專利名稱：太陽能電池模塊及制造太陽能電池模塊的方法
太陽能電池模塊及制造太陽能電池模塊的方法
背景技術(shù)：
太陽能電池(也稱為光伏電池)通常包括光伏(PV)層，所述光伏層包括在前電極(在電池的光接收側(cè))與后電極(在電池背面)之間提供的半導(dǎo)體材料。前電極是透明的或盡可能薄，使得入射光能夠到達(dá)半導(dǎo)體材料，在半導(dǎo)體材料處使用入射輻射產(chǎn)生電流。為了提高太陽能電池對所暴露環(huán)境條件的抵抗能力，太陽能電池通常具備保護(hù)層，也稱為包封層。包含具備包封層的太陽能電池的組件還將被稱為太陽能電池模塊。在太陽能電池模塊中，通過諸如集電網(wǎng)格或匯流條之類的一個或多個集電區(qū)收集由太陽能電池產(chǎn)生的電流。為了能夠使用由太陽能電池模塊產(chǎn)生的電力，所述模塊內(nèi)的集電區(qū)經(jīng)由導(dǎo)電連接與外部載流體相連。外部載流體的形式可以例如為導(dǎo)線或諸如條帶(stripe)之類的其他導(dǎo)電物體。
為了提供與外部載流體具有導(dǎo)電連接的集電區(qū)，必須局部除去或穿透包封物。有必要密封包封物的開口點以防止外部影響，例如，防止潮氣進(jìn)入導(dǎo)電連接。為此而應(yīng)用接合到包封層的外殼。在本申請的上下文中，外殼一詞指圍繞導(dǎo)電連接并為其提供電絕緣和防止機(jī)械和氣候因素影響的物體。外殼被接合到包封層。在本領(lǐng)域中，使用接線盒提供借助外殼保護(hù)的導(dǎo)電連接。借助粘合劑或經(jīng)由機(jī)械手段將接線盒接合到太陽能電池模塊的包封層。已發(fā)現(xiàn)在使用粘合劑時，在外殼的外部部分與導(dǎo)電連接之間的粘合劑層的寬度必須相對較大，以確保外殼到太陽能電池模塊的接合的正常絕緣特性。外殼與包封層之間的分界面也必須相對較大以確保具有足夠機(jī)械強度的接合。這導(dǎo)致接線盒的大小相對較大。日本專利申請JP2007 129014披露了一種包括反面保護(hù)層和端接盒的太陽能電池模塊。所述端接盒借助粘合部分接合到所述太陽能電池模塊。使用機(jī)械手段提供接線盒外殼到太陽能電池模塊的接合在本領(lǐng)域中也是公知的。但是，實現(xiàn)此接合的機(jī)械手段可以相當(dāng)復(fù)雜。因此，需要備選方法來將外殼接合到具備包封物的太陽能電池模塊。如上所述，出于若干原因，應(yīng)用粘合劑不能產(chǎn)生充分耐久的密封。由于外殼必須盡可能小，所以粘合表面的寬度是有限的。此外，取決于粘合劑的性質(zhì)，并非總是能夠?qū)⑼鈿だ喂潭志玫卣迟N到包封物，因為膠粘物并非總是能夠與包封材料相容。對于應(yīng)用溶劑接合包封物材料，尋找適合的溶劑會很困難。對于熱焊接，接觸表面的溫度會非常高(例如，在250°C以上的量級)并且必須將待焊接的部位壓緊在一起。對于熱焊接，所施加的熱必須集中在待焊接的表面以防損害基礎(chǔ)太陽能電池結(jié)構(gòu)。必須在待焊接表面產(chǎn)生熱量。多數(shù)焊接技術(shù)都不滿足該要求。

發(fā)明內(nèi)容
本領(lǐng)域中需要一種經(jīng)由具備外殼的導(dǎo)電連接將太陽能電池模塊連接到外部載流體的方法，所述方法滿足多個要求。外殼到太陽能電池模塊的接合必須可實現(xiàn)長期密封。此夕卜，外殼到包封層的接合應(yīng)牢固并且不導(dǎo)電。本發(fā)明提供了這樣的方法。本發(fā)明還提供了具備帶有外殼的導(dǎo)電連接的太陽能電池模塊，所述外殼滿足上述要求。從以下說明書，本發(fā)明的其他優(yōu)點將變得清楚。本發(fā)明涉及一種太陽能電池模塊，所述太陽能電池模塊包括太陽能電池和包封物，其中所述太陽能電池模塊具有通過導(dǎo)電連接與外部載流體相連的電流連接區(qū)域，其中所述導(dǎo)電連接具備經(jīng)由激光焊接接合而接合到所述包封物的外殼。