CN101872795B - 太阳模块封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳模块封装结构，其包括：背板；玻璃面板。位于该背板上方；太阳电池，位于该背板与该玻璃面板之间；粘胶物质，位于该背板与该玻璃面板之间，固定并包覆住该太阳电池；以及至少一光学板，位于该太阳电池上方，而该光学板远离该太阳电池的受光表面为正向并具有凹凸结构，该光学板朝向该太阳电池的表面为背向，而该光学板具正向高穿透与背向高反射。本发明利用设置单片具有几何结构的光学板于太阳模块表面层结构与/或界面层结构，达到兼具强化模块抗反射与光补捉的效果，具有提升模块发电功率的优点。

Description

太阳模块封装结构

技术领域

本发明涉及一种封装结构，且特别是涉及一种兼具高透光与高光捕捉度的太阳能模块(Solar Cell Module)封装结构。

背景技术

典型太阳能模块的封装结构由上而下概分为：空气/玻璃/粘胶(/太阳能电池(Solar Cell)/粘胶/背板(Back-sheet)/空气，而玻璃与太阳电池采用类似三明治夹层方式以粘胶胶合组成，来构成太阳能模块(亦称太阳模块)的结构。但典型太阳模块封装结构仍具有许多封装损失来源，会造成光反射损失而降低发电功率，其中主要光损失来源如下：

1.空气与玻璃间的反射损失；

2.太阳电池表面与粘胶的反射损失；与

3.背板反射光损失。

目前，业界也希望透过模块封装材料或结构设计来改善光损失，以达到提升模块功率目的。但是，该些方法或者是加工制作困难而导致成本大幅提升，或者是虽可提高透光度但无法达到均匀且大面积制作，故无法满足维持高透光率且有效率降低光损失的要求。

发明内容

本发明提出具有兼具高透光与高光捕捉效果的太阳模块封装结构，透过添加单片或多片具有几何结构的光学板(optical sheet)或光学膜(optical film)至太阳模块封装结构中，以提升太阳模块功率。

本发明提出一种太阳模块封装结构，至少包括背板、位于该背板上方的玻璃面板、位于该背板与该玻璃面板间的太阳电池、固定并包覆住该太阳电池的粘胶物质，以及位于该太阳电池上方的至少一光学板。该光学板远离该太阳电池的受光表面为正向并具有凹凸结构，而该光学板朝向该太阳电池的表面为背向，而该光学板具正向高穿透与背向高反射。

根据本发明的实施例，上述该光学板可设置于该玻璃面板上，或该光学板可设置于该玻璃面板与该太阳电池之间而位于该粘胶物质之中。

根据本发明的实施例，所述的太阳模块封装结构更可包括另一光学板，而两片光学板分设于该玻璃面板上与该玻璃面板与该太阳电池之间而位于该粘胶物质之中。而另一光学板远离该玻璃面板的受光表面为正向并具有凹凸结构而具正向高穿透与背向高反射。

本发明提出一种太阳模块封装结构，至少包括背板、位于该背板上方的玻璃面板、位于该背板与该玻璃面板间的太阳电池、固定并包覆住该太阳电池的粘胶物质，以及位于该太阳电池上方的第一光学板，其中该第一光学板设置于该玻璃面板与该太阳电池之间而位于该粘胶物质之中，而该第一光学板远离该太阳电池的受光表面为正向并具有凹凸结构，而该第一光学板朝向该太阳电池的表面为背向，而该第一光学板具正向高穿透与背向高反射。

根据本发明的实施例，所述的太阳模块封装结构还包括设置于该玻璃面板上的第二光学板，其中该第二光学板远离该玻璃面板的受光表面为正向并具有凹凸结构，而该第二光学板朝向该玻璃面板的表面为背向，而该第二光学板具正向高穿透与背向高反射。

根据本发明的实施例，所述的太阳模块封装结构，其中该第二光学板的折射率需介于空气的折射率与该玻璃面板的折射率之间。或者，该第一光学板的折射率需介于该粘胶物质的折射率与该太阳电池的折射率之间。

