TWI647862B

TWI647862B - 封裝結構及太陽能電池模組

Info

Publication number: TWI647862B
Application number: TW106142492A
Authority: TW
Inventors: 林偉聖; 黃建榮; 謝東坡
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2019-01-11
Also published as: TW201926732A; US20190172962A1; CN109888040A

Abstract

一種封裝結構及太陽能電池模組，其中所述封裝結構是位於太陽能電池模組的光入射面，且其係由一熱塑性保護層、一透明阻水層與一黏著層所組成。熱塑性保護層設置於光入射面的最外層，其材料包括熱塑性聚胺酯(TPU)或熱塑性聚烯烴(TPO)或熱塑性彈性體(TPE)。透明阻水層則介於黏著層與熱塑性保護層之間。

Description

封裝結構及太陽能電池模組

本發明是有關於一種太陽能電池技術，且特別是有關於一種封裝結構及太陽能電池模組。

目前太陽能電池模組封裝材料通常以玻璃或是乙烯-四氟化乙烯共聚物(Ethylene Tetrafluoroethylene，ETFE)作為保護層與阻水層。

然而，玻璃雖具有高阻水之效能但無法實現輕量化與可撓曲之功效而且易碎裂，而作為保護層的ETFE之阻水效果不佳且其表面硬度不佳容易刮傷。

因此，亟需發展一種封裝結構簡單化，同時可達到高光穿透率與低透水率以及輕量化可撓曲的太陽能電池模組。

本發明的太陽能電池模組的封裝結構是位於太陽能電池模組的光入射面。封裝結構其係由一熱塑性保護層、一透明阻水層與一黏著層所組成。熱塑性保護層設置於光入射面的最外層，其材料包括熱塑性聚胺酯(TPU)或熱塑性聚烯烴(TPO)或熱塑性彈性體(TPE)。透明阻水層則介於黏著層與熱塑性保護層之間。

本發明的又一太陽能電池模組的封裝結構是位於太陽能電池模組的背光面。封裝結構其係由一熱塑性保護層、一阻水層與一黏著層所組成。熱塑性保護層設置於背光面的最外層，其材料包括熱塑性聚胺酯(TPU)或熱塑性聚烯烴(TPO)或熱塑性彈性體(TPE)。阻水層則介於黏著層與熱塑性保護層之間。

本發明的太陽能電池模組，包括一前板封裝結構、一背板封裝結構以及封裝於前板封裝結構與背板封裝結構之間的數個太陽能電池。前板封裝結構係由一第一熱塑性保護層、一第一阻水層與一第一黏著層所組成，其中第一阻水層介於第一熱塑性保護層與第一黏著層之間。第一熱塑性保護層的材料包括熱塑性聚胺酯(TPU)或熱塑性聚烯烴(TPO)或熱塑性彈性體(TPE)。第一阻水層則為透明阻水層。上述太陽能電池直接接觸第一黏著層。

在本發明的另一實施例中，上述第一熱塑性保護層位於太陽能電池模組的最外層。

基於上述，本發明藉由特定的保護層搭配單一阻水層與單一黏著層，即可達到前板封裝結構對於光穿透率要高與透水率要低的效果，也可達到背板封裝結構對於透水率要低的效果。而且，本發明的太陽能電池模組因為具備上述前板封裝結構或者背板封裝結構，所以不但有輕量化可撓曲之功用，還能同時提升太陽能電池模組的壽命與可靠度。

為讓本發明的上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

下文列舉實施例並配合所附圖式來進行詳細地說明，但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖，且可能放大或縮小不同的膜層或區域來顯示於單一圖式中。而且，雖然文中使用如「第一」、「第二」等來描述不同的元件、區域及/或膜層，但是這些元件、區域及/或膜層不應當受限於這些用語。而是，這些用語僅用於區別一元件、區域或膜層與另一元件、區域或膜層。因此，以下所討論之第一元件、區域或膜層可以被稱為第二元件、區域或膜層而不違背實施例的教示。而且，為了方便理解，下文中相同的元件將以相同之符號標示來說明。