本發(fā)明還涉及一種制造太陽能電池模塊的方法，所述太陽能電池模塊包括太陽能電池和包封物，所述太陽能電池模塊具有通過導(dǎo)電連接與外部載流體相連的電流連接區(qū)域，其中所述導(dǎo)電連接具備接合到所述包封物的外殼，其中通過激光焊接實現(xiàn)所述接合。已發(fā)現(xiàn)使用激光焊接可產(chǎn)生電絕緣的牢固接合。這種特性組合允許使用具有相對較小的接合界面的相對較小的外殼，同時仍滿足寄予外殼與太陽能電池模塊之間的電絕緣和接合強度的要求。在本發(fā)明中使用的一個或多個電池包括能夠從入射光產(chǎn)生電流的光伏層；在所 述光伏層的一側(cè)并接近和平行于所述光伏層的后電極層；以及在所述光伏層的另一側(cè)并接近和平行于所述光伏層的透明導(dǎo)體層(或前電極層)。所述光伏層、透明導(dǎo)電氧化物以及所述后電極的性質(zhì)對本發(fā)明而言并非是關(guān)鍵的。用于這些層的適當(dāng)材料在本領(lǐng)域中是公知的。如上所述，所述太陽能電池具備集電區(qū)。此特性在本領(lǐng)域中也是公知的并且無需
進(jìn)一步闡明。在一個實施例中，所述太陽能電池模塊是包括一個或多個太陽能電池的撓性太陽能電池箔(foil)，所述太陽能電池具備在透明導(dǎo)體層之上的第一包封層以及可選地在后電極層之下的第二包封層。在另一個實施例中，所述太陽能電池模塊是硬太陽能電池模塊，其中將硬的透明載流體(例如，玻璃片)作為載流體疊置在所述透明導(dǎo)體層之上。在本發(fā)明中，所述外殼接合到所述太陽能電池模塊的所述包封層。在本說明書的上下文中，包封層是在所述前電極之上或在所述后電極之下或在這兩個位置處存在的聚合物層。所述包封層用于將所述太陽能電池與外部環(huán)境隔離。所述包封層自身可以包括具有不同成分和特性的子層。如對本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的，任何在所述前電極之上存在的包封層都將是透明的。包封層在本領(lǐng)域中是公知的。在本發(fā)明中，所述外殼經(jīng)由激光焊接接合到所述包封物。借助激光焊接，高強度激光束被聚集在焊接位置處，即，聚集在所述外殼與所述包封物的界面處。為了允許適當(dāng)?shù)暮附?，有必要使激光能量到達(dá)此界面。從所述外殼的方向或者從所述包封物的方向?qū)⒓す鈱?zhǔn)此界面。為了使得激光能夠到達(dá)所述界面，激光源與所述界面之間的材料對激光而言應(yīng)是透明的。換言之，可使激光的波長與聚合物的性質(zhì)匹配以實現(xiàn)此目的。在一個實施例中，在激光與所述界面之間的交界面一側(cè)上的材料(可以是所述外殼，也可以是所述包封物)對激光而言是透明的，而在所述界面另一側(cè)上的材料對在所應(yīng)用的波長處的激光而言是不透明的。在另一個實施例中，所述外殼的材料和所述包封物的材料兩者在所應(yīng)用的波長處都是完全透明的。在此情況下，將形式例如為薄碳層的激光吸收材料施加在所述包封物與所述外殼之間的界面處，使得在該位置處產(chǎn)生熱量，這將確保焊接發(fā)生。此實施例的優(yōu)點在于，焊接僅在施加所述吸收材料的位置處發(fā)生。通過選擇大量吸收光的材料而限制了到達(dá)下伏層的輻射。通過調(diào)整激光束的強度和照射的持續(xù)時間，所產(chǎn)生的熱量被設(shè)置為足以融化所述界面的表面層并且加熱時間足夠短以限制融化區(qū)的穿透深度?？梢允褂每蓮氖袌錾腺徺I的掃描頭在待焊接的路徑上移動激光束。要指出的是，已發(fā)現(xiàn)本領(lǐng)域中公知的其他焊接技術(shù)并不適合于將外殼連接到太陽能電池模塊的包封物。更具體地說，已發(fā)現(xiàn)對于超聲波焊接，無法獲得適當(dāng)?shù)恼掣健Ｎ⒉ê附硬惶m合，因為其可能因?qū)щ娪性磳右参瘴⒉芰慷鴵p壞太陽能電池模塊。