本发明提出一种太阳模块封装结构，至少包括背板、位于该背板上方的玻璃面板、设置于该玻璃面板上的光学板、位于该背板与该玻璃面板之间的太阳电池以及位于该背板与该玻璃面板间的太阳电池、固定并包覆住该太阳电池的粘胶物质。其中该光学板远离该太阳电池的受光表面为正向并具有凹凸结构，该光学板朝向该太阳电池的表面为背向，而该光学板具正向高穿透与背向高反射。

根据本发明的实施例，当该光学板设置于该玻璃面板上时，该光学板的折射率需介于空气的折射率与该玻璃面板的折射率之间。

根据本发明的实施例，当该光学板设置于该玻璃面板与该太阳电池之间而位于该粘胶物质之中时，该光学板的折射率需介于空气的折射率与该玻璃面板的折射率之间。

在本发明的实施例中，上述的光学板受光表面所具有的凹凸结构为锯齿结构或具有曲率的锯齿结构。

本发明的太阳模块封装结构乃利用单片或多片表面具有几何结构的光学板装置于太阳模块中，利用光学板兼具高透光与抗反射的设计，达到有效捕捉太阳电池反射光与背板反射光的效果，增加太阳光利用效率进而提升太阳模块发电功率。

因此，本发明所提供的太阳模块封装结构不仅可提升模块功率，同时可直接选用典型高效率太阳模块的应用材料，故与现存模块工艺相容而制作容易。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A-1B是本发明的光学板的局部放大剖面示意图。

图2绘示光学板的光学特性。

图3是依照本发明实施例的一般型表面层结构设计的太阳模块封装结构剖面示意图。

图4是依照本发明实施例的透光型表面层结构设计的太阳模块封装结构剖面示意图。

图5是依照本发明实施例的一般型界面层结构设计的太阳模块封装结构剖面示意图。

图6是依照本发明实施例的透光型界面层结构设计的太阳模块封装结构剖面示意图。

图7是依照本发明实施例的一般型表面层与界面层整合结构设计的太阳模块封装结构剖面示意图。

图8是依照本发明实施例的透光型表面层与界面层整合结构设计的太阳模块封装结构剖面示意图。

图9是依照本发明实施例的光学板表面结构设计示意图。

附图标记说明

10、20：光学板

10a：平整面

10b：凹凸结构面

302、306、402、406、504、506、604、606、702、706、710、802、806、810：粘胶

304、404、502、602、704、804：玻璃

308、408、508、608、708、808：太阳电池

310、510、712：高反射背板

410、610、812：玻璃背板

具体实施方式

本发明的设计主要是透过添加单片或多片具有几何结构的光学板(optical sheet)或光学膜(optical film)至太阳模块封装结构中，可得到兼具模块抗反射(anti-reflection)与光补捉(light trapping)的效果。

本发明的设计可应用于一般型太阳光电模块或透光型太阳光电模块，不但制作容易，与现有封装材料相容，且可有效提升模块发电功率。

本发明提出至少三种太阳模块封装结构：(1)界面层封装结构：将光学板封装于玻璃与太阳电池之间，不仅可维持模块正向高穿透，兼具背向光学板/太阳电池、光学板/背板之间的光捕捉效果；(2)表面层封装结构：光学板封装于模块玻璃表面，同时兼具模块表面抗反射与光捕捉效果；以及(3)表面层与界面层整合封装结构：同时将光学板封装于玻璃与太阳电池之间，并将光学板封装于模块玻璃表面，达到光捕捉效果。此外，本发明的太阳模块封装结构若应用于典型透光型太阳模块结构，仍可维持高透光度。

本发明所谓的单层具几何结构的光学板10乃具有平整平坦表面10a，而其相对的另一表面10b乃具有凹凸不平，此凹凸结构可为锯齿状结构(剖面如图1A所示)或具有曲率的锯齿形状(剖面如图1B所示)。光学板的凹凸结构基本上是几何结构设计，而几何结构(例如：剖面为锯齿状结构的平行或非平行V型沟)的尺寸与周期范围例如：介于10微米至2厘米。而锯齿形状的顶角θ例如：介于100°～180°；若光学板凹凸结构是锯齿边具曲率形状，则曲率可为1次方、2次方至多次近似。

