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CN103988318A - 太阳能电池装置及其制造方法 - Google Patents

太阳能电池装置及其制造方法 Download PDF

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CN103988318A CN201280060723.XA CN201280060723A CN103988318A CN 103988318 A CN103988318 A CN 103988318A CN 201280060723 A CN201280060723 A CN 201280060723A CN 103988318 A CN103988318 A CN 103988318A
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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池装置及其制造方法。所述太阳能电池装置包括在支撑基板上的太阳能电池、在太阳能电池上的聚合物树脂层、在聚合物树脂层上的保护板、以及在支撑基板、太阳能电池、聚合物树脂层、以及保护板的每个侧面上的复合保护层。

Description

太阳能电池装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池装置及其制造方法。
背景技术
太阳能电池可以定义为利用光入射到P-N结二极管上时产生电子的光伏效应将光能转换为电能的装置。根据构成结型二极管的材料，太阳能电池可以分类为硅太阳能电池、主要包含I-III-VI族化合物或者III-V族化合物的化合物半导体太阳能电池、染料敏化太阳能电池以及有机太阳能电池。
太阳能电池的最小构成为一个单元。一般来说，一个单元产生约0.5V至约0.6V的非常小的电压。因此，在基板上多个单元相互串联连接以产生几伏到几百伏范围内电压的平板形结构被称为模块，而在框架中安装有多个模块的结构被称为太阳能电池装置。
通常，太阳能电池装置具有玻璃/填充材料(乙烯-醋酸乙烯共聚物，EVA)/太阳能电池模块/填充材料(EVA)/表层材料(背板)这样的结构。
一般来说，玻璃包括低铁钢化玻璃。玻璃必须具有高透光率，并处理为能减少入射光的表面反射损失。用作填充材料的EVA插在太阳能电池的前面/背面与背板之间，用来保护易碎的太阳能电池器件。当EVA长时间暴露在紫外线下时，EVA可能会变色，而且EVA的防潮性能会退化。因此，当制造模块时，重要的是选择一种合适于EVA片特性的过程，使得模块的寿命能够提高、并且模块的可靠性能够得到保证。背板设置在太阳能电池模块的背面。背板必须呈现出优异的层间粘合强度、必须容易操作、以及必须保护太阳能电池器件免受外部环境影响。
太阳能电池装置必须能抵抗外部水分(H2O)或外部氧气(O2)，而且必须解决与可靠性有关的问题，以便提高太阳能电池的性能。根据现有技术，为了解决上述问题，对太阳能电池装置进行密封处理。然而，即使密封了太阳能电池，水分也可以沿着基板和密封件之间的界面渗透到太阳能电池装置中，使得太阳能电池电极被腐蚀，从而降低太阳能电池装置的性能。
发明内容
技术问题
实施例提供一种能够提高可靠性和稳定性的太阳能电池装置及其制造方法。
技术方案
实施例所述的太阳能电池装置包括在支撑基板上的太阳能电池、在太阳能电池上的聚合物树脂层、在聚合物树脂层上的保护板、以及在支撑基板、太阳能电池、聚合物树脂层、以及保护板的每个侧面上的复合保护层。
实施例所述的太阳能电池装置的制造方法包括如下步骤：在支撑基板上形成太阳能电池；在太阳能电池上形成聚合物树脂层；在聚合物树脂层上形成保护板；以及在支撑基板、太阳能电池、聚合物树脂层、以及保护板的每个侧面上形成复合保护层。
有益效果
根据实施例所述的太阳能电池装置，在太阳能电池的侧面形成包括金属层和金属氧化物层的复合保护层，从而使水分(H2O)或氧气(O2)渗透到太阳能电池中最小化。就是说，实施例所述的太阳能电池装置使用了化学或物理密实度比传统保护层高的复合保护层，因此可以显著提高器件的稳定性和可靠性。
此外，根据实施例所述的太阳能电池装置的制造方法，通过简单地氧化廉价的金属就可以形成复合保护层，因此可以降低材料成本和制造成本。
附图说明
图1到图3是剖视图，示出了实施例所述的太阳能电池装置；以及
图4到图7是剖视图，示出了实施例所述的太阳能电池装置的制造方法。
具体实施方式
