ТЕПЛООТРАЖАЮЩИЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ Российский патент 2020 года по МПК H01L31/48 H01L31/49 

Данное изобретение относится к фотоэлектрическим модулям в виде ламината, содержащего теплоотражающее покрытие.

Фотоэлектрические модули широко используются для генерации электроэнергии из солнечного излучения. Электричество генерируется фотоэлементами, причем предпочтительным материалом для фотоэлементов является кремний, как использование в кристаллических или аморфных кремниевых фотоэлектрических модулях. Другой тип материала, используемый в так называемых CIGS-фотоэлектрических модулях, представляет собой композицию из меди, индия, галлия, серы и селена. Аббревиатура CIGS относится к использованным элементам. Материал типа CIGS позволяет получать тонкопленочные фотоэлектрические модули. Распространенным недостатком фотоэлектрических модулей, известным в данной области техники, является то, что их эффективность по генерации электроэнергии существенно ухудшается при увеличении их температуры из-за абсорбции излучения в инфракрасной области спектра. В регионах с высокой солнечной радиацией температура поверхности фотоэлектрических модулей может превосходить температуру 60 град. Цельсия, что подвергает серьезному риску производство электроэнергии фотоэлектрическими модулями в таких регионах.

Возможным способом минимизации данного недостатка является устройство теплоотражающих приспособлений в виде теплоотражающих пленок или стеклянных покрытий, доступных для бытового и промышленного остекления. Дополнительной возможностью достичь теплоотражения является применение тонкой полупрозрачной серебряной пленки в сочетании с антиотражающими покрытиями для излучения в видимой области спектра, которые демонстрируют хорошую прозрачность для излучения в видимой области спектра, но высокую отражательную способность для излучения в инфракрасной области спектра (Покрытие с низкой эмиссионной способностью, далее названное низко-Э покрытие). Толщина серебряного слоя в этих типах покрытий находится в диапазоне от 3 до 15 нм. Серебряный слой имеет отражательную способность между 10 и 70% в видимой области спектра. Серебряный слой заключен между двумя оптическими слоями или многослойными покрытиями, действующими как антиотражающие покрытия для излучения в видимой части спектра, следовательно, снижая отражение серебряного слоя в 10-70% до 1-10%, при этом высокое отражение инфракрасного излучения (>90%) серебряной пленки не снижается. Это - один из наиболее эффективных способов предотвращения тепловой абсорбции, известной сегодня. Однако металлические серебряные пленки чрезвычайно чувствительны к коррозии, например, вызванной диффузией водяного пара в фотоэлектрический модуль. В процессе протекания коррозии серебряный слой внутри низко-Э покрытия теряет свою теплоотражательную способность и снижает прозрачность для излучения в видимой части спектра, и поэтому, эффективность генерации электроэнергии снова ухудшается.

Целью данного изобретения является получение фотоэлектрического модуля, избавленного от недостатка пониженного отражения инфракрасного излучения из-за коррозии серебряного слоя и, таким образом, ограничения эффективности генерации электроэнергии.

Цель достигается с помощью фотоэлектрического модуля согласно данному изобретению, как определено в п. 1. Дополнительные варианты реализации изобретения подчиняются зависимым пунктам.

Фотоэлектрический модуль согласно данному изобретению представлен в виде ламината. Герметизирующий слой расположен на тыльной и на лицевой стороне системы фотоэлементов. Герметизирующий слой обеспечивает защиту системы фотоэлементов и обеспечивает определенную механическую стабильность фотоэлементов, что является важным, поскольку фотоэлементы на основе кремния могут выдерживать только очень ограниченную механическую нагрузку, также как и тонкопленочный тип фотоэлементов, такой как CIGS-фотоэлемент. На тыльной стороне герметизирующего слоя расположен барьерный слой. Барьерный слой обеспечивает дополнительную механическую стабильность и изолирует тыльную сторону фотоэлектрического модуля от действия окружающей среды. На лицевой стороне герметизирующего слоя системы фотоэлементов расположены дополнительные слои. Эти слои представляют собой первый SiO_x слой, основной веб-слой, второй SiO_x слой, необязательный слой фотолака, клеевой слой, слой стекла и серебряный низко-Э слой, который расположен или в одном из слоев на лицевой стороне или между двумя слоями, расположенными на лицевой стороне системы фотоэлементов.

