TWI860060B

TWI860060B - 軟性有機太陽能電池模組的封裝方法及連接該模組的方法

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Publication number: TWI860060B
Application number: TW112132018A
Authority: TW
Inventors: 查厚錦; 宋運明; 鍾翠芸; 連映媛; 莊智閔; 劉天成; 胡哲誠; 馬維揚; 曹正熙
Original assignee: 國家原子能科技研究院
Priority date: 2023-08-25
Filing date: 2023-08-25
Publication date: 2024-10-21

Abstract

一種軟性有機太陽能電池模組的封裝方法，包括：提供軟性有機太陽能電池模組，其包括正、負模組電極、正、負連接電極，其中，正連接電極與正模組電極電性連接，且負連接電極與負模組電極電性連接；提供二片封裝膜，其包括阻絕膜層及壓敏膠層，壓敏膠層轉印於阻絕膜層上；實施壓合程序，包括將太陽能電池模組置於二片封裝膜之間，且壓敏膠層分別與太陽能電池模組之上、下表面疊合後進行壓合，形成一封裝後之軟性有機太陽能電池模組；實施釘孔步驟，包括於封裝後之軟性有機太陽能電池模組上對應於正、負連接電極處，分別形成正、負端電極釘孔，以形成具有端電極之軟性有機太陽能電池模組。

Description

軟性有機太陽能電池模組的封裝方法及連接該模組的方法

本揭露係有關於一種太陽能電池模組的封裝方法，特別是一種軟性有機太陽能電池模組的封裝方法，及使用其連接複數個軟性有機太陽能電池模組的方法。

有機太陽電池於弱光環境下擁有高光電轉換效率，因此在近年來逐漸被討論用來做為低功耗電子裝置的電力來源，而物聯網的出現，不但改變了我們工作和生活的方式，並且創造了一個讓有機太陽能電池大展長才的應用舞台。全球目前有數量龐大的裝置能與互聯網進行連結，例如手機，可穿戴設備和感測器等會連接到物聯網網絡平台。如此大量的單獨和離網小工具，將會需要輕便的可攜式電池，另外，如何使得這些電池可以方便且及時地進行充電，將會是一個很大的挑戰。同樣地，有機太陽電池在戶外一樣擁有應用利基，尤其在政府推倡綠能政策的推波助瀾下，歸屬於「綠能科技」之有機太陽電池，不但可發揮創能角色，且以其可製作成可透光結構的獨特優勢，可開創出更廣泛的應用場域，例如農業溫室之頂蓬，或是建築整合太陽能電池等。然而，壽命將是影響有機太陽電池切入上述應用面的關鍵因素。

有機太陽電池封裝的習知技術多以玻璃為基板來進行封裝，較少以軟性基材做為開發標的。其方式為將玻璃基材與元件以有機接著劑貼合固定，並於蓋板與元件間附上吸附劑(getter)，其中玻璃的不透氣特性可以阻絕大部份的外界氣體，而吸附劑則是用來吸附透過有機接著劑而滲入之氣體，此種封裝方式效果雖然好，但其缺點為成本高、製程繁複，不僅不利於大面積生產，且無法用於軟性的基材。

先前技術CN206516639U專利中揭露一種封裝太陽能電池的EVA膠膜，所述上層EVA薄膜與中層防紫外線玻璃層、中層防紫外線玻璃層與下層EVA薄膜通過矽烷偶聯劑親水膜緊密聯結在一起，具有優異的抗老化性能。然而，該專利雖具有優異的功能特性，但其為應用於玻璃基材上，無法相容於軟性太陽電池模組。

又例如先前技術TWI457232專利中，揭露一種利用含有聚有機矽氧烷系化合物之層體，以及設置於該含有該聚有機矽氧烷系化合物之層體上之無機物層，來達到增加氣體阻絕率的目的，但其膜層厚度最高達1000nm，且可能會影響整體模組的可彎折性，並不適用於軟性有機太陽電池模組的封裝。

在軟性基材封裝的策略上，由於軟性基材其阻氣率較差，一般作法會在軟性基材上鍍上一層阻氣薄膜以增加阻氣率，通常會以濺鍍、蒸鍍、電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)等方式來製作，但這些作法所耗費之成本相對偏高。再者，在阻絕膜上以高成本的製程方式覆蓋一層增加阻氣率的膜層，不僅有影響光穿透度及可彎折性的疑慮，且封裝膠品中的有機溶劑也有可能會與有機太陽電池中的膜層產生反應，進而破壞有機太陽能電池模組的效能。

