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TWI489642B - 太陽能電池封裝模組及其製造方法 - Google Patents

太陽能電池封裝模組及其製造方法 Download PDF

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TWI489642B
TWI489642B TW101150266A TW101150266A TWI489642B TW I489642 B TWI489642 B TW I489642B TW 101150266 A TW101150266 A TW 101150266A TW 101150266 A TW101150266 A TW 101150266A TW I489642 B TWI489642 B TW I489642B
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Hsin Hsin Hsieh
Jang Hsing Hsieh
Chi Shiung Hsi
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Ind Tech Res Inst
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Description

太陽能電池封裝模組及其製造方法
本揭露係關於一種太陽能電池封裝模組，特別是一種具有金屬粒子層之太陽能封裝模組。
由於全球氣候變遷、空氣污染問題以及資源日趨短缺之故，太陽能發電作為能源供應來源的可能性已日益引起人們注目，這也是近年太陽能電池市場快速成長的原因。
目前常見的傳統式太陽能電池具有形成於前表面或接收光之表面附近之P/N接合面。當太陽能電池吸收光能時，P/N接合面產生電子/電洞對以輸出電流。傳統的太陽能電池設計，具有位於電池之前側(光接收側)上之N極電極，及位於太陽能電池之背側(非光接收側)上之P極電極。
另一種太陽能電池設計，是在太陽能電池背側上同時配置N極電極及P極電極，一般將這種電池稱為背接觸太陽能電池(Back contact solar cell)。背接觸太陽能電池可在單一步驟中封裝太陽能電池及太陽能電池電路。
背接觸太陽能電池的封裝技術具有高發電/低封裝損失的特性，且電極放置背面的設計可提高輸出電流。然而，串接時的應力問題需要重視。此外，模組的製程也可能提高串接失效與電池破片的風險以及如何提升光電轉換效率也都需要考慮。因此相關的研究刻不容緩。
實施例提出一種太陽能電池封裝模組及其製造方法。
根據實施例所揭露之一種太陽能電池封裝模組，包括有一第一基板、一第一封裝材料層、一金屬粒子層、複數個太陽能電池、一走線層、一第二封裝材料層以及一第二基板。其中第一基板係由透光材料形成；第一封裝材料層形成於第一基板之上；金屬粒子層形成於第一封裝材料層上；複數個太陽能電池配置於金屬粒子層上；走線層配置於複數個太陽能電池上；第二封裝材料層形成於走線層之上；第二基板配置於第二封裝材料層之上。
根據實施例所揭露之一種太陽能電池之製造方法，包括形成一金屬粒子層於一第一封裝材料層上；提供一由透光材料形成之第一基板；將具有金屬粒子層之第一封裝材料層放置於第一基板上，配置複數個太陽能電池於金屬粒子層上；對複數個太陽能電池、金屬粒子層、第一封裝材料層、以及第一基板進行預固化；形成一走線層於複數個太陽能電池上；形成一第二封裝材料層於一第二基板上；以及配置具有第二封裝材料層之第二基板於走線層上並進行壓合，其中第二封裝材料層覆蓋走線層。
根據另一實施例所揭露之一種太陽能電池之製造方法，包括形成一金屬粒子層於一第一封裝材料層上；提供一由透光材料形成之第一基板；將具有金屬粒子層之第一封裝材料層放置於第一基板上；配置複數個太陽能電於金屬粒子層上；對複數個太陽能電池、金屬粒子層、第一封裝材料層、以及第一基板進行預固化；將一第二封裝材料層形成於一第二基板上；形成一走線層於第二封裝材料層上；以及配置具有第二封裝材料層與走線層之第二基 板於複數個太陽能電池上並進行壓合，其中走線層接觸複數個太陽能電池。
