一种含背电极的功能膜和薄膜光伏组件及其制备方法与流程

1.本发明属于光伏组件制备技术领域，特别涉及一种含背电极的功能膜和薄膜光伏组件及其制备方法。


背景技术：

2.在光伏组件中经常使用胶膜，胶膜具有保护光伏组件、耐高温、提高水汽耐受性、隔音以及提高光伏组件机械强度等功能。在薄膜光伏组件中，由于各功能层厚度很薄，通常总厚度不超过1
µ
m，因此整体组件比较脆弱，对封装技术的要求相对较高。使用普通封装胶膜直接敷设于组件的活性区域背面，并使用传统工艺进行层压封装时，胶膜的主要成分热熔胶常因为由于温度变化产生的体积收缩将组件背电极粘下，最终造成组件性能衰减严重。因此，常用一层柔性衬底保护组件背面的背电极不被胶膜粘掉。
3.通常，将背电极引出后通过组件背面穿孔与外部接线盒进行连接，但由于在穿孔处使用的密封胶（常用硅胶）不具有很好的水汽阻隔性，薄膜光伏组件通常对水汽比较敏感，因此这种封装方法不适用。使用汇流带贯穿电池的正负极，将正负极引出是解决接线盒处密封性较差的一种方案。但当需要将不同组件串并联时，汇流带无法直接焊接在膜层表面，因此需要设置背电极引出端。但在层压后，汇流带凸起处长期使正负极受压，会加速膜层界面的损坏，降低电池性能。因此，亟待寻找新的封装方法解决以上问题。
4.另一方面，在现有的薄膜光伏组件的制备过程中，如图1所示，依次在已完成激光p1切割的导电基底1'上制备第一载流子传输层2'、吸光层3'、第二载流子传输层4'，再进行激光p2切割后继续制备背电极5'，然后再进行激光p3切割。在背电极5'上敷设柔性基底6'和胶膜7'，在背电极5'的正负极上分别敷设汇流带（图中未示出），在组件周围敷设丁基胶，再敷设背板玻璃8'，然后将敷设好的部件一同放入层压机层压后得到薄膜光伏组件成品。该工艺过程存在如下缺陷：1．与背电极正负极两端接触的汇流带在层压后会对组件正负极端产生压力，对背电极膜层造成损伤，降低电池性能；2．组件各膜层分别依次制备，整体过程长，而且制备组件的耗时较长。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种含背电极的功能膜和薄膜光伏组件及其制备方法，在背电极的引出端设置有汇流带，避免了传统工艺中由于在活性区域敷设汇流带后层压处理时对组件正负极连接端造成的损伤。同时由于预先制备背电极和柔性基底，再将其敷设到第二载流子传输层上，将现有制备薄膜光伏组件的连续过程分成两步进行，不受制备薄膜光伏组件的工艺顺序制约，缩短了当次制备薄膜光伏组件的时间，提高了薄膜光伏组件的生产效率。
6.本发明是这样实现的，提供一种含背电极的功能膜，包括柔性基底以及沉积在该柔性基底上表面的背电极，在背电极上刻有划线将背电极切割成多个背电极条，在背电极
上还分别设有正极引出端和负极引出端，在正极引出端和负极引出端上分别熔接有正汇流带和负汇流带。
7.进一步地，所述正汇流带和负汇流带分别通过聚合物熔接在正极引出端和负极引出端上，聚合物的材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、尼龙、聚乙烯醇和聚乳酸中任意一种。
8.进一步地，在所述柔性基底的下表面粘贴有背电极保护胶膜。
9.进一步地，所述背电极保护胶膜的材料包括聚氨脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯辛烯共聚物和聚乙烯缩丁醛中任意一种。
