CN106956480B - 光伏模块封装 - Google Patents
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Abstract
描述一种基于硅晶圆的光伏模块，所述基于硅晶圆的光伏模块包括第一外部保护层及第二外部保护层，其中两个外部保护层都包含低钠或无钠玻璃或低碱或无碱组成。光伏模块显示对水侵入的抗性、没有或减少的电位诱发钠离子漂移及降低的电位诱发恶化。
Description
本申请为申请日为2012年08月06日、申请号为201280042914.3、名称为“光伏模块封装”的发明专利申请的分案申请。
相关申请案的交叉引用
本申请案根据专利法主张在2011年8月4日提出申请的美国临时申请案第61/515,042号及在2011年11月30日提出申请的美国临时申请案第61/565,050号的优先权的权益，本申请案依赖所述美国临时申请案的内容，且所述美国临时申请案以引用的方式全部并入本文。
技术领域
实施例涉及光伏(photovoltaic；PV)模块及光伏模块的工艺。
背景技术
光伏模块用于将太阳光转换成电。现今两种被使用或正在开发的主要类型是晶圆式模块(“晶圆式模块”或“晶圆式硅模块”或“晶圆式硅元件”—可互换使用所有这些术语)及薄膜模块，所述晶圆式模块使用连接在一起的多个硅晶圆，所述薄膜模块使用碲化镉(CdTe)、铜铟镓二硒(CIGS)或薄膜(非晶及微晶)硅。用于晶圆式模块的典型封装100具有一个保护玻璃层10(诸如，碱石灰玻璃)、聚合物背片12、硅晶圆16及介于保护玻璃层与背片之间的囊封层20及视需要的边缘密封18、金属框架14及电接触件22，如图1A中的横截面所示。用于薄膜模块的典型封装101具有两个保护玻璃层10(诸如，碱石灰)、一或更多个薄膜17、介于两个玻璃片之间的囊封层20、边缘密封18及电接触件22，如图1B中的横截面所示。乙烯醋酸乙烯酯共聚物(Ethylene vinyl acetate；EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(polyvinylbutyral；PVB)或其他囊封剂常见用于将两个玻璃片黏结在一起。诸如在模块周边的丁基密封剂的密封材料用于增加抗湿性。
在发电工业中，持续存在着一股驱动力使PV技术能与既存的生产电力方法(例如，水力、燃煤、核能、风力等)竞争。为此，制造成本、转换效率及效率恶化是需要解决的一些设计挑战。
发明内容
希望在模块寿命内具有高初始转换效率及低恶化速率以增加所产生的电量及减小所产生的电的平准成本(levelized cost of electricity；LCOE)或美元/千瓦时。图2图示这两个领域中的改良。线24图示的初始模块效率的改良可通过电池性能的改良产生。对于给定模块尺寸来说，改良初始模块性能的其他方式包括最大化电池孔隙。边缘删除区域及为了产生电池至电池电路而由划线消耗的区域使用薄膜模块中原本可用以发电的区域。边缘删除区域可主要用于湿气屏障，以使得所述边缘删除区域在两侧上与玻璃直接接触。边缘删除区域的宽度基本上可通过获取满意的抗湿性性能所必需的路径长度决定。湿气屏障选择可为影响边缘删除区域的宽度以及线26图示的寿命内的恶化的因素。
晶圆式光伏模块与薄膜光伏模块两者在所述晶圆式光伏模块及所述薄膜光伏模块寿命内都展示性能的连续恶化，其中薄膜模块恶化更迅速。这种恶化可与众多问题有联系，所述问题包括元件材料的离子迁移、水侵入及光降解。此外，电位(电压)可为造成这种恶化的加速机制。图3为图示分别由线28及线30图示的晶圆式模块及薄膜模块的1％及2％年恶化速率的效应的曲线图。在30年寿命结束时，这种情况导致晶圆式模块性能恶化26％且薄膜模块性能恶化45％。
所公开实施例增加模块的寿命内的能量输出。理想情况下，将不存在任何恶化，图3中所示的曲线上方区域有此可能性。可能使晶圆式模块的寿命内的能量输出增加约15％或更多。当将预期的面板寿命增加至50年时，此增加量增加至约30％，增加至约30％已被认为是行业的目标。若恶化速率较高，则进一步改良LCOE的可能性增加。上文描述的恶化速率的一些原因与固有的电池恶化及由环境湿气、材料含有的湿气及玻璃中离子的迁移率的存在造成的加速有联系。举例来说，来自玻璃的钠可在光伏元件中移动，甚至到达(例如)硅晶圆的背侧。
根据本公开案的一个方面，光伏模块将低钠或基本无钠或低碱或基本无碱的专用玻璃用于晶圆式硅元件。根据本公开案的另一方面，晶圆式模块由两片低钠或无钠或低碱或无碱的专用玻璃组成。
根据本公开案的另一方面，一种光伏模块包含：第一外部保护层，所述第一外部保护层包含玻璃片；第二外部保护层，所述第二外部保护层包含玻璃片；以及至少一个结晶硅太阳能电池晶圆，所述至少一个结晶硅太阳能电池晶圆介于第一外部保护层与第二外部保护层之间；其中玻璃片的组成包含：
| 组分 | 范围(近似重量％) |
| SiO<sub>2</sub> | 0-70 |
| Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0-35 |
| B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0-30 |
| MgO | 0-12 |
| CaO | 0-67 |
| SrO | 0-20 |
| BaO | 0-33 |
| RO | 0-68 |
| Na<sub>2</sub>O | 0-1 |
| K<sub>2</sub>O | 0-5 |
| M<sub>2</sub>O | 0-5 |
在另一方面中，一种光伏模块包含：第一外部保护层，所述第一外部保护层包含玻璃片；第二外部保护层，所述第二外部保护层包含玻璃片；以及至少一个结晶硅太阳能电池晶圆，所述至少一个结晶硅太阳能电池晶圆介于第一外部保护层与第二外部保护层之间；其中玻璃片的组成包含：
在另一方面中，一种光伏模块包含：第一外部保护层，所述第一外部保护层包含玻璃片；第二外部保护层，所述第二外部保护层包含玻璃片；以及至少一个结晶硅太阳能电池晶圆，所述至少一个结晶硅太阳能电池晶圆介于第一外部保护层与第二外部保护层之间；其中玻璃片的组成包含：
| 组分 | 范围(近似重量％) |
| SiO<sub>2</sub> | 50-70 |
| Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 8-20 |
| B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 5-20 |
| MgO | 0-5 |
| CaO | 0-10 |
| SrO | 0-10 |
| BaO | 0-25 |
| RO | 0-25 |
| Na<sub>2</sub>O | 0-1 |
| K<sub>2</sub>O | 0-5 |
| M<sub>2</sub>O | 0-5 |
在另一方面中，一种光伏模块包含：第一外部保护层，所述第一外部保护层包含玻璃片；第二外部保护层，所述第二外部保护层包含玻璃片；以及至少一个结晶硅太阳能电池晶圆，所述至少一个结晶硅太阳能电池晶圆介于第一外部保护层与第二外部保护层之间；其中玻璃片的组成包含：
在另一方面中，一种光伏模块包含：第一外部保护层，所述第一外部保护层包含玻璃片；第二外部保护层，所述第二外部保护层包含玻璃片；以及至少一个结晶硅太阳能电池晶圆，所述至少一个结晶硅太阳能电池晶圆介于第一外部保护层与第二外部保护层之间；其中玻璃片的组成包含：
在另一方面中，一种光伏模块包含：第一外部保护层，所述第一外部保护层包含玻璃片；第二外部保护层，所述第二外部保护层包含玻璃片；以及至少一个结晶硅太阳能电池晶圆，所述至少一个结晶硅太阳能电池晶圆介于第一外部保护层与第二外部保护层之间；其中玻璃片的组成包含：
| 组分 | 范围(近似重量％) |
| SiO<sub>2</sub> | 0-45 |
| Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0-35 |
| B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0-30 |
| MgO | 0-12 |
| CaO | 0-67 |
| BaO | 0-33 |
| RO | 30-68 |
在另一方面中，一种光伏模块包含：第一外部保护层，所述第一外部保护层包含玻璃片；第二外部保护层，所述第二外部保护层包含玻璃片；以及至少一个结晶硅太阳能电池晶圆，所述至少一个结晶硅太阳能电池晶圆介于第一外部保护层与第二外部保护层之间；其中玻璃片的组成包含：
| 组分 | 范围(近似重量％) |
| SiO<sub>2</sub> | 0-45 |
| Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0-35 |
| B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0-30 |
| MgO | 0-12 |
| CaO | 0-67 |
| SrO | 0-19 |
| ZnO | 0-5 |
| BaO | 0-33 |
| RO | 30-68 |
在另一方面中，一种光伏模块包含：第一外部保护层，所述第一外部保护层包含玻璃片；第二外部保护层，所述第二外部保护层包含玻璃片；以及至少一个结晶硅太阳能电池晶圆，所述至少一个结晶硅太阳能电池晶圆介于第一外部保护层与第二外部保护层之间；其中玻璃片的组成包含：
| 组分 | 范围(近似重量％) |
| SiO<sub>2</sub> | 35-45 |
| Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 5-15 |
| B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 10-30 |
| MgO | 0-5 |
| CaO | 0-25 |
| SrO | 0-15 |
| BaO | 20-30 |
| RO | 20-40 |
| Na<sub>2</sub>O | 0-1 |
| K<sub>2</sub>O | 0-5 |
| M<sub>2</sub>O | 0-5 |
在另一方面中，以上列出的光伏模块具有改良的可靠性。在以上列出的光伏模块的一些实施例中，当根据IEC 61215测量准则测试湿漏电流时，光伏模块展示大于400MΩ·m2的绝缘电阻值。在其他实施例中，当根据IEC 61215测量准则测试湿漏电流时，模块展示大于4000MΩ·m2的绝缘电阻值。在其他实施例中，当曝露于按照IEC 61215湿热标准的85℃/85％湿度及-1000V偏压应力近似2500小时时，光伏模块展示小于10％的输出功率恶化。在其他实施例中，当曝露于按照IEC 61215湿热标准的85℃/85％湿度及-1000V偏压应力近似2500小时时，光伏模块展示小于5％的输出功率恶化。在其他实施例中，当曝露于按照IEC61215湿热标准的85℃/85％湿度及-1000V偏压应力近似2500小时时，以上列出的光伏模块展示小于10％的填充因子恶化。在其他实施例中，当曝露于按照IEC 61215湿热标准的85℃/85％湿度及-1000V偏压应力近似2500小时时，模块展示小于5％的填充因子恶化。在其他实施例中，当曝露于按照IEC 61215湿热标准的85℃/85％湿度及-1000V偏压应力近似2500小时时，光伏模块展示小于10％的串联电阻增加。在其他实施例中，当曝露于按照IEC61215湿热标准的85℃/85％湿度及-1000V偏压应力近似2500小时时，光伏模块展示小于5％的串联电阻增加。
在以上列出的光伏模块的另一方面中，光伏模块进一步包含沿着边缘且介于第一外部保护层与第二外部保护层之间的气密/水密密封，以形成包含至少一个结晶硅太阳能电池晶圆的气密密封腔。
在以上列出的光伏模块的另一方面中，玻璃片中的至少一个玻璃片具有≦
优选地≦
的平均表面粗糙度(Ra)，其中玻璃片未经抛光。在以上列出的光伏模块的另一方面中，玻璃基板中的至少一个玻璃基板具有低于3mm的厚度，且玻璃基板具有小于0.5微米/cm2的曲率变形W，所述曲率变形W通过方程式W＝D/L2描述，其中D为玻璃基板以μm计的最大曲率，且L为玻璃基板以cm计的对角线长度。
