng)能電池的散熱效率差，導(dǎo)致太陽(yáng)能電池的溫度升高和效率降低。本發(fā)明提供的太陽(yáng)能電池組件包括依次設(shè)置的前板/密封材料層/太陽(yáng)能電池電路/太陽(yáng)能電池背板組件，其可以彼此相互接觸，其中太陽(yáng)能電池背板組件為如前所述的實(shí)施方案中的任一種，并且太陽(yáng)能電池背板組件的導(dǎo)熱粘合層的第二表面與所述太陽(yáng)能電池電路接觸并粘合到一起。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，太陽(yáng)能電池組件的結(jié)構(gòu)如圖2所示，依次包括前板11/密封材料層12/太陽(yáng)能電池電路13/導(dǎo)熱粘合層14/散熱體形式的電池背板15，其中導(dǎo)熱粘合層14和散熱體形式的電池背板15構(gòu)成背板組件。其中的各個(gè)組件如前所述。
在一些實(shí)施方案中，太陽(yáng)能電池組件的結(jié)構(gòu)如圖3所示，依次包括前板21/密封材料層22/太陽(yáng)能電池電路23/導(dǎo)熱粘合層24/散熱片25，其中導(dǎo)熱粘合層24和散熱片25構(gòu)成背板組件，散熱片25在與接受光側(cè)相反的外表面上有多個(gè)突起。其中的各個(gè)組件如前所述。本發(fā)明的背板組件不限于用在具有上述結(jié)構(gòu) 的太陽(yáng)能電池組件中，同樣也適用于具有其他結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池組件。本發(fā)明的太陽(yáng)能電池背板組件和太陽(yáng)能電池組件可以通過(guò)常規(guī)方法經(jīng)層壓制備。例如，太陽(yáng)能電池組件的制備方法包括下列步驟電池片測(cè)試，正面焊接，背面串接，層壓敷設(shè)，組件層壓，修邊裝框，安裝接線盒，高壓測(cè)試，組件測(cè)試，和包裝。在一些實(shí)施方案中，將前板、密封材料、太陽(yáng)能電池電路、導(dǎo)熱粘合層和散熱體形式的電池背板層壓，制備太陽(yáng)能電池組件。在另一些實(shí)施方案中，先將導(dǎo)熱粘合層如導(dǎo)熱粘合膠帶施加于散熱體形式的電池背板的一個(gè)表面上，獲得背板組件，之后將前板、密封材料、太陽(yáng)能電池電路和背板組件層壓，制備太陽(yáng)能電池組件。下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例和比較例中使用的原料概述如下。3. 2mm厚的鋼化玻璃，獲自信義玻璃有限公司，中國(guó)，超白光伏玻璃。EVA，EVA9000，獲自3M中國(guó)有限公司。晶體娃太陽(yáng)能電池電路單晶娃電池片，尺寸為125mmX 125mmX0. 25mm,商品型號(hào)JAC M5SL 2BB，獲自晶澳太陽(yáng)能有限公司，中國(guó)。多功能絕緣導(dǎo)熱膠帶(MFI)，商品型號(hào)MF1-5E，獲自3M，中國(guó)。鋁箔，50 ii m厚，1200軋，退火鋁合金，去污處理過(guò)的壓延鋁箔，獲自鎂鋁中國(guó)有限公司。鋁板，1. 5mm厚，獲自鎂鋁中國(guó)有限公司。散熱片，鑄鋁材質(zhì)，尺寸為250mmX250mmX5mm，在一個(gè)表面上分布有8mmX8mmX IOmm的長(zhǎng)方體形突起,突起之間的間距為8mm(見(jiàn)圖4),獲自宇醇電子科技有限公司，中國(guó)。含氟聚合物復(fù)合板，含EVA/PET/THV膜的層壓板，型號(hào)SF17T，獲自3M，中國(guó)。測(cè)試方法1.太陽(yáng)能電池效率太陽(yáng)能電池效率通過(guò)使用ORIEL陽(yáng)光模擬器(型號(hào)AA solar simulator94062)和太陽(yáng)能電池板測(cè)試系統(tǒng)(型號(hào)Red solar cell sun-simulator AN IVtesterSP1000-4960，購(gòu)自Newport Corporation，美國(guó))測(cè)定。使用標(biāo)準(zhǔn)方法GB/T 6495.1進(jìn)行測(cè)定。2.太陽(yáng)能電池溫度將熱電偶嵌入太陽(yáng)能電池組件中，置于離邊緣最近的一塊電池片中央部位的膠粘層和背板之間，并與Mini LOGGER GL220儀器(獲自GraphtechCorporation，美國(guó))相連。通過(guò)GL220儀器監(jiān)測(cè)并記錄太陽(yáng)能電池的溫度變化。