10.本发明是这样实现的，提供一种如前所述的含背电极的功能膜的制备方法，包括如下步骤：步骤一、在柔性基底的上表面沉积背电极，对背电极进行刻划，将背电极切割成多个背电极条；步骤二、在背电极的正极引出端和负极引出端上分别熔接正汇流带和负汇流带。
11.进一步地，在步骤一中还包括如下步骤：在柔性基底的下表面粘贴背电极保护胶膜。
12.本发明是这样实现的，提供一种薄膜光伏组件，其内部结构从下往上依次包括下封装玻璃、柔性基底、背电极、第二载流子传输层、吸光层、第一载流子传输层、前电极层和上封装玻璃，在下封装玻璃和上封装玻璃的侧面设置封装胶，其中，背电极和柔性基底为如前所述的含背电极的功能膜，或者为采用如前所述的含背电极的功能膜的制备方法制备的含背电极的功能膜，含背电极的功能膜为预先制备，在第二载流子传输层上设有p2划线，背电极上刻划的划线与第二载流子传输层的p2划线相互对应。
13.进一步地，在下封装玻璃与柔性基底之间还设置背电极保护胶膜，背电极保护胶膜粘贴在柔性基底的下表面。
14.本发明是这样实现的，提供一种如前所述的薄膜光伏组件的制备方法，包括如下步骤：步骤1、在柔性基底的上表面沉积背电极，对背电极进行刻划，将背电极切割成多个背电极条；步骤2、在背电极的正极引出端和负极引出端上分别熔接正汇流带和负汇流带，得到含背电极的功能膜；步骤3、在上封装玻璃上制备前电极层，在前电极层上刻划p1划线；步骤4、依次在前电极层上制备第一载流子传输层、吸光层和第二载流子传输层，在第二载流子传输层上刻划p2划线；步骤5、将步骤2制备的含背电极的功能膜敷设在第二载流子传输层上，其中背电极上刻划的划线与第二载流子传输层的p2划线相互对应，在其上敷设下封装玻璃，在其侧部敷设或涂敷封装胶；步骤6、将敷设好的部件一同放入层压机中层压。
15.进一步地，在步骤1中还包括如下步骤：在柔性基底的下表面粘贴背电极保护胶膜。
16.与现有技术相比，本发明的含背电极的功能膜和薄膜光伏组件及其制备方法，将背电极预先制备的柔性基底表面，并在背电极的正极引出端和负极引出端上分别熔接正汇流带和负汇流带，然后再敷设在第二载流子传输层上，进入下一步封装工艺，不仅避免了传统工艺中由于在活性区域敷设汇流带后层压处理时对组件正负极连接端造成的损伤，而且还缩短了当次制备薄膜光伏组件的时间，提高了薄膜光伏组件的生产效率。
附图说明
17.图1为现有的薄膜光伏组件的内部结构示意图；图2为本发明的含背电极的功能膜一较佳实施例的内部结构示意图；图3为本发明的含背电极的功能膜的平面示意图；图4为本发明的薄膜光伏组件的内部结构示意图；图5为本发明薄膜光伏组件实施例1的内部结构示意图；图6为本发明薄膜光伏组件实施例2的内部结构示意图。
具体实施方式
18.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.请参照图2以及图3所示，本发明含背电极的功能膜的较佳实施例，包括柔性基底1以及沉积在该柔性基底1上表面的背电极2，还包括在柔性基底1的下表面粘贴的背电极保护胶膜3。含背电极的功能膜的厚度为0.4mm~2mm。
20.在背电极2上刻有划线将背电极2切割成多个背电极条21，在背电极2上还分别设有正极引出端22和负极引出端23，在正极引出端22和负极引出端23上分别熔接有正汇流带4和负汇流带5。
21.所述正汇流带4和负汇流带5分别通过聚合物6熔接在正极引出端22和负极引出端23上。聚合物6的材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、尼龙、聚乙烯醇和聚乳酸中任意一种。聚合物6的熔融温度在100℃~300℃之间。正汇流带4和负汇流带5的材料为镀锡铜带。