所述外殼可以接合到所述前電極之上的包封層、接合到所述后電極之下的包封層，或接合到兩者。在本發(fā)明的一個實施例中，所述外殼僅施加到所述太陽能電池模塊的一側(cè)并且不 施加到另一側(cè)。此實施例可以是有吸引力的，其中優(yōu)選地使所述太陽能電池模塊的正面和背面是平的。在此情況下，所述外殼必須在不使用背板的情況下粘附到太陽能電池模塊(PV模塊)的表面。這在本發(fā)明中可以容易地實現(xiàn)。相應(yīng)地，在一個實施例中，所述外殼僅施加到所述太陽能電池模塊的一側(cè)，而無需連接到所述模塊的另一側(cè)。所述外殼可以連接到所述太陽能電池模塊的正面的包封層(即，光線入射側(cè))或連接到所述太陽能電池模塊的背面。在一個實施例中，在多個外殼接合到太陽能電池模塊的情況下，所有外殼都接合到所述模塊的同一側(cè)，該側(cè)可以是所述模塊的正面或背面。這使得具有一個平坦表面成為可能，這對于進(jìn)一步處理(例如，將其粘附到載流體)是有吸引力的。此外，在聚合物包封層僅存在于所述模塊的一側(cè)的情況下，例如，在所述模塊的另一側(cè)具備玻璃片的情況下，所述外殼(多個)將僅接合到所述模塊的一側(cè)。在所述太陽能電池模塊在模塊正面具有包封層并在模塊背面具有一個層的實施例中，也可以使所述外殼接合到所述模塊的兩側(cè)上的包封物。所述外殼(或至少所述外殼的將接合到所述太陽能電池模塊的部分)通常為聚合物材料。在一個實施例中，選擇所述外殼的材料或所述外殼的相關(guān)部分的材料以及要接合的包封物的材料以使得它們能夠容易地被焊接在一起。在一個實施例中，所述外殼的材料或所述外殼的相關(guān)部分的材料以及所述包封物都基于相同類型的聚合物。在此情況下，可以獲得具有特別有利的特性的接合。例如，所述包封物和所述外殼兩者都可以基于熱塑性氟聚合物。在焊接期間，可能需要將壓力施加在所述界面上以獲得持續(xù)的牢固接合。為此，可以例如通過諸如工作臺之類的硬支撐表面來支撐所述太陽能電池模塊?？蛇x地，可以將壓力施加在所述外殼上。為了將更均勻分布的壓力施加在所述外殼上，可以使用壓力件。優(yōu)選地，所述壓力件至少對于激光頻譜的波長是透明的。為了避免劃痕或污染妨礙壓力件的透明度，可以使用一次性(disposable)壓力件。
具體實施例方式通過參考附圖
進(jìn)一步說明了本發(fā)明。在附圖中，圖I以截面圖示意性地示出了接線盒，所述接線盒具有用于連接到線纜(未示出)的外殼I以及箔2 (具體地說，由聚合物包封層保護(hù)的太陽能箔)中的導(dǎo)電層。所述連接可以例如是夾持連接、焊接連接或?qū)щ娬澈蟿┨峁┑倪B接。外殼I包括具有開口端4的中心體3并且與開口端4 一起置于箔2的包封層上。開口端4具有向外延伸的平坦凸緣5，凸緣5安置在箔2的頂部包封層上。透明聚合物材料的壓力件6具有中心開口 7并安置在外殼I的凸緣5上，中心開口 7裝配在外殼I的中心體3之上?？梢允褂眉す夂附釉O(shè)備(未示出)將凸緣5焊接在箔2上。在焊接期間，經(jīng)由壓力件6將壓力施加在凸緣5上。壓力件6、外殼I的凸緣5以及箔2的包封層由對激光波長(通常約為700-800納米)透明的聚合物材料制成。到目前為止，多數(shù)聚合物材料對這些波長都是透明的。激光吸收材料層8被施加在箔2與外殼I的凸緣5之間的界面處。光吸收材料層8可以例如是碳層或任何其他適合類型的光吸收材料層(例如，用于可記錄⑶的制造技術(shù)中公知的光吸收材料層)。光吸收材料實現(xiàn)僅在焊接位置處產(chǎn)生熱量，以便將熱影響區(qū)限于 焊接兩側(cè)的薄層。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池模塊，所述太陽能電池模塊包括至少一個太陽能電池和包封層，其中所述太陽能電池模塊具有通過導(dǎo)電連接與外部載流體相連的電流連接區(qū)域，其中所述導(dǎo)電連接具備經(jīng)由激光焊接接合而接合到所述包封層的外殼。