實(shí)施例1在實(shí)施例1中使用下列材料形成太陽(yáng)能電池組件3. 2mm厚鋼化玻璃作為前板，EVA作為密封材料，晶體硅太陽(yáng)能電池電路(I25mmX 125mmX 0. 3mm，4片串聯(lián))，多功能絕緣導(dǎo)熱膠帶(MFI)作為導(dǎo)熱粘合層，和鋁箔(50 厚，1200軋，退火鋁合金)作為散熱體形式的電池背板。將各組件通過(guò)熱壓制備成太陽(yáng)能電池組件。電池片的制備方法按照如下程序進(jìn)行。步驟1:用電烙鐵(300 400°C )將焊帶焊接至電池片正面的主柵線上；步驟2 :將步驟I制作的電池片背面串聯(lián)焊接成電池片串；
步驟3 :鋪設(shè)超白玻璃與一層EVA膜，然后按一定次序?qū)⒍啻凑詹襟E2得到的電池片串鋪設(shè)；于EVA上方并串聯(lián)成電池片組，之后鋪設(shè)導(dǎo)熱粘合層，最后鋪設(shè)散熱體形式的背板；步驟4:將組件層壓，工藝參數(shù)如下溫度為135 155 °C ;過(guò)程為抽真空(-1OOkPa)，3 7min，接著加壓(由-1OOkPa升至IOOkPa)，0 2min，之后保壓(80 IOOkPa),8 15min ；步驟5 :后續(xù)裝框及相關(guān)測(cè)試，包裝。比較例I以與實(shí)施例1中相同的方式制備太陽(yáng)能電池組件，不同之處在于使用EVA代替多功能絕緣導(dǎo)熱膠帶并使用含氟聚合物復(fù)合板(EVA/PET/THV層壓板)代替鋁箔，獲得傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池組件。實(shí)施例2以與實(shí)施例1中相同的方式制備太陽(yáng)能電池組件，不同之處在于使用鋁板(1. 5mm厚)代替鋁箔，以為太陽(yáng)能電池組件提供更強(qiáng)的機(jī)械支持。實(shí)施例3以與實(shí)施例1中相同的方式制備太陽(yáng)能電池組件，不同之處在于使用散熱片代替鋁箔。散熱片的結(jié)構(gòu)如圖4中所示。測(cè)試結(jié)果測(cè)試實(shí)施例和比較例中制備的太陽(yáng)能電池組件在不同工作時(shí)間的溫度和光電轉(zhuǎn)換效率。實(shí)施例1和比較例I的數(shù)據(jù)如圖5所示，其中(A)中顯示電池效率隨工作時(shí)間的變化，(B)中顯示電池效率保持率隨工作時(shí)間變化的結(jié)果，數(shù)據(jù)顯示在表I中。表1.太陽(yáng)能電池組件在不同工作時(shí)間的光電轉(zhuǎn)換效率
編號(hào)時(shí)間(分鐘)效率(％)
實(shí)施例1 _0__11.67
_1]__1233__11.061
比較例I _0__11.74
_ 12.33_ 10.92從圖5和表I可以看到，實(shí)施例1和比較例I中太陽(yáng)能電池的溫度均隨著工作時(shí)間迅速升高，導(dǎo)致太陽(yáng)能電池的效率隨之下降。但是，實(shí)施例1的太陽(yáng)能電池的效率下降速度較慢，并且效率損失較少。在工作12. 33min后，比較例I的太陽(yáng)能電池組件效率降低0. 82%，即損失了其在25°C標(biāo)準(zhǔn)值的7. 0%，而實(shí)施例1的太陽(yáng)能電池組件效率降低0. 609%，即其在25°C標(biāo)準(zhǔn)值的5. 2%。這證明實(shí)施例1的太陽(yáng)能電池組件具有更好的散熱效率，防止了溫度升高，從而降低了功率損失。在另一組測(cè)試中，將實(shí)施例和比較例中制備的太陽(yáng)能電池組件放入烘箱中，使其達(dá)到88. rc，之后將電池組件從烘箱中取出放在環(huán)境溫度下，使其自然降溫，測(cè)量并記錄其轉(zhuǎn)換效率隨溫度下降的變化。實(shí)施例1和比較例I的結(jié)果如圖6所示，數(shù)據(jù)顯示在表2中。表2.太陽(yáng)能電池組件在不同時(shí)間的光電轉(zhuǎn)換效率
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能電池背板組件，包括導(dǎo)熱粘合層，其具有第一表面和第二表面；和散熱體形式的電池背板，其中導(dǎo)熱粘合層的第一表面與散熱體形式的電池背板接觸。
2.權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述導(dǎo)熱粘合層由選自導(dǎo)熱粘合劑， 導(dǎo)熱硅脂，導(dǎo)熱粘合膠帶，導(dǎo)熱密封材料，和導(dǎo)熱熱固性材料中的一種或多種構(gòu)成。