Структура ламината фотоэлектрического модуля включает высоко теплоотражающий слой в виде серебряного низко-Э покрытия. Такое серебряное низко-Э покрытие успешно обеспечивает эффективное теплоотражение. Однако поскольку серебро очень чувствительно к коррозии при контакте с влагой, серебряное низко-Э покрытие должно быть защищено от действия влаги. Расположением серебряного низко-Э покрытия в одном из слоев на лицевой стороне или между любыми двумя слоями на лицевой стороне фотоэлектрического модуля успешно достигают минимизации действия влаги на серебряное низко-Э покрытие. Следовательно, коррозия серебряного низко-Э покрытия успешно замедляется или даже предотвращается. Это в свою очередь, способствует эффективной, стабильной и оптимизированной генерации электроэнергии из фотоэлектрической системы.

Первый SiO_x слой (1,3<х<1,9) контактирует с лицевым герметизирующим слоем с одной стороны и основным веб-слоем с противоположной стороны.

Основной веб-слой обычно сделан из перфорированных тензидов (ПФТ), таких как перфорированные алкилсульфонаты (ПФАС), например, перфтороктановые сульфонаты (ПФОС), и перфорированные карбоновые кислоты (ПФКК), например, перфтороктановая кислота (ПФОК). На основном веб-слое расположен второй SiO_x слой (1,3<х<1,9). На втором SiO_x слое расположен необязательный слой фотолака. На слое фотолака находится клеевой слой, который контактирует со слоем стекла, который изолирует лицевую сторону фотоэлектрического модуля от окружающей среды. Серебряное низко-Э покрытие должно быть расположено или в одном из лицевых слоев, или между двумя из них для того, чтобы минимизировать его контакт с влагой.

Герметизирующий слой содержит сшиваемый материал, такой как этиленвинилацетат (ЭВА), полиолефиновый эластомер (ПОЭ), поливинилбутираль (ПВБ) и эпоксидные смолы. Эти материалы применяются для закрепления фотоэлементов в конструкции фотоэлектрического модуля и обеспечения механической устойчивости и устойчивости к действию окружающей среды, а также для электрической изоляции.

Слой фотолака содержит гибридный полимер на основе оксида кремния, например, доступный как Ormocer^®. Клеевой слой содержит полиуретановый клей.

В предпочтительном варианте реализации изобретения фотоэлектрического модуля согласно данному изобретению серебряное низко-Э покрытие расположено между стеклянным слоем и клеевым слоем. Таким образом, серебряное низко-Э покрытие защищено от контакта с водяным паром, который может просачиваться в фотоэлектрический модуль с его граней.

В дополнительном предпочтительном варианте реализации изобретения серебряное низко-Э покрытие, в альтернативном варианте, расположено между основным веб-слоем и SiO_x слоем. Предпочтительно серебряное низко-Э покрытие расположено между основным веб-слоем и вторым SiO_x слоем.

В другом варианте реализации изобретения серебряное низко-Э покрытие расположено в лицевом герметизирующем слое системы фотоэлементов. Герметизирующие материалы, применяемые в системе фотоэлементов, как правило, представляют собой сшиваемые полимеры, например, этиленвинилацетат (ЭВА), полиолефиновый эластомер (ПОЭ), поливинилбутираль (ПВБ) и эпоксидные смолы, или применяются силиконы в виде плиты или жидкого клея в процессе производства фотоэлектрического модуля. Таким образом, теплоотражающая пленка в виде серебряного низко-Э покрытия применяется в герметизирующем слое как покрытие, нанесенное экструзией. Это также считается серебряным низко-Э покрытием, расположенным между двумя более тонкими герметизирующими слоями, по сравнению с одним герметизирующим слоем.

В предпочтительном варианте реализации изобретения клеевой слой содержит водонепроницаемый клей. Предпочтительным водонепроницаемым клеем является полиуретановый клей.

Герметизирующий слой системы фотоэлементов, как правило, содержит сшиваемые полимеры. Предпочтительными являются полимеры, выбранные из группы, содержащей этиленвинилацетат (ЭВА), полиолефиновый эластомер (ПОЭ), поливинилбутираль (ПВБ) и эпоксидные смолы.

