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CN1112734C - 具有三层结构表面覆盖材料的太阳能电池组件 - Google Patents

具有三层结构表面覆盖材料的太阳能电池组件 Download PDF

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CN1112734C
CN1112734C CN94190926A CN94190926A CN1112734C CN 1112734 C CN1112734 C CN 1112734C CN 94190926 A CN94190926 A CN 94190926A CN 94190926 A CN94190926 A CN 94190926A CN 1112734 C CN1112734 C CN 1112734C
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Abstract

一种太阳能电池组件，包括：光电元件、充填材料、以及外层透光部件，其特征在于：该外层透光部件具有由内侧硬树脂层、粘附层和最外树脂层形成的三层结构；上述内侧硬树脂层由硬度在肖氏D级硬度中是50或更高的树脂制成，且厚度为50至125μm；上述粘附层的总透射率，对于波长在400nm以上的光是90%以上；对于波长是380nm的光是50%以上；对于波长350nm以下的光是10%以下；上述最外树脂层由对水的接触角是70°或更高的树脂制成。

Description

具有三层结构表面覆盖材料的太阳能电池组件
本发明涉及一种太阳能电池组件，该电池组件气候性、耐热性、耐湿性和耐刮性良好并且具有一种抗外部压力的良好防护能力。更详细地说，本发明涉及一种太阳能电池组件，该电池组件包括一个被一种充填材料密封的光电元件(即，一个太阳能电池和一种具有一个三层结构的覆盖材料(把该三层结构配置在该太阳能电池的一个光接收表面上)，其中上述覆盖材料由以下三层组成：第一层由硬树脂构成，其硬度在肖氏D级硬度中是50或更高(以下把该层称为硬树脂层)；第二层具有一种吸收易于使该硬树脂层的性能变坏的紫外线和透过该太阳能电池的光电转换所必需的光的功能以及具有一种粘附功能(以下把该层称为粘附层)；第三层由一种耐气候性良好的树脂构成(该树脂本身对于热、光和潮湿来说性能是稳定的)(以下把该层称为最外层)。在该光电元件的该光接收表面一侧以上述硬树脂层、粘附层和最外层的顺序进行层叠。在本发明的太阳能电池组件中的具有上述三层结构的覆盖材料使该光电元件免受一种外部压力的作用，并且满足该太阳能电池组件所必需的耐气候性、耐热性、耐湿性和耐刮性。
按照惯例已提出许多种薄膜型的太阳能电池。典型的一种薄膜型太阳能电池是一种非晶硅薄膜太阳能电池(α-Si薄膜太阳能电池)。已知有以下一种α-Si薄膜太阳能电池的类型：其中在一个导电体衬底上提供一个起一种光电变换元件的作用的α-Si半导体薄膜，并且在该半导体薄膜上提供一个透明的导电层。在把具有上述结构的α-Si薄膜太阳能电池用作一种电源装置时，必须对光入射面上的该α-Si太阳能电池的表面进行保护，这一点与具有把玻璃板用作衬底的结构的太阳能电池的情况不同。为此目的，在光入射面上的该α-Si太阳能电池的表面上提供一个保护装置在该保护装置中，最重要的是充分地透过日光，由此来保持该太阳能电池的转换效率。也要求该保护装置具有一种保护该太阳能电池的内部使之免受风、雨和其它外部压力的影响的能力(以下把该能力称为一种内部保护能力)。对该保护装置本身来说，不因光、热和潮湿的影响而导致性能变坏、变色和降低机械强度也是重要的。已知这样一种保护装置的类型：其中在该光接收表面上提供一个耐气候性良好的透明树脂层作为一个表面覆盖层，并且在该透明的树脂层内提供一种由热塑性透明树脂制成的充填材料。该作为表面覆盖层的树脂层通常由一种丙烯酸树脂膜或一种氟树脂膜(如一种四氟乙烯-乙烯共聚物膜或氟化聚乙烯膜)组成。如以上所描述的，把上述充填材料插在该表面覆盖层和该太阳能电池之间。通常应用EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)、丁缩醛树脂等作为该充填材料。通过充填材料在该太阳能电池的导电衬底的背面提供一个背面膜。采用一种尼龙膜、一种氟树脂层叠的铝膜等作为该背面膜。此外，在实际的太阳能电池组件中，通过充填材料在上述背面膜的背面上提供一种增强材料。因此，要求插在该表面覆盖层和该太阳能电池间和在该导电衬底和该背面膜间的各种充填材料具有作为粘附剂的功能和保护光电元件使之免受来自外部的刮伤和冲击的功能。