在实施例的描述中，应该明白，当某一基板、层、膜、或者电极被称作是在另一基板、另一层、另一膜或者另一电极“之上”或者“之下”时，它可以是“直接”或“间接”地在该另一基板、层、膜或电极之上或之下，或者也可以存在一个或更多的中间层。层的这种位置参照附图进行了描述。附图所示部件的尺寸可以夸大以便解释说明，并且可以不完全反映实际的尺寸。
图1和图2是剖视图，示出了实施例所述的太阳能电池装置，图3是剖视图，更详细地示出了所述太阳能电池装置中的太阳能电池。
参考图1和图2，实施例所述的太阳能电池装置包括支撑基板10、太阳能电池20、聚合物树脂层30、保护板40、复合保护层50、以及框架60。
支撑基板10具有平板形状并且支撑太阳能电池20、聚合物树脂层30、保护板40、复合保护层50、以及框架60。
支撑基板10可以是刚性平板或可弯曲的平板。另外，支撑基板10可以包括绝缘体。例如，支撑基板10可以包括玻璃基板、塑料基板、或者金属基板。更详细地讲，支撑基板10可以包括钠钙玻璃基板。此外，支撑基板10可以包括含氧化铝的陶瓷基板、不锈钢、或具有可弯曲特性的聚合物。
太阳能电池20在支撑基板10上形成。该太阳能电池包括多个相互电连接的单元C1,C2,C3…和Cn。因此，太阳能电池20能够把太阳光转换为电能。
例如，单元C1,C2,C3…和Cn可以相互串联连接，但本实施例不限于此。此外，单元C1,C2,C3…和Cn可以在一个方向上相互平行地延伸。
太阳能电池20可以是包括I-III-IV族半导体化合物的CIGS太阳能电池、硅太阳能电池、或者染料敏化太阳能电池，但本实施例不限于此。详细地讲，太阳能电池20包括I-III-IV族半导体化合物。
参考图3，太阳能电池20包括在支撑基板10上形成的背电极层100、在背电极层100上形成的光吸收层200、在光吸收层200上形成的缓冲层300、在缓冲层300上形成的高阻缓冲层400、在高阻缓冲层400上形成的前电极层500、以及汇流条600。
背电极层100设置在支撑基板10上。背电极层100是导电层。背电极层100可以包括选自钼(Mo)、金(Au)、铝(Al)、铬(Cr)、钨(W)以及铜(Cu)中的一种。
光吸收层200设置在背电极层100上。光吸收层200包括I-III-VI族化合物。例如，光吸收层200可以具有CIGSS(Cu(IN,Ga)(Se,S)2)晶体结构、CISS(Cu(IN)(Se,S)2)晶体结构、或者CGSS(Cu(Ga)(Se,S)2)晶体结构。
缓冲层300设置在光吸收层200上。缓冲层300可以包括CdS,ZnS,InXSY或者InXSeYZn(O,OH)。高阻缓冲层400设置在缓冲层300上。高阻缓冲层400包括不掺杂杂质的i-ZnO。
前电极层500可以包括透明导电材料。此外，前电极层500可以具有N型半导体特征。在这种情况下，前电极层500连同缓冲层300形成N型半导体，与作为P型半导体层的光吸收层200形成PN结。例如，前电极层500可以包括掺Al的氧化锌(AZO)。
汇流条600设置在太阳能电池20的顶面或者侧面，并电连接到太阳能电池20。汇流条600通过导线连接到位于支撑基板背面的接线盒(未示出)内的电路板。
聚合物树脂层30设置在太阳能电池20上。详细地讲，聚合物树脂层30设置在太阳能电池20和保护板40之间。例如，聚合物树脂层30能够与太阳能电池20的顶面和/或侧面直接接触。聚合物树脂层30可以提高保护板40的粘接强度，并保护太阳能电池20免受外部的影响。
聚合物树脂层30是透明并可弯曲的。例如，聚合物树脂层30可以包括透明的丙烯酸树脂、三聚氰胺、聚苯乙烯、环氧树脂、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或者乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)。更详细地讲，聚合物树脂层30可以利用EVA膜形成，但本实施例不限于此。
保护板40设置在聚合物树脂层30上。保护板40可以保护太阳能电池20免受外部冲击和/或杂质的影响。保护板40是透明的。例如，保护板40包括钢化玻璃。该钢化玻璃可能包括低铁钢化玻璃。
复合保护层50设置在支撑基板10、太阳能电池20、聚合物树脂层30、以及保护板40的侧面。详细地讲，复合保护层50设置在支撑基板10的侧面、太阳能电池20的侧面、聚合物树脂层30的侧面以及保护板40的侧面。
参照图1和图2，支撑基板10的侧面、太阳能电池20的侧面、聚合物树脂层30的侧面、以及保护板40的侧面具有从顶部看时形状相同的剖切面。复合保护层50可以分别与支撑基板10的侧面、太阳能电池20的侧面、聚合物树脂层30的侧面、以及保护板40的侧面直接接触。