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的太陽能電池模塊，其中所述外殼僅接合到所述太陽能電池模塊的一側(cè)上的包封層而不連接到所述模塊的另一側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的太陽能電池模塊，其中將具有多個外殼的多個導(dǎo)電連接接合到所述太陽能電池模塊并且所有外殼都接合到同一側(cè)，所述同一側(cè)是所述模塊的正面或背面。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的太陽能電池模塊，其中所述外殼接合到所述太陽能電池模塊的兩側(cè)上的包封層。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求的太陽能電池模塊，其中所述模塊是在所述模塊的一側(cè)具備第一包封層并在所述模塊的對側(cè)具備第二包封層的撓性模塊。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一權(quán)利要求的太陽能電池模塊，其中所述外殼或所述外殼的相關(guān)部分以及所述外殼所接合的包封層基于相同類型的聚合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的太陽能電池模塊，其中所述外殼和所述包封層基于熱塑性氟聚合物。
8.—種制造太陽能電池模塊的方法，所述太陽能電池模塊包括一個或多個太陽能電池和包封層，所述太陽能電池模塊具有通過導(dǎo)電連接與外部載流體相連的電流連接區(qū)域，其中所述導(dǎo)電連接具備接合到所述包封層的外殼，其中通過激光焊接實現(xiàn)所述接合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述外殼和所述包封層對在所施加的波長處的激光而言都是透明的，并且在所述外殼與所述包封層之間的界面處施加激光吸收材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述外殼和所述包封層中的一個對在所施加的波長處的激光而言是透明的，且所述外殼和所述包封層中的另一個對在所施加的波長處的激光而言是不透明的，且激光被從對激光透明的組件的一側(cè)導(dǎo)引到外殼與包封層之間的界面。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10中的任一權(quán)利要求的方法，其中在焊接期間，在將所述太陽能模塊支撐在支撐表面上時，將壓力施加于所述外殼上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中借助對在所施加的波長處的激光而言透明的壓力件施加所述壓力。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的方法，其中所述壓力件是一次性部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能電池模塊，所述太陽能電池模塊包括太陽能電池和包封物，其中所述太陽能電池模塊具有通過導(dǎo)電連接與外部載流體相連的電流連接區(qū)域，其中所述導(dǎo)電連接具備經(jīng)由激光焊接接合而接合到所述包封物的外殼。已發(fā)現(xiàn)通過激光焊接接合將所述外殼接合到包封層使得接合牢固且具有良好的絕緣特性。
文檔編號H01L31/048GK102782872SQ201080007508
公開日2012年11月14日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月14日
發(fā)明者G·C·杜貝爾達(dá)姆 申請人:海利安特斯有限公司