但是，具有上述结构的该保护装置的内部保护能力依在光接收表面上的、由表面覆盖层组成的覆盖材料和充填材料的厚度而定。具体地说，当覆盖材料的厚度增加时，内部保护能力增加；反之当覆盖材料的厚度减少时，内部保护能力下降。但当在光接收表面一侧上的表面覆盖层的厚度增加时，在该表面覆盖层和该充填材料间的界面处由于温度变化的缘故有产生分离的趋势。由此产生的分裂引起下述问题：湿气通过该分裂部分到达太阳能电池，从而不仅使该太阳能电池的性能降低而且通过该渗入的湿气产生漏电流。要求密封该太阳能电池的充填材料具有填平该太阳能电池的凹凸不平之处并冲击到该表面覆盖层上的功能。因此就要求该充填材料具有一种如橡胶的弹性。此外，当该表面覆盖材料的厚度增加时，该材料的透光率降低，从而使该太阳能电池的转换效率下降。通常用下述工艺过程来制造具有上述结构的太阳能电池组件。也就是说，把作为在光接收表面上的表面覆盖层的一个树脂层、一种表面侧的充填材料、一个太阳能电池、一种背面侧的充填材料和一个背面膜层叠在一起，然后用一个真空层压机进行热压。在该制造方法中，由于在热压时该太阳能电池组件的端部成为一种紧密接触的状态，故有时空气遗留在该光接收表面上的该充填材料与该表面覆盖材料间和在该充填材料和该太阳能电池间的一部分内部中。其结果是气泡常常遗留在该密封了的太阳能电池组件中。以上述方式遗留在该太阳能电池组件内的气泡由于温度变化的缘故反复地膨胀和收缩，从而导致覆盖材料的分裂。这样产生的分裂引起上述问题：即湿气通过该分裂部分到达该太阳能电池，从而使转换效率降低。此外，该遣留下来的气泡使该太阳能电池组件的外观变坏，从而使产品的成品率降低。
已知有一种解决上述问题的方法，即在光接收表面上的该充填材料和该表面覆盖层间和在该充填材料和该太阳能电池间插入非编织的玻璃纤维帘布，然后把它们层叠在一起。在该方法中，用玻璃纤维对该表面覆盖材料进行增强处理，从而提高了该表面覆盖材料的机械强度。由于机械强度的提高，使该表面覆盖材料抵抗外力的内部保护能力增加，从而可使该表面覆盖材料的厚度适当减薄。这样就可防止当光接收表面上的表面覆盖层的厚度较厚时易于产生的上述分裂现象。此外，由于可使该表面覆盖材料的厚度适当减薄，可抑制该表面覆盖材料的透光率的降低，由此来防止该太阳能电池的转换效率的降低。在该太阳能电池组件的制造工艺中，由于在光接收表面侧把玻璃纤维插在该充填材料与该太阳能电池间和插在该充填材料和该表面覆盖材料间，故即使对该太阳能电池组件进行加压时，在该太阳能电池组件的端部处可保证有空气排出通路，从而易于进行抽真空和消除残余气泡。但在这种情况下，该玻璃纤维不可避免地会从该太阳能电池组件的端部处暴露出来，从而湿气容易通过该玻璃纤维渗入该太阳能电池组件内，而该渗入的湿气有时对该太阳能电池产生不利的影响。为了防止玻璃纤维从该太阳能电池组件的端部暴露出来，可考虑一种预先把玻璃纤维的尺寸切成比该太阳能电池组件的尺寸小的方法；但在这种情况下，该太阳能电池组件的端部就缺少空气排出通路，这一点与没有玻璃纤维的结构的情况类似，从而会产生遗留的气泡。因而该方法不能很好地解决上述问题。
本发明者们为了解决现有技术的太阳能电池组件中存在的上述问题已进行了认真的研究，并完成了本发明。
也就是说，本发明者们已对于现有技术的太阳能电池组件的上述覆盖材料的问题进行了实验研究，并已发现通过下述一种方法在不使用在现有技术中使用的玻璃纤维的情况下可解决现有技术的太阳能电池组件的上述问题，在该方法中，用一种充填材料对光电元件(太阳能电池)进行密封并且把具有一种包含一个硬树脂层的多层结构的一种表面覆盖材料配置在该光电元件的光接收表面侧。
在上述认识的基础上，已完成本发明。
本发明的一个主要目的是提供一种改善了的太阳能电池组件，该电池组件具有一种可满足该太阳能电池组件所要求的性能的表面覆盖材料，而不需在现有技术中使用的玻璃纤维，从而可解决现有技术的太阳能电池组件的上述问题。