另外，亦有利用多層封裝的方式，用以提升軟性太陽電池模組的阻氣能力，然而，多層堆疊的方式勢必導致成本上升並衍生出光穿透度及可彎折性下降的問題。除此之外，為了延緩外界水氣進入封裝結構內模組的時間，模組與端電極之間勢必會保持一段距離，而模組與端電極之間往往透過導電性的材料加以連接，但該材料會使阻絕膜於貼合時無法緊密接合，故而形成外界水氣進入的途徑。

鑑於上述技術之諸多問題，本揭露提出一種以一低成本、高性價比之軟性太陽能電池模組的封裝方式，不但可大幅提升有機太陽電池的壽命，亦可廣泛應用於不同之應用場域。本揭露之特色係所利用在一低阻氣率的阻絕膜上，以無溶劑之壓敏膠(Pressure Sensitive Adhesive,PSA)，在封裝前處理時降低阻絕膜及膠品中的含水量，之後以雙層整面貼合之方式進行模組封裝。

再者，為了導引出軟性太陽能電池模組之電力，電極處必須裸露與外部接觸，而這將導致水氧侵入的可能性，且裸露處與模組的距離越近，模組的效率即為更快的劣化，因此，本揭露提出利用模組與外部電極之間不同的連接設計，阻絕水氧由電極接點進入的入侵途徑，於電極接點處以紫外光固化膠填補，而由實驗的結果證明，本揭露之軟性太陽能電池模組的封裝方法可大幅提升模組的壽命。

根據本揭露之一實施例，提出軟性有機太陽能電池模組的封裝方法，包括：提供一軟性有機太陽能電池模組、提供二片封裝膜、實施一壓合程序、以及實施一釘孔步驟。軟性有機太陽能電池模組進一步包括正模組電極、負模組電極、正連接電極以及負連接電極；其中，正連接電極與正模組電極電性連接，且負連接電極與負模組電極電性連接。封裝膜包括：阻絕膜層以及壓敏膠層，壓敏膠層係轉印於阻絕膜層上。壓合程序包括將軟性有機太陽能電池模組置於二片封裝膜之間，且二片封裝膜之壓敏膠層分別與軟性有機太陽能電池模組之上、下表面疊合後進行壓合，以形成一封裝後之軟性有機太陽能電池模組。釘孔步驟包括於封裝後之軟性有機太陽能電池模組上對應於正連接電極及負連接電極處，分別形成正端電極釘孔及負端電極釘孔，以形成一具有端電極之軟性有機太陽能電池模組，其中，正連接電極及負連接電極可透過正端電極釘孔及負端電極釘孔分別與外部線路電性連接。

在本揭露之一實施例中，上述軟性有機太陽能電池模組的封裝方法，其中，於實施該釘孔步驟後，進一步包括實施一封膠步驟，將正端電極釘孔及負端電極釘孔與封裝膜之間的縫隙塗上光固化膠，並照光使其固化。

在本揭露之一實施例中，上述軟性有機太陽能電池模組的封裝方法，其中，於實施壓合程序之前，進一步包括真空加熱步驟，包括將二片封裝膜置於真空烘箱內，以攝氏100~110度加熱至少8小時，以去除阻絕膜層及壓敏膠層中殘餘的水氣及氧含量。在本揭露之另一實施例中，上述真空加熱步驟進一步包括將二片封裝膜置於真空烘箱內以攝氏約105度加熱至少8小時。

在本揭露之一實施例中，上述軟性有機太陽能電池模組的封裝方法，其中，正模組電極及負模組電極係由導電膠帶製成。

在本揭露之一實施例中，上述軟性有機太陽能電池模組的封裝方法，其中，正連接電極及負連接電極係由一銀線或一導電膠帶製成。

在本揭露之一實施例中，上述軟性有機太陽能電池模組的封裝方法，其中，正連接電極及負連接電極係由複數條銀線所組成。

在本揭露之一實施例中，上述任一軟性有機太陽能電池模組的封裝方法，其中，銀線係以蒸鍍方式所形成。

在本揭露之一實施例中，上述軟性有機太陽能電池模組的封裝方法，其中，釘孔步驟係包括以鈕扣釘孔方法，於封裝後之軟性有機太陽能電池模組上對應於正連接電極及負連接電極處進行釘孔並加上正端電極釘孔及負端電極釘孔，使封裝於封裝膜內之該連接電極及負連接電極可與外部線路電性連接。