圖1A是依照本發明的第一實施例的一種太陽能電池模組的封裝結構的示意圖。

請參照圖1A，本發明的封裝結構100是用於太陽能電池模組，且一般是位於太陽能電池模組的光入射面100a。封裝結構100係由一熱塑性保護層102、一透明阻水層104與一黏著層106所組成。熱塑性保護層102設置於光入射面100a的最外層；也就是說，熱塑性保護層102之外已無其他結構層，且熱塑性保護層102直接暴露於外部環境。熱塑性保護層102的材料包括熱塑性聚胺酯(Thermoplastic polyurethanes，TPU)或熱塑性聚烯烴(Themoplastic Polyolefins，TPO)。透明阻水層104則介於黏著層106與熱塑性保護層102之間。在一實施例中，透明阻水層104可包括超薄玻璃或具封裝薄膜(Thin Film Encapsulation, TFE)的高分子聚合物等可透光的材料，其中超薄玻璃是指厚度400微米以下的玻璃，較佳厚度為150微米以下。如果透明阻水層104為具封裝薄膜(Thin Film Encapsulation, TFE)的高分子聚合物，則可包括聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚萘二甲酸乙二酯(Polyethylene naphthalate，PEN)、對苯二甲酸酯乙二酯(Polyethylene terephthalate，PET)、氟化塑膠(Fluoropolymer)、聚氟乙烯(polyvinyl fluoride，PVF)、乙烯-四氟化乙烯共聚物(Ethylene Tetrafluoroethylene，ETFE)或聚偏氟乙烯(polyvinylidene difluoride，PVDF)。至於黏著層106的材料並無限制，其可為熱塑性黏著層或熱固性黏著層。在一實施例中，黏著層106的材料包括熱塑性聚胺酯(TPU)、熱塑性聚烯烴(TPO)、熱塑性彈性體(TPE)或乙烯醋酸乙烯酯共聚物(Ethylene vinyl acetate，EVA)。若是黏著層106與熱塑性保護層102採用相同的材料，則可在進行封裝時採用相同的製程條件，有利於製程的控制。

圖1B是依照本發明的第二實施例的一種太陽能電池模組的封裝結構的示意圖，其中使用與第一實施例相同的元件符號來表示相同或類似的構件。

請參照圖1B，本發明的封裝結構100還可位於太陽能電池模組的背光面100b。封裝結構100係由一熱塑性保護層102、一阻水層108與一黏著層106所組成。熱塑性保護層102設置於背光面100b的最外層；也就是說，熱塑性保護層102之外已無其他結構層，且熱塑性保護層102直接暴露於外部環境。熱塑性保護層102的材料包括熱塑性聚胺酯(Thermoplastic polyurethanes，TPU)或熱塑性聚烯烴(Themoplastic Polyolefins，TPO)。阻水層108則介於黏著層106與熱塑性保護層102之間。在一實施例中，阻水層108可以是金屬箔，例如鋁箔、銅箔或不鏽鋼箔，但本發明並不限於此。在另一實施例中，阻水層108例如超薄玻璃或具封裝薄膜(TFE)的高分子聚合物等可透光的材料，其中超薄玻璃是指厚度400微米以下的玻璃，較佳厚度為150微米以下。若是阻水層108為具封裝薄膜(TFE)的高分子聚合物，則可例如聚碳酸酯(PC)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、對苯二甲酸酯乙二酯(PET)、氟化塑膠(Fluoropolymer)、聚氟乙烯(PVF)、乙烯-四氟化乙烯共聚物(ETFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)。至於黏著層106的材料並無限制，其可為熱塑性黏著層或熱固性黏著層。在一實施例中，黏著層106的材料包括熱塑性聚胺酯(TPU)、熱塑性聚烯烴(TPO)、熱塑性彈性體(TPE)或乙烯醋酸乙烯酯共聚物(Ethylene vinyl acetate，EVA)。若是黏著層106與熱塑性保護層102採用相同的材料，則可在進行封裝時採用相同的製程條件，有利於製程的控制。