22.所述背电极保护胶膜3的材料包括聚氨脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯辛烯共聚物和聚乙烯缩丁醛中任意一种。
23.所述柔性基底1的材料包括柔性willow玻璃、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯四氟乙烯中任意一种。
24.本发明还公开一种如前所述的含背电极的功能膜的制备方法，包括如下步骤：步骤一、在柔性基底1的上表面沉积背电极2，在柔性基底1的下表面粘贴背电极保护胶膜3，对背电极2进行刻划，将背电极2切割成多个背电极条21。
25.步骤二、在背电极2的正极引出端22和负极引出端23上分别熔接正汇流带4和负汇流带5。
26.请参照图4所示，本发明还公开一种薄膜光伏组件，其内部结构从下往上依次包括
下封装玻璃7、背电极保护胶膜3、柔性基底1、背电极2、第二载流子传输层8、吸光层9、第一载流子传输层10、前电极层11和上封装玻璃12，在下封装玻璃7和上封装玻璃12的侧面设置封装胶13将背电极保护胶膜3至前电极层11各层密封在下封装玻璃7和上封装玻璃12之间。其中，背电极2和柔性基底1为如前所述的含背电极的功能膜，或者为采用如前所述的含背电极的功能膜的制备方法制备的含背电极的功能膜。含背电极的功能膜为预先制备，在第二载流子传输层8上设有露出底部前电极层11的p2划线，含背电极的功能膜的背电极2对应地贴敷在第二载流子传输层8表面，背电极2上刻划的划线与第二载流子传输层8的p2划线相互对应。
27.其中，薄膜光伏组件包括钙钛矿太阳电池组件和有机太阳电池组件。
28.本发明还公开一种如前所述的薄膜光伏组件的制备方法，包括如下步骤：步骤1、在柔性基底1的上表面沉积背电极2，在柔性基底1的下表面粘贴背电极保护胶膜3。对背电极2进行刻划，将背电极2切割成多个背电极条21。
29.步骤2、在背电极2的正极引出端22和负极引出端23上分别熔接正汇流带4和负汇流带5，得到含背电极的功能膜。
30.步骤3、在上封装玻璃12上制备前电极层11，在前电极层11上刻划p1划线。
31.步骤4、依次在前电极层11上制备第一载流子传输层10、吸光层9和第二载流子传输层8，在第二载流子传输层8上刻划p2划线。
32.步骤5、将步骤2制备的含背电极的功能膜敷设在第二载流子传输层8上，其中背电极2上刻划的划线与第二载流子传输层8的p2划线相互对应，在其上敷设下封装玻璃7，在其侧部敷设或涂敷封装胶13。
33.步骤6、将敷设好的部件一同放入层压机中层压。
34.该薄膜光伏组件的制备方法具有以下特点：1.汇流带分别直接固定在背电极正负极引出端的两端，避免在层压时对组件的活性区域膜层的损伤。
35.2.制备和封装组件时直接使用预先制备的含背电极的功能膜，可节省当次制备组件的时间，不仅打破现有流程的制约，增加制备组件的灵活性，而且还提高制备组件的生产效率。
36.下面结合具体实施例来进一步说明本发明的含背电极的功能膜和薄膜光伏组件的制备方法。
37.实施例1请参照图5所示，本发明的含背电极的功能膜和薄膜光伏组件的制备方法的第一种实施例，以薄膜钙钛矿太阳电池组件为例，包括如下步骤：步骤11、制备钙钛矿太阳电池到空穴传输层。在含有前电极层11的上封装玻璃12基底上用激光切p1划线，分割为20个子电池。涂布一层tio2电子传输层作为第一载流子传输层10，在500℃下烧结半小时，冷却至室温，随后将涂布一层pbi2的dmso溶液，再浸入mai的异丙醇溶液中半分钟，最后在100℃下退火1小时，得到甲胺铅碘吸光层9。将0.788m的spiro-ometad氯苯溶液和0.0659m的4-叔丁基吡啶、0.018m的双（三氟甲磺酰基）酰亚胺锂的溶液涂布于其表面，制备spiro-ometad空穴传输层作为第二载流子传输层8。在spiro-ometad空穴传输层进行激光切p2划线。