光学板的凹凸结构的几何结构设计，可参见图9所举包括(A)-(E)图的例子，乃为数种不同立体几何结构的设计。

若定义凹凸结构面10b为正面，平整面10a为背面，太阳光入射至光学板正面的穿透现象称的为正向穿透(向下箭头所示)，而光学板背面的反射现象称的为背向反射(弯折箭头所示)，如图2所示，本发明的光学板20利用双面不对称仅单面具凹凸结构来产生正向与背向导光路径不同，满足正向高穿透与背向高反射的功能。其中凹凸结构的尺寸、锯齿角度θ或不同曲率均可视设计需要调整。

有别于目前一般光学板仅具高透光的设计，本发明刻意制造凹凸结构/空气或凹凸结构/粘胶界面产生光学全反射，即光学板材料折射率需大于空气与粘胶的折射率，而制造出具背向高反射的机制。

针对光学板而言，光学板的折射率与粘胶材料需要有折射率差，才可使导光设计满足全反射路径而达到光捕捉目的，兼具太阳模块抗反射的高透光设计，与太阳电池与背板反射光捕捉的效果。

举例而言，当本发明的光学板位于粘胶与太阳电池之间(亦即本发明的界面层封装结构的一种)，光学板的材料折射率n应介于粘胶的折射率(约为1.45)与太阳电池表层的折射率(例如：氮化硅抗反射层的折射率约为2.4)之间，也就是1.45＜n＜2.4。而当本发明的光学板位于空气与粘胶/玻璃之间(亦即本发明的表面层封装结构)，光学板的材料折射率n应介于空气的折射率(约为1.0)与玻璃的折射率(约为1.5)之间，也就是1.0＜n＜1.5。

故光学板的折射率乃是视其所设置的界面位置而定，介于该介面上下两种材料折射率之间。同样地，光学板的厚度或其凹凸结构(texture)设计亦当视其所设置的位置或考虑其上下两种相邻材料的性质来做调整。例如：其凹凸结构设计所谓锯齿的角度θ亦应当视前述不同状况来调整，以达到正向高穿透与背向高反射的功能。

针对本发明的光学板而言，光学板的折射率与粘胶材料需要有折射率差，才可使导光设计满足全反射路径而达到光捕捉目的，兼具太阳模块抗反射的高透光设计，与太阳电池与背板反射光捕捉的效果，同时可纳入典型高效率太阳模块的选用材料，产生制作容易与提升模块发电功率的效果。

因此本发明规划利用光学板封装至太阳模块结构，利用简单的封装制作方法来提高模块发电功率。光学板多样化封装于不同太阳模块结构达到光捕捉，主要光捕捉为太阳电池表面反射光、背板表面的反射光与太阳电池间隙的光能量利用，达到太阳电池增加吸收光能量功能。

范例一：一般型表面层结构设计

依目前压合机工艺，针对一般型太阳模块的表面设置光学板。如图3所示，以新型模块结构模块封装设计：(光学板10/粘胶302/玻璃304/粘胶306/太阳电池308/粘胶306/高反射背板310)，放入压合机，在温度165.0℃的腔体内以10^-2torr真空抽气上室与下室共8分钟，接着上室破真空8分钟即完成模块压合，与现有压合机是相同工艺即可完成玻璃表面封装光学板。

本发明所提出的太阳模块封装结构，所使用粘胶302/306的材料例如为：醋酸乙烯共聚树脂EVA或聚乙烯醇缩丁醛PVB，太阳模块表面玻璃304可采用玻璃表面有镀膜、或具有凹凸结构或一般的平面玻璃，太阳电池308例如具氮化硅抗反射层，而高反射背板310材料如：Tedlar。

以STC条件的A级(A class)太阳光模拟器(flash simulator)测试输出功率，比较没有设置光学板的对照组封装结构(玻璃/粘胶/太阳电池/粘胶/高反射背板)与本发明实施例封装结构(光学板/粘胶/玻璃/粘胶/太阳电池/粘胶/高反射背板)的电压-电流输出特性，发现可提升模块功率。当光学板10所具有单面凹凸结构为锯齿结构时，可提升模块电池发电功率(cell maximum power，Pmp)达2.30％。而当光学板10所具有单面凹凸结构为锯齿边具有曲率的结构，可提升模块发电功率Pmp达1.87％。