3.權(quán)利要求1或2所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述導(dǎo)熱粘合層由選自環(huán)氧樹(shù)脂， 有機(jī)硅粘合劑，乙烯-醋酸乙烯共聚物和丙烯酸類粘合劑的導(dǎo)熱粘合劑或者包含所述導(dǎo)熱粘合劑的導(dǎo)熱粘合膠帶構(gòu)成。
4.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述導(dǎo)熱粘合層的導(dǎo)熱率大于O. 3ff/mK,優(yōu)選大于O. 5ff/mk,更優(yōu)選大于O. 8W/mk。
5.權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述導(dǎo)熱粘合層的介電強(qiáng)度大于3000V，優(yōu)選大于5000V，更優(yōu)選大于6000V。
6.權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述導(dǎo)熱粘合層的體積電阻率大于101° Ω ·ηι,優(yōu)選大于10ηΩ · m。
7.權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述導(dǎo)熱粘合層的厚度為大于O. 4mm,并且小于5mm。
8.權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述丙烯酸類粘合劑包含基于IOOwt %的總重量計(jì)，15 60wt%的丙烯酸基聚合物,和20 80wt%的導(dǎo)熱填料。
9.權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述丙烯酸類粘合劑包含基于IOOwt %的總重量計(jì)，15 60wt%的丙烯酸基聚合物,和20 90wt%的導(dǎo)熱填料。
10.權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述丙烯酸類粘合劑包含基于IOOwt %的總重量計(jì)，15 60wt%的丙烯酸基聚合物，10 50wt%的導(dǎo)熱填料,和 20 50被％的無(wú)鹵阻燃劑。
11.權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述丙烯酸類粘合劑包含基于IOOwt %的總重量計(jì),35 45wt%的丙烯酸基聚合物,30 40wt%的導(dǎo)熱填料,和 15 25被％的無(wú)鹵阻燃劑。
12.權(quán)利要求10或11所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述無(wú)鹵阻燃劑包含亞組分 (Cl)，其包含至少一種有機(jī)磷基阻燃劑；和亞組分(C2)，其包含至少一種阻燃劑，選自含氮化合物基阻燃劑，石墨材料基阻燃劑，氰尿酸三聚氰胺基阻燃劑，金屬氫氧化物基阻燃劑， 金屬氧化物基阻燃劑，金屬磷酸鹽基阻燃劑，金屬硼酸鹽基阻燃劑，和不同于(Cl)的有機(jī)磷基阻燃劑，并且基于IOOwt^的粘合劑總重量計(jì)，P含量不小于4. 0wt%。
13.權(quán)利要求8至12中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述丙烯酸基聚合物包含至少一種由選自(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯中的一種或多種單體構(gòu)成的聚合物。
14.權(quán)利要求8至13中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述導(dǎo)熱填料為選自陶瓷，金屬氧化物，水合金屬化合物，金屬氮化物，云母，重晶石，碳化娃和含水金屬化合物中的一種或多種。
15.權(quán)利要求10或11所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中丙烯酸基聚合物包含選自(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基) 丙烯酸己酯和(甲基)丙烯酸2-乙基己酯中的一種或多種單體的聚合物，導(dǎo)熱填料是選自Al (OH)3, BN, SiC, AIN, Al2O3,碳化硅，TiO2, SiO2，氧化鋯和Si3N4中的一種或多種，無(wú)鹵阻燃劑是選自三聚氰胺聚磷酸鹽，Mg(OH)2, Al (OH)3,硼酸鋅，聚磷酸銨，磷酸三苯酯，9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物，有機(jī)磷酸酯和有機(jī)磷酸鹽中的一種或多種。
