太阳能电池组件及其制作方法与流程

1.本技术涉及太阳能的技术领域，更具体地涉及一种太阳能电池组件及其制作方法。


背景技术：

2.目前，在建筑物的屋顶或外墙安装bipv(建筑集成光伏)或bapv(建筑附加光伏)组件来发电变得越来越广泛。如果将常规太阳能电池板安装于建筑物的屋顶或外墙，这些太阳能电池板对建筑物原有的美观会产生影响。通常，太阳能电池板主要安装在建筑物的立面上。对于现代建筑来说，常规太阳能电池板可以构成现代建筑的设计元素并且有助于建筑的美学。然而，对于传统建筑风格的建筑物来说，例如以天然石材/大理石或木材为主要建筑材料的房屋，常规太阳能电池板具有一定的局限性。
3.为了使太阳能电池板与传统建筑风格的建筑相融合，现有技术中通过将具有天然石材的逼真纹理的人造天然石材与太阳能电池板相结合来制作仿天然石材的太阳能电池板。通常，这种太阳能电池板的石材/木材效果是通过在太阳能电池板上涂上仿石材或木材涂层而制成的。如图1所示，太阳能电池组件1依次包括玻璃盖板11、全区域仿石材或木材涂层15、层压层14、光伏叠层(用于发电)13、基板12。虽然以这种方式能够制造出具有细致仿纹理的人造天然石材或木材效果，但是太阳能电池组件表面上的仿石材或木材涂层的全覆盖会导致非常高的光损耗，因此可以预期较低的发电量。因此，这些仿大理石/木材的太阳能电池组件仅具有无仿石材或木材涂层的太阳能电池组件的20～50％发电量。
4.在图1所示的具有仿石材或木材涂层的常规太阳能电池组件中，常规太阳能电池组件的功率损耗主要是由全区域仿石材或木材涂层引起的，因为其吸收较多光。仿石材或木材涂层的效果越精细，太阳能电池板的功率损耗就越大。因此，仿石材或木材涂层的光吸收会随着其暗度和相关的比例面积而自然增加。
5.因此，需要可安装在建筑物屋顶或外墙上来产生清洁和可再生能源的仿天然石材或木材的太阳能电池板，以提高其能源效率和碳中和。同时，建筑物的外观可以用高品质的仿天然石材或木材元素来展现，不会受到审美干扰的影响。此外，这些仿石材或木材的太阳能电池板应该产生足够的电力并且功率损耗较小，因为用于bipv的区域通常是有限的。


技术实现要素：

6.本技术的目的是提供一种高度透明的仿石材或木材太阳能电池组件及其制作方法，其能够保持天然石材或木材的诸如质感细腻、格调高雅、外形美观等美学优势并且能够大幅提高能源效率以及减少功能损耗。
7.本技术的实施例提供一种太阳能电池组件，包括依次布置的基板、光伏叠层、层压层和玻璃盖板以及背景层，其中，所述玻璃盖板在玻璃盖板朝向所述层压层的表面上、或在玻璃盖板朝向外部的表面上具有仿石材或木材图案，所述仿石材或木材图案与所述玻璃盖板的面积比为5％-35％。仿石材或木材图案与背景层配合构成仿石材或木材的外观效果。
8.本技术的实施例还提供一种用于制作太阳能电池组件的方法，包括：通过数字化图像扫描石材或木材表面获得石材或木材图案；去除所述石材或木材图案中的背景区域，获得石材或木材纹理图案；将所述石材或木材纹理图案转移到玻璃盖板朝向层压层的表面上或玻璃盖板朝向外部的表面上以获得仿石材或木材图案；固化所述仿石材或木材图案；将具有所述仿石材或木材图案的玻璃盖板组装到光伏叠层上。
9.本技术通过使用数字化打印的仿石材或木材图案和0～20％的低光吸收率的背景层的组合来形成高度透明的具有仿石材或木材外观的太阳能电池板的新结构，以在不失去其美感和色彩丰富度的情况下实现高功率输出。
附图说明
10.为了更清楚地说明本技术实施例和现有技术的技术方案，下面对实施例和现有技术中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1为现有技术中的具有仿石材或木材涂层的太阳能电池组件的示图。