在以上列出的光伏模块的另一方面中，至少一个玻璃片具有1.8mm或更小的厚度。在以上列出的光伏模块的另一方面中，玻璃片中的至少一个玻璃片具有0.5mm或更小的厚度。在一些实施例中，具有0.5mm或更小的厚度的玻璃片能够在卷轴式(roll-to-roll)的条件下被处理。在以上列出的光伏模块的另一方面中，模块进一步包含含有Na的结构玻璃片，所述含有Na的结构玻璃片具有大于1.5mm的厚度。在以上列出的光伏模块的另一方面中，玻璃组成进一步包含>0-1重量％CeO2、Fe2O3或TiO2。
附图说明
结合以下图式阅读时，可更好地理解一些实施例的以下详细描述，其中用相同元件符号指示相同结构，且在所述图式中：
图1A及图1B分别图示晶圆式模块及薄膜模块的传统横截面示意图。
图2为改良所产生的电力及减小所产生的LCOE或$/kwh的途径。
图3图示50年内在1％及2％的恶化速率下的模块效率。
图4A及图4B为基于专用玻璃的晶圆式(左)模块及薄膜(右)模块的实施例的横截面示意图。
图5A及图5B为晶圆式PV模块与薄膜PV模块两者的全玻璃气密封装的横截面。
图6为图示拉线至光伏模块边缘以连接至接线箱的接触件的示意图。
图7为图示串联连接至反相器的多个模块的示意图。
图8为根据本公开案的一个实施例的光伏模块的示意图。
图9为根据本公开案的一个实施例的光伏模块制造工艺的示意图。
图10为根据本公开案的替代性实施例的光伏模块的示意图。
图11为体电导率相对温度的曲线图。
图12A及图12B图示具有各种覆盖材料的某些光伏模块(称为“结构1”)的性能恶化。所述图图示无偏压下(图12A)及-1000V偏压下(图12B)的光伏模块。
图13提供形象地图示在图12B中绘成曲线的光伏模块性能的一系列影像。
图14A及图14B图示具有各种覆盖材料的某些光伏模块(称为”结构2”)的性能恶化。所述图图示无偏压下(图14A)及-1000V偏压下(图14B)的光伏模块。
图15提供形象地图示在图14B中绘成曲线的光伏模块性能的一系列影像。
具体实施方式
在以下详细描述中，可阐述众多特定细节，以提供本发明的实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员将明白此时可在不具有这些特定细节的一些或全部的情况下实践本发明的实施例。在其他情况下，可不详细描述熟知的特征或工艺，以便不会不必要地使本发明混淆。此外，类似或相同的元件符号可用以识别共同或类似的元件。此外，除非另有定义，否则本文所使用的所有技术术语及科学术语都具有与由本发明所属的技术中的一般技术人员通常所理解的意义相同的意义。在冲突的情况下，将以包括本文定义的本说明书为准。
尽管其他方法可用于实践或测试本发明，但本文描述某些适合的方法及材料。
所公开的为材料、化合物、组成及组分，所述材料、化合物、组成及组分可用于所公开的方法及组成、可结合所公开的方法及组成使用、可用于制备为所公开的方法及组成或为所公开的方法及组成的实施例。本文公开这些及其他材料，且应理解，当公开这些材料的组合、子集、相互作用、群组等时，尽管可能并未明确地公开这些化合物的每一个别及共同组合及排列的特定引用，但本文特定地设想及描述每一特定引用。
因此，若公开替代物A、B及C的类别以及替代物D、E及F的类别，且公开组合实施例A-D的实例，则个别地及共同地设想每一实例。因此，在此实例中，特定地设想组合A-E、A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E及C-F中的每一者，且所述组合中的每一者应视为由A、B及/或C；D、E及/或F的公开揭露；以及示例性组合A-D的公开内容公开组合A-E、A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E及C-F。同样地，也特定地设想及公开这些任何子集或组合。因此，例如，特定地设想A-E、B-F及C-E的子群组，且所述子群组应视为由A、B及/或C；D、E及/或F的所公开；以及示例性组合A-D的公开内容公开A-E、B-F及C-E的子群组。这个概念适用于本公开案的全部方面，所述方面包括(但不限于)组成的任何组分及制造及使用所公开组成的方法中的步骤。因此，若存在可被执行的各种额外步骤，则应理解，这些额外步骤中的每一额外步骤可用所公开方法的任何特定实施例或实施例的组合执行，且特定地设想且应视为公开每一此种组合。
此外，在本文叙述包含上限值及下限值的数值范围的情况下，除非另在特定情形下叙述，否则所述范围意欲包括所述范围的端点及所述范围内的全部整数及分数。并不意欲将本发明的范畴限于在定义范围时叙述的特定值。此外，当给定量、浓度或其他值或参数作为范围、一或更多个优选范围或优选上限值及优选下限值的列表时，这应被理解为特定地公开由任何上限或优选值与任何下限或优选下限值的任何对形成的所有范围，无论这些对是否被单独地公开都如此。最后，当术语“约”用于描述值或范围的端点时，本公开案应理解为包括特定值或所涉及的端点。
如本文所使用的，术语“约”意味量、尺寸、配方、参数及其他数量及特性并不且不必精确，但在必要时可近似及/或较大或较小地反映公差、转换因子、舍入、测量误差等及本领域技术人员已知的其他因素。大体来说，无论是否明确地叙述为此状况，量、尺寸、配方、参数或其他数量或特性都为“约”或“近似”。
如本文所使用的，术语“或”为包括性的；更特定来说，用语“A或B”意味“A、B或A与B两者”。例如，互斥“或”在本文通过诸如“A或B中的任一者”、“A或B中的一者”的术语来指定。
不定冠词“一”及“一个”用以描述本发明的元件及组分。这些冠词的使用意味存在这些元件或组分中的一个或至少一个。如本文所使用的，尽管传统这些冠词用以表示所修饰的名词为单数名词，但除非另在特定情况下叙述，否则冠词“一”及“一个”也包括多个。类似地，如本文所使用的，除非又另在特定情况下叙述，否则定冠词“所述”也表示所修饰的名词可为单个或多个。
出于描述实施例的目的，注意到，本文对作为参数的“函数”的变量或另一变量的引用并不意欲表示所述变量穷尽地为所列出参数或变量的函数。相反地，本文对作为所列出参数的”函数”的变量的引用意欲为端点开放性的，以使得所述变量可为单一参数或多个参数的函数。
注意到，在本文使用“优选地”、“常见”及“通常”的术语时，所述术语并非被用来限制所主张发明的范畴或暗示某些特征对于所主张发明的结构或功能是关键的、基本的，乃至重要的。相反地，这些术语仅意欲识别本公开案的实施例的特定方面或强调可或不可用于本公开案的特定实施例中的替代性或额外特征。
出于描述及定义所主张发明的目的，应注意到，本文利用术语”基本上”及”近似”来表示可能由任何定量比较、值、测量或其他表示造成的固有的不确定度。本文也利用术语”基本上”及”近似”来表示定量表示在不导致所讨论的标的的基本功能改变的情况下可由所叙述的参考值变化的程度。
应注意到，权利要求书中的一或更多个权利要求可利用术语“其中”作为过渡用语。出于定义本发明的目的，应注意到，在权利要求书中引入此术语作为端点开放性的过渡用语，所述过渡用语用以引入一系列结构特性的叙述且应以与更常用的端点开放性的前导术语“包含”类似的方式来阐释。
由于用以产生本发明的玻璃组成的原材料及/或装备，非故意添加的某些杂质或组分可存在于最终玻璃组成中。这些材料以较小量存在于玻璃组成中且在本文中称为“杂质材料”。
如本文所使用的，具有0重量％的化合物的玻璃组成定义为意味并非有目的地向组成添加化合物、分子或元素，但组成仍可包含通常为杂质量或痕量的化合物。类似地，“无钠”、“无碱”、“无钾”或类似用语定义为意味并非有目的地向组成添加化合物、分子或元素，但组成仍可包含钠、碱或钾，只不过为近似杂质量或痕量。
模块寿命内的光伏(PV)模块性能恶化有两个主要的驱动因素：来自用以建构模块的玻璃的钠污染，及穿过周边密封或者穿过模块面中的一个面或两个面的水侵入。本文所述的实施例有效利用某些专用玻璃(也就是说，针对精确应用特别设计的玻璃)的优点，以通过减少钠污染及水侵入破坏模式来改良PV模块的长期可靠性，因此改良晶圆式Si与薄膜技术两者的产生能量的能力。
如本文所使用的，术语“太阳能电池”、“光伏电池”、“PV电池”、“太阳能模块”、“光伏模块”、“PV模块”、“太阳能元件”、“光伏元件”、“PV元件”或“元件”是指可将光转换成电能的任何制品。适合的太阳能电池包括基于晶圆式太阳能电池(例如，包含选自以下的材料的太阳能电池：结晶Si(c-Si)、带状Si或多晶Si(mc-Si)(也称为多晶Si)及上述的混合物)。太阳能电池总成可包含一个或多个太阳能电池。多个太阳能电池可电气互连或布置成平坦平面。此外，太阳能电池总成可进一步包含沈积于太阳能电池上的导电膏或电线。
单晶硅(c-Si)或多晶硅(mc-Si)及带状硅为最常见的用于形成基于晶圆的太阳能电池的材料。由基于晶圆的太阳能电池制成的太阳能电池模块通常包含焊接在一起的一系列自支撑的晶圆(或电池)。晶圆具有大体介于约180μm与约240μm之间的厚度。经焊接太阳能电池的面板视需要与沈积于太阳能电池上的导电膏及/或电线(诸如，导线及汇流排)层一起常称为太阳能电池层或总成。为形成耐风雨模块，通常将太阳能电池总成夹在或迭层于两个外部保护层之间。这些第一外部保护层及第二外部保护层将太阳能电池与环境隔绝及/或向模块提供机械支撑。
外部保护层包含玻璃片且可视需要进一步包含聚合物、有机涂层或无机涂层、表面改质或其他改质，以使所述外部保护层适用于光伏应用。其他改质可包括边缘预加工、孔或狭槽以用于边缘密封、接线箱、托架或框架等。
形成玻璃时所涉及的氧化物SiO2作用以稳定化玻璃的网路结构。在一些实施例中，玻璃组成包含自约0重量％至约70重量％的SiO2。在一些实施例中，玻璃组成包含自约0重量％至约45重量％的SiO2。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约35重量％至约45重量％的SiO2。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约40重量％至约70重量％的SiO2。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约50重量％至约70重量％的SiO2。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约55重量％至约65重量％的SiO2。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约40重量％至约70重量％、约40重量％至约65重量％、约40重量％至约60重量％、约40重量％至约55重量％、约40重量％至50重量％、约40重量％至45重量％、50重量％至约70重量％、约50重量％至约65重量％、约50重量％至约60重量％、约50重量％至约55重量％、约55重量％至约70重量％、约60重量％至约70重量％、约65重量％至约70重量％、约55重量％至约65重量％或约55重量％至约60重量％的SiO2。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约0重量％至约45重量％、约0重量％至约40重量％、约0重量％至约35重量％、约0重量％至约30重量％、约0重量％至25重量％、约0重量％至20重量％、约0重量％至约15重量％、约0重量％至约10重量％、约0重量％至约5重量％、约5重量％至约45重量％、约5重量％至约40重量％、约5重量％至约35重量％、约5重量％至约30重量％、约5重量％至约25重量％、约5重量％至约20重量％、约5重量％至约15重量％、约5重量％至约10重量％、约10重量％至约45重量％、约10重量％至约40重量％、约10重量％至约35重量％、约10重量％至约25重量％、约10重量％至约20重量％、约10重量％至约15重量％、约15重量％至约45重量％、约15重量％至约40重量％、约15重量％至约35重量％、约15重量％至约30重量％、约15重量％至约25重量％、约15重量％至约20重量％、约20重量％至约45重量％、约20重量％至约45重量％、约20重量％至约40重量％、约20重量％至约35重量％、约20重量％至约30重量％、约20重量％至约25重量％、约25重量％至约45重量％、约25重量％至约40重量％、约25重量％至约35重量％、约25重量％至约30重量％、约30重量％至约45重量％、约30重量％至约40重量％、约30重量％至约35重量％、约35重量％至约45重量％、约35重量％至40重量％或约40重量％至45重量％的SiO2。在一些实施例中，玻璃组成包含约0重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％、20重量％、21重量％、22重量％、23重量％、24重量％、25重量％、26重量％、27重量％、28重量％、29重量％、30重量％、31重量％、32重量％、33重量％、34重量％、35重量％、36重量％、37重量％、38重量％、39重量％、40重量％、41重量％、42重量％、43重量％、44重量％、45重量％、46重量％、47重量％、48重量％、49重量％、50重量％、51重量％、52重量％、53重量％、54重量％、55重量％、56重量％、57重量％、58重量％、59重量％、60重量％、61重量％、62重量％、63重量％、64重量％、65重量％、66重量％、67重量％、68重量％、69重量％或70重量％的SiO2。