Герметизирующий слой дополнительно содержит осушитель. Такой осушитель дополнительно уменьшает остаточный водяной пар, который остается в фотоэлектрическом модуле после его производства. Осушитель, содержащийся в герметизирующем слое, также нейтрализует водяной пар, который просачивается в фотоэлектрический модуль, например, сквозь грани модуля, и, таким образом, успешно минимизирует количество водяного пара и последующую коррозию серебряного низко-Э покрытия в фотоэлектрическом модуле. Широко используемые осушители представляют собой CaCl₂, CaO, K₂CO₃, CuSO₄, Na₂SO₄ и KOH, СаО представляет собой предпочтительный осушитель.

В другом варианте реализации изобретения, барьерный слой содержит алюминиевую фольгу, предпочтительно имеющую толщину более чем 20 микрон, и менее чем 150 микрон. Алюминиевая фольга в барьерном слое предотвращает просачивание водяного пара сквозь барьерный слой. Дополнительно, она также отражает инфракрасное излучение от тыльной поверхности фотоэлектрического модуля и улучшает эффективность генерации электроэнергии, которая, в противном случае, ухудшалась бы при нагревании фотоэлектрического модуля.

В дополнительном варианте реализации изобретения барьерный слой содержит пленку, содержащую этиленвинилацетат (ЭВА) и осушитель, причем пленку приводят в контакт с тыльным герметизирующим слоем.

В предпочтительном варианте реализации изобретения лента, поглащающая влагу и водяной пар, например, содержащая СаО как осушитель, расположена вдоль граней фотоэлектрического модуля. Предпочтительно, лента, поглащающая водяной пар, расположена вдоль всех граней фотоэлектрического модуля. Это эффективно предотвращает проникновение влаги или просачивание водяного пара сквозь боковые поверхности контакта.

В дополнительном предпочтительном варианте реализации изобретения фотоэлектрический модуль заключен в каркас, содержащий осушитель. Такой осушитель расположен между фотоэлектрическим модулем и каркасом, например, в полостях, образованных каркасом и фотоэлектрическим модулем. Это дополнительно минимизирует проникновение влаги или водяного пара и, следовательно, защищает серебряное низко-Э покрытие от коррозии.

Фотоэлектрический модуль согласно данному изобретению объяснен более подробно ниже, со ссылками на типовые варианты реализации изобретения в графических материалах, в которых, чисто схематически:

На Фиг. 1 изображен первый вариант реализации изобретения фотоэлектрического модуля в продольном разрезе;

На Фиг. 2 изображен второй вариант реализации изобретения фотоэлектрического модуля в продольном разрезе;

На Фиг. 3 изображен третий вариант реализации изобретения фотоэлектрического модуля в продольном разрезе;

На Фиг. 4 изображен дополнительный вариант реализации изобретения фотоэлектрического модуля с окружным каркасом в продольном разрезе;

На Фиг. 1 изображен фотоэлектрический модуль 1 согласно данному изобретению. Легко понять, что фотоэлектрический модуль 1 имеет ламинатную структуру. Система фотоэлементов 3 имеет герметизирующий слой 5, расположенный на тыльной стороне, и герметизирующий слой 7, расположенный на лицевой стороне, соответственно. С целью дополнительной защиты системы фотоэлементов 3 барьерный слой 9, который контактирует с герметизирующим слоем 5, расположен на тыльной стороне системы фотоэлементов 3. На лицевой стороне системы фотоэлементов 3 находится первый SiO_x слой 11 и второй SiO_x слой 15, с основным веб-слоем 13, помещенным между SiO_x слоями 11 и 15, расположенными на герметизирующем слое 7. Второй SiO_x слой покрыт слоем фотолака 17, который, в свою очередь, контактирует с клеевым слоем 19. Между клеевым слоем 19 и слоем стекла 23 расположено серебряное низко-Э покрытие 21. Слой стекла 23 завершает лицевую сторону системы фотоэлементов 3.

На Фиг. 2 изображен дополнительный вариант реализации изобретения фотоэлектрического модуля 1 согласно данному изобретению. В этом варианте реализации изобретения серебряное низко-Э покрытие 21 расположено между основным веб-слоем 13 и вторым SiO_x слоем 15.

