ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК H01L31/42 H01L31/18 

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, в частности к фотоэлектрическим преобразователям солнечной энергии.

Известен модуль солнечной батареи, состоящий из множества соединенных между собой фотоэлектрических преобразователей, расположенных между двумя слоями поливинилбутираля, и имеющий с фронтальной стороны покрытие термостойким стеклом, а с тыльной стороны - пленкой поливинилхлорида (см. заявку Японии 59-5678, МПК H 01 L 29/91, публ. 1984 г.).

Недостатками известного модуля являются недостаточно высокие влагонепроницаемость и механическая прочность соединения тыльной и герметизирующей пленок из-за низких адгезионных свойств поливинилхлорида.

Способ изготовления известного модуля заключается в нагреве собранной указанным образом слоистой структуры в вакууме при высокой температуре до расплавления поливинилбутираля и заполнения им всех полостей с последующим охлаждением (см. заявка Японии N59-5678, МПК H 01 L 29/91, публ. 1984 г.).

Известный способ не исключает возможность отслаивания пленки поливинилхлорида после изготовления и эксплуатации модуля.

Известен модуль фотоэлектрический, состоящий из множества соединенных друг с другом фотопреобразователей, расположенных между двумя слоями поливинилбутираля, и имеющий с фронтальной стороны покрытие упрочненным стеклом, а с тыльной стороны - герметизирующее покрытие из комбинированного материала, представляющего собой два наружных слоя толщиной 60-70 микрон каждый из пленки полиэтилентерефталатной ламинированной (марки ПНЛ-3) для электроизоляции токоведущих частей модуля, центрального слоя алюминиевой фольги толщиной 100-150 микрон для обеспечения защиты фотопреобразователей от климатических и механических воздействий и двух слоев полиэтиленовой пленки толщиной 5-10 микрон для обеспечения необходимой адгезии пленки ПНЛ-3 и алюминиевой фольги (см. патент РФ N 2086046, МПК H 01 L 31/04, публ. 1997 г. ).

Недостаток модуля в сложности конструкции, в высокой трудоемкости изготовления, многообразии применяемых для изготовления материалов, что повышает вес и стоимость модуля, снижает его надежность.

Способ изготовления известного модуля заключается в нагреве кассеты с помещенной в ней собранной указанным образом слоистой структуры до температуры 40-60^oС в создании разряжения в кассете с последующим повышением температуры нагрева до 125-160^oС, сжатии деталей модуля до заполнения всех полостей расплавленным поливинилбутиралем и охлаждении (см. патент РФ N 2086046, МПК H 01 L 31/04, публ. 1997 г.).

Недостаток данного способа в низкой производительности сборки модуля из-за необходимости применения комбинированного многослойного материала и применения в технологическом процессе сжатия для соединения слоев в неразъемную влагостойкую структуру.

Известен способ изготовления слоистой конструкции фотоэлектрического модуля, в соответствии с которым на тыльной и лицевой поверхностях солнечных элементов располагаются слои сополимера этилена с винилацетатом, осуществляют постепенное нагревание сборки до температуры 140-160^oС, выдержку при этой температуре в течение не менее 30 минут и постепенное охлаждение при непрерывном вакуумировании сборки (см. патент США N 4499658, кл. Н 01 L 31/18; публ. 1985 г.).

Известный способ не обеспечивает достаточную стойкость конструкции модуля к расслаиванию.

Известен модуль фотоэлектрический, содержащий по крайней мере один фотоэлемент, размещенный между слоями клеящей пленки на основе сополимера этилена с винилацетатом, содержащей 10-50% гельфракции, и наружными покрытиями (см. патент РФ N 2069920, МПК H 01 L 31/04, публ. 1996 г. - прототип).

Известная конструкция модуля не обеспечивает достаточную степень адгезии материала клеящей пленки к тыльному наружному покрытию, что снижает его надежность, долговечность, влагозащищенность.

Известен способ изготовления фотоэлектрического модуля, включающий нанесение полимерных пленок (сополимера этилена с винилацетатом) и наружных защитных покрытий на лицевую и тыльную поверхности фотоэлементов, вакуумирование и термообработку при температуре не ниже 130^oС в течение не менее 3 минут с последующим охлаждением, при этом указанные пленки предварительно обрабатывают пучком ускоренных электронов до содержания гель-фракции 10-50% (см. патент РФ N 2086049, МПК H 01 L 31/18, публ. 1997 г. - прототип).

Известное техническое решение не обеспечивает надежности соединения полимерной пленки с тыльным наружным защитным покрытием в связи со слабой адгезией применяемых материалов. Это приводит к возможности расслаивания структуры модуля, что снижает герметичность и влагостойкость модуля.

Изобретение решает задачу создания фотоэлектрического модуля простой конструкции с низким весом, повышенным сроком службы за счет обеспечения высокой герметичности модуля, низкой влагопроницаемости и прочности соединения тыльного герметизирующего защитного покрытия. Техническим результатом способа является увеличение стойкости к появлению отслоений в модуле, сокращение расхода материалов и оптимизация технологического цикла, что приводит к упрощению технологии, увеличению производительности процесса и снижению стоимости модуля.