Al2O3可提供用于：a)维持最低可能液相温度；b)降低膨胀系数；或c)增强应变点。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约0重量％至约35重量％的Al2O3。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约0重量％至约30重量％的Al2O3。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约8重量％至约20重量％的Al2O3。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约5重量％至约15重量％的Al2O3。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约0重量％至约35重量％、约0重量％至约30重量％、约0重量％至25重量％、约0重量％至20重量％、约0重量％至约15重量％、约0重量％至约10重量％、约0重量％至约5重量％、约5重量％至约35重量％、约5重量％至约30重量％、约5重量％至约25重量％、约5重量％至约20重量％、约5重量％至约15重量％、约5重量％至约10重量％、约10重量％至约35重量％、约10重量％至约25重量％、约10重量％至约20重量％、约10重量％至约15重量％、约15重量％至约35重量％、约15重量％至约30重量％、约15重量％至约25重量％、约15重量％至约20重量％、约20重量％至约35重量％、约20重量％至约30重量％、约20重量％至约25重量％、约25重量％至约35重量％、约25重量％至约30重量％或约30重量％至约35重量％的Al2O3。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约8重量％至约20重量％、约8重量％至约18重量％、约8重量％至约15重量％、约8重量％至约12重量％、约8重量％至约10重量％、约10重量％至约20重量％、约10重量％至约18重量％、约10重量％至约15重量％、约10重量％至约12重量％、12重量％至约20重量％、约12重量％至约18重量％、约12重量％至约15重量％、约15重量％至约20重量％、约15重量％至约18重量％或约18重量％至约20重量％的Al2O3。在一些实施例中，玻璃组成可包含约0重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％、20重量％、21重量％、22重量％、23重量％、24重量％、25重量％、26重量％、27重量％、28重量％、29重量％、30重量％、31重量％、32重量％、33重量％、34重量％或35重量％的Al2O3。
B2O3可用作助熔剂以软化玻璃，从而使得B2O3较容易熔融。B2O3也可与非桥接氧原子(non-bridging oxygen atoms；NBOs)反应，从而通过形成BO4四面体将NBO转换成桥接氧原子，这通过最小化弱的NBO的数目来增加玻璃的韧性。B2O3也降低玻璃的硬度，降低的硬度在与较高韧性相结合时减少脆性，藉此产生机械耐用的玻璃，这可对于光伏应用中使用的基板有利。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约0重量％至约30重量％的B2O3。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约10重量％至约30重量％的B2O3。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约5重量％至约20重量％的B2O3。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约7重量％至约17重量％的B2O3。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约0重量％至约30重量％、约0重量％至25重量％、约0重量％至20重量％、约0重量％至约15重量％、约0重量％至约10重量％、约0重量％至约5重量％、约5重量％至约30重量％、约5重量％至约25重量％、约5重量％至约20重量％、约5重量％至约15重量％、约5重量％至约10重量％、约10重量％至约25重量％、约10重量％至约20重量％、约10重量％至约15重量％、约15重量％至约30重量％、约15重量％至约25重量％、约15重量％至约20重量％、约20重量％至约30重量％、约20重量％至约25重量％、约25重量％至约30重量％或约30重量％至约35重量％的B2O3。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约5重量％至约20重量％、约5重量％至约18重量％、约5重量％至约15重量％、约5重量％至约12重量％、约5重量％至约10重量％、约5重量％至约8重量％、约8重量％至约20重量％、约8重量％至约18重量％、约8重量％至约15重量％、约8重量％至约12重量％、约8重量％至约10重量％、约10重量％至约20重量％、约10重量％至约18重量％、约10重量％至约15重量％、约10重量％至约12重量％、12重量％至约20重量％、约12重量％至约18重量％、约12重量％至约15重量％、约15重量％至约20重量％、约15重量％至约18重量％或约18重量％至约20重量％的B2O3。在一些实施例中，玻璃组成可包含约0重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％、20重量％、21重量％、22重量％、23重量％、24重量％、25重量％、26重量％、27重量％、28重量％、29重量％或30重量％的B2O3。
由于MgO、CaO及BaO在减小较高温度下玻璃的黏度及增强较低温度下玻璃的黏度方面有效，故MgO、CaO及BaO可用于改良熔融性质及增强应变点。然而，若使用过量MgO与CaO两者，则存在倾向于玻璃的相分离及失透的增加趋势。如本文所定义的，RO包含重量％的MgO、CaO、SrO及BaO。在一些实施例中，玻璃组成可包含自0重量％至约68重量％的RO。在一些实施例中，玻璃组成可包含自0重量％至约50重量％的RO。在一些实施例中，玻璃组成可包含自0重量％至约25重量％的RO。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约10重量％至约25重量％的RO。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约10重量％至约25重量％的RO。在一些实施例中，玻璃组成包含自约30重量％至约68重量％的RO。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约20重量％至约40重量％的RO。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约0重量％至约25重量％的RO。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约10重量％至约20重量％的RO。在一些实施例中，玻璃组成可包含自0重量％至约50重量％、约0重量％至约45重量％、约0重量％至约40重量％、约0重量％至约35重量％、约0重量％至约30重量％、约0重量％至25重量％、约0重量％至20重量％、约0重量％至约15重量％、约0重量％至约10重量％、约0重量％至约5重量％、约5重量％至约50重量％、约5重量％至约45重量％、约5重量％至约40重量％、约5重量％至约35重量％、约5重量％至约30重量％、约5重量％至约25重量％、约5重量％至约20重量％、约5重量％至约15重量％、约5重量％至约10重量％、约10重量％至约50重量％、约10重量％至约45重量％、约10重量％至约40重量％、约10重量％至约35重量％、约10重量％至约25重量％、约10重量％至约20重量％、约10重量％至约15重量％、约15重量％至约50重量％、约15重量％至约45重量％、约15重量％至约40重量％、约15重量％至约35重量％、约15重量％至约30重量％、约15重量％至约25重量％、约15重量％至约20重量％、约20重量％至约50重量％、约20重量％至约45重量％、约20重量％至约45重量％、约20重量％至约40重量％、约20重量％至约35重量％、约20重量％至约30重量％、约20重量％至约25重量％、约25重量％至约50重量％、约25重量％至约45重量％、约25重量％至约40重量％、约25重量％至约35重量％、约25重量％至约30重量％、约30重量％至约50重量％、约30重量％至约45重量％、约30重量％至约40重量％、约30重量％至约35重量％、约35重量％至约50重量％、约35重量％至约45重量％、约35重量％至约40重量％、约40重量％至约50重量％、约40重量％至约45重量％或约45重量％至约50重量％的RO。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约30重量％至约68重量％、约30重量％至约65重量％、约30重量％至约60重量％、约30重量％至约55重量％、约30重量％至约50重量％、约30重量％至约45重量％、约30重量％至约40重量％、约30重量％至约35重量％、约40重量％至约68重量％、约40重量％至约65重量％、约40重量％至约60重量％、约40重量％至约55重量％、约40重量％至约50重量％、约40重量％至约45重量％、50重量％至约68重量％、约50重量％至约65重量％、约50重量％至约60重量％、约50重量％至约55重量％、约55重量％至约68重量％、约60重量％至约68重量％、约65重量％至约68重量％、约55重量％至约65重量％或约55重量％至约60重量％的RO。在一些实施例中，玻璃组成可包含约0重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％、20重量％、21重量％、22重量％、23重量％、24重量％、25重量％、26重量％、27重量％、28重量％、29重量％、30重量％、31重量％、32重量％、33重量％、34重量％、35重量％、36重量％、37重量％、38重量％、39重量％、40重量％、41重量％、42重量％、43重量％、44重量％、45重量％、46重量％、47重量％、48重量％、49重量％、50重量％、51重量％、52重量％、53重量％、54重量％、55重量％、56重量％、57重量％、58重量％、59重量％、60重量％、61重量％、62重量％、63重量％、64重量％、65重量％、66重量％、67重量％或68重量％的RO。