相比之下，支撑基板10的侧面、太阳能电池20的侧面、聚合物树脂层30的侧面以及保护板40的侧面可以不在同一平面上形成。在这种情况下，复合保护层50与支撑基板10、太阳能电池20、聚合物树脂层30、保护板40中的最外的层直接接触。例如，如图3所示，当聚合物树脂层30的一部分形成在太阳能电池20的侧面时，复合保护层50分别与支撑基板10的侧面、聚合物树脂层30的侧面、以及保护板40的侧面直接接触。
此外，复合保护层50可以设置在太阳能电池20、聚合物树脂层30以及保护板40的至少一个侧面上。更详细地讲，优选地，复合保护层50设置在太阳能电池20、聚合物树脂层30、以及保护板40的所有侧面上。就是说，复合保护层50分别设置在太阳能电池20的四个侧面、聚合物树脂层30的四个侧面、以及保护板40的四个侧面上。
复合保护层50可以包括金属层51和在金属层51上形成的金属氧化物层52。金属氧化物层52可以通过氧化金属层51而形成。就是说，金属层51和金属氧化物层52可以包括相同的金属成分。
金属层51可以利用各种金属形成，只要该金属在空气中很容易氧化而形成氧化物层即可。例如，金属层51可以包括选自Al、Al合金、Ga、In、Mg、Zn及其组合中的一种。此外，金属氧化物层52可以通过氧化选自Al、Al合金、Ga、In、Mg、Zn及其组合中的一种而形成。
更详细地讲，金属层51是铝层，而金属氧化物层52是氧化铝(Al2O3)层，但本实施例不限于此。
复合保护层50可以具有约1μm到约100μm范围内的厚度W1。更详细地讲，复合保护层50可以具有约1μm到约10μm范围内的厚度W1，但本实施例不限于此。此外，金属氧化物层的厚度W3与金属层的厚度W2的比值在约1:5到约1:10的范围内，但本实施例不限于此。
尽管基于单个复合保护层50进行了上述描述，但本实施例不限于此。例如，本实施例所述的复合保护层50可以包括多层。详细地讲，复合保护层50可以通过重复地层叠多个金属层51和多个金属氧化物层52而形成。
复合保护层50可以防止由于水分(H2O)或氧气(O2)氧化太阳能电池而导致太阳能电池电学特性的退化。特别是，复合保护层50能够容易地阻止水分(H2O)或氧气(O2)从太阳能电池装置的侧面渗透。
此外，包括金属层51和金属氧化物层52的复合保护层50具有比传统密封剂高的化学或物理密实度。因此，复合保护层50能够有效地保护太阳能电池不受水分和氧气的影响，使得装置的稳定性和可靠性得到显著提高。
框架60接收并支撑支撑基板10、太阳能电池20、聚合物树脂层30、保护板40、复合保护层50。框架60可以围绕复合保护层50。就是说，如图1到图3所示，框架60与复合保护层50的顶面和两个侧面直接接触。此外，框架60可以在保护板40和支撑基板10上形成，但本实施例不限于此。
图4到图7是剖视图，示出了实施例所述的太阳能电池装置的制造方法。上述太阳能电池装置的描述可以通过引用结合于此。
参照图4和图5，太阳能电池20、聚合物树脂层30、以及保护板40在支撑基板10上顺序形成。详细地讲，太阳能电池20可以通过在支撑基板10上形成背电极层100、在背电极层100上形成光吸收层200，以及在光吸收层200上形成前电极层500的步骤而形成。太阳能电池20的形成方法在韩国专利登记No.10-0999810中被详细公开，但本实施例不限于此。此外，聚合物树脂层30通过层压过程而形成。例如，聚合物树脂层30可以通过在太阳能电池20上依序层压EVA膜和钢化玻璃、然后在约100℃到约200℃的温度下对所得到的结构热处理约1小时到约2小时而形成。
参照图6和图7，复合保护层50在支撑基板10、太阳能电池20、聚合物树脂层30、以及保护板40的每个侧面上形成。详细地讲，复合保护层50可以通过形成金属层51以及氧化金属层51而形成金属氧化物层52的步骤来形成。
可以没有特别限制地使用本领域中熟知的金属层形成方法作为在支撑基板10、太阳能电池20、聚合物树脂层30、以及保护板40的每个侧面上形成金属层51的方法。例如，可以通过溅射方案、物理气相沉积(PVD)方案、化学气相沉积(CVD)方案或者原子层沉积(ALD)方案来制造金属层51。
此外，可以通过涂覆金属浆料、然后烘烤该金属浆料来形成金属层51。该金属浆料可以包括金属粉末、有机质载体或者无机粘结剂。
所述金属粉末的直径在约2μm到约20μm的范围内。该金属粉末可以是球形、板形或者柱形。此外，该金属粉末可以按约20wt％到约50wt％的数量进行混合。
所述无机粘结剂可以包括PbO-SiO2基玻璃料、PbO-SiO2-B2O3基玻璃料、ZnO-SiO2基玻璃料、ZnO-B2O3-SiO2基玻璃料、或者Bi2O3-B2O3-ZnO-SiO2基玻璃料。此外，所述无机粘结剂可以按约1wt％到约20wt％的数量进行混合，并且软化点为约300℃到约600℃。