范例二：透光型表面层结构设计

依目前压合机工艺，针对透光型太阳模块的表面设置光学板。如图4所示，以新型模块结构模块封装设计：(光学板10/粘胶402/玻璃404/粘胶406/太阳电池408/粘胶406/玻璃背板410)，放入压合机，在温度165.0℃的腔体内以10^-2torr真空抽气上室与下室共8分钟，接着上室破真空8分钟即完成模块压合，与现有压合机是相同工艺即可完成玻璃表面封装光学板。

本发明所提出的太阳模块封装结构，所使用粘胶402/406的材料例如为：醋酸乙烯共聚树脂EVA或聚乙烯醇缩丁醛PVB，太阳模块表面玻璃404可采用玻璃表面有镀膜、或具有凹凸结构或一般的平面玻璃，而太阳电池408例如具氮化硅抗反射层。

以STC条件的A class太阳光模拟器(flash simulator)测试输出功率，比较对照组封装结构(玻璃/粘胶/太阳电池/粘胶/玻璃背板)与本发明实施例封装结构(光学板/粘胶/玻璃/粘胶/太阳电池/粘胶/玻璃背板)的电压-电流输出特性，发现可提升模块功率。当光学板10所具有单面凹凸结构为锯齿结构时，可提升模块电池发电功率(cell maximum power，Pmp)达3.07％。而当光学板10所具有单面凹凸结构为锯齿边具有曲率的结构，可提升模块发电功率Pmp0.52％。

范例三：一般型界面层结构设计

依目前压合机工艺，针对一般型太阳模块，在玻璃与太阳电池间设置光学板。如图5所示，以新型模块结构模块封装设计：(玻璃502/粘胶504/光学板10/粘胶506/太阳电池508/粘胶506/高反射背板510)，放入压合机，在温度165.0℃的腔体内以10^-2torr真空抽气上室与下室共8分钟，接着上室破真空8分钟即完成模块压合，与现有压合机是相同工艺即可完成玻璃表面封装光学板。

本发明所提出的太阳模块封装结构，所使用粘胶504/506的材料例如为：醋酸乙烯共聚树脂EVA或聚乙烯醇缩丁醛PVB，太阳模块表面玻璃502可采用玻璃表面有镀膜、或具有凹凸结构或一般的平面玻璃，太阳电池508例如具氮化硅抗反射层，而高反射背板510材料如：Tedlar。

以STC条件的A class太阳光模拟器(flash simulator)测试输出功率，比较对照组封装结构(玻璃/粘胶/太阳电池/粘胶/玻璃背板与本发明实施例封装结构(玻璃/粘胶/光学板/粘胶/太阳电池/粘胶/高反射背板)的电压-电流输出特性，发现可提升模块功率。当光学板10所具有单面凹凸结构为锯齿结构时，可提升模块电池发电功率Pmp 0.25％。而当光学板10所具有单面凹凸结构为锯齿边具有曲率的结构，可提升模块发电功率Pmp达1.12％。

范例四：透光型界面层结构设计

依现有压合机工艺，针对透光型太阳模块，在玻璃与太阳电池间设置光学板。如图6所示，以新型模块结构模块封装设计：(玻璃602/粘胶604/光学板10/粘胶606/太阳电池608/粘胶606/玻璃背板610)，放入压合机，在温度165.0℃的腔体内以10^-2torr真空抽气上室与下室共8分钟，接着上室破真空8分钟即完成模块压合，与现有压合机是相同工艺即可完成玻璃表面封装光学板。

本发明所提出的太阳模块封装结构，所使用粘胶604/606的材料例如为：醋酸乙烯共聚树脂EVA或聚乙烯醇缩丁醛PVB，太阳模块表面玻璃602可采用玻璃表面有镀膜、或具有凹凸结构或一般的平面玻璃，而太阳电池608例如具氮化硅抗反射层。

以STC条件的A class太阳光模拟器(flash simulator)测试输出功率，比较对照组封装结构(玻璃/粘胶/太阳电池/粘胶/玻璃背板)与本发明实施例封装结构(玻璃/粘胶/光学板/粘胶/太阳电池/粘胶/玻璃背板)的电压-电流输出特性，发现可提升模块功率。当光学板10所具有单面凹凸结构为锯齿结构时，可提升模块电池发电功率Pmp 0.10％。而当光学板10所具有单面凹凸结构为锯齿边具有曲率的结构，可提升模块发电功率Pmp达0.86％。