在一些实施例中，在MgO与其他碱土金属化合物(例如，CaO、SrO及BaO)组合使用时，可向玻璃添加MgO以降低熔融温度、增加应变点或调整CTE。在一些实施例中，玻璃可包含约0重量％至约12重量％的MgO。在一些实施例中，玻璃组成可包含大于约0重量％至约5重量％的MgO。在一些实施例中，玻璃组成可包含大于约0重量％至约5重量％的MgO。在一些实施例中，玻璃组成可包含约0重量％至约12重量％、约0重量％至约10重量％、约0重量％至约8重量％、约0重量％至约5重量％、0重量％至约4重量％、约0重量％至约3重量％、约0重量％至约2重量％、约0至约1重量％、约1重量％至约12重量％、约1重量％至约10重量％、约1重量％至约8重量％、约1重量％至约5重量％、约1重量％至约4重量％、约1重量％至约3重量％、约1重量％至约2重量％、约2重量％至约12重量％、约2重量％至约10重量％、约2重量％至约8重量％、约2重量％至约5重量％、约2重量％至约4重量％、约2重量％至约3重量％、约3重量％至约12重量％、约3重量％至约10重量％、约3重量％至约8重量％、约3重量％至约5重量％、约3重量％至约4重量％、约4重量％至约12重量％、约4重量％至约10重量％、约4重量％至约8重量％、约4重量％至约5重量％、约5重量％至约12重量％、约4重量％至约10重量％、约5重量％至约8重量％、约8重量％至约12重量％、约8重量％至约10重量％、约10重量％至约12重量％的MgO。在一些实施例中，玻璃组成可包含约0重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％或12重量％的MgO。
在一些实施例中，CaO可有助于提高应变点、降低密度及降低熔融温度。更大体来说，CaO可为某些可能的失透相尤其是钙长石(CaAl2Si2O8)的组分，且此相具有完全固溶体，所述完全固溶体具有类似的钠相钠长石(NaAlSi3O8)。CaO源包括便宜的材料石灰石，因此在体积及低成本为因素的程度上，在一些实施例中，石灰石可用于使得CaO可相对于其他碱土金属氧化物达成合理含量。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约0重量％至约67重量％的CaO。在一些实施例中，玻璃组成包含自约0重量％至约35重量％的CaO。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约0重量％至约25重量％的CaO。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约0重量％至约10重量％的CaO。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约>0重量％至约10重量％的CaO。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约30重量％至约68重量％、约30重量％至约65重量％、约30重量％至约60重量％、约30重量％至约55重量％、约30重量％至约50重量％、约30重量％至约45重量％、约30重量％至约40重量％、约30重量％至约35重量％、约40重量％至约68重量％、约40重量％至约65重量％、约40重量％至约60重量％、约40重量％至约55重量％、约40重量％至约50重量％、约40重量％至约45重量％、50重量％至约68重量％、约50重量％至约65重量％、约50重量％至约60重量％、约50重量％至约55重量％、约55重量％至约68重量％、约60重量％至约68重量％、约65重量％至约68重量％、约55重量％至约65重量％或约55重量％至约60重量％的CaO。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约0重量％至约50重量％、约0重量％至约45重量％、约0重量％至约40重量％、约0重量％至约35重量％、约0重量％至约30重量％、约0重量％至约25重量％、约0重量％至约20重量％、约0重量％至约15重量％、约0重量％至约10重量％、约0重量％至约5重量％、约5重量％至约50重量％、约5重量％至约45重量％、约5重量％至约40重量％、约5重量％至约35重量％、约5重量％至约30重量％、约5重量％至约25重量％、约5重量％至约20重量％、约5重量％至约15重量％、约5重量％至约10重量％、约10重量％至约50重量％、约10重量％至约45重量％、约10重量％至约40重量％、约10重量％至约35重量％、约10重量％至约25重量％、约10重量％至约20重量％、约10重量％至约15重量％、约15重量％至约50重量％、约15重量％至约45重量％、约15重量％至约40重量％、约15重量％至约35重量％、约15重量％至约30重量％、约15重量％至约25重量％、约15重量％至约20重量％、约20重量％至约50重量％、约20重量％至约45重量％、约20重量％至约45重量％、约20重量％至约40重量％、约20重量％至约35重量％、约20重量％至约30重量％、约20重量％至约25重量％、约25重量％至约50重量％、约25重量％至约45重量％、约25重量％至约40重量％、约25重量％至约35重量％、约25重量％至约30重量％、约30重量％至约50重量％、约30重量％至约45重量％、约30重量％至约40重量％、约30重量％至约35重量％、约35重量％至约50重量％、约35重量％至约45重量％、约35重量％至约40重量％、约40重量％至约50重量％、约40重量％至约45重量％或约45重量％至约50重量％的CaO。在一些实施例中，玻璃组成可包含约0重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％、20重量％、21重量％、22重量％、23重量％、24重量％、25重量％、26重量％、27重量％、28重量％、29重量％、30重量％、31重量％、32重量％、33重量％、34重量％、35重量％、36重量％、37重量％、38重量％、39重量％、40重量％、41重量％、42重量％、43重量％、44重量％、45重量％、46重量％、47重量％、48重量％、49重量％、50重量％、51重量％、52重量％、53重量％、54重量％、55重量％、56重量％、57重量％、58重量％、59重量％、60重量％、61重量％、62重量％、63重量％、64重量％、65重量％、66重量％或67重量％的CaO。
在一些实施例中，玻璃可包含0重量％至20重量％的SrO。SrO可有助于提高热膨胀系数，且SrO与CaO的相对比例可经控制以改良液相温度，且因此改良液相黏度。在一些实施例中，玻璃可包含自约0重量％至约20重量％的SrO。在一些实施例中，玻璃可包含自约0重量％至约18重量％的SrO。在一些实施例中，玻璃可包含自约0重量％至约15重量％的SrO。在一些实施例中，玻璃可包含自约0重量％至约10重量％的SrO。在其他实施例中，玻璃可包含大于0重量％至约10重量％的SrO。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约0重量％至约20重量％、约0重量％至约18重量％、约0重量％至约15重量％、约0重量％至约12重量％、约0重量％至约10重量％、约0重量％至约8重量％、约0重量％至约5重量％、约0重量％至约3重量％、约3重量％至约20重量％、约3重量％至约18重量％、约3重量％至约15重量％、约3重量％至约12重量％、约3重量％至约10重量％、约3重量％至约8重量％、约3重量％至约5重量％、约5重量％至约20重量％、约5重量％至约18重量％、约5重量％至约15重量％、约5重量％至约12重量％、约5重量％至约10重量％、约5重量％至约8重量％、约8重量％至约20重量％、约8重量％至约18重量％、约8重量％至约15重量％、约8重量％至约12重量％、约8重量％至约10重量％、约10重量％至约20重量％、约10重量％至约18重量％、约10重量％至约15重量％、约10重量％至约12重量％、约12重量％至约20重量％、约12重量％至约18重量％、约12重量％至约15重量％、约15重量％至约20重量％、约15重量％至约18重量％或约18重量％至约20重量％的SrO。在一些实施例中，玻璃组成可包含约0重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％或20重量％的BaO。
在一些实施例中，玻璃组成可包含自约0重量％至33重量％的BaO。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约0重量％至25重量％的BaO。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约大于20重量％至约30重量％的BaO。在一些实施例中，玻璃组成可包含自>0重量％至10重量％的BaO。在一些实施例中，玻璃组成可包含约0重量％至约33重量％、约0重量％至约30重量％、约0重量％至约25重量％、约0重量％至约23重量％、约0重量％至约20重量％、约0重量％至约18重量％、约0重量％至约15重量％、约0重量％至约12重量％、约0重量％至约10重量％、约0重量％至约8重量％、约0重量％至约5重量％、约0重量％至约3重量％、约3重量％至约33重量％、约3重量％至约30重量％、约3重量％至约25重量％、约3重量％至约23重量％、约3重量％至约20重量％、约3重量％至约18重量％、约3重量％至约15重量％、约3重量％至约12重量％、约3重量％至约10重量％、约3重量％至约8重量％、约3重量％至约5重量％、约5重量％至约33重量％、约5重量％至约30重量％、约5重量％至约25重量％、约5重量％至约23重量％、约5重量％至约20重量％、约5重量％至约18重量％、约5重量％至约15重量％、约5重量％至约12重量％、约5重量％至约10重量％、约5重量％至约8重量％、约8重量％至约33重量％、约8重量％至约30重量％、约8重量％至约25重量％、约8重量％至约23重量％、约8重量％至约20重量％、约8重量％至约18重量％、约8重量％至约15重量％、约8重量％至约12重量％、约8重量％至约10重量％、约10重量％至约33重量％、约10重量％至约30重量％、约10重量％至约25重量％、约10重量％至约23重量％、约10重量％至约20重量％、约10重量％至约18重量％、约10重量％至约15重量％、约10重量％至约12重量％、约12重量％至约33重量％、约12重量％至约30重量％、约12重量％至约25重量％、约12重量％至约23重量％、约12重量％至约20重量％、约12重量％至约18重量％、约12重量％至约15重量％、约15重量％至约33重量％、约15重量％至约30重量％、约15重量％至约25重量％、约15重量％至约23重量％、约15重量％至约20重量％、约15量％至约18重量％、约18重量％至约33重量％、约18重量％至约30重量％、约18重量％至约25重量％、约18重量％至约23重量％、约18重量％至约20重量％、约20重量％至约33重量％、约20重量％至约30重量％、约20重量％至约25重量％、约20重量％至约23重量％、约23重量％至约33重量％、约23重量％至约30重量％、约23重量％至约25重量％、约25重量％至约33重量％、约25重量％至约30重量％或约30重量％至约33重量％的BaO。在一些实施例中，玻璃组成包含约0重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％、20重量％、21重量％、22重量％、23重量％、24重量％、25重量％、26重量％、27重量％、28重量％、29重量％、30重量％、31重量％、32重量％或33重量％的BaO。