圖2是依照本發明的第三實施例的一種太陽能電池模組的示意圖。

請參照圖2，太陽能電池模組200包括一前板封裝結構202、一背板封裝結構204以及封裝於前板封裝結構202與背板封裝結構204之間的數個太陽能電池206。太陽能電池206例如CIGS太陽能電池、單晶矽太陽能電池、多晶矽太陽能電池、非晶矽太陽能電池、CdTe太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池或是上述太陽能電池的組合，例如堆疊型(tandem)太陽能電池。在一實施例中，太陽能電池206為串並聯的太陽能電池組。前板封裝結構202係由一第一熱塑性保護層208、一第一阻水層210與一第一黏著層212所組成，其中第一阻水層210介於第一熱塑性保護層208與第一黏著層212之間。本實施例中的第一熱塑性保護層208的材料包括熱塑性聚胺酯(TPU)或熱塑性聚烯烴(TPO)或熱塑性彈性體(TPE)，且以不黃化的觀點來看，TPU可選用脂肪族TPU。在本實施例中，第一熱塑性保護層208位於太陽能電池模組200的最外層，因此當第一熱塑性保護層208表面有刮痕等損傷，還能藉由加熱來修補刮痕。

請繼續參照圖2，第一阻水層210為透明阻水層，以使光線能自前板封裝結構202外入射到內部的太陽能電池206。上述第一阻水層210可為超薄玻璃或具封裝薄膜(Thin Film Encapsulation, TFE)的高分子聚合物，其中超薄玻璃是指厚度400微米以下(較佳厚度為150微米以下)的玻璃。如果第一阻水層210為具封裝薄膜(Thin Film Encapsulation, TFE)的高分子聚合物，則可包括聚碳酸酯(PC)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、對苯二甲酸酯乙二酯(PET) 、氟化塑膠(Fluoropolymer)、聚氟乙烯(PVF)、乙烯-四氟化乙烯共聚物(ETFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)。第一黏著層212並不限於熱塑性黏著層或熱固性黏著層。舉例來說，第一黏著層212的材料例如熱塑性聚胺酯(TPU)、熱塑性聚烯烴(TPO)、熱塑性彈性體(TPE)或乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)。若是第一黏著層212與第一熱塑性保護層208用相同的材料，則在進行封裝時能採用相同的製程條件，有利於製程的控制。至於太陽能電池206會直接接觸第一黏著層212，且可經由導線214(如ribbon、銅電線等)完成串並聯之電路。

在本實施例中，背板封裝結構204可由一第二熱塑性保護層216、一第二阻水層218與一第二黏著層220所組成，且第二阻水層218介於第二熱塑性保護層216與第二黏著層220之間。上述第二熱塑性保護層216的材料可列舉但不限於：熱塑性聚胺酯(TPU)或熱塑性聚烯烴(TPO)或熱塑性彈性體(TPE)。第二阻水層218則例如金屬箔、厚度400微米以下(較佳厚度為150微米以下)的玻璃（超薄玻璃）或具封裝薄膜(Thin Film Encapsulation，TFE)的高分子聚合物。若是第二阻水層218為具封裝薄膜(TFE)的高分子聚合物，則可例如聚碳酸酯(PC)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、對苯二甲酸酯乙二酯(PET)、氟化塑膠(Fluoropolymer)、聚氟乙烯(PVF)、乙烯-四氟化乙烯共聚物(ETFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)。若是第二阻水層218為金屬箔，則可例如鋁箔、銅箔或不鏽鋼箔，但本發明並不限於此。當前板封裝結構202和背板封裝結構204中的第一阻水層210和第二阻水層218都是可撓曲的，則最終封裝得到的太陽能電池模組200也可撓曲。第二黏著層220並不限於熱塑性黏著層或熱固性黏著層。在一實施例中，第二黏著層220的材料例如熱塑性聚胺酯(TPU)、熱塑性聚烯烴(TPO)、熱塑性彈性體(TPE)或乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)。若以接合相容性的觀點來看，第二黏著層220與第一黏著層212可選用相同的材料。因此，太陽能電池206在封裝後會直接接觸第二黏著層220與第一黏著層212，且第一黏著層212與第二黏著層220之間的界面(虛線處)會融合而難以分辨。在一實施例中，上述背板封裝結構204亦可直接與一般厚玻璃前板與黏著層黏合，製作太陽能電池模組。