根據另一實施例所揭露之一種太陽能電池之製造方法，包括形成一金屬粒子層於一第一封裝材料層上；提供一由透光材料形成之第一基板；將具有金屬粒子層之第一封裝材料層放置於第一基板上；配置複數個太陽能電池於金屬粒子層上；對複數個太陽能電池、金屬粒子層、第一封裝材料層、以及第一基板進行預固化；形成一走線層於複數個太陽能電池上；形成一第二封裝材料層於走線層上；以及配置一第二基板於第二封裝材料層上並進行壓合。
根據本揭露之太陽能電池封裝模組及其製造方法，主要提出一種太陽能電池封裝模組，先將多個太陽能電池、封裝材料層以及基板作預固化製程，再加入走線層與其他封裝元件，最後進行壓合封裝。預固化製程主要是為了解決電池破片率與翹曲度問題。其中，太陽能電池封裝模組中包含金屬粒子層，以提高光電轉換效率，避免模組效能降低。根據本揭露之太陽能電池封裝模組及其製造方法，能降低背接觸式太陽能電池在模組製程的失效風險，提高生產良率。
以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本揭露之精神與原理，並且提供本揭露之專利申請範圍更進一步之解釋。
以下在實施方式中詳細敘述本揭露之詳細特徵以及優點，其 內容足以使任何熟習相關技藝者了解本揭露之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本揭露相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本揭露之觀點，但非以任何觀點限制本揭露之範疇。
實施例提出一種太陽能電池封裝模組及其製造方法，封裝模組中配置金屬粒子層以增加光電轉換效率，而在太陽能電池之製造方法中利用預固化製程，將太陽能電池與其他封裝元件同時進行壓合封裝，以降低電池破片的風險。
請參考『第1圖』，係為本揭露所提供之太陽能電池封裝模組的示意圖，其包括有一第一基板101、一第一封裝材料層102、一金屬粒子層103、複數個太陽能電池104、一走線層105、一第二封裝材料層106以及一第二基板107。
如圖所示，第一基板101係由透光材料形成。第一封裝材料層102形成於第一基板101之上。金屬粒子層103形成於第一封裝材料層102上。複數個太陽能電池104配置於金屬粒子層103上。走線層105配置於複數個太陽能電池104上，走線層105用以將複數個太陽能電池104形成電性連接。第二封裝材料層106形成於走線層105之上。第二基板107配置於第二封裝材料層106之上。
在材料方面，第一基板101通常是透光基板，材質例如是玻璃或。第二基板107一般為不透光性基板，材質例如可包括聚酯(polyester)、聚烯烴(polyolefin)、聚乙烯(polyethylene)、聚丙烯 (polypropylene)或聚亞醯胺(polyimide)。第一封裝材料層102以及該第二封裝材料層106為乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物(EVA)或聚乙烯醇縮丁醛(PVB)。在一實施例中，第一基板101的厚度約介於50μm至3.5mm之間，第二基板107的厚度約介於130μm至600μm之間，第一封裝材料層102的厚度約介於50μm至1mm之間，第二封裝材料層106的厚度約介於50μm至1mm之間。
金屬粒子層103係由複數個金屬粒子形成。金屬粒子層103的厚度需特別考量，避免光無法透過，由於厚度受到金屬粒徑的影響，因此在實施例中金屬粒子層103之粒徑係介於20nm至150nm之間。在一實施例中，金屬粒子層係金粒子組成。在另一實施例中，金屬粒子層係銀粒子組成。在又一實施例中，金屬粒子層係銅粒子組成。在一實施例中，金屬粒子層103的厚度約介於20nm至150nm之間。
在一實施例中，金屬粒子層103對複數個太陽能電池104之受光面的覆蓋率係介於20%至30%之間。
透過金屬粒子層103的配置，可提高太陽能模組的光電轉換效率，避免模組效能降低。在使用銀粒子的金屬粒子層的實施例中，因銀粒子具有共振聚光效果，利用表面電漿子共振效應可提高元件的光電效率，增加光電流。