大体来说，碱金属阳离子可急剧地增加CTE而且可降低应变点，且取决于添加碱金属阳离子的方式，碱金属阳离子可增加熔融温度。用于增加CTE的有效性最低的碱金属氧化物为Li2O，且用于增加CTE的最有效的碱金属氧化物为Cs2O。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约0重量％至约5重量％的M2O，其中M为碱金属阳离子Na、Li、K、Rb及Cs中的一或更多者。在一些实施例中，M2O可仅包含痕量Na2O。在一些实施例中，M2O可仅包含痕量Na2O及K2O。在某些实施例中，所讨论的碱金属可为Li、K及Cs或上述的组合。在一些实施例中，玻璃组成基本上无碱，例如，碱金属含量可为约1重量％或更少、0.5重量％或更少、约0.25重量％或更少、约0.1重量％或更少或0.05重量％或更少。根据一些实施例，玻璃片可基本上无故意添加的碱金属阳离子、化合物或金属。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约0重量％至约5重量％、约0重量％至约4重量％、约0重量％至约3重量％、约0重量％至约2重量％、约0重量％至约1重量％、约1重量％至约5重量％、约1重量％至约4重量％、约1重量％至约3重量％、约1重量％至约2重量％、约2重量％至约5重量％、约2重量％至约4重量％、约2重量％至约3重量％、约3重量％至约5重量％、约3重量％至约4重量％或约4重量％至约5重量％的M2O。在一些实施例中，玻璃组成可包含约0重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％或5重量％的M2O。
钠可为常用于标准窗钠石灰玻璃组成中的可迁移元素或离子。由于在PV模块寿命内，钠可在施加场下漂移出玻璃之外且迁移至模块的活性元件层上且使性能随时间恶化，故钠的迁移可能对于PV模块的长期可靠性造成问题。第4图图示实施例，其中晶圆式硅模块的顶部玻璃与底部玻璃两者及薄膜模块的顶部玻璃与底部玻璃两者由含有低钠或不含有钠的专用玻璃替换。在两种情况下，与标准窗玻璃相比较，专用玻璃可具有显著减小的厚度，且因此，显著地减轻了模块的重量。通过用不含有添加的钠或在某些实施例中不含有添加的碱的专用玻璃替换PV模块中含钠或碱的玻璃，钠迁移的破坏模式可最小化。图4A中所示的晶圆式硅模块的示例性光伏模块400具有至少两个基本上无钠或低钠的玻璃片11、至少一个硅晶圆16及插入玻璃片之间的至少一个囊封层20。模块可进一步包含边缘密封18、金属框架14及电接触件22，如图4A中的横截面所示。图4B中所示的薄膜光伏模块的示例性光伏模块401具有至少两个无钠或低钠的玻璃片11、薄膜光伏结构17及插入玻璃片之间的至少一个囊封层20。模块可进一步包含边缘密封18、金属框架14及电接触件22，如图4B中的横截面所示。
玻璃片基本上无钠，例如，当Na2O含量为约0.5重量％或更少、约0.25重量％或更少、约0.1重量％或更少、约0.05重量％或更少、约0.001重量％或更少、约0.0005重量％或更少或约0.0001重量％或更少时。根据一些实施例，玻璃片无故意添加的钠。在一些实施例中，玻璃可包含自约0重量％至约1重量％的Na2O。在其他实施例中，玻璃可包含大于约0重量％至约1重量％的Na2O。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约0重量％至约1重量％、约0重量％至约0.9重量％、约0重量％至约0.8重量％、约0重量％至约0.7重量％、约0重量％至约0.6重量％、0重量％至约0.5重量％、约0重量％至约0.4重量％、约0重量％至约0.3重量％、约0重量％至约0.2重量％、约0重量％至约0.1重量％、约0.001重量％至约1重量％、约0.001重量％至约0.9重量％、约0.001重量％至约0.8重量％、约0.001重量％至约0.7重量％、约0.001重量％至约0.6重量％、约0.001重量％至约0.5重量％、约0.001重量％至约0.4重量％、约0.001重量％至约0.3重量％、约0.001重量％至约0.2重量％、约0.001重量％至约0.1重量％、约0.001重量％至约0.01重量％、约0.01重量％至约1重量％、约0.01重量％至约0.9重量％、约0.01重量％至约0.8重量％、约0.01重量％至约0.7重量％、约0.01重量％至约0.6重量％、约0.01重量％至约0.5重量％、约0.01重量％至约0.4重量％、约0.01重量％至约0.3重量％、约0.01重量％至约0.2重量％、约0.01重量％至约0.1重量％、约0.1重量％至约1重量％、约0.1重量％至约0.9重量％、约0.1重量％至约0.8重量％、约0.1重量％至约0.7重量％、约0.1重量％至约0.6重量％、约0.1重量％至约0.5重量％、约0.1重量％至约0.4重量％、约0.1重量％至约0.3重量％、约0.1重量％至约0.2重量％、约0.2重量％至约0.10重量％、约0.2重量％至约0.9重量％、约0.2重量％至约0.8重量％、约0.2重量％至约0.7重量％、约0.2重量％至约0.6重量％、约0.2重量％至约0.5重量％、约0.2重量％至约0.4重量％、约0.2重量％至约0.3重量％、约0.3重量％至约1重量％、约0.3重量％至约0.9重量％、约0.3重量％至约0.8重量％、约0.3重量％至约0.7重量％、约0.3重量％至约0.6重量％、约0.3重量％至约0.5重量％、约0.3重量％至约0.4重量％、0.4重量％至约1重量％、约0.4重量％至约0.9重量％、约0.4重量％至约0.8重量％、约0.4重量％至约0.7重量％、约0.4重量％至约0.6重量％、约0.4重量％至约0.5重量％、0.5重量％至约1重量％、约0.5重量％至约0.9重量％、约0.5重量％至约0.8重量％、约0.5重量％至约0.7重量％、约0.5重量％至约0.6重量％、0.6重量％至约1重量％、约0.6重量％至约0.9重量％、约0.6重量％至约0.8重量％、约0.6重量％至约0.7重量％、0.7重量％至约1重量％、约0.7重量％至约0.9重量％、约0.7重量％至约0.8重量％、0.8重量％至约1重量％、约0.8重量％至约0.9重量％或约0.9重量％至约1重量％的Na2O。在一些实施例中，玻璃可包含约0重量％、0.0001重量％、0.00025重量％、0.0005重量％、0.00075重量％、0.001重量％、0.002重量％、0.003重量％、0.004重量％、0.005重量％、0.01重量％、0.02重量％、0.03重量％、0.04重量％、0.05重量％、0.06重量％、0.07重量％、0.08重量％、0.09重量％、0.1重量％、0.2重量％、0.3重量％、0.4重量％、0.5重量％、0.6重量％、0.7重量％、0.8重量％、0.9重量％或1重量％的Na2O。
与钠一样，钾也为常见于标准窗钠钙玻璃组成中的具有相当大的迁移性且可能漂移出玻璃之外的元素或离子。在一些实施例中，玻璃可包含自约0重量％至约5重量％的K2O。在一些实施例中，玻璃组成可包含大于0重量％至约5重量％的K2O。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约0重量％至约5重量％、约0重量％至约4重量％、约0重量％至约3重量％、约0重量％至约2重量％、约0重量％至约1重量％、约1重量％至约5重量％、约1重量％至约4重量％、约1重量％至约3重量％、约1重量％至约2重量％、约2重量％至约5重量％、约2重量％至约4重量％、约2重量％至约3重量％、约3重量％至约5重量％、约3重量％至约4重量％或约4重量％至约5重量％的K2O。在一些实施例中，玻璃组成可包含自约0重量％至约1重量％、约0重量％至约0.9重量％、约0重量％至约0.8重量％、约0重量％至约0.7重量％、约0重量％至约0.6重量％、约0重量％至约0.5重量％、约0重量％至约0.4重量％、约0重量％至约0.3重量％、约0重量％至约0.2重量％或约0重量％至约0.1重量％的K2O。在一些实施例中，玻璃组成包含约0重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％或5重量％的K2O。
额外组分可并入至玻璃组成中以提供额外益处。举例来说，可添加额外组分作为澄清剂(例如，促进自用以生产玻璃的熔融批料移除气态包含物)及/或用于其他目的。在一些实施例中，玻璃可包含用作紫外线辐射吸收剂的一或更多种化合物。在一些实施例中，玻璃可包含3重量％或更少的TiO2、MnO、ZnO、Nb2O5、MoO3、Ta2O5、WO3、ZrO2、Y2O3、La2O3、HfO2、CdO、SnO2、Fe2O3、CeO2、As2O3、Sb2O3、Cl、Br或上述的组合。在一些实施例中，玻璃可包含自约0重量％至约3重量％、约0重量％至约2重量％、约0重量％至约1重量％、约0重量％至约0.5重量％、约0重量％至约0.1重量％、约0重量％至约0.05重量％或约0重量％至约0.01重量％的TiO2、MnO、ZnO、Nb2O5、MoO3、Ta2O5、WO3、ZrO2、Y2O3、La2O3、HfO2、CdO、SnO2、Fe2O3、CeO2、As2O3、Sb2O3、Cl、Br或上述的组合。在一些实施例中，玻璃可包含自约0重量％至约3重量％、约0重量％至约2重量％、约0重量％至约1重量％、约0重量％至约0.5重量％、约0重量％至约0.1重量％、约0重量％至约0.05重量％、约0重量％至约0.01重量％的TiO2、CeO2或Fe2O3或上述的组合。
根据一些实施例，玻璃组成(例如，以上论述的玻璃中的任何玻璃)可包括F、Cl或Br，例如，如在玻璃包含Cl及/或Br作为澄清剂的情况下。
根据一些实施例，玻璃组成可包含BaO。在某些实施例中，玻璃可包含小于约5重量％、小于约4重量％、小于约3重量％、小于约2重量％、小于约1重量％、小于约0.5重量％或小于约0.1重量％的BaO。
在一些实施例中，玻璃可基本上无Sb2O3、As2O3或上述的组合。举例来说，玻璃可包含约0.05重量％或更少的Sb2O3或As2O3或上述的组合，玻璃可包含0重量％的Sb2O3或As2O3或上述的组合，或玻璃可为(例如)无任何故意添加的Sb2O3、As2O3或上述的组合。
根据一些实施例，玻璃可进一步包含常见于商业制备的玻璃中的污染物。此外，或者，虽然对其他玻璃组分进行调整，但在不损害玻璃组成的熔融或形成特性的情况下，可添加各种其他氧化物(例如，TiO2、MnO、ZnO、Nb2O5、MoO3、Ta2O5、WO3、ZrO2、Y2O3、La2O3、P2O5等)。在根据一些实施例玻璃进一步包括这些其他一或更多种氧化物的彼等情况下，这些其他氧化物中的每一种氧化物通常存在的量不超过约3重量％、约2重量％或约1重量％，且所述氧化物的总组合浓度通常小于或等于约5重量％、约4重量％、约3重量％、约2重量％或约1重量％。在一些情形下，只要所使用的量未将组成置于上文描述的范围之外，则可使用较高量。根据一些实施例，玻璃也可包括与批料相关联及/或由用以生产玻璃的熔融、澄清及/或形成装备引入至玻璃中的各种污染物(例如，ZrO2)。
在一些实施例中，玻璃组成可包含：
适合的玻璃组成的某些实施例显示(以近似重量％计)于表1中：
在一些实施例中，玻璃组成可包含：
| 组分 | 范围(近似重量％) |
| SiO<sub>2</sub> | 40-70 |
| Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0-30 |
| B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0-30 |
| MgO | 0-12 |
| CaO | 0-35 |
| SrO | 0-20 |
| BaO | 0-33 |
| RO | 0-50 |
| Na<sub>2</sub>O | 0-1 |
| K<sub>2</sub>O | 0-5 |
| M<sub>2</sub>O | 0-5 |
适合的玻璃组成的某些实施例显示(以近似重量％计)于表2中：
在一些实施例中，玻璃组成可包含：
| 组分 | 范围(近似重量％) |
| SiO<sub>2</sub> | 50-70 |
| Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 8-20 |
| B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 5-20 |
| MgO | 0-5 |
| CaO | 0-10 |
| SrO | 0-10 |
| BaO | 0-25 |
| RO | 0-25 |
| Na<sub>2</sub>O | 0-1 |
| K<sub>2</sub>O | 0-5 |
| M<sub>2</sub>O | 0-5 |
在一些实施例中，玻璃组成可包含：
适合的玻璃组成的某些实施例(以近似重量％计)显示于表3中：
在一些实施例中，玻璃组成可包含：
在一些实施例中，玻璃组成包含：
| 组分 | 范围(重量％) |
| SiO<sub>2</sub> | 63-70 |
| Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | >0-7 |
| B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0-10 |
| MgO | >0-5 |
| CaO | 5-15 |
| SrO | 5-15 |
| BaO | 0-5 |
| RO | 10-25 |
| Na<sub>2</sub>O | 0-5 |
| K<sub>2</sub>O | 0-7 |
| M<sub>2</sub>O | 0-10 |
| SiO<sub>2</sub>+B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+CaO | >57-85 |
| Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O+B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+MgO+CaO+SrO | >7-35 |
| MgO+CaO+SrO | 0-25 |
| (Na<sub>2</sub>O+B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | -11至9 |
在一些实施例中，玻璃组成包含：
在一些实施例中，玻璃组成可包含：
| 组分 | 范围(重量％) |
| SiO<sub>2</sub> | 0-45 |
| Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0-35 |
| B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 0-30 |
| MgO | 0-12 |
| CaO | 0-67 |
| SrO | 0-19 |
| ZnO | 0-5 |
| BaO | 0-33 |
| RO | 30-68 |
在一些实施例中，玻璃组成包含：
| 组分 | 范围(重量％) |
| SiO<sub>2</sub> | 35-45 |
| Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 5-15 |
| B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | 10-30 |
| MgO | 0-5 |
| CaO | 0-25 |
| SrO | 0-15 |
| BaO | 20-30 |
| RO | 20-40 |
| Na<sub>2</sub>O | 0-1 |
| K<sub>2</sub>O | 0-5 |
| M<sub>2</sub>O | 0-5 |
用于外部保护层中的玻璃片可为可合理地用于所描述实施例的任何厚度。然而，通常理想的是使得PV模块尽可能轻，同时仍保持结构刚性。此外，使用较薄玻璃导致材料中的较少光损失。可使用任何适合的玻璃厚度。玻璃片实施例的厚度可为约4mm或更小、约3mm或更小、约2.9mm或更小、约2.8mm或更小、约2.7mm或更小、约2.6mm或更小、约2.5mm或更小、约2.4mm或更小、约2.3mm或更小、约2.2mm或更小、约2.1mm或更小、约2.0mm或更小、约1.9mm或更小、约1.8mm或更小、约1.7mm或更小、约1.6mm或更小、约1.5mm或更小、约1.4mm或更小、约1.3mm或更小、约1.2mm或更小、约1.1mm或更小、约1.0mm或更小、约0.9mm或更小、约0.8mm或更小、约0.7mm或更小、约0.6mm或更小、约0.5mm或更小、约0.4mm或更小、约0.3mm或更小、约0.2mm或更小、约0.1mm或更小、约900μm或更小、约800μm或更小、约700μm或更小、约600μm或更小、约500μm或更小、约400μm或更小、约300μm或更小、约200μm或更小、约100μm或更小、约90μm或更小、约80μm或更小、约70μm或更小、约80μm或更小、约70μm或更小、约60μm或更小或约50μm或更小。
根据一些实施例，玻璃可被下拉，也就是说，玻璃能够使用下拉方法形成玻璃片，所述下拉方法诸如(但不限于)熟习玻璃制造技术人员已知的融合拉制方法及狭槽拉制方法。这些下拉工艺用于大规模制造平板玻璃，例如，显示器玻璃或可离子交换玻璃。
融合拉制工艺使用iso管道(isopipe)，所述iso管道具有用于接受熔融玻璃原料的通道。通道具有堰，所述堰在通道的两侧沿通道的长度在顶部处开口。当通道填满熔融材料时，熔融玻璃溢出堰。因为重力，熔融玻璃沿iso管道之外表面向下流动。这些外表面向下且向内延伸，使得这些外表面在拉制槽下方的边缘处接合。两个流动的玻璃表面在此边缘处接合，以融合及形成单一流动的玻璃片。融合拉制方法提供以下优点：由于流经通道的两个玻璃膜融合在一起，故所得玻璃片之外表面都不与设备的任何部分接触。因此，表面性质未受此接触的影响。
狭槽拉制方法与融合拉制方法不同。此处向导管提供熔融原料玻璃。导管的底部具有开口狭槽，所述开口狭槽在一个维度中比延伸狭槽的长度的喷嘴的另一维度更宽。熔融玻璃流经狭槽/喷嘴，且熔融玻璃通过狭槽/喷嘴被向下拉制为连续片且进入退火区域中。与融合拉制工艺相比较，狭槽拉制工艺提供更薄片，因为仅单一玻璃片通过狭槽拉制，而非如在融合下拉工艺中两个片融合在一起。
为了与下拉工艺相容，本文描述的玻璃组成可具有高液相黏度。在一些实施例中，玻璃组成的液相黏度可为约10,000泊或更大、约20,000泊或更大、约30,000泊或更大、约40,000泊或更大、约50,000泊或更大、约60,000泊或更大、约70,000泊或更大、约80,000泊或更大、约90,000泊或更大、约100,000泊或更大、约110,000泊或更大、约120,000泊或更大、约130,000泊或更大、约140,000泊或更大、约150,000泊或更大、约160,000泊或更大、约170,000泊或更大、约180,000泊或更大、约190,000泊或更大、约200,000泊或更大、约225,000泊或更大、约250,000泊或更大、约275,000泊或更大、约300,000泊或更大、约325,000泊或更大、约350,000泊或更大、约375,000泊或更大、约400,000泊或更大、约425,000泊或更大、约450,000泊或更大、约475,000泊或更大或约500,000泊或更大。
在一些实施例中，玻璃组成的应变点可为约500℃或更大、约510℃或更大、约520℃或更大、约530℃或更大、约540℃或更大、约550℃或更大、约560℃或更大、约570℃或更大、约580℃或更大、约590℃或更大、约600℃或更大、约610℃或更大、约620℃或更大、约630℃或更大、约640℃或更大、约650℃或更大、约660℃或更大、约670℃或更大、约680℃或更大、约690℃或更大或约690℃或更大。
在一些实施例中，玻璃的热膨胀系数可为约25×10-7或更大、约26×10-7或更大、约27×10-7或更大、约28×10-7或更大、约29×10-7或更大、约30×10-7或更大、约31×10-7或更大、约32×10-7或更大、约33×10-7或更大、约34×10-7或更大、约35×10-7或更大、约36×10-7或更大、约37×10-7或更大、约38×10-7或更大、约39×10-7或更大、约40×10-7或更大、约41×10-7或更大、约42×10-7或更大、约43×10-7或更大、约44×10-7或更大、约45×10-7或更大、约46×10-7或更大、约47×10-7或更大、约48×10-7或更大、约49×10-7或更大、约50×10-7或更大、约51×10-7或更大、约52×10-7或更大、约53×10-7或更大、约54×10-7或更大、约55×10-7或更大、约56×10-7或更大、约57×10-7或更大、约58×10-7或更大、约59×10-7或更大、约60×10-7或更大、约61×10-7或更大、约62×10-7或更大、约63×10-7或更大、约64×10-7或更大、约65×10-7或更大、约66×10-7或更大、约67×10-7或更大、约68×10-7或更大、约69×10-7或更大、约70×10-7或更大、约71×10-7或更大、约72×10-7或更大、约73×10-7或更大、约74×10-7或更大、约75×10-7或更大、约76×10-7或更大、约77×10-7或更大、约78×10-7或更大、约79×10-7或更大、约80×10-7或更大、约81×10-7或更大、约82×10-7或更大、约83×10-7或更大、约84×10-7或更大、约85×10-7或更大、约86×10-7或更大、约87×10-7或更大、约88×10-7或更大、约89×10-7或更大或约90×10-7或更大。
在一些实施例中，玻璃片的特性可为具有≧540℃的应变点、自6.5ppm/℃至10.5ppm/℃的热膨胀系数及超过50,000泊的液相黏度。因而，所述玻璃片理想地适合于通过融合工艺形成玻璃片。
或者，可通过此项技术中已知的浮法或滚动工艺形成玻璃组成。
本文所使用的β-OH为通过红外光谱测量的玻璃中羟基含量的度量，且使用玻璃的基频羟基吸收来测定β-OH。(美国专利第6,128,924号，以引用的方式全部并入本文)。β-OH为度量玻璃中水含量的一种方式。水含量可在玻璃组成特性方面起作用且可能影响元件性能。在一些实施例中，玻璃组成包含的β-OH值为自约0.1至约1、约0.1至约0.9、约0.1至约0.8、约0.1至约0.7、约0.1至约0.6、约0.1至约0.5、约0.1至约0.4、约0.1至约0.3、约0.1至约0.2、约0.2至约1、约0.2至约0.9、约0.2至约0.8、约0.2至约0.7、约0.2至约0.6、约0.2至约0.5、约0.2至约0.4、约0.2至约0.3、约0.3至约1、约0.3至约0.9、约0.3至约0.8、约0.3至约0.7、约0.3至约0.6、约0.3至约0.5、约0.3至约0.4、约0.4至约1、约0.4至约0.9、约0.4至约0.8、约0.4至约0.7、约0.4至约0.6、约0.4至约0.5、0.5至约1、约0.5至约0.9、约0.5至约0.8、约0.5至约0.7、约0.5至约0.6、0.6至约1、约0.6至约0.9、约0.6至约0.8、约0.6至约0.7、约0.7至约1、约0.7至约0.9、约0.7至约0.8、0.8至约1、约0.8至约0.9或约0.9至约1。在一些实施例中，β-OH值为约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1。
光伏模块的实施例可进一步包含密封剂、囊封剂、填料、干燥剂、紫外线辐射吸收剂及其他材料。在一些实施例中，PV模块可进一步包含聚合物材料，所述聚合物材料可充当密封剂、囊封剂、填料、紫外线辐射吸收剂及其他材料。在这些实施例中的一些实施例中，在PV模块将被曝露的所有温度下，作用以防止湿气侵入的聚合物在所述聚合物的玻璃转变温度下。在一些实施例中，包含囊封剂、密封剂或填料的聚合物材料的玻璃转变温度可大于60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃或95℃。用于PV模块中的聚合物中的一些聚合物可降解形成的产物(诸如，在水的存在下可降解成醋酸的聚(乙烯醋酸乙烯酯共聚物))，此降解可能潜在地危害元件。在一些实施例中，所使用的聚合物可包含材料，所述材料减少热诱导或紫外线辐射诱导降解成腐蚀性材料或可能危害元件的其他材料。
实施例可包含囊封剂，诸如，共聚物，聚(乙烯醋酸乙烯酯)(EVA)、聚(乙烯醇缩醛)(例如，聚(乙烯醇缩丁醛)(PVB))、聚胺酯、聚(氯乙烯)、聚乙烯(例如，线性低密度聚乙烯)、聚烯烃嵌段共聚物弹性体、α-烯烃及α,β-乙烯系不饱和羧酸酯的共聚物(例如，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物及乙烯-丙烯酸丁酯共聚物)、硅酮弹性体、环氧树脂，及这些聚合物材料中的两种或两种以上聚合物材料的组合；及离聚物，诸如，DUPONT”