本揭露依據上述各實施例所揭露之一種軟性有機太陽能電池模組的封裝方法，進一步提出一種連接複數個軟性有機太陽能模組的方法，包括：提供複數個如上述任一實施例之封裝方法所述之封裝後之軟性有機太陽能電池模組、實施連接步驟、以及實施釘孔步驟。其中，所提供之複數個封裝後之軟性有機太陽能電池模組，其正連接電極及負連接電極分別包括至少一銀線。連接步驟，包括將複數個封裝後之軟性有機太陽能電池模組並排，使一封裝後之軟性有機太陽能電池模組之正連接電極與另一封裝後之軟性有機太陽能電池模組之負連接電極靠近，並利用導電膠帶將封裝後之軟性有機太陽能電池模組之正連接電極與另一封裝後之軟性有機太陽能電池模組之負連接電極雙面貼合。實施釘孔步驟，包括將連接步驟所完成連接後之複數個軟性有機太陽能模組的兩端未貼有導電膠帶之正連接電極及負連接電極處，分別形成正端電極釘孔及負端電極釘孔，使完成連接後之複數個軟性有機太陽能模組兩端的正連接電極及負連接電極可透過正端電極釘孔及負端電極釘孔分別與外部線路電性連接。

100:阻絕膜層

200:壓敏膠層

300:封裝膜

400:軟性有機太陽能電池模組

411:正模組電極

412:負模組電極

421:正連接電極

422:負連接電極

431:正端電極釘孔

432:負端電極釘孔

500:封裝後之軟性有機太陽能電池模組

600:具有端電極之軟性有機太陽能電池模組

700:光固化膠

800:導電膠帶

S100:壓合程序

S200:釘孔步驟

S300:封膠步驟

第1A圖為本揭露之一實施例之封裝膜及軟性有機太陽能電池模組截面圖示意圖。

第1B圖為本揭露之一實施例之軟性有機太陽能電池模組俯視圖示意圖。

第2A圖為本揭露之一實施例之實施壓合程序後之截面圖示意圖。

第2B圖為本揭露之一實施例之實施壓合程序後之俯視圖示意圖。

第3A、3B圖為本揭露之一實施例之軟性有機太陽能電池模組的封裝後示意圖。

第4圖為本揭露之一實施例之連接複數個封裝後之軟性有機太陽能電池模組示意圖。

以下將參照相關圖式，說明本揭露之一種軟性有機太陽能電池模組的封裝方法之實施例，為了清楚與方便圖式說明之故，圖式中的各部件在尺寸與比例上可能會被誇大或縮小地呈現。在以下描述及/或申請專利範圍中，所使用之技術詞彙應以本技術領域之通常知識者所習知慣用之意思予以解釋，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。本揭露中所提到「包括」、「包含」、「具有」等的用語均為開放性的用語，也就是指「包含但不限於」。

請參閱第1A圖至第3B圖，其係表示本揭露之一實施例之一種軟性有機太陽能電池模組的封裝方法的流程示意圖。首先，請參閱第1A圖及第1B圖，依據本揭露所提出之軟性有機太陽能電池模組的封裝方法，包括：提供一軟性有機太陽能電池模組400、提供二片封裝膜300、實施壓合程序S100(如第 2A圖及第2B圖所示)、以及實施釘孔步驟S200(如第3A圖及第3B圖所示)。如第1B圖所示，軟性有機太陽能電池模組400進一步包括正模組電極411、負模組電極412、正連接電極421以及負連接電極422；其中，正連接電極421與正模組電極411電性連接，且負連接電極422與負模組電極412電性連接。如第1A圖中所示，封裝膜300包括：阻絕膜層100以及壓敏膠層200，壓敏膠層200係轉印於阻絕膜層100上。請參閱第1A圖至第2B圖，壓合程序S100包括將軟性有機太陽能電池模組400置於二片封裝膜300之間，且二片封裝膜300之壓敏膠層200分別與軟性有機太陽能電池模組400之上、下表面疊合後進行壓合，以形成一封裝後之軟性有機太陽能電池模組500。請再參閱第3A圖及第3B圖，如圖所示，釘孔步驟S200包括於封裝後之軟性有機太陽能電池模組500上對應於正連接電極421及負連接電極422處，分別形成正端電極釘孔431及負端電極釘孔432，以形成一具有端電極之軟性有機太陽能電池模組600，其中，正連接電極421及負連接電極422可透過正端電極釘孔431及負端電極釘孔432分別與外部線路電性連接。