請參考『第2圖』，係為實施例所揭露之太陽能電池之製造方法之流程圖。實施例所揭露之一種太陽能電池之製造方法，先將多個太陽能電池、封裝材料層以及基板作預固化製程。再加入走線層與其他封裝元件，最後進行壓合封裝。在這個實施例中，與 前述實施例相同的元件或組件，其組成、運作或材料係相同貨箱類似，因此不再贅述。製程步驟詳細說明如下。
首先，以例如濺鍍的方式將金屬粒子濺鍍於第一封裝材料層102上形成一金屬粒子層103(步驟S111)。接著，提供一由透光材料形成之第一基板101(步驟S112)。再將具有金屬粒子層103之第一封裝材料層102放置於第一基板101之上(步驟S113)，並將複數個太陽能電池104配置於金屬粒子層103上(步驟S114)，金屬粒子層103係以20%至30%之間的覆蓋率形成於複數個太陽能電池104之受光面上。到此完成第一半成品，接著將具有複數個太陽能電池104、金屬粒子層103、第一封裝材料層102、以及第一基板101之第一半成品進行預固化(步驟S115)。這個預固化製程主要是為了解決電池破片率與翹曲度問題。
接著，完成預固化後，在複數個太陽能電池104上形成走線層105(步驟S116)，以將複數個太陽能電池形成電性連接。
接著形成第二半成品。在這個步驟係形成一第二封裝材料層106於第二基板107之上(步驟S116)。
最後將第一半成品放到第二半成品上，以使第二封裝材料層106覆蓋走線層105，最後壓合封裝模組(步驟S117)。
前面的說明並非意謂著第一半成品與第二半成品要有先後的順序，在一實施例中，也可以先形成第二半成品，再做第一半成品，最後再壓合第一半成品與第二半成品。
請參考『第3圖』，係為另一實施例所揭露之太陽能電池之製造方法之流程圖。
首先，以例如濺鍍的方式將金屬粒子濺鍍於第一封裝材料層102上形成一金屬粒子層103(步驟S121)。接著，提供一由透光材料形成之第一基板101(步驟S122)。再將具有金屬粒子層103之第一封裝材料層102放置於第一基板101之上(步驟S123)，並將複數個太陽能電池104配置於金屬粒子層103上(步驟S124)，金屬粒子層103係以20%至30%之間的覆蓋率形成於複數個太陽能電池104之受光面上。到此完成第一半成品，接著將具有複數個太陽能電池104、金屬粒子層103、第一封裝材料層102、以及第一基板101之第一半成品進行預固化(步驟S125)。這個預固化製程主要是為了解決電池破片率與翹曲度問題。
接著形成第二半成品。將第二封裝材料層106形成於第二基板107上(步驟S126)，接著形成走線層105於第二封裝材料層106上(步驟S127)。最後將第一半成品放到第二半成品上，亦即配置具有第二封裝材料層106與走線層105之第二基板107於複數個太陽能電池104上並進行壓合，其中走線層接觸複數個太陽能電池，以將複數個太陽能電池形成電性連接。(步驟S128)。
前面的說明並非意謂著第一半成品與第二半成品要有先後的順序，在一實施例中，也可以先形成第二半成品，再做第一半成品，最後再壓合第一半成品與第二半成品。
請參考『第4圖』，係為另一實施例所揭露之太陽能電池之製造方法之流程圖。
首先，以例如濺鍍的方式將金屬粒子濺鍍於第一封裝材料層102上形成一金屬粒子層103(步驟S131)。接著，提供一由透光材 料形成之第一基板101(步驟S132)。再將具有金屬粒子層103之第一封裝材料層102放置於第一基板101之上(步驟S133)，並將複數個太陽能電池104配置於金屬粒子層103上(步驟S134)，金屬粒子層103係以20%至30%之間的覆蓋率形成於複數個太陽能電池104之受光面上。到此完成第一半成品，接著將具有複數個太陽能電池104、金屬粒子層103、第一封裝材料層102、以及第一基板101之第一半成品進行預固化(步驟S135)。類似於前述實施例，這個預固化製程可以解決電池破片率與翹曲度問題。
接著，完成預固化後，在複數個太陽能電池104上形成走線層105(步驟S136)，以將複數個太陽能電池104形成電性連接。再形成一走線層105於複數個太陽能電池104上(步驟S136)，接著形成一第二封裝材料層106於走線層105上(步驟S137)，最後配置第二基板107於第二封裝材料層106上並進行壓合(步驟S138)。
前面的說明並非意謂著第一半成品與第二半成品要有先後的順序，在一實施例中，也可以先形成第二半成品，再做第一半成品，最後再壓合第一半成品與第二半成品。