38.步骤12、使用镀膜模板在柔性基底1——柔性willow玻璃基底上蒸镀100nm金电极作为背电极2和金电极的正负极引出端。使用激光将整片金电极分割为20节子电池的背电极条。
39.步骤13、将柔性willow基底背电极上方覆盖一层willow基底保护其在层压时不被刮花。在无金电极面敷设胶膜，胶膜下方敷设ptfe膜，在90℃，压力为60kpa，层压时间5min下层压，冷却后移去顶部的willow基底，并撕掉底部的ptfe膜，即可得到带有金电极的eva胶膜作为背电极保护胶膜3。
40.步骤14、将镀锡铜带作为汇流带分别固定在金电极正负极引出端的两端。将镀锡铜带放置在金电极正负极引出端的两端，用热熔喷枪在150℃下快速喷出熔融态的聚丙烯覆盖在镀锡铜带与金电极的连接端。聚丙烯冷却后，镀锡铜带即可固定在含有金电极的eva胶膜上，得到含背电极的功能膜。
41.步骤15、使用含有金电极的eva胶膜封装钙钛矿光伏组件。将步骤14制备的含背电极的功能膜的金电极面面朝spiro-ometad空穴传输层敷设，将其激光切线处对位。再在组件的活性区域四周敷设一圈丁基橡胶，在底部敷设背板玻璃，一同进入层压机层压。层压温度为100℃，层压压力为90kpa，层压时间为15min。
42.实施例2请参照图6所示，本发明的含背电极的功能膜和薄膜光伏组件的制备方法的第二种实施例，以薄膜钙钛矿太阳电池组件为例，包括如下步骤：步骤21、制备钙钛矿太阳电池到空穴传输层。在含有ito前电极层11的上封装玻璃12基底上用激光切p1划线，分割为20个子电池。随后蒸镀moo3空穴传输层作为第一载流子传输层10。再蒸镀ptb7：pc71bm作为吸光层9和lif电子传输层作为第二载流子传输层8，用激光刻线切p2。在lif电子传输层进行激光切p2划线。
43.步骤22、使用镀膜模板在柔性基底1——聚酰亚胺上蒸镀100nm铝电极作为背电极2和铝电极的正负极引出端。使用激光将整片铝电极分割为20节子电池的背电极条。
44.步骤23、将聚酰亚胺基底背电极2上方覆盖一片钢化玻璃保护其在层压时不被刮花。在无铝电极面敷设胶膜，胶膜下方敷设ptfe膜，在90℃，压力为60kpa，层压时间5min下层压，冷却后移去顶部的钢化玻璃，并撕掉底部的ptfe膜，即可得到带有铝电极的eva胶膜作为背电极保护胶膜3。
45.步骤24、将镀锡铜带作为汇流带分别固定在铝电极正负极引出端的两端。将镀锡铜带放置在铝电极正负极引出端的两端，用热熔喷枪在150℃下快速喷出熔融态的聚丙烯覆盖在镀锡铜带与铝电极的连接端。聚丙烯冷却后，镀锡铜带即可固定在含有铝电极的eva胶膜上，得到含背电极的功能膜。
46.步骤25、使用含有铝电极的eva胶膜封装钙钛矿光伏组件。将步骤24制备的含背电极的功能膜的铝电极面面朝lif电子传输层敷设，将其激光切线处对位。再在组件的活性区域四周敷设一圈丁基橡胶，在底部敷设背板玻璃，一同进入层压机层压。层压温度为100℃，层压压力为90kpa，层压时间为15min。
47.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。