16.權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述導(dǎo)熱粘合層具有單層或多層結(jié)構(gòu)。
17.權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述散熱體形式的電池背板由一種或多種滿足下列條件的導(dǎo)熱材料構(gòu)成導(dǎo)熱率大于O. 2ff/mk,優(yōu)選大于O. 4ff/mk,更優(yōu)選大于O. 7ff/mk ;和與所述導(dǎo)熱粘合層的粘合力> 40N/cm。
18.權(quán)利要求17所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中構(gòu)成所述散熱體形式的電池背板的一種或多種導(dǎo)熱材料還滿足以下條件阻燃性能符合UL94HB標(biāo)準(zhǔn)。
19.權(quán)利要求17或18所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中構(gòu)成所述散熱體形式的電池背板的一種或多種導(dǎo)熱材料為選自以下各項(xiàng)中的一種或多種金屬，導(dǎo)熱聚合物材料、導(dǎo)熱陶瓷和導(dǎo)熱無(wú)機(jī)材料。
20.權(quán)利要求17至19中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中構(gòu)成所述散熱體形式的電池背板的一種或多種導(dǎo)熱材料為選自以下各項(xiàng)中的一種或多種鋁、銅、鐵和它們的合金，石墨，導(dǎo)熱彈性體，導(dǎo)熱硅橡膠，導(dǎo)熱彈性塑料，導(dǎo)熱AlN陶瓷、導(dǎo)熱BeO陶瓷、導(dǎo)熱CBN 陶瓷和導(dǎo)熱SiC陶瓷。
21.權(quán)利要求1至20中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中太陽(yáng)能電池背板組件還滿足以下條件介電擊穿電壓> 15KV ;和耐老化性能，滿足IEC61215測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。
22.權(quán)利要求1至21中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述散熱體形式的電池背板為膜、箔、平板、散熱片或在與接受光側(cè)相反的外表面上有多個(gè)輔助散熱結(jié)構(gòu)的板的形式。
23.權(quán)利要求22所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述輔助散熱結(jié)構(gòu)是立方體形、長(zhǎng)方體形、圓柱形、半球形、半圓柱形、圓錐形或圓臺(tái)形中的一種或多種的突起；并且突起的高度為大于O. OOlmm且小于5cm。
24.權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述散熱體形式的電池背板厚度為O.1mm以上，且5mm以下。
25.—種太陽(yáng)能電池組件，包括前板；密封材料層；太陽(yáng)能電池電路；和根據(jù)權(quán)利要求1-24中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池背板組件，其中所述太陽(yáng)能電池背板組件的導(dǎo)熱粘合層的第二表面與所述太陽(yáng)能電池電路接觸并粘合 到一起。
全文摘要
本發(fā)明提供一種太陽(yáng)能電池背板組件，其包括導(dǎo)熱粘合層，和散熱體形式的電池背板，其中導(dǎo)熱粘合層的第一表面與散熱體形式的電池背板接觸，當(dāng)將該背板組件組裝到太陽(yáng)能電池組件中時(shí)，導(dǎo)熱粘合層的第二表面將可以直接與太陽(yáng)能電池電路接觸并粘合到一起。本發(fā)明還提供一種包括該太陽(yáng)能電池背板組件的太陽(yáng)能電池組件。
文檔編號(hào)H01L31/052GK103000728SQ20121050909
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者萬(wàn)紅梅, 黃思浙, 秦亮, 鄧云海, 張偉, 蒂姆·D·弗萊徹, 蘇珊娜·克利爾 申請(qǐng)人:3M材料技術(shù)(合肥)有限公司