[发明专利]直连式薄膜太阳能电池模块及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及可再生能源领域的光伏建筑一体化(BIPV)技术领域，具体地说是，一种薄膜太阳能电池模块，特别是可以直接电连接的、能够作为幕墙使用的薄膜太阳能电池模块及其制造方法。

背景技术

太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源，将是今后人类最重要的能量来源之一，光伏发电对缓解当今能源危机和改善生态环境具有非常重要的意义。光伏建筑一体化(BIPV)提出了“建筑物产生能源”的新概念，即建筑物与光伏发电的集成化，在建筑物的外围结构表面上布设光伏阵列产生电力。光伏系统和建筑结合将根本改变太阳能光伏发电在世界能源中的从属地位，前景光明。

薄膜太阳能电池因其生产制造工艺简单、材料省、能耗低、便于大面积连续生产、成本低等特点，是今后太阳能电池发展的主流方向。其中非晶硅薄膜太阳能电池技术是薄膜电池技术中发展得比较成熟的技术，已经商业化应用。薄膜太阳能电池可以用玻璃、不锈钢、特种塑料、陶瓷等为衬底。特别是玻璃衬底的薄膜太阳能电池，最适合制成具有一定透明度的光电模块，作为建筑材料直接应用到建筑设计中，为建筑提供电力。作为幕墙使用的薄膜太阳能电池模块，是其中最重要的一种应用形式。

一般薄膜太阳能电池模块多具有如图1所示结构，即，绝缘透明衬底2上顺次叠合复合光电薄膜3、密封树脂层4和背面密封材料5。对于幕墙用薄膜太阳能电池模块而言，绝大多数都选用玻璃作为绝缘透明衬底和背面密封材料，其边缘往往无边框，以便于拼成大面积的透明结构。

图2表示了复合光电薄膜3的基本结构，即，复合光电薄膜3具有在绝缘透明衬底2上顺次沉积第一电极层11、半导体层12以及第二电极层13的结构。其中，半导体层12可以是由一层pin结构构成，也可以由二层或多层pin结构叠层构成。

由图2可进一步看到光电转换电池单元6的构造、排列和连接。在复合光电薄膜3上设有分割上述薄膜层11、12和13的第一分离槽14、连接槽15和第二分离槽16。这些槽14、15和16相互平行，在绝缘透明衬底2的主表面上延伸设置；错层分割复合光电薄膜3形成的多个矩形长条光电转换电池单元6，沿同一方向平行排列在绝缘透明衬底2的主表面上，并在另一方向上互相串联连接，集成一个大的电池区域7；从绝缘透明衬底2侧或第二电极层13侧入射的光通过含于半导体层12中的光电转换单元进行光电转换，产生电力。

在目前广泛采用的非晶硅薄膜太阳能电池制造过程中，一般是选用平板玻璃作为绝缘透明衬底2。首先采用热CVD法在平板玻璃上沉积TCO透明导电膜，即，制作第一电极层11；对已沉积好TCO透明导电膜的玻璃进行切割、磨边、钻孔、清洗、烘干，再按电池设计要求，用激光对透明导电膜进行划刻分割，即，制作第一分离槽14；然后放入真空室，采用等离子增强化学气相沉积技术(RF-PECVD)，分别沉积叠层pin结，即，制作半导体层12；随后用激光划刻，分割叠层pin结，即，制作连接槽15；再用磁控溅射法分别溅射ZnO和Al，形成ZnO/Al背电极，即，制作第二电极层13；接着用激光对背电极划刻，即，制作第二分离槽16；最终形成具有如图2所示的光电转换电池单元6的串联结构，完成薄膜太阳能电池的制备。

薄膜太阳能电池模块1的封装，一般采取真空层压的方法。先将电极引线焊接在模块边缘的二条光电转换电池单元6的一端，将密封树脂层4和背面密封材料5顺次重合在第二电极层13上，在该状态下利用真空层压装置进行加热真空密封。在此，为了使从绝缘透明衬底2侧入射的太阳光的一部分透过透光性薄膜太阳能电池模块1的背面密封材料5侧，并为了使薄膜太阳能电池模块1得到充分的透光性和气候适应性，密封树脂层4可以使用具有良好透光性的乙烯-醋酸乙烯共聚物膜(EVA膜)、聚乙烯醇缩丁醛树脂(PVB)膜等，背面密封材料5可以使用玻璃、氟系树脂膜等无色透明材料。封装好的薄膜太阳能电池模块1的电极引线从密封树脂层4和背面密封材料5中穿出，再由模块边缘引到模块中部的接线盒内，与接线柱焊接在一起。

当多个薄膜太阳能电池模块1组成方阵时，再通过连接导线，将相邻模块中部的接线柱连接在一起。显而易见，相邻模块间连接时，从模块边缘的正负电极到模块中部的接线柱，再由模块中部的接线柱引到模块的边缘，线路(电极引线加连接导线)的长度大约是模块间距的2倍。因此，薄膜太阳能电池模块组成方阵时，线路损耗约占装机总发电量的2-5％。