此外，本實施例的太陽能電池模組200還可包括一圖案層222，設置於背板封裝結構204的外表面204a，能在吸收太陽光發電的同時還能兼顧美觀或者商業(廣告)用途。上述圖案層222例如包括一油墨層224以及介於油墨層224與第二熱塑性保護層216之間的白色顏料層226，其中白色顏料層226例如氧化鈦等呈現白色的材料，以作為突出油墨層224顏色與圖案的白色底層。若以圖案層222的成形性來看，第二熱塑性保護層216的材料可選用熱塑性聚胺酯(TPU)。

為驗證上述效果，列舉以下實驗進行說明，但本發明並不限於下列實驗。

〈實驗例一〉

使用TPU/透明阻水層/TPU作為前板、TPU/鋁箔(約20 微米)/TPU作為背板，將前板與背板的封裝材料裁切成大於太陽電池模組尺寸(邊界約略大於1公分以上)，完成模組前板與模組背板堆疊結構後，於120 ^oC/15min條件下進行層壓，待封裝材料冷卻後完成模組前板與背板封裝。

然後，在環境40 ^oC濕度85%下進行透水率測試，其中透明阻水層為3M公司的UBSF-510。結果顯示於下表1。

〈比較例二〉

將前板與背板的封裝材料改為ETFE/EVA，其餘條件與實驗例一相同，並在層壓後於環境40 ^oC濕度85%下進行透水率測試，結果顯示於下表1。

表1 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 封裝材料 </td><td> 比較例一(ETFE/EVA) </td><td> 實驗例一背板(TPU/鋁箔/TPU) </td><td> 實驗例一前板(TPU/透明阻水層/TPU) </td></tr><tr><td> 透水率 (g/m<sup>2</sup>-24hr) </td><td> ＞10 </td><td> 1.57E-4 </td><td> 4.62E-2 </td></tr></TBODY></TABLE>

由表1可了解到ETFE/EVA的透水率大於10，而TPU/透明阻水層/TPU的透水率為4.62E-2 g/m ²-24hrs，TPU/鋁箔/TPU的透水率為1.57E-4 g/m ²-24hrs，說明本發明除了能夠簡單化太陽電池模組封裝結構外，同時也兼具良好的阻水能力。

〈實驗例二〉

在熱塑性聚胺酯(TPU)膜的表面先噴印一層氧化鈦底層，再以噴墨式印表機於氧化鈦底層上列印圖案，而完成圖案層的製作。然後，對TPU膜上的圖案層進行百格試驗(抗撕測試)，結果顯示圖案層幾乎不會被撕除。

〈比較例二〉

採用與實驗例二相同的方式製作圖案層，但將TPU膜改為乙烯-四氟化乙烯共聚物(ETFE)膜。然後，對ETFE膜上的圖案層進行百格試驗(抗撕測試)，結果顯示大部分的圖案層被撕除。

綜上所述，本發明藉由特定的封裝構造，可使太陽能電池封裝結構精簡化而有別於目前常見的太陽能電池封裝結構，而達到高光穿透率與低透水率之效果，以及輕量化可撓曲之功用，同時提升太陽能電池模組的壽命與可靠度。因此，本發明的模組可應用於攜帶式與穿戴式之行動發電裝置。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧封裝結構