應了解，在本揭露之實施例中所使用之壓敏膠層200係於封裝之前先轉印於阻絕膜層100上，因此，在轉印過程中需注意避免於壓敏膠層200與阻絕膜層100之間產生小氣泡。一般來說，會產生小氣泡的主要原因之一係因為在轉印過程中貼合不平整，而使得壓敏膠層200與阻絕膜層100包覆大氣/空氣。存在於小氣泡中的水氣及氧氣將進一步導致軟性有機太陽能模組的快速劣化，進而影響整體模組的使用壽命。

在本揭露之一實施例中，上述軟性有機太陽能電池模組400的封裝方法，其中，於實施釘孔步驟S200後，進一步包括實施一封膠步驟S300(請參閱第3A圖及第3B圖)，將正端電極釘孔431及負端電極釘孔432與封裝膜300之間的縫隙塗上光固化膠700，並照光使其固化。值得注意的是，由於光固化膠700可有效用於阻絕空氣或大氣，因此不僅可用於填充正端電極釘孔431、負端電極釘孔432與封裝膜300之間的縫隙。在另一實施例中，當實施壓合程序S100後，若封裝後，封裝膜300與軟性有機太陽能電池模組400之間殘存有空氣或有其他可能導致元件曝露於大氣之處，皆可利用光固化膠700來進一步填充並固化，以達到阻絕大氣、延長元件使用壽命之目的。

應注意的是，在本揭露的一實施例中，若在封裝後封裝膜內殘存有水氣或是正端電極釘孔431、負端電極釘孔432與封裝膜300間存在空隙且未以光固化膠700填補，則封裝後之軟性有機太陽能電池模組600的效率在不到50小時便會降至初始值的80%以下，反之，若以光固化膠700填補縫隙，並確實阻絕水氣入侵通道，則封裝後之軟性有機太陽能電池模組的效率在經過測試600小時之後仍能維持在初始值的80%以上。

在本揭露之一實施例中，上述軟性有機太陽能電池模組400的封裝方法，其中，於實施壓合程序S100之前，進一步包括真空加熱步驟，包括將二片封裝膜300置於真空烘箱內，以攝氏100~110度加熱至少8小時，以去除阻絕膜層100及壓敏膠層200中殘餘的水氣及氧含量。在本揭露之另一實施例中，上述真空加熱步驟進一步包括將二片封裝膜300置於真空烘箱內以攝氏約103度、104度、105度、106度、107度、108度、109度加熱至少8小時、或至少9小時、或至少10小時、或至少11小時。較佳為以攝氏約105度加熱至少8小時，加熱溫度及時間可視阻絕膜層100及壓敏膠層200中殘餘的水氣及氧含量揮發的情況而適當調整。

在本揭露之一實施例中，上述軟性有機太陽能電池模組400的封裝方法，其中，正模組電極411及負模組電極412係由導電膠帶製成。

在本揭露之一實施例中，上述軟性有機太陽能電池模組400的封裝方法，其中，正連接電極421及負連接電極422係由一銀線或一導電膠帶製成。

在本揭露之另一實施例中，上述軟性有機太陽能電池模組400的封裝方法，其中，正連接電極421及負連接電極422係由銀線製成。應了解，導電膠帶相較於銀線而言，其厚度較厚，因此，若所使用的是導電膠帶，則在封裝後容易因為導電膠帶具有一定厚度的關係，使得封裝膜300壓合導電膠帶時，導電膠帶的周邊處無法完全密合而存在有空隙/大氣，此亦為水氣入侵封裝模組內的途徑之一。此時，可於這些空隙處注入光固化膠700並照光固化，亦可有效阻絕水氣入侵的途徑，有效提升封裝後之軟性有機太陽能電池模組600的使用壽命。

除此之外，在上述的實施例中，上述軟性有機太陽能電池模組400的封裝方法中，正連接電極421及負連接電極422若由導電膠帶製成，且封裝後封裝膜300內存在有空隙，則整體模組效率經測試不到50小時便會降至低於初始的80%。然而，當使用光固化膠700將上述封裝膜300內的空隙全部填滿以阻絕水氣入侵時，則經測試整體模組效率降至80%的時間可延長至約200小時。更進一步來說，當正連接電極421及負連接電極422是由銀線製成，且封裝後封裝膜300內不存在有空隙或所有空隙皆以光固化膠700填滿時，則整體模組效率即使在經過600小時後，仍可維持在初始值的80%以上。

