[发明专利]太阳能电池组件

说明书

本发明涉及太阳能电池组件，确切地说涉及带有用树脂覆盖的引光侧(入射光面)的太阳能电池组件。

近些年，环境污染已引起全世界的关注。尤其由排放的二氧化碳的温室效应引起的全球气温上升是个严重问题。因而，强烈希望不使用矿物燃料的无公害的能量产生。作为一种光电转换元件的太阳能电池，由于安全和易于处置，目前作为一种无公害的能源是很有前途的。

太阳能电池有各种类型，典型地例如晶体硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶体硅型太阳能电池(含微晶)、二硒化铜铟太阳能电池、化合物半导体太阳能电池，等等。其中对多晶硅太阳能电池、化合物太阳能电池及非晶体硅太阳能电池的研究很活跃，因为这些类型的太阳能电池可以毫无困难地以大面积形式低成本地生产。

此外，这些太阳能电池中，以非晶体硅型太阳能电池为代表的薄膜太阳能电池，由于其重量轻、抗冲击强度高和可弯性好，作为一种未来的电池组件方式是很有前途的，该太阳能电池的制造是通过在导电金属基片上淀积硅并在其上形成一个透明的导电层。然而，与通过在玻璃基片上淀积硅而制造的一种不同，这种类型的电池组件需要有覆盖着透明材料的引光面以保护太阳能电池。通常，用玻璃或者诸如氟树脂膜、氟树脂覆层之类的透明氟树脂作最外层覆盖材料。在最外覆盖层下面可以用各种透明的热塑性有机树脂作填充剂。用玻璃作最外层是因为其耐气候性高，以保护透光率而不引起太阳能电池组件转换效率的下降。另一方面，用氟树脂作最外层是因为其耐气候性高和防水性高，以保持透光率而不引起由于表面劣化或弄脏所造成的太阳能电池组件转换效率的下降，还因为易于通过热处理来密封太阳能电池块。用热塑性树脂作填充剂是因为大量用来保护内部光电元件时便宜。

图4表示这种太阳能电池组件的一个例子。在图4中，电池组件由氟塑料层401、透明的热塑性有机树脂层402、光电元件403和绝缘层404组成。在此例子中，用与受光面相同的有机树脂作背面绝缘层。更具体地说，氟塑料层401的例子是一层ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)膜和一层PVF(聚氟乙烯)膜。透明的热塑性有机树脂402的例子是EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)和丁醛树脂。作为绝缘层404，可采用诸如尼龙膜、铝叠压聚氟乙烯(Tedlar)膜之类的各种有机树脂膜。在此例子中，透明的热塑性有机树脂402起着用来在光电元件403与氟树脂401之间、及在光电元件403与绝缘层404之间(如果存在于其间的话)粘接的粘接剂的作用，还起着用来保护太阳能电池免遭外界刮伤和冲击的填冲剂的作用。

然而，没有哪种已知的材料能在上述表面覆盖结构中同时给出良好的耐气候性和抗冲击强度，尤其在太阳能电池在20年以上的长时间里暴露于自然环境的情况下更是如此。具体地说，作为最外表面层的玻璃基片易于被冰雹或小石子的冲击所损坏，从而失去对光电元件的保护性。另一方面，作为最外表面层的氟塑料在20年以上的长期户外暴露中会因为受紫外线、水或热的分解作用、受热或水的挥发作用或淘析作用而失去所含的稳定剂，从而失去耐气候性，造成太阳能电池劣化。一般来说，在紫外线、臭氧、一氧化氮或热的作用下，树脂变成有色的。尤其是，采用非单晶半导体、最好采用非晶体硅半导体的逐次叠压光敏半导体层，在转换效率方面大受表面覆盖材料变色的不良影响。更具体地说，一个逐次叠压的光敏部件在叠压光活性半导体层中的每一层里分别以不同的光波长产生电。因而，如果较短的光波长被变色的表面覆盖材料所吸收，则吸收该较短光波长的该光活性半导体层产生较小的电流，从而其它光活性半导体层也工作在电流限制工况下，而大大降低该光电部件的总转换效率。

当表面层为氟树脂时，与玻璃表面层相比，树脂稳定剂挥发而明显地降低转换效率。在JPL(美国喷气推进器实验室)的一份报告(美国能源部关于太阳能电池密封剂的试验方法、材料性质和工艺的调查，年度报告，1979年6月)里描述了一种树脂稳定剂。具体地说，该稳定剂是双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。然而，这种仲胺型光稳定剂不能充分地改善树脂的耐晒性和耐热性。

在没有冷却装置的太阳能电池组件中和在与屋顶之类暴露于较高温度的建筑材料制成一体的电池组件中，以上问题更加明显。在80℃或更高的电池组件温度下，电池组件的表面覆盖材料以较快的变色速度变色。