100a‧‧‧光入射面

100b‧‧‧背光面

102、208、216‧‧‧熱塑性保護層

104‧‧‧透明阻水層

106、212、220‧‧‧黏著層

108‧‧‧阻水層

200‧‧‧太陽能電池模組

202‧‧‧前板封裝結構

204‧‧‧背板封裝結構

204a‧‧‧外表面

206‧‧‧太陽能電池

210‧‧‧第一阻水層

214‧‧‧導線

218‧‧‧第二阻水層

222‧‧‧圖案層

224‧‧‧油墨層

226‧‧‧白色顏料層

圖1A是依照本發明的第一實施例的一種太陽能電池模組的封裝結構的示意圖。圖1B是依照本發明的第二實施例的一種太陽能電池模組的封裝結構的示意圖。圖2是依照本發明的第三實施例的一種太陽能電池模組的示意圖。

Claims

一種太陽能電池模組，包括：一前板封裝結構；一背板封裝結構；一圖案層，設置於該背板封裝結構的外表面；以及多數個太陽能電池，封裝於該前板封裝結構與該背板封裝結構之間，其中該前板封裝結構係由一第一熱塑性保護層、一第一阻水層與一第一黏著層所組成，其中該第一阻水層介於該第一熱塑性保護層與該第一黏著層之間，該背板封裝結構係由一第二熱塑性保護層、一第二阻水層與一第二黏著層所組成，且該第二阻水層介於該第二熱塑性保護層與該第二黏著層之間，該第一熱塑性保護層的材料包括熱塑性聚胺酯(TPU)或熱塑性聚烯烴(TPO)或熱塑性彈性體(TPE)，該第二熱塑性保護層的材料包括熱塑性聚胺酯(TPU)，該第一阻水層為透明阻水層，且該些太陽能電池直接接觸該第一黏著層。
如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池模組，其中該第一熱塑性保護層位於該太陽能電池模組的最外層。
如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池模組，其中該第一阻水層包括厚度400微米以下的玻璃或具封裝薄膜(Thin Film Encapsulation，TFE)的高分子聚合物。
如申請專利範圍第3項所述的太陽能電池模組，其中該第一阻水層為具封裝薄膜(TFE)的高分子聚合物包括聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚萘二甲酸乙二酯(Polyethylene naphthalate，PEN)、對苯二甲酸酯乙二酯(Polyethylene terephthalate，PET)、氟化塑膠(Fluoropolymer)、聚氟乙烯(polyvinyl fluoride，PVF)、乙烯-四氟化乙烯共聚物(Ethylene Tetrafluoroethylene，ETFE)或聚偏氟乙烯(polyvinylidene difluoride，PVDF)。
如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池模組，其中該第一黏著層為熱塑性黏著層或熱固性黏著層。
如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池模組，其中該第一黏著層的材料包括熱塑性聚胺酯(TPU)、熱塑性聚烯烴(TPO)、熱塑性彈性體(TPE)或乙烯醋酸乙烯酯共聚物(Ethylene vinyl acetate，EVA)。
如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池模組，其中該些太陽能電池直接接觸該第二黏著層。
如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池模組，其中該第二阻水層包括金屬箔、厚度400微米以下的玻璃或具封裝薄膜(Thin Film Encapsulation，TFE)的高分子聚合物。
如申請專利範圍第8項所述的太陽能電池模組，其中該第二阻水層為具封裝薄膜(TFE)的高分子聚合物包括聚碳酸酯(PC)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、對苯二甲酸酯乙二酯(PET)、氟化塑膠(Fluoropolymer)、聚氟乙烯(PVF)、乙烯-四氟化乙烯共聚物(ETFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)。
如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池模組，其中該第二黏著層為熱塑性黏著層或熱固性黏著層。
如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池模組，其中該第二黏著層的材料包括熱塑性聚胺酯(TPU)、熱塑性聚烯烴(TPO)、熱塑性彈性體(TPE)或乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)。
如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池模組，其中該圖案層包括一油墨層以及介於該油墨層與該第二熱塑性保護層之間的白色顏料層。
如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池模組，其中該些太陽能電池包括CIGS太陽能電池、單晶矽太陽能電池、多晶矽太陽能電池、非晶矽太陽能電池、CdTe太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池或是上述太陽能電池的組合。
如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池模組，其中該些太陽能電池為串並聯的太陽能電池組。