12.图2为根据本技术实施例的具有仿石材或木材图案的太阳能电池组件的示图。
13.图3为根据本技术另一实施例的具有仿石材或木材图案的太阳能电池组件的示图。
14.图4为根据本技术实施例的制作具有仿石材或木材图案的太阳能电池组件的方法的流程图。
15.图5示出根据本技术实施例的具有背景层和仿石材或木材图案的太阳能电池组件以及具有仿石材或木材图案的玻璃盖板。
具体实施方式
16.为使本技术的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本技术进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
17.本技术的实施例提供了一种太阳能电池组件，包括依次布置的基板、光伏叠层、层压层和玻璃盖板以及背景层，其中，所述玻璃盖板在玻璃盖板朝向所述层压层的表面上、或在玻璃盖板朝向外部的表面上具有仿石材或木材图案，所述仿石材或木材图案与所述玻璃盖板的面积比为5％-35％。
18.图2示出了根据本技术实施例的具有仿石材或木材图案的太阳能电池组件2的示图。
19.太阳能电池组件2包括玻璃盖板21、基板22、光伏叠层23和层压层24。光伏叠层23设置在基板22上。层压层24设置在光伏叠层23上。玻璃盖板21设置在层压层24上。玻璃盖板21在玻璃盖板朝向所述层压层24的表面上具有仿石材或木材图案25。
20.玻璃盖板21位于太阳能电池组件2的前侧，即太阳光线从其进入太阳能电池组件2中的一侧。玻璃盖板21可以由玻璃、尤其由钠钙玻璃构成。玻璃盖板21钠钙玻璃、硅酸盐玻璃、特殊硅酸盐玻璃(低铁玻璃)、硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃或化学强化玻璃(钾玻璃)制
成。玻璃盖板21可以是透明或半透明的、有色或无色的。玻璃盖板21可以通过浮法玻璃工艺或轧制玻璃工艺形成。玻璃盖板21的表面可以是平坦的或有纹理的(酸蚀、喷砂或辗制的)。
21.基板22位于太阳能电池组件2的与太阳能电池组件2的前侧相对的后侧。基板22可以由玻璃、聚合物或金属等材料构成。
22.光伏叠层23是指太阳能电池组件2中的光伏电路，其用于将光能转换为电能。光伏叠层23可以基于各种技术，例如，薄膜光伏(pv)技术、硅基光伏技术等来形成。
23.层压层24是太阳能电池组件1中的聚合物层压板，用于bipv应用中有关安全要求的玻璃层合。层压层24可以由eva、poe、eva-poe-eva、pdms/硅、pvb或tpu组成。层压层可以通过夹胶层压或非夹胶(热熔点胶)工艺形成。
24.仿石材或木材图案25的光吸收率为5％-35％，低于标准的全区域石材或木材印刷图案的光吸收率。标准的全区域石材或木材印刷图案表示根据现有技术的全区域仿石材或木材涂层。标准的全区域石材或木材印刷图案的典型光吸收率为50～95％。石材或木材纹理图案通过数字化图像扫描石材或木材而获得。例如，石材可以是大理石、石英石、花岗岩、砖、水泥/混凝土等可用于建筑物立面的石材。木材可以是例如黑胡桃木等可用于建筑物立面的木材。
25.在实施例中，仿石材或木材图案25是数字化打印的仿石材或木材图案，如图4中的(b)所示。具体地，仿石材或木材图案25通过对石材或木材表面进行数字化图像扫描以获得石材或木材图案并且去除石材或木材图案中的背景区域(即除了石材或木材纹理图案之外的剩余区域)来获得，并且因此可以包含典型的石材或木材纹理图案，例如点图案、线性图案、区域图案。在这种情况下，仿石材或木材图案的面积(即仿石材或木材图案中的石材或木材纹理图案的面积)与玻璃盖板的面积的比例为5％-35％。如果该比例低于5％，则无法达到仿石材或木材的效果。