PV5400、PV5300、PV5200或PV8600。实施例也可包含密封材料(诸如，丁基密封剂或硅酮密封剂)以减少或防止模块周边或接线箱处的湿气侵入。实施例也可包含黏接剂或胶(诸如，环氧树脂或硅酮)，所述黏接剂或胶可以液体、膏或固体形式(诸如，卷或带)应用。
另一实施例可解决水侵入的破坏模式。图5A及图5B图示可减少水侵入的光伏模块的特征500及特征501的示意图。光伏模块可具有至少两个基本上无钠或低钠的玻璃片11、薄膜光伏结构17或至少一个硅晶圆16。用边缘密封18替换薄膜模块及硅晶圆模块中的基于聚合物的周边密封，所述边缘密封18包含融合玻璃或玻璃粉(frit)，因此产生基本上气密水屏障。这可能很重要，因为水侵入很难使用聚合物管控(manage)，且水侵入通常产生实体上较厚的密封以获取充分的性能。然而，基于聚合物的密封可能取决于所述基于聚合物的密封经受的环境条件而固有地不可靠。融合玻璃/玻璃粉密封在各种环境条件下为惰性且稳定，且融合玻璃/玻璃粉密封理想地用于消除诸如此处描述的全玻璃封装方案中的水侵入。
应强调，一些实施例中所示的基本上气密封装表示模块可靠性中的显著改良。通过将无钠或低钠的专用玻璃与基本上气密融合玻璃/玻璃粉密封组合，可最小化两种最有害的破坏模式即钠迁移及水侵入。此外，通过使用较薄专用玻璃，可显著地减小模块重量。通过用两个0.7mm专用玻璃片替换两个3.2mm钠钙玻璃片，1平方米模块的重量可自32.5磅减小至7磅；重量减小78％。最终，由于可使用较薄密封，故融合玻璃/玻璃粉密封的气密本质实现增加模块的活性区域。举例来说，薄膜模块通常使用厚度为12mm的聚合物周边密封。通过将1m×1m模块的密封厚度减小至3mm，模块的活性区域可自94％增加至98％，在假定活性区域效率为12％的情况下，对应于模块效率自11.3％增加至11.7％。
基本上气密封装的一个方面可为用于电气连接至PV模块的活性层的馈通。在这种情况下，可能需要边缘安装的接线箱，且因而，应将电接触件通过模块的侧向外拉线。图6图示完成此拉线的实施例。在此情况下，电接触件32，例如，金属接触件可通过阴影遮蔽及某种形式的物理气相沈积而沈积于可为模块中的底部玻璃片11A的玻璃片中的一个玻璃片上。金属接触件可拉线至底部玻璃片的边缘，在底部玻璃片的所述边缘处，金属接触件实体上可用于连接至接线箱。在接触件通过融合玻璃/玻璃粉边缘密封18的边缘处维持气密性可能很重要。
在一些实施例中，功能层可设置于第一外部保护层的玻璃基板上。功能层可选自：防眩层、防污层、自清洁层、防反射层、防指纹层、紫外线保护层、光学散射层及上述的组合。
在一些实施例中，一或更多个额外玻璃片可在外部保护层中的一个外部保护层与太阳能电池晶圆相反的侧上并入至PV模块中。额外片用作结构组件且在所述额外片的组成中可具有钠或可不具有钠。额外玻璃片可具有足以向元件添加结构稳定性的厚度。在一些实施例中，额外玻璃片的厚度可为约1.5mm、约1.6mm、约1.7mm、约1.8mm、约1.9mm、约2.0mm、约2.1mm、约2.2mm、约2.3mm、约2.4mm、约2.5mm、约2.6mm、约2.7mm、约2.8mm、约2.9mm、约3.0mm、约3.1mm、约3.2mm、约3.3mm、约3.4mm或约3.5mm。
当与先前的元件相比较时，本文实施的光伏模块可显示显著更佳的性能。已建立各种方法来测试模块稳定性及性能。一个测试为湿漏电流测试。(参见国际标准IEC 61215，Crystalline silicon terrestrial photovoltaic(PV)modules-Design qualificationand type approval，第77-79页，International Electrotechnical Commission(第二版，2005年4月)，以引用的方式全部并入本文)。IEC 61215。湿漏电流测试的目的为评估在潮湿操作条件(雨、雾、露、融化雪)下模块防止湿气渗透的绝缘，以避免腐蚀、接地故障及因此避免电击危险。将模块在浅槽中浸入至覆盖除并非针对浸入设计的接线箱的电缆入口之外的所有表面的深度(低于IPX7)。将测试电压施加于短路输出连接器与水浴溶液之间直至模块的最高系统电压达2分钟。面积大于0.1m2的模块的每一平方米的绝缘电阻应不小于40MΩ。湿漏电流测试被列为在测试实验室处PV鉴定期间最能重复发生的失败中的一种。在一些实施例中，按照IEC 61215测量准则，用600V执行湿漏电流测试达2分钟。
测试模块稳定性及性能的另一方法为湿热测试(”DH”)。(参见国际标准IEC61215，Crystalline silicon terrestrial photovoltaic(PV)modules-Designqualification and type approval，第73-75页，International ElectrotechnicalCommission(第二版，2005年4月)，以引用的方式全部并入本文)。湿热测试为环境测试，所述环境测试通过将模块曝露于非常恶劣的条件及监视各种性能标准，来模拟PV模块较长的现场使用时间。可执行DH测试达任何小时数，但通常执行1000小时或2500小时以下。目的为通过施加85℃±2℃的温度及85％±5％的相对湿度达1000(DH1000)小时或2500(DH2500)小时，来测定模块耐受长期曝露于湿气渗透的能力，且可在所施加电压(诸如，-1000V)下执行所述测定。DH1000测试为最“恶性”的测试，且在一些实验室中失效率最高，DH1000测试占c-Si模块的总失效的高达40-50％。使用薄膜也可观察到DH1000的类似失效率。DH2500甚至更严酷，因为时间被延长额外的150％。此测试的严格性尤其挑战迭层工艺及防止湿气的边缘密封。由于湿气渗透，可观察到电池零件的分层及腐蚀。甚至在DH1000的后侦测到无主要缺陷的情况下，常常模块已被加压至模块变得“脆弱”且不能通过后续机械负载测试的程度。在一些实施例中，执行湿热测试达1000小时。在其他实施例中，执行湿热测试达2500小时。在其他实施例中，执行湿热测试达多于2500小时。在一些实施例中，在-1000V下执行湿热测试。
可直接测量由湿热测试造成的输出功率恶化。在一些实施例中，当PV模块曝露于-1000V下85℃±2℃、85％±5％的相对湿度达1000小时的湿热测试时，PV模块的输出功率恶化可小于约15％、小于约14％、小于约13％、小于约12％、小于约11％、小于约10％、小于约9％、小于约8％、小于约7％、小于约6％、小于约5％、小于约4％、小于约3％或小于约2％。在一些实施例中，当PV模块曝露于-1000V下85℃±2℃、85％±5％的相对湿度达2500小时的湿热测试时，PV模块的输出功率恶化显示小于约15％、小于约14％、小于约13％、小于约12％、小于约11％、小于约10％、小于约9％、小于约8％、小于约7％、小于约6％、小于约5％或小于约4％。
填充因子为可测量为湿热测试的函数的另一性质。填充因子直接影响模块输出功率。影响填充因子的机制为自模块玻璃至硅电池区域的离子(诸如，钠离子)迁移，所述离子迁移导致分流且最终导致填充因子的不当减小。在一些实施例中，当PV模块曝露于-1000V下85℃±2℃、85％±5％的相对湿度达1000小时的湿热测试时，PV模块的填充因子恶化可显示小于约15％、小于约14％、小于约13％、小于约12％、小于约11％、小于约10％、小于约9％、小于约8％、小于约7％、小于约6％、小于约5％、小于约4％、小于约3％或小于约2％。在一些实施例中，当PV模块曝露于-1000V下85℃±2℃、85％±5％的相对湿度达2500小时的湿热测试时，PV模块的填充因子恶化显示小于15％、小于14％、小于13％、小于12％、小于11％、小于10％、小于9％、小于8％、小于7％、小于6％、小于5％或小于4％。
串联电阻为可测量为湿热测试的函数的另一性质。串联电阻可使模块能够以较高效率执行，因此产生较大输出功率。(诸如)通过聚合物背片的湿气侵入可导致电极腐蚀，所述电极腐蚀增加模块串联电阻且最终恶化模块输出功率。在一些实施例中，当PV模块曝露于-1000V下85℃±2℃、85％±5％的相对湿度达1000小时的湿热测试时，串联电阻的增加小于约15％、小于约14％、小于约13％、小于约12％、小于约11％、小于约10％、小于约9％、小于约8％、小于约7％、小于约6％、小于约5％、小于约4％、小于约3％或小于约2％。在一些实施例中，当PV模块曝露于-1000V下85℃±2℃、85％±5％的相对湿度达2500小时的湿热测试时，低串联电阻的增加小于约15％、小于约14％、小于约13％、小于约12％、小于约11％、小于约10％、小于约9％、小于约8％、小于约7％、小于约6％、小于约5％或小于约4％。
可在PV模块可靠性方面起作用的一个因素为元件品质。不良品质的玻璃基板可导致制造的不一致性及后续不良的元件性能及可靠性。在一些实施例中，玻璃片中的至少一个玻璃片的平均表面粗糙度为约或更小、约
或更小、约
或更小、约或更小、约
或更小、约
或更小、约
或更小、约或更小、约
或更小、约或更小或约
或更小，所述平均表面粗糙度由SEMI STD D15-1296FPD玻璃基板表面波度测量方法所测量。在一些实施例中，可在玻璃片上用无研磨或抛光或其他后成形工艺实现这种平均表面粗糙度。
可在PV模块可靠性方面起作用的另一因素为玻璃片的弯曲或翘曲。可通过处理或涂覆膜或材料于内表面或者外表面，来使较薄玻璃片变形。变形可能引起囊封剂、黏接剂或密封剂黏附的问题，所述问题最终导致恶化。在一些实施例中，至少一个外部保护层的翘曲变形量W可为约3mm/cm2或更小、约2mm/cm2或更小、约1.5mm/cm2或更小、约1.0mm/cm2或更小、约0.9mm/cm2或更小、约0.8mm/cm2或更小、约0.7mm/cm2或更小、约0.6mm/cm2或更小、约0.5mm/cm2或更小、约0.4mm/cm2或更小、约0.3mm/cm2或更小、约0.2mm/cm2或更小或约0.1mm/cm2或更小，其中W通过公式W＝D/L2得到，其中D为玻璃基板以微米计的最大翘曲，且L为外部保护层以厘米计的对角线长度。
模块效率恶化速率的改良可用以增加上文描述的模块寿命内所产生的总功率。模块效率恶化速率的改良也可实现可串联置放的模块的数目增加。图7图示多个串联连接的PV模块34。链的一个末端可在接地电位36处。取决于如何设计系统，另一末端可具有较高的正电位或负电位38。在链的经历此较高电位的此末端处的模块的恶化速率将比较低电位41处的彼等模块的恶化速率更高。由使用较薄专用玻璃及气密密封产生的减小的恶化速率可以可接受的恶化速率实现较长模块链。电路可具有AC输出44及反相器42。
根据实施例的光伏模块800示意性地图示于图8中，且所述光伏模块800包含多个光伏晶圆(例如，硅晶圆16(例如，结晶硅晶圆))、一个囊封层20(例如，晶圆囊封)、至少两个基本上无钠玻璃片(例如，第一外部保护层40、第二外部保护层50)及额外玻璃层60。光伏晶圆16界定光伏模块800的活性区域25，且所述光伏晶圆16至少部分地由第一外部保护层40与第二外部保护层50之间的晶圆囊封围绕。
第一外部保护层40及第二外部保护层50可包含超薄柔性(UltraThin Flexible；UTF)专用玻璃，所述专用玻璃具有约100μm或更小的厚度，且因而，所述第一外部保护层40及第二外部保护层50在光伏模块的基本上整个活性区域25上的厚度小于近似100μm，且在一些实施例中，第一外部保护层40及第二外部保护层50界定对于呈卷形式的无损储存可能足够的灵活度。可由各种传统及尚待开发的UTF专用玻璃获得第一外部保护层40及第二外部保护层50的各别玻璃组成，其中限制在于适合的玻璃将基本上无钠。举例来说(而非以限制的方式)，适合的UTF包含铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃及硼硅酸盐玻璃。所得模块可为高度气密性的，且因此所得模块抗水侵入、重量可极轻且可在不超过典型的安装重量限制的情况下扩大至较大的尺寸形式。
额外玻璃层60可为Na基玻璃，所述Na基玻璃定义为包含多于近似1重量％的Na，且所述Na基玻璃的厚度及刚性大于第一外部保护层40及第二外部保护层50的厚度及刚性。额外玻璃层60可直接紧固至第二外部保护层50且因而界定所述额外玻璃层60与第二外部保护层50之间的无PV结构的区域。