Поставленная задача достигается тем, что в модуле фотоэлектрическом, включающем по меньшей мере один или множество соединенных между собой фотоэлектрических преобразователей, размещенных внутри слоя полимерного материала или между слоями на основе различных полимерных материалов, фронтальное и тыльное герметизирующие защитные покрытия, тыльное герметизирующее защитное покрытие и обращенный к нему слой полимерного материала соединены через слой бумифицирующего материала.

Предпочтительно бумифицирующий материал выполнить в виде лака.

Целесообразно тыльное герметизирующее защитное покрытие выполнить из синтетиченской бумаги толщиной не менее 70 микрон, в том числе на лавсановой или полиэтилентерефталатной основе с глянцевой внешней поверхностью.

Предпочтительно тыльное герметизирующее защитное покрытие и слой из бумифицирующего материала выполнить в виде неразъемного соединения.

Целесообразно слой бумифицирующего материала выполнить толщиной не менее 5 микрон.

Предпочтительно в качестве полимерных материалов применить поливинилбутираль и/или материалы на основе сополимера этилена с винилацетатом.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления фотоэлектрического модуля, основанном на формировании слоистой структуры, включающей по меньшей мере полимерные пленки, в том числе из одинаковых или различных полимерных материалов, фотоэлектрические преобразователи, помещенные между полимерными пленками, фронтальное и тыльное защитные герметизирующие покрытия, и последующем ламинировании фотоэлектрических преобразователей путем нагрева и спекания слоистой структуры при разряжении, в слоистой структуре между тыльным герметизирующим защитным покрытием и соответствующим слоем полимерного материала размещен слой из бумифицирующего материала, при этом нагрев и спекание слоистой структуры осуществляют при температуре 120-150^oС в течение 3-15 минут при разряжении не более 1 кг/см².

Предпочтительно герметизирующее защитное покрытие и слой из бумифицирующего материала выполнить за одно целое (в виде неразъемного соединения).

Целесообразно тыльное герметизирующее защитное покрытие выполнить из синтетической бумаги толщиной не менее 70 микрон, в том числе на лавсановой или полиэтилентерефталатной основе.

Предпочтительно в качестве слоя из бумифицирующего материала применить лак.

Целесообразно слой из бумифицирующего материала выполнить толщиной не менее 5 микрон.

Предпочтительно в качестве полимерных материалов применить поливинилбутираль и/или материалы на основе сополимера этилена с винилацетатом.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружены технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Сведений об известности отличительных признаков в совокупностях признаков известных технических решений с достижением такого же, как у заявляемого устройства, положительного эффекта не имеется. На основании этого сделан вывод, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Фиг.1 изображает предлагаемый фотоэлектрический модуль; фиг.2 изображает слоистую структуру для изготовления фотоэлектрического модуля.

Модуль фотоэлектрический включает по меньшей мере один или множество соединенных (скоммутированных) между собой фотоэлектрических преобразователей 1, размещенных внутри слоя 2 из полимерного материала (фиг.1) или между слоями на основе различных полимерных материалов (на фиг. не показано), фронтальное герметизирующее защитное покрытие 3, выполненное, например, из специально упрочненного стекла, и тыльное герметизирующее защитное покрытие 4, выполненное, например, в виде синтетической бумаги, соединенной со слоем 2 из полимерного материала через слой 5 бумифицирующего материала. Для формирования слоя 2 применимы различные известные полимерные материалы, например материалы на основе сополимера этилена с винилацетатом и/или поливинилбутираль или их зарубежные аналоги (пленка ТЕДЛАР и др.). Тыльное герметизирующее защитное покрытие 4 выполнено из синтетической бумаги, в том числе на лавсановой или полиэтилентерефталатной основе, с глянцевой внешней поверхностью. Синтетическая бумага и слой 5 из бумифицирующего материала выполнены за одно целое (в виде неразъемного соединения), в частности, в виде пленки, например, СБ-П70, СБ-П95 (ТУ 6-49-5761783-311-89).Тыльное герметизирующее защитное покрытие 4 при этом может иметь толщину не менее 70 микрон.

Все указанные части модуля заключены в резиновое уплотнение, герметизирующее периметр модуля, или защищены влагостойким герметиком по периметру и закреплены в корпусе (профиле) из легкого алюминиевого сплава (на фиг. не показано).

Для изготовления указанного фотоэлектрического модуля заявляемым способом формируют слоистую структуру, в которой фотоэлектрические преобразователи 1 размещают, например, между двумя полимерными пленками 7, 8 (например, из материала на основе сополимера этилена с винилацетатом) и лицевым и тыльным герметизирующими защитными покрытиями 3, 4, выполненными соответственно из стекла и синтетической бумаги, имеющей на одной из поверхностей слой 5 из бумифицирующего материала.