范例五：一般型表面层与界面层整合结构设计

依现有压合机工艺，针对一般型太阳模块，在模块玻璃表面以及玻璃至太阳电池之间均设置光学板。如图7所示，以新型模块结构模块封装设计：(光学板10/粘胶702/玻璃704/粘胶706/光学板20/粘胶710/太阳电池708/粘胶710/高反射背板712)，放入压合机，在温度165.0℃的腔体内以10^-2torr真空抽气上室与下室共8分钟，接着上室破真空8分钟即完成模块压合，与现有压合机是相同工艺即可完成玻璃表面封装光学板。

光学板10与20可以采用不同材料或厚度，且可具有不同或相同的凹凸结构。在此实施例中，光学板10与20具有相同的凹凸结构。

以STC条件的A class太阳光模拟器(flash simulator)测试输出功率，比较对照组封装结构(玻璃/粘胶/太阳电池/粘胶/玻璃背板)与本发明实施例封装结构(光学板/粘胶/玻璃/粘胶/光学板/粘胶/太阳电池/粘胶/高反射背板)的电压-电流输出特性，发现可提升模块功率。当光学板10/20所具有单面凹凸结构为锯齿结构时，可提升模块电池发电功率Pmp 0.47％。

范例六：透光型表面层与界面层整合结构设计

依现有压合机工艺，针对透光型太阳模块，在模块玻璃表面以及玻璃至太阳电池之间均设置光学板。如图8所示，以新型模块结构模块封装设计：(光学板10/粘胶802/玻璃804/粘胶806/光学板20/粘胶810/太阳电池808/粘胶810/玻璃背板812)，放入压合机，在温度165.0℃的腔体内以10^-2torr真空抽气上室与下室共8分钟，接着上室破真空8分钟即完成模块压合，与现有压合机是相同工艺即可完成光学板封装。

光学板10与20可以采用不同材料或厚度，且可具有不同或相同的凹凸结构。在此实施例中，光学板10与20具有相同的凹凸结构。

以STC条件的A class太阳光模拟器(flash simulator)测试输出功率，比较对照组封装结构(玻璃/粘胶/太阳电池/粘胶/玻璃背板与本发明实施例封装结构(光学板/粘胶/玻璃/粘胶/光学板/粘胶/太阳电池/粘胶/玻璃背板)的电压-电流输出特性，发现可提升模块功率。当光学板10/20所具有单面凹凸结构为锯齿结构时，可提升模块电池发电功率Pmp高达2.16％。

范例七：不同界面层结构设计的光学板封装位置

设置凹凸结构为锯齿结构或锯齿边具有曲率的结构的光学板于界面层的设计，可分别提升不同模块的电池发电功率为0.10-0.25％或0.86-1.12％间，而依据光学板设置于太阳模块玻璃与太阳电池间不同高低深浅位置，从较靠近玻璃/粘胶介面至较靠近粘胶/太阳电池介面的位置，不同位置光学板所造成的功率差异不超过0.10％。

图9是依照本发明实施例的光学板表面凹凸结构设计示意图。光学板表面所谓凹凸结构设计宏观视觉上亦可视为表面具“压花”设计。图9中(A)-(D)图所示结构单位例如为毫米mm而(E)图单位所示结构单位例如为微米μm。而图9中(A)图的凹凸结构(压花)图形为网格与点阵列结构，结构底边、周期、高度例如约为0.1～10mm，光学板材料例如为玻璃。(B)图的压花图形为金字塔结构，结构底边、周期、高度例如约为0.1～数毫米mm，光学板材料例如为玻璃。(C)图的压花图形为网格与金字塔阵列结构，结构底边、周期、高度例如约为0.1～10mm，光学板材料例如为玻璃。(D)图的压花图形为波浪板阵列结构，结构底边、周期、高度例如约为0.1～100mm，光学板材料例如为玻璃。图9中(E)图的压花图形为斜面沟槽结构，平行排列，结构底边、周期、高度约为数十至数百微米，光学板材料例如为PET。