26.综上所述，根据本技术实施例的具有仿黑色大理石图案的太阳能电池组件可以在没有任何额外大理石涂层的情况下通过太阳能电池组件实现65％～95％的发电量。
27.在实施例中，仿石材或木材图案25可以由含有或不含颜料的无机材料形成，所述无机材料包括陶瓷粉料、玻璃粉料等。例如，仿石材或木材图案25可以由具有一定比例的玻璃粉料的陶瓷悬浮液来形成。
28.在实施例中，太阳能电池组件2还包括背景层26。背景层具有0-20％的光吸收率。基于用于形成太阳能电池组件2中的光伏电路的技术，背景层26可以是透明导电氧化物(tco)层或界面层或钝化层。此外，背景层26的位置可以基于技术来确定。如图2所示，背景层26可以位于仿石材或木材图案25之下和光伏叠层23之上。通过改变tco层或界面层或钝化层的厚度，可以为具有仿石材或木材图案25的太阳能电池组件生成设计的背景颜色。以这种方式，根据本技术实施例的高度透明的仿石材或木材太阳能电池组件可以呈现出丰富的色彩并且没有强烈的光学损失。
29.在实施例中，太阳能电池组件2中的光伏电路(基板上的光伏叠层)可以借助于薄膜光伏技术来形成或者基于硅基光伏技术来形成。
30.通过薄膜光伏技术制造的太阳能电池组件可以被称为薄膜太阳能电池组件。薄膜太阳能电池组件例如可以包括铜铟镓硒(cigs)薄膜太阳能电池组件、碲化镉(cdte)薄膜太阳能电池组件、有机光伏(opv)薄膜太阳能电池组件、钙钛矿(perovskite)薄膜太阳能电池
组件、染料敏化太阳能电池(dssc)组件、异质结(hjt)太阳能电池组件等。薄膜太阳能电池组件的一般结构包括：玻璃盖板、透明导电氧化物(tco)层、位于tco层之下的用于形成光伏电路的其它层、基板。各种薄膜太阳能电池组件的具体结构以及制造方法是本领域已知的，在此不再详细介绍。
31.在实施例中，当太阳能电池组件2中的光伏电路基于薄膜光伏技术来形成时，背景层26为透明导电氧化物层。透明导电氧化物层可以是铝掺杂氧化锌层、硼掺杂氧化锌层或掺铟氧化锡层等。透明导电氧化物层可以直接沉积在光伏叠层的底层上并作为光伏叠层的前电极层，即光伏电路的前电极。
32.通过硅基光伏技术制造的太阳能电池组件能够被称为硅基太阳能电池组件。硅基太阳能电池组件可以包括例如钝化发射极和背面电池(perc)太阳能电池组件、钝化发射极背部局域(perl)扩散太阳能电池组件、钝化发射极背部完全(pert)扩散太阳能电池组件、隧道氧化物钝化触点(topcon)太阳能电池组件、叉指背触点(ibc)太阳能电池组件等。硅基太阳能电池组件的一般结构包括：玻璃盖板、背景层(界面层或钝化层)、位于背景层之下的用于形成光伏电路的其他层、基板。各种硅基太阳能电池组件的具体结构和制造方法是本领域已知的，在此不再详细介绍。
33.例如，太阳能电池组件可以通过perc技术制造。perc太阳能电池组件是对常规太阳能电池组件的改进。具体地，与常规太阳能电池组件相比，perc太阳能电池组件在太阳能电池组件的背面具有一个额外的介电层，其使穿过太阳能电池组件的一些太阳光线能够反射回太阳能电池组件，使这些光线有机会转化为电能。
34.与常规太阳能电池组件相比，perc太阳能电池组件的生产流程还包括：沉积钝化层，然后对钝化层进行开口。钝化层可以通过许多方法来生成，例如离子体增强化学气相沉积法、热氧化法、原子层沉积法、叠层钝化等。可以通过激光等对钝化层进行开口。