参照图7，在支撑基板10、太阳能电池20、聚合物树脂层30、以及保护板40的每个侧面上形成金属层51之后，将金属层51氧化以形成金属氧化物层52。金属层51可以通过各种方案进行氧化，没有特定限制。例如，可以通过在空气中氧化金属层51而自然形成金属氧化物层52。通过调整金属层51的氧化程度，复合保护层50可以有各种厚度比。例如，金属氧化物层52的厚度W3与金属层51的厚度W2的比值在约1:5到约1:10的范围内，但本实施例不限于此。
如上描述，根据实施例所述的太阳能电池装置的制造方法，可以通过简单的过程而形成所述复合保护层，因此可以降低材料成本和制造成本。
在本说明书中每提及“一个实施例”，“某个实施例”，“示例性实施例”等时意味着，结合该实施例描述的具体特征、结构、或特性包含在本发明的至少一个实施例中。在本说明书中不同地方出现的此类短语不一定都是指同一实施例。另外，当结合某一实施例描述具体的特征、结构、或特性时，应当认为，结合其它实施例实现该特征、结构或特性落入本领域技术人员的能力范围内。
虽然参照本发明的若干说明性实施例描述了实施例，但应该知道，本领域技术人员可以构思出很多其它的变型和实施例，这些变型和实施例落入本发明原理的精神和范围内。更具体地讲，在本发明公开、附图和所附权利要求书的范围内，可以对主题组合结构的组成部分和/或排列作出各种改变和变型。除了所述组成部分和/或排列的改变和变型之外，其它用途对于本领域技术人员而言也是显然的。

Claims (17)

1.一种太阳能电池装置，包括：
在支撑基板上的太阳能电池；
在所述太阳能电池上的聚合物树脂层；
在所述聚合物树脂层上的保护板；以及
在所述支撑基板、所述太阳能电池、所述聚合物树脂层、以及所述保护板的每个侧面上的复合保护层。
2.如权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，所述复合保护层包含金属层和在该金属层上的金属氧化物层。
3.如权利要求2所述的太阳能电池装置，其中，所述复合保护层包括选自Al、Al合金、Ga、In、Mg、Zn及其组合中的一种。
4.如权利要求2所述的太阳能电池装置，其中，所述金属层包括铝，而所述金属氧化物层包括氧化铝。
5.如权利要求2所述的太阳能电池装置，其中，所述复合保护层的厚度在1μm到100μm的范围内。
6.如权利要求2所述的太阳能电池装置，其中，所述复合保护层的厚度在1μm到10μm的范围内。
7.如权利要求2所述的太阳能电池装置，其中，所述金属氧化物层厚度与所述金属层厚度的比值在1:5到1:10的范围内。
8.如权利要求1所述的太阳能电池装置，还包括围绕所述复合保护层的框架。
9.如权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，所述支撑基板、所述太阳能电池、所述聚合物树脂层以及所述保护板的侧面形成有从顶部看时形状相同的剖切面。
10.如权利要求1所述的太阳能电池装置，其中，所述太阳能电池包括：
在所述支撑基板上的背电极层；
在所述背电极层上的光吸收层；以及
在所述光吸收层上的前电极层。
11.一种太阳能电池装置的制造方法，该方法包括：
在支撑基板上形成太阳能电池；
在所述太阳能电池上形成聚合物树脂层；
在所述聚合物树脂层上形成保护板；以及
在所述支撑基板、所述太阳能电池、所述聚合物树脂层、以及所述保护板的每个侧面上形成复合保护层。
12.如权利要求11所述的方法，其中，形成所述复合保护层包括：
在所述支撑基板、所述太阳能电池、所述聚合物树脂层、以及所述保护板的每个侧面上形成金属层；以及
通过氧化所述金属层形成金属氧化物层。
13.如权利要求12所述的方法，其中，形成所述金属层包括：
制备铝浆料组合物；
在所述太阳能电池、所述聚合物树脂层、以及所述保护板的每个侧面上涂覆所述铝浆料组合物；以及
烘烤所述涂覆的铝浆料组合物。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述金属氧化物层的厚度与所述金属层的厚度的比值在1:5到1:10的范围内。
15.如权利要求11所述的方法，其中，所述复合保护层的厚度在1μm到100μm的范围内。
16.如权利要求11所述的方法，其中，所述复合保护层的厚度在1μm到10μm的范围内。
17.如权利要求11所述的方法，其中，在所述支撑基板上形成所述太阳能电池包括：
在所述支撑基板上形成背电极层；
在所述背电极层上形成光吸收层；以及
在所述光吸收层上形成前电极层。
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