На Фиг. 3 изображен третий вариант реализации изобретения фотоэлектрического модуля 1 согласно данному изобретению. Серебряное низко-Э покрытие 21 расположено в герметизирующем слое 7 на лицевой стороне системы фотоэлементов 3.

На Фиг. 4 изображен фотоэлектрический модуль, имеющий такую же ламинатную структуру, как изображено на Фиг. 1. Дополнительно, изображен каркас 25, защищающий грани фотоэлектрического модуля 1. Каркас 25 приклеен к фотоэлектрическому модулю 1 клеевой пленкой 27. Закрытые полости 29, которые простираются вдоль всего фотоэлектрического модуля 1 содержат осушитель 31.

Данное изобретение относится к фотоэлектрическому модулю в виде ламината, который демонстрирует систему фотоэлементов, имеющую герметизирующий слой на тыльной стороне и на лицевой стороне, барьерный слой, расположенный на тыльном герметизируем слое и на лицевом герметизирующем слое, первый SiO_x слой, основной веб-слой, второй SiO_x слой, необязательный слой фотолака, клеевой слой и слой стекла, причем серебряное низко-Э покрытие расположено в одном или между двумя лицевыми слоями, таким образом, защищая чувствительное к коррозии серебряное покрытие с низкой эмиссионной способностью (низко-Э покрытие) от действия влаги. Изобретение обеспечивает формирование фотоэлектрического модуля, избавленного от недостатка пониженного отражения инфракрасного излучения из-за коррозии серебряного слоя и, таким образом, ограничения эффективности генерации электроэнергии. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Фотоэлектрический модуль (1) в виде ламината, который содержит систему фотоэлементов (3), имеющую герметизирующий слой (5) на тыльной стороне и герметизирующий слой (7) на лицевой стороне системы фотоэлементов, барьерный слой (9), расположенный на тыльном герметизирующем слое (7), первый SiO_x слой (11), основной веб-слой (13), второй SiO_x слой (15), необязательный, слой фотолака (17), клеевой слой (19) и слой стекла (23), причем серебряное покрытие с низкой эмиссионной способностью (низко-Э покрытие) (21) расположено в одном или между двумя лицевыми слоями системы фотоэлементов (3).

2. Фотоэлектрический модуль по п. 1, отличающийся тем, что серебряное низко-Э покрытие (21) расположено между слоем стекла (23) и клеевым слоем (19).

3. Фотоэлектрический модуль по п. 1, отличающийся тем, что серебряное низко-Э покрытие (21) расположено между SiO_x слоем (15) и основным веб-слоем (13).

4. Фотоэлектрический модуль по п. 1, отличающийся тем, что серебряный (21) слой расположен в лицевом герметизирующем слое (7).

5. Фотоэлектрический модуль по пп. 1-4, отличающийся тем, что клеевой слой (19) содержит водонепроницаемый клей.

6. Фотоэлектрический модуль по п. 5, отличающийся тем, что водонепроницаемый клей представляет собой полиуретановый клей.

7. Фотоэлектрический модуль по пп. 1-6, отличающийся тем, что герметизирующий слой содержит герметизирующий материал, выбранный из группы, содержащей этиленвинилацетат (ЭВА), полиолефиновый эластомер (ПОЭ), поливинилбутираль (ПВБ) и эпоксидные смолы.

8. Фотоэлектрический модуль по пп. 1-7, отличающийся тем, что герметизирующий слой (5, 7) содержит осушитель.

9. Фотоэлектрический модуль по пп. 1-8, отличающийся тем, что барьерный слой (9) содержит алюминиевую фольгу, предпочтительно имеющую толщину более, чем 20 микрон и менее, чем 150 микрон.

10. Фотоэлектрический модуль по пп. 1-9, отличающийся тем, что барьерный слой (9) содержит пленку, содержащую этиленвинилацетат и осушитель, причем пленку приводят в контакт с тыльным герметизирующим слоем (5).

11. Фотоэлектрический модуль по пп. 1-10, отличающийся тем, что водонепроницаемая лента расположена вдоль граней фотоэлектрического модуля (1).

12. Фотоэлектрический модуль по пп. 1-11, который расположен в каркасе (25), дополнительно содержащий осушитель (31), причем осушитель расположен между фотоэлектрическим модулем и каркасом.