35.在实施例中，当太阳能电池组件2中的光伏电路基于硅基光伏技术形成时，需要生成界面层或钝化层(未示出)来作为背景层26。该界面层在常规太阳能电池组件中并不常见。该界面层是不导电的并且是尽可能透明的。此外，该界面层的折射率介于玻璃盖板和层压层(例如，层压箔)的折射率(n＝1.5)与tco层的折射率(n＝2)之间。界面层可以包括氧氮化硅(sion)或氧化铝(al2o3)等，或者由氧氮化硅(sion)或氧化铝(al2o3)等制成。钝化层在硅基太阳能电池组件中很常见。例如，钝化层可以是perc太阳能电池组件中光伏叠层的一层，尤其位于除钝化层之外的光伏叠层的其余部分上。它是尽可能透明的，并且其折射率介于玻璃盖板和层压层(例如，层压箔)的折射率(n＝1.5)与tco层的折射率(n＝2)之间。钝化层可以包括氢化氮化硅、氧化硅(sio2)、氮化硅(sinx)等，或者由氧氮化硅(sion)、氧化铝(al2o3)等制成。界面层或钝化层用于创建/调整太阳能电池组件的颜色外观并且不会吸收过多的光。界面层可以位于玻璃盖板朝向外部的表面上、仿石材或木材图案之上，或者位于玻璃盖板朝向层压层的表面上、位于仿石材或木材图案之上或之下。具体地，当仿石材或木材图案位于玻璃盖板朝向外部的表面上时，界面层可以位于玻璃盖板朝向外部的表面上、仿石材或木材图案之上。当仿石材或木材图案位于玻璃盖板朝向层压层的表面上时，界面层可以位于玻璃盖板朝向层压层的表面上、仿石材或木材图案之上或之下。钝化层可以位于仿石材或木材图案之下并且可以位于光伏叠层的其余部分上。
36.在实施例中，通过改变tco层或界面层的厚度，可以为具有仿石材或木材图案25的
太阳能电池组件生成设计的背景颜色。以这种方式，高度透明的仿石材或木材的太阳能电池板可以呈现出丰富的色彩并且没有强烈的光学损失。
37.图3示出了根据本技术另一实施例的具有仿石材或木材图案的太阳能电池组件3。太阳能电池组件3的配置类似于图2所示的太阳能电池组件2的配置。为了避免任何混淆，这里仅描述太阳能电池组件3与太阳能电池组件2的区别。
38.太阳能电池组件3包括玻璃盖板31、基板32、光伏叠层33、层压层34和背景层36。光伏叠层33位于基板32上。层压层34位于光伏叠层33上。玻璃盖板31位于层压层34上。玻璃盖板31在玻璃盖板31朝向外部的表面上具有仿石材或木材图案35。
39.图5示出具有光伏电路和仿石材或木材图案的高透明太阳能电池组件，以及不具有光伏电路但具有仿石材或木材图案的高透明玻璃盖板。可以看出，根据本技术的具有仿大理石图案的太阳能电池组件在美学上超越天然大理石。此外，根据本技术的具有仿黑色大理石图案的太阳能电池组件也可以达到无任何额外的大理石涂层的太阳能电池组件65％～95％的发电量。相比之下，现有技术中的具有仿大理石涂层的太阳能电池板会具有大于50％的功率损失。
40.此外，太阳能电池组件2还可以包括安装元件(例如，背轨)和冷却结构。安装元件固定地连接到太阳能电池组件的背侧并且用于将太阳能电池组件安装于屋顶或建筑物立面。此外，本技术的太阳能电池组件也可以作为建筑物屋顶或建筑物立面的一部分。冷却结构可以包括主动冷却结构和被动冷却结构，在本技术对此不进行详细描述。
41.图4示出根据本技术实施例的用于太阳能电池组件的方法。如上所述，可以借助于薄膜光伏技术或硅基光伏技术来形成太阳能电池组件2中的光伏电路(基板上的光伏叠层)。在现有技术中，通过这两种技术形成太阳能电池组件中的光伏电路(基板上的光伏叠层)的方法是已知的。因此，在本技术中不再详细介绍。