在本揭露之一實施例中，上述軟性有機太陽能電池模組400的封裝方法，其中，正連接電極421及負連接電極422係由複數條銀線所組成。進一步說明，在本實施例中，正連接電極421及負連接電極422係由複數條銀線所組成，且在封裝後並不存在有任何空隙或以光固化膠700填滿任何存在的空隙或可能的入侵途徑後，整體模組的效率即使在經過600小時後仍可維持在初始值的80%以上。詳細說明，在本實施例中，當正連接電極421及負連接電極422係由複數條銀線所組成並完成上述封裝後，將整體模組置於溫度65℃/濕度65%的高溼熱環境下，利用標準光源(1-sun)連續照光進行耐久性測試。結果顯示，依照本揭露上述的封裝方法所製作而成的封裝後之軟性有機太陽能電池模組600，即使在高溼熱環境下測試經過600小時，整體模組效率仍可高於80%(換算成實際使用環境壽命約為3年)，具有良好的抗性，且具有再現性。

在本揭露之一實施例中，上述軟性有機太陽能電池模組400的封裝方法，其中，釘孔步驟S200係包括以鈕扣釘孔方法，於封裝後之軟性有機太陽能電池模組500上對應於正連接電極421及負連接電極422處進行釘孔並加上正端電極釘孔431及負端電極釘孔432，使封裝於封裝膜內之正連接電極421及負連接電極422可與外部線路電性連接。一般來說，當有機太陽能電池模組在完成封裝後，模組左右兩端必須有電極拉出的區域(即正、負連接電極)，此區域必須與外部的電力裝置連接，所以，正、負連接電極在原先以阻絕膜300貼合封裝的部份，必須穿破阻絕膜300，其得裡面的正連接電極421及負連接電極422裸露出來，而這樣的方式通常會造成水氧侵入的途徑，故在完成正、負連接電極與外部連接的設置後，會實施一封膠步膠S300，其利用光固化膠700將原先裸露處進行封裝，如第3A圖及第3B圖所示。

接著請參閱第4圖。本揭露依據上述各實施例所揭露之一種軟性有機太陽能電池模組400的封裝方法，進一步提出一種連接複數個軟性有機太陽能模組的方法，包括：提供複數個如上述任一實施例之封裝方法所述之封裝後之軟性有機太陽能電池模組500、實施連接步驟、以及實施釘孔步驟。其中，所提供之複數個封裝後之軟性有機太陽能電池模組500，其正連接電極421及負連接電極422分別包括至少一銀線。連接步驟，包括將複數個封裝後之軟性有機太陽能電池模組500並排，使一封裝後之軟性有機太陽能電池模組500之正連接電極421與另一封裝後之軟性有機太陽能電池模組500之負連接電極422靠近，並利用導電膠帶800將封裝後之軟性有機太陽能電池模組500之正連接電極421與另一封裝後之軟性有機太陽能電池模組500之負連接電極422雙面貼合。實施釘孔步驟，包括將連接步驟所完成連接後之複數個軟性有機太陽能模組的兩端未貼有導電膠帶800之正連接電極421及負連接電極422處，分別形成正端電極釘孔431及負端電極釘孔432，使完成連接後之複數個軟性有機太陽能模組兩端的正連接電極421及負連接電極422可透過正端電極釘孔431及負端電極釘孔432分別與外部線路電性連接。連接後的複數個軟性有機太陽能模組，其整體如第4圖所示意。

綜上所述，本揭露之軟性有機太陽能電池模組的封裝方法有以下優點：

一、本揭露之封裝方法可有效提高軟性有機太陽電池模組壽命。

二、本揭露之封裝方法利用軟性的阻絕膜層及壓敏膠層，以雙面壓合的方式，完整覆蓋整個軟性有機太陽電池模組，使軟性有機太陽能電池模組整體於封裝後仍具有高度之可彎折性。

三、本揭露之封裝方法所揭露之模組電極、連接電極與端電極釘孔等導電材料之間的連接方式以及光固化膠封裝方式等，可有效阻絕因連接材料之間時所造成的水氣入侵途徑。

四、本揭露之封裝方法進一步於端電極釘孔周邊區域輔以光固化膠強化，改善習知技術中大氣環境中的水氧由端電極釘孔區域侵入所造成的劣化情況。

本揭露之軟性有機太陽能電池模組的封裝方法已經過許多測試，包括加速測試實驗，結果都顯示本揭露之封裝方法確實可大幅提升軟性太陽電池模組整體的使用壽命。

當然，上述各實施例僅用於舉例說明而非限制本揭露的範圍，任何根據上述實施例的軟性有機太陽能電池模組的封裝方法之等效修改或變更仍應包含在本揭露的專利範圍內。

綜上所述，可見本揭露在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，實感德便。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。其它任何未脫離本揭露之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應該包含於後附之申請專利範圍中。