Толщина полимерных пленок 7, 8 из материала на основе сополимера этилена с винилацетатом 200-600 микрон выбрана исходя из необходимого уровня электроизоляции токоведущих частей модуля. Синтетическая бумага имеет внешнюю глянцевую поверхность и толщину 70-200 микрон для обеспечения защиты фотоэлектрических преобразователей от климатических и механических воздействий. Толщина слоя 5 из бумифицирующего материала 5-30 микрон выбрана для обеспечения высокой адгезии к полимерной пленке 8.

Сборка помещается в термовакуумную установку, вакуумируется при давлении 0,5-1 кг/см² и выдерживается при температуре 120-150^oС в течение 3-15 минут. После того как расплавившийся материал полимерных пленок 7, 8 заполнит все полости, слоистая структура извлекается из установки и охлаждается на воздухе. Образовавшийся затвердевший слой 2 (фиг.1) из полимерного материала и бумифицированный слой 5 герметично скрепляют части модуля в единое целое.

Заявляемое техническое решение обеспечивает при низкой стоимости высокую надежность и долговечность модуля.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, в частности к фотоэлектрическим преобразователям солнечной энергии. Технический результат изобретения заключается в создании фотоэлектрического модуля простой конструкции с низким весом, повышенным сроком службы за счет обеспечения высокой герметичности модуля, низкой влагопроницаемости и прочности соединения тыльного герметизирующего защитного покрытия, а также увеличении стойкости к появлению отслоений в модуле, сокращении расхода материалов и оптимизации технологического цикла, что приводит к упрощению технологии, увеличению производительности процесса и снижению стоимости модуля. Сущность: модуль фотоэлектрический включает фотоэлектрические преобразователи, размещенные внутри слоя из полимерного материала, фронтальное герметизирующее защитное покрытие из стекла и тыльное герметизирующее защитное покрытие, выполненное в виде синтетической бумаги, соединенной со слоем из полимерного материала через слой бумифицирующего материала толщиной 5-30 мкм. Способ изготовления фотоэлектрического модуля заключается в спекании образованной многослойной структуры в термовакуумной установке при давлении 0,5-1 кг/см² и температуре 120-150^oС в течение 3-15 мин. 2 с. и 10 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Модуль фотоэлектрический, включающий по меньшей мере один или множество соединенных между собой фотоэлектрических преобразователей, размещенных внутри слоя полимерного материала или между слоями на основе различных полимерных материалов, фронтальное и тыльное герметизирующие защитные покрытия, отличающийся тем, что тыльное герметизирующее защитное покрытие и обращенный к нему слой полимерного материала соединены через слой бумифицирующего материала. 2. Модуль фотоэлектрический по п.1, отличающийся тем, что бумифицирующий материал выполнен в виде лака. 3. Модуль фотоэлектрический по п.1 или 2, отличающийся тем, что тыльное герметизирующее защитное покрытие выполнено из синтетической бумаги толщиной не менее 70 мкм, в том числе на лавсановой или полиэтилентерефталатной основе, с глянцевой внешней поверхностью. 4. Модуль фотоэлектрический по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что тыльное герметизирующее защитное покрытие и слой бумифицирующего материала выполнены в виде неразъемного соединения. 5. Модуль фотоэлектрический по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что слой бумифицирующего материала имеет толщину не менее 5 мкм. 6. Модуль фотоэлектрический по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что в качестве полимерных материалов применены поливинилбутираль и/или материалы на основе сополимера этилена с винилацетатом. 7. Способ изготовления фотоэлектрического модуля, основанный на формировании слоистой структуры, включающей по меньшей мере полимерные пленки, в том числе из одинаковых или различных полимерных материалов, фотоэлектрические преобразователи, помещенные между полимерными пленками, фронтальное и тыльное защитные герметизирующие покрытия, и ламинировании фотоэлектрических преобразователей путем нагрева и спекания слоистой структуры при разряжении, отличающийся тем, что в слоистой структуре между тыльным герметизирующим защитным покрытием и соответствующим слоем полимерного материала размещен слой из бумифицирующего материала, при этом нагрев и спекание слоистой структуры осуществляют при температуре 120-150^oС в течение 3-15 мин при разряжении не более 1 кг/см². 8. Способ изготовления фотоэлектрического модуля по п.7, отличающийся тем, что в слоистой структуре герметизирующее защитное покрытие и слой из бумифицирующего материала выполнены за одно целое в виде неразъемного соединения. 9. Способ изготовления фотоэлектрического модуля по п.7 или 8, отличающийся тем, что тыльное герметизирующее защитное покрытие выполнено из синтетической бумаги толщиной не менее 70 мкм, в том числе на лавсановой или полиэтилентерефталатной основе. 10. Способ изготовления фотоэлектрического модуля по любому из пп.7-9, отличающийся тем, что в качестве слоя бумифирующего материала применен лак. 11. Способ изготовления фотоэлектрического модуля по любому из пп.7-10, отличающийся тем, что слой из бумифицирующего материала выполнен толщиной не менее 5 мкм. 12. Способ изготовления фотоэлектрического модуля по любому из пп.7-11, отличающийся тем, что в качестве полимерных материалов применены поливинилбутираль и/или материалы на основе сополимера этилена с винилацетатом.