42.图4中所示的用于制造太阳能电池组件的方法包括：s401，通过数字化图像扫描石材或木材表面获得石材或木材图案；s402，去除所述石材或木材图案中的背景区域，获得石材或木材纹理图案；s403，将所述石材或木材纹理图案转移到玻璃盖板朝向层压层的表面上或玻璃盖板朝向外部的表面上以获得仿石材或木材图案；s404，固化所述仿石材或木材图案；s405，将具有仿石材或木材图案的玻璃盖板层压到光伏叠层上。
43.在实施例中，通过数字化图像扫描和选择来生成仿石材或木材图案。这可以由具有数据图像扫描和处理功能的各种电子设备来完成。具体地，通过对石材或木材表面进行数字化扫描来获得石材或木材图案，然后根据预设选择规则来对获得的石材或木材图案进行处理。该预设选择规则可以包括：去除石材或木材图案中的背景区域。例如，可以优选去除光吸收率高的最深/最黑区域，进一步优选地去除面积较大的背景区域。以这种方式形成的仿石材或木材图案具有非常高的表面透明度。
44.在实施例中，为了获得高透明度的具有仿石材或木材图案的玻璃盖板，仅将数据化打印的石材或木材纹理图案印刷到玻璃盖板上。在一个实施例中，步骤s403可以包括：通过丝网印刷、模板印刷、凹版印刷或柔版印刷、数字喷墨印刷将石材或木材图案转移到玻璃盖板朝向层压层的表面上或玻璃盖板朝向外部的表面上以获得仿石材或木材图案。
45.在一个实施例中，步骤s304可以包括：在150-250℃下烘干所述仿石材或木材图案，然后在600-750℃下烧制所述仿石材或木材图案。
46.在一个实施例中，在将烧制后的仿石材或木材图案冷却到室温后，可以在框架边缘处为玻璃盖板印上母线遮盖层。母线遮盖层的颜色可以选择与设计的太阳能电池板的主要背景相同。
47.在一个实施例中，步骤s405包括在基板上形成光伏叠层并且通过层压将玻璃盖板层压到光伏叠层上。
48.在一个实施例中，用于制作太阳能电池组件的方法还包括在所述太阳能电池组件中设置背景层。当太阳能电池组件中的光伏电路是借助于薄膜光伏技术形成时，背景层为透明导电氧化物层，其位于光伏叠层的底层上并作为光伏叠层的前电极层，其中，所述透明导电氧化物层为铝掺杂氧化锌、硼掺杂氧化锌或铟掺杂氧化锡。例如，在形成黑色薄膜光伏电路(cigs、cdte)的情况下，太阳能电池组件将显示具有特定颜色纹理(例如白色、浅灰色或彩色线条)的黑色石材或木材图案。
49.在一个实施例中，当太阳能电池组件中的光伏电路是借助于硅基光伏技术形成时，背景层为界面层，所述界面层包含氮氧化硅或氧化铝，其中，所述界面层位于所述玻璃盖板朝向外部的表面上、仿石材或木材图案之上，或者位于所述玻璃盖板朝向所述层压层的表面上、仿石材或木材图案之上或之下。替代地，背景层为钝化层，所述钝化层包含氧化硅或氮化硅或氮氧化硅或氧化铝，其中，所述钝化层位于仿石材或木材图案之下以及光伏叠层的其余部分上。
50.在一个实施例中，用于制作太阳能电池组件的方法还包括控制所述背景层的厚度以产生仿石材或木材背景颜色。
51.在一个实施例中，通过改变tco层或界面层的厚度，可以为具有仿石材或木材图案的太阳能电池组件生成设计的背景颜色。以这种方式，高度透明的具有仿石材或木材图案的仿石材或木材太阳能电池板可以呈现出丰富的色彩并且没有强烈的光学损失。
52.在本技术中，通过使用数字化打印的仿石材或木材图案和0～20％的低光吸收率的背景层的组合来形成高度透明的具有仿石材或木材外观的太阳能电池板的新结构，以在不失去其美感和色彩丰富度的情况下实现高功率输出。
53.以上实施例仅为本技术的优选实施例，并非用于限定本技术的保护范围。凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本技术的保护范围内。