太陽能電池在模組製程中容易發生電池破片、模組失效之情形，主要是因為壓合模組的製成問題。而實施例所揭露之之太陽能電池封裝模組，先將太陽能電池104、金屬粒子層103、第一封裝材料層102以及第一基板101作預固化製程。最後再加入其他元件，同時進行壓合封裝。預固化製程主要是為了解決電池破片率與翹曲度問題。
實施例所揭露之太陽能電池之製造方法適用電極同平面之背 接觸式太陽能電池，經預固化製程主要能降低背接觸式太陽能電池在模組製程中破片及失效之風險，提高生產良率。
以下說明實施例揭露的太陽能電池封裝模組的一些特性。
請先參考『第5圖』，係說明實施例與習知之背接觸式太陽能電池模組封裝結構之電流密度J(mA/cm2 )和電壓(V)之關係。而短路電流密度Jsc是曲線與x軸為0之交會點。
實施例之模組封裝結構的尺寸為5.0×5.0cm2 ，而金屬粒子層係採用銀粒子，粒徑係如前述實施例所述。習知的背接觸式太陽能電池模組封裝結構不含金屬粒子層，其尺寸為5.0×5.0cm2 ，習知的不含Ag背接觸式太陽能電池模組封裝結構。
習知的背接觸式太陽能電池模組封裝結構短路電流密度(Jsc)為10.5mA/cm2 ，如曲線201。實施例中經250度退火20分鐘的樣品，短路電流密度提高為13.45mA/cm2 ，如曲線202。實施例中經350度退火20分鐘的樣品，短路電流密度為13.96mA/cm2 ，如曲線203。由『第5圖』可以看出加了金屬粒子後，短路電流密度可以被提升。而經過更高溫的退火，短路電流密度一樣被提升。
下表為實施例與習知的背接觸式太陽能電池封裝模組之特性比較，其比較了串聯電阻(Rs)、並聯電阻(Rsh)以及填充因子(fill factor，FF)。
其中實施例之電池封裝模組之尺寸為5.0×5.0cm2 ，習知的背接觸式太陽能電池模組封裝結構之尺寸為5.0×5.0cm2。填充因子係定義為太陽能電池在最大電功率輸出時，最大輸出功率(Pmax)與開路電壓(Voc)和短路電流(Isc)乘積之比值。
『第6圖』與表一含銀薄膜型太陽能電池之數據係摘自Light Trapping by Ag Nanoparticles Chemically Assembled inside Thin-Film Hydrogenated Microcrystalline Si Solar Cells,H.Mizuno,JJAP 51 (2012)042302，比較不含銀薄膜型太陽能電池與含銀薄膜型太陽能電池，分別如虛線與實線所示，其顯示薄膜型太陽能電池加上銀粒子層之後，並聯電阻Rsh降低，串聯電阻Rs提高，填充因子FF由75.5%降至54.8%，反觀本案結構之Rs小幅變差，但並聯電阻Rsh及FF卻提高。
實施例之太陽能電池封裝模組相較於沒有金屬粒子層103的傳統薄膜結構，雖然串聯電阻(Rs)小幅變差，但並聯電阻(Rsh)以及填充因子(FF)大幅進步。並聯電阻(Rsh)約提高55%，使填充因子(FF)增加1.92%。
下表係為實施例之太陽能電池封裝模組之金屬粒子層遮蔽太陽能電池受光面之覆蓋率(coverage，%)與短路電流密度(Jsc,A/cm2 )之實驗數據，覆蓋率約介於20%~30%之間(包含20%30%)。
實驗的樣品是在太陽能電池上濺鍍製備銀薄膜及ITO透明導電薄膜，再於不同的溫度及不同時間做快速退火(rapid thermal annealing)，最後再量測薄膜的覆蓋率、薄膜粒子半徑以及光電流特性。
比較第一組(背接觸式太陽能電池封裝模組電池，不含銀不退火)與第六組(背接觸式太陽能電池封裝模組電池，含銀退火350℃，20分鐘)，短路電流密度可提升44.21%。比較第二組(背接觸式太陽能電池封裝模組電池，含銀不退火)與第六組，可知經適當的退火製程，短路電流密度可提升75.0%。
根據本揭露之太陽能電池封裝模組及其製造方法，主要提出一種太陽能電池封裝模組，先將複數個太陽能電池、封裝材料層以及基板作預固化製程，再加入走線層與其他封裝元件，同時進行壓合封裝。預固化製程主要是為了解決電池破片率與翹曲度問題。其中，太陽能電池封裝模組上包含一金屬粒子層，可提高光電轉換效率，避免模組效能降低。本揭露主要能降低背接觸式太陽能電池在模組製程的失效風險，提高生產良率。