范例八：玻璃表面无压花(无凹凸结构)、玻璃表面压花(具凹凸结构)与界面层结构设计的模块封装比较

以STC条件的A class太阳光模拟器(flash simulator)测试输出功率，将有压花封装结构(玻璃表面压花/粘胶/太阳电池/粘胶/玻璃背板)比较对照组无压花封装结构(玻璃表面无压花/粘胶/太阳电池/粘胶/玻璃背板)的电压-电流输出特性，发现可提升模块功率-1.80％-2.49％；而将本发明实施例整合封装结构(光学板/粘胶/玻璃/粘胶/光学板/粘胶/太阳电池/粘胶/玻璃背板)比较对照组无压花封装结构(玻璃表面无压花/粘胶/太阳电池/粘胶/玻璃背板)的电压-电流输出特性，发现可提升模块功率0.10％-3.07％。相较于单纯将面板玻璃压花的封装结构，本发明应用光学板的封装结构具有优选提升模块发电的效果。

另外，光学板封装方式使模块表面具可替换或更新，解决长期使用污损问题。

综上所述，本发明利用单片或多片表面具有几何结构的光学板，来达到正面高透光设计与捕捉太阳电池反射光与背板反射光的效果，同时可选用原来应用于典型高效率太阳模块所选用的材料，而无须更选其他封装材料，所以与现有产品工艺相容故制作容易，进而有效提升模块发电功率。

由于高效率太阳模块需具备高光能量传递至太阳电池而发电输出，因此，本发明应用塑料或玻璃基材的具几何结构光学板，可配置至现存或改良的太阳模块封装结构，将可提升光电产品的功能，使太阳模块的发电价值更具竞争优势。

虽然本发明为关于发电太阳模块的构造设计，但亦可应用于其他相关光电产品的封装结构应用。

虽然本发明已以实施例披露如上，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附的权利要求界定为准。

Claims (9)

1.一种太阳模块封装结构，包括：

背板；

玻璃面板，位于该背板上方；

太阳电池，位于该背板与该玻璃面板之间；

粘胶物质，位于该背板与该玻璃面板之间，固定并包覆住该太阳电池；

第一光学板，位于该太阳电池上方，以及

设置于该玻璃面板上的第二光学板，其中该第一光学板设置于该玻璃面板与该太阳电池之间而位于该粘胶物质之中，而该第一光学板远离该太阳电池的受光表面为正向并具有凹凸结构，而该第一光学板朝向该太阳电池的表面为背向，而该第一光学板具正向高穿透与背向高反射，该第二光学板远离该玻璃面板的受光表面为正向并具有凹凸结构，而该第二光学板朝向该玻璃面板的表面为背向，而该第二光学板具正向高穿透与背向高反射，该第二光学板的折射率介于1.0与1.5之间。

2.如权利要求1所述的太阳模块封装结构，其中该第一光学板的折射率介于该粘胶物质的折射率与该太阳电池的折射率之间。

3.如权利要求1或2所述的太阳模块封装结构，其中该第一光学板受光表面所具有的凹凸结构为锯齿结构。

4.如权利要求1或2所述的太阳模块封装结构，其中该第一光学板受光表面所具有的凹凸结构为具有曲率的锯齿结构。

5.如权利要求1所述的太阳模块封装结构，其中该第二光学板受光表面所具有的凹凸结构为锯齿结构。

6.如权利要求1所述的太阳模块封装结构，其中该第二光学板受光表面所具有的凹凸结构为具有曲率的锯齿结构。

7.一种太阳模块封装结构，包括：

背板；

玻璃面板，位于该背板上方；

光学板，设置于该玻璃面板上，其中该光学板远离该太阳电池的受光表面为正向并具有凹凸结构，该光学板朝向该太阳电池的表面为背向，而该光学板具正向高穿透与背向高反射；

太阳电池，位于该背板与该玻璃面板之间；以及

粘胶物质，位于该背板与该玻璃面板之间，固定并包覆住该太阳电池，

其中该光学板的折射率介于1.0与1.5之间。

8.如权利要求7所述的太阳模块封装结构，其中该光学板受光表面所具有的凹凸结构为锯齿结构。

9.如权利要求7所述的太阳模块封装结构，其中该光学板受光表面所具有的凹凸结构为具有曲率的锯齿结构。

Images