在所示的实施例中，光伏晶圆可通过第二外部保护层50自额外玻璃层60分隔，以在额外玻璃层60与光伏晶圆20之间形成Na迁移屏障。然而，光伏晶圆可通过第一外部保护层40或第二外部保护层50自额外玻璃层60分隔。在两种情况中的任一情况下，所得杂质屏障将阻碍杂质自额外玻璃层60迁移至模块的UTF囊封的部分中。杂质可尤其为碱金属，所述碱金属扩散出强化结构玻璃之外且进入活性元件层中，且因此恶化元件性能。所得PV模块可制造为高效率薄膜模块且提供低成本PV模块的途径，所述途径有效利用UTF专用玻璃的封装好处与制造好处两者。
PV晶圆可以各种形式存在，所述形式包括(但不限于)晶圆式Si PV应用。或者，光伏模块1000图示于图10中，其中用相同元件符号图示相同结构，PV晶圆(例如，硅晶圆16)可由薄膜PV结构16'替换，所述薄膜PV结构16'包括(但不限于)CdTe、Si串列、非晶Si及铜铟镓(二)硒化物(CIGS)薄膜结构。尽管本文主要在与薄膜PV技术或其他PV技术相对的PV晶圆的特定上下文中描述本公开案的概念，但注意到，本文对PV结构的引用旨在涵盖包括(但不限于)PV晶圆及薄膜PV结构的各种PV应用。
在本公开案的一些实施例中，第一外部保护层40及第二外部保护层50可经选择以界定柔软度，所述柔软度可足以减缓由第一外部保护层40与第二外部保护层50之间构形变化引起的模块厚度的增加。举例来说，可使用可商购囊封材料(诸如，EVA、PVB、离聚物等)及标准PV模块迭层装备及技术来装配CIGS电池的个别片在UTF专用玻璃上。典型的囊封材料片为约0.5mm厚且允许邻接玻璃片的某种构形变化。UTF专用玻璃第一外部保护层40及第二外部保护层50的柔性可提供进一步顺应第一外部保护层40与第二外部保护层50之间平坦度的小偏差的手段且因此实现使用较薄(0.25mm或更薄)囊封片，从而进一步降低模块成本。
举例来说，在某些实施例中，外部保护层的柔软度对于自重、基本上无失效(小于1％的失效机率)的弯曲半径小于近似100cm的弯曲来说可足够。在主要关注柔性的限制性更强的情况下，外部保护层的柔软度对于自重、基本上无失效的弯曲半径小于近似30cm的弯曲来说可足够。
尽管我们在上文注意到，UTF专用玻璃在光伏模块的基本上整个活性区域25上的厚度通常小于近似0.7mm厚，且更大体来说，小于近似2.0mm，但一些实施例可为第一外部保护层40及/或第二外部保护层50的玻璃片，所述玻璃片在光伏模块的实质整个活性区域25上的厚度介于近似0.05mm与近似0.3mm之间。在一些实施例中，玻璃片厚度可小于或等于近似0.3mm。玻璃片的不同厚度可用以最佳化最终总成的整体强度及最小化成本。
在一些实施例中，可通过使用外部保护层的基本上无碱的玻璃组成，来增强操作效率且最小化元件恶化。在一些实施例中，第一外部保护层40及第二外部保护层50的玻璃组成的特征可在于与光伏晶圆的热膨胀系数匹配的热膨胀系数—至少在光伏模块的操作温度范围(也就是说，自约-45℃至约150℃)内。此CTE匹配可实现使用很薄的Si晶圆以最小化成本。CTE匹配也可实现消除一个囊封层，最可能为晶圆与基板UTF玻璃之间的层，以降低制造复杂性及成本。
在许多情况下，额外玻璃层60可包含钠钙玻璃组成。然而，额外玻璃层60可大体视为高透射的强化结构玻璃(如回火的低Fe钠钙玻璃)或适合于形成可易于部署的基于UTF专用玻璃的晶圆式Si模块的任何结构玻璃。
图9为根据本公开案的制造光伏模块的方法900的示意图。我们在上文注意到，PV模块实施例可包含多个光伏晶圆(例如，硅晶圆16)、囊封层20(例如，晶圆囊封)、第一外部保护层40、第二外部保护层50及额外玻璃层60。根据制造工艺，以卷的形式提供第一外部保护层40及第二外部保护层50。多个光伏晶圆定位于第一外部保护层40的展开部分内，以界定光伏模块的活性区域。用晶圆囊封剂囊封如此定位的光伏晶圆，且第二外部保护层50的展开部分可定位于光伏晶圆、晶圆囊封及第一外部保护层40内。随后，将额外玻璃层60定位于第二外部保护层50上。制造工艺进一步包含在图9中70处示意性图示的切割操作，在所述切割操作中，产生离散的模块子总成，随后将额外玻璃层60定位于外部保护层上。
实例
实例1
玻璃中电荷的传导主要由于回应于所施加电压的离子造成。使用已建立的样本制备议定及测量技术获取图11中所示玻璃的体电导率(所述体电导率为电阻率的倒数)。根据在ASTM D257中描述制备测试中的玻璃样本，其中，将平坦样本光制成经界定面积及厚度，随后在相对的平坦表面上使金电极燃烧(fire)以形成平行板电容器。随后对样本进行电气连接且置放于炉中，如ASTM C657所描述。使用阻抗频谱分析仪测量平行板电极样本的阻抗，且使用电阻率ρ(Ω·cm)的以下两种描述计算电导率：(1)ρ＝R·(A/t)，其中R为电阻(Ω)，且A及t分别为样本的有效面积及厚度；以及(2)ρ＝ρ0·e(-E A /k B T)，其中ρ0为指前因子(Ω·cm)，EA为活化能(eV)，kB为波兹曼常数，且T为温度(K)。
实例2
按照IEC 61215测量准则，在+600V下执行湿漏测试且稳定化达2分钟。模块的最小测量要求为40MΩ·m2。
表1
其中“SLG”为标准碱石灰玻璃前片，且背片包含泰德拉(Tedlar)聚合物。从我们的测量可见，碱石灰玻璃(soda lime glass；SLG)/聚合物封装通过IEC要求。所实施的PV模块封装包含组成106的前片及背片玻璃片组成(表3)。所实施的PV模块封装以优选性能边限>3个数量级通过。来自所实施的PV封装的较高电阻部分地因为玻璃106相对SLG高3个数量级的电阻率。
实例3
通过湿热测试对大量光伏模块测试电位诱发恶化(“PID”)，以比较实施例的可靠性、性能及稳定性。将标准结晶Si模块设计用于包含来自结构1或者结构2的组件的所有元件(参见表4)。模块都包含结晶Si电池、囊封涂层、前片及背片组件、框架垫圈、挤压铝框架、接线箱及接线箱黏接剂。
来自结构列表1的组件用以制造五种不同的PV模块：1)碱石灰玻璃前片/聚合物背片；2)碱石灰玻璃前片/碱石灰玻璃背片；3)组成106前片/聚合物背片；4)组成106前片/碱石灰玻璃背片；以及5)组成106前片/组成106背片。在无偏压下(图12A)及在-1000V偏压下(图12B)执行湿热测量达3000小时。可在图13中看出，碱石灰玻璃前片及背片迅速地屈服于严酷的测试条件。聚合物背托模块表现优选，但仍在2000+小时处显示显著的恶化。明显地，所实施的具有低钠玻璃组成的PV模块一直显示很少恶化至无恶化直到3000小时。
表5显示所实施的包含组成106及使用结构1组件的PV模块的功率、填充因子FF及串联电阻Rs的百分比变化：
来自结构列表2的组件用以制造四种不同的PV模块：1)碱石灰玻璃前片/聚合物背片；2)碱石灰玻璃前片/碱石灰玻璃背片；3)组成106前片/聚合物背片；以及4)组成106前片/组成106背片。在无偏压下(图14A)及在-1000V偏压下(图14B)执行湿热测量达3000小时。这些测试的结果类似于使用结构1组件的彼等测试结果。此外，可在图15中看出，碱石灰玻璃前片及背片在严酷的测试条件下显示显著的恶化。聚合物背托模块表现较佳，但仍在2500+小时处显示显著的恶化。明显地，所实施的具有低钠玻璃组成的PV模块一直显示很少恶化至无恶化直到3000小时。
在已详细地且参阅本公开案的特定实施例描述本公开案的标的，应注意到，甚至在特定元件图示于随附本描述的图式中的每一图式中的情况下，本文所公开的各种细节也不应视为暗示这些细节是关于作为本文描述的各种实施例的基本组件的元件。相反地，附在本文的权利要求书应视为本公开案的宽度及本文描述的各种发明的相应范畴的唯一表示。此外，应显而易见的是，在不脱离附加权利要求书中定义的本发明的范畴的情况下修改及变化是可行的。更特定来说，尽管本公开案的一些方面在本文识别为优选或尤其有利的，但所主张的发明及公开内容不限于这些方面。
Claims (13)
1.一种光伏模块，所述光伏模块包含：
(a)第一外部保护层，所述第一外部保护层包含玻璃片；
(b)第二外部保护层，所述第二外部保护层包含玻璃片；以及
(c)至少一个结晶硅太阳能电池晶圆，所述至少一个结晶硅太阳能电池晶圆介于所述第一外部保护层与所述第二外部保护层之间；
其中所述玻璃片的组成本质上由低钠的专用玻璃组成，且本质上由下述组分组成：
RO是重量％的MgO、CaO、SrO及BaO；
M是碱金属阳离子Na、Li、K、Rb及Cs中的一或更多者；
所述光伏模块还包括气密融合玻璃/玻璃粉密封；
且其中当根据IEC 61215测量准则测试湿漏电流时，所述光伏模块展示大于400MΩ·m2的绝缘电阻值。
2.一种光伏模块，所述光伏模块包含：
(a)第一外部保护层，所述第一外部保护层包含玻璃片；
(b)第二外部保护层，所述第二外部保护层包含玻璃片；以及
(c)至少一个结晶硅太阳能电池晶圆，所述至少一个结晶硅太阳能电池晶圆介于所述第一外部保护层与所述第二外部保护层之间；
其中所述玻璃片的组成本质上由低钠的专用玻璃组成，且本质上由下述组分组成：
RO是重量％的MgO、CaO、SrO及BaO；
M是碱金属阳离子Na、Li、K、Rb及Cs中的一或更多者；
所述光伏模块还包括气密融合玻璃/玻璃粉密封；
且其中当曝露于按照IEC 61215湿热标准的85℃/85％湿度及-1kV偏压应力近似2500小时时，所述光伏模块展示小于10％的输出功率恶化。
3.一种光伏模块，所述光伏模块包含：
(a)第一外部保护层，所述第一外部保护层包含玻璃片；
(b)第二外部保护层，所述第二外部保护层包含玻璃片；以及
(c)至少一个结晶硅太阳能电池晶圆，所述至少一个结晶硅太阳能电池晶圆介于所述第一外部保护层与所述第二外部保护层之间；
其中所述玻璃片的组成本质上由低钠的专用玻璃组成，且本质上由下述组分组成：
RO是重量％的MgO、CaO、SrO及BaO；
M是碱金属阳离子Na、Li、K、Rb及Cs中的一或更多者；
所述光伏模块还包括气密融合玻璃/玻璃粉密封；
且其中当曝露于按照IEC 61215湿热标准的85℃/85％湿度及-1kV偏压应力近似2500小时时，所述光伏模块展示小于10％的填充因子恶化。
4.一种光伏模块，所述光伏模块包含：
(a)第一外部保护层，所述第一外部保护层包含玻璃片；
(b)第二外部保护层，所述第二外部保护层包含玻璃片；以及
(c)至少一个结晶硅太阳能电池晶圆，所述至少一个结晶硅太阳能电池晶圆介于所述第一外部保护层与所述第二外部保护层之间；
其中所述玻璃片的组成本质上由低钠的专用玻璃组成，且本质上由下述组分组成：
RO是重量％的MgO、CaO、SrO及BaO；
M是碱金属阳离子Na、Li、K、Rb及Cs中的一或更多者；
所述光伏模块还包括气密融合玻璃/玻璃粉密封；
且其中当曝露于按照IEC 61215湿热标准的85℃/85％湿度及-1kV偏压应力近似2500小时时，所述光伏模块展示小于10％的串联电阻增加。
5.如权利要求1、2、3或4所述的模块，其中所述玻璃片具有自0.2mm-1至0.9mm-1的β-OH值。
6.如权利要求1、2、3或4所述的模块，其中所述玻璃片中的至少一个玻璃片具有
的平均表面粗糙度(Ra)，其中所述玻璃片未被抛光。
7.如权利要求1、2、3或4所述的模块，其中所述玻璃片中的至少一个玻璃片具有
的平均表面粗糙度(Ra)，其中所述玻璃片未被抛光。
8.如权利要求1、2、3或4所述的模块，其中所述玻璃片中的至少一个玻璃片具有低于3mm的厚度，且所述玻璃片具有小于0.5微米/cm2的曲率变形W，所述曲率变形W通过方程式W＝D/L2描述，其中D为玻璃片以μm计的最大曲率，且L为玻璃片以cm计的对角线长度。
9.如权利要求1、2、3或4所述的模块，其中至少一个玻璃片具有1.8mm或更小的厚度。
10.如权利要求9所述的模块，其中所述玻璃片中的至少一个玻璃片具有0.5mm或更小的厚度。
11.如权利要求10所述的模块，其中具有0.5mm或更小的厚度的所述玻璃片能够在卷轴式的条件下被处理。
12.如权利要求9所述的模块，所述模块进一步包含含有Na的结构玻璃片，所述含有Na的结构玻璃片具有大于1.5mm的厚度。
13.如权利要求1、2、3或4所述的模块，所述模块进一步包含>0-1重量％的CeO2、Fe2O3或TiO2。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20191015 |