雖然本揭露以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。在不脫離本揭露之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本揭露之專利保護範圍。關於本揭露所界定之保護範圍請參考 所附之申請專利範圍。
101‧‧‧第一基板
102‧‧‧第一封裝材料層
103‧‧‧金屬粒子層
104‧‧‧複數個太陽能電池
105‧‧‧走線層
106‧‧‧第二封裝材料層
107‧‧‧第二基板
第1圖，係為實施例所揭露之太陽能電池封裝模組的示意圖。
第2圖，係為實施例所揭露之太陽能電池之製造方法之流程圖。
第3圖，係為另一實施例所揭露之太陽能電池之製造方法之流程圖。
第4圖，係為另一實施例所揭露之太陽能電池之製造方法之流程圖。
第5圖，係說明實施例與習知之太陽能電池模組封裝結構之電流密度和開路電壓之關係。
第6圖，係為a-Si：H(含銀的薄膜型太陽能電池)與實施例比較。
101‧‧‧第一基板
102‧‧‧第一封裝材料層
103‧‧‧金屬粒子層
104‧‧‧複數個太陽能電池
105‧‧‧走線層
106‧‧‧第二封裝材料層
107‧‧‧第二基板

Claims (8)

  1. 一種太陽能電池封裝模組，包括：一第一基板，該第一基板係由透光材料形成；一第一封裝材料層，形成於該第一基板之上；一金屬粒子層，形成於該第一封裝材料層上；複數個太陽能電池，配置於該金屬粒子層上；一走線層，配置於該複數個太陽能電池上，以電性連接該複數個太陽能電池；一第二封裝材料層，形成於該走線層之上；以及一第二基板，配置於該第二封裝材料層之上，其中該金屬粒子層對該複數個太陽能電池之受光面的覆蓋率係介於20%至30%之間。
  2. 如請求項1所述之太陽能電池封裝模組，其中該金屬粒子層係由複數個金屬粒子組成，該金屬粒子之粒徑係介於20nm至150nm之間。
  3. 如請求項2所述之太陽能電池封裝模組，其中該金屬粒子係選自金、銀以及銅之群組組合其中之一。
  4. 一種太陽能電池封裝模組之製造方法，包括：形成一金屬粒子層於一第一封裝材料層上；提供一由透光材料形成之第一基板；將具有該金屬粒子層之該第一封裝材料層放置於該第一基板上；配置複數個太陽能電池於該金屬粒子層上； 對該複數個太陽能電池、該金屬粒子層、該第一封裝材料層、以及該第一基板進行預固化；形成一走線層於該複數個太陽能電池上；形成一第二封裝材料層於一第二基板上；以及配置具有該第二封裝材料層之該第二基板於該走線層上並進行壓合，其中該第二封裝材料層覆蓋該走線層。
  5. 一種太陽能電池封裝模組之製造方法，包括：形成一金屬粒子層於一第一封裝材料層上；提供一由透光材料形成之第一基板；將具有該金屬粒子層之該第一封裝材料層放置於該第一基板上；配置複數個太陽能電池於該金屬粒子層上；對該複數個太陽能電池、該金屬粒子層、該第一封裝材料層、以及該第一基板進行預固化；將一第二封裝材料層形成於一第二基板上；形成一走線層於該第二封裝材料層上；以及配置具有該第二封裝材料層與該走線層之該第二基板於該複數個太陽能電池上並進行壓合，其中該走線層接觸該複數個太陽能電池。
  6. 一種太陽能電池封裝模組之製造方法，包括：形成一金屬粒子層於一第一封裝材料層上；提供一由透光材料形成之第一基板；將具有該金屬粒子層之該第一封裝材料層放置於該第一 基板上；配置複數個太陽能電池於該金屬粒子層上；對該複數個太陽能電池、該金屬粒子層、該第一封裝材料層、以及該第一基板進行預固化；形成一走線層於該複數個太陽能電池上；形成一第二封裝材料層於該走線層上；以及配置一第二基板於該第二封裝材料層上並進行壓合。
  7. 如請求項4至6所述之任一種太陽能電池封裝模組之製造方法，其中該金屬粒子層之粒徑係介於20nm至150nm之間。
  8. 如請求項4至6所述之任一種太陽能電池封裝模組之製造方法，其中該金屬粒子層對該複數個太陽能電池之受光面的覆蓋率係介於20%至30%之間。
TW101150266A 2012-12-26 2012-12-26 太陽能電池封裝模組及其製造方法 TWI489642B (zh)

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