本发明的另一个目的是提供一种具有表面覆盖材料的太阳能电池组件，该表面覆盖材料擅长于耐气候性、耐热性和与一个光电元件(太阳能电池)的粘附性，并且具有保护该光电元件使之免受来自外部所加力)外部压力)的作用和把该光电元件由于湿气渗入而导致的性能变坏抑制到最低限度的功能，从而在较长的时期内得到所希望的转换效经。
本发明的又一个目的是提供一种改善了的太阳能电池组件，该电池组件包括用一种充填材料密封的光电元件(太阳能电池)和一种配置在该光电元件的光接收表面侧的、具有三层结构的覆盖材料，其中上述覆盖材料包括：一个硬树脂层(其硬度在肖氏D级硬度中是50或更高)；一个粘附层(其功能是吸收其波长使该硬树层性能变坏的紫外线和透过该光电元件产生电能所必需的紫外线，并且也具有一种层粘附的功能)；以及一个在耐气候性方面性能良好的最外层(该树脂本身在耐热、光和潮湿的稳定性方面性能良好)。以上述硬树脂层、粘附层和最外层的顺序进行层叠，因此即使在加上外力(外部压力)时，该光电元件的性能稳定，该表面覆盖材料在耐气候性、耐热性和耐湿性方面性能良好，故不会产生任何分裂现象，而且即使将该组件在室外使用较长的时期，该光电元件的性能也不会变坏，这样就能得到所希望的光电转换效率。
图1是本发明的一个太阳能电池组件的一个实施例的一个示意性截面图；
图2是用于图1中示出的太阳能电池组件的一个太阳能电池元件的一个实施例的一个示意性截面图；
图3是刮痕试验的一个示意性说明图；
图4是显示本发明的一个太阳能电池组件的一个实施例的组成部件的一个视图；
图5是显示一种现有技术的太阳能电池组件的组成部件的一个视图；以及
图6是显示一种现有技术的太阳能电池组件的另一个实施例的组成部件的一个视图。
实施例
本发明是为了解决在现有技术的太阳能电池组件中存在的上述问题和达到上述目的。本发明的太阳能电池组件具有以下结构。也就是说，该太阳能电池组件包括用一种充填材料密封的一个光电元件(太阳能电池)和一种配置在该光电元件的光接收表面侧的、具有一种三层结构的覆盖材料，其中上述覆盖材料包括：一个硬树脂层(其硬度在肖氏D级硬度内是50或更高)；一个粘附层(其功能是吸收其波长使该硬树脂层性能变坏的紫外线和透过该光电元件产生电能所必需的紫外线，并且也具有一种层粘附的功能)；以及一个在耐气候性方面性能良好的最外层(该树脂本身在耐热、光和潮湿的稳定性方面性能良好)。以上述硬树脂层、粘附层和最外层的顺序进行层叠。在本发明的太阳能电池组件中的具有上述三层结构的覆盖材料包含下述功能：(1)防止该光电元件受到一种外部压力的作用，从而保护该太阳电池；(2)满足为该太阳能电池组件所必需的耐气候性、耐热性、耐湿性和耐刮性方面的要求；(3)保证与该光电元件(太阳能电池)的粘附性；(4)把由湿气渗入引起的该光电元件的性能变坏抑制到最低程度；以及(5)在较长的时期内得到该光电元件的所希望的转换效率。
以下将详细地描述具有根据本发明的上述结构的太阳能电池组件。
图1是本发明的一个太阳能电池组件的一个示意性截面图。在图1中，标号101表示一个硬树脂层；102是一个粘附层；103是一个最外层；104是一个充填材料层；105是一个光电单元；以及106是一个背面绝缘层。在图1内示出的太阳能电池组件中，日光穿过该最外层103照射进来，通过粘附层102、硬树脂层101和充填材料层104到达光电元件105。这样一来，通过该光电元件105产生一个电动势。
以下将描述本发明的太阳能电池组件的每个构件。
                    硬树脂层
硬树脂层101由一种树脂制成，该树脂的硬度为肖氏D级硬度的50或更高。要求该硬树脂层101在透明度方面性能良好，并且显示出很强的抵抗外部施加压力等的性能。该硬树脂层由高密度聚乙烯(肖氏D级硬度为60或更高)、聚碳酸酯(肖氏D级硬度为70或更高)、是一种聚酯树脂的聚对苯二甲酸乙二醇酯(肖氏D级硬度为80或更高)、多芳基化合物(肖氏D级硬度为70或更高)或聚酰胺树脂(肖氏D级硬度为70或更高)制成。这些树脂的特定例子包括聚碳酸酯、作为一种聚酯树脂的聚对苯二甲酸乙二醇酯和多芳基化合物是较为可取的。将这些树脂的每一种以膜层的形式来使用是较为可取的。在这些树脂中，聚碳酸酯膜的机械强度是非常高的，而该膜在耐气候性方面性能较差，但通过用粘附层来屏蔽紫外线使得在变色和机械强度方面的性能下降是困难的，其结果是这种膜足以可供实际应用。在聚对苯二甲酸乙二醇的情况下，采用其双轴取向的膜是较好的，这是由于该膜的机械强度是非常高的，而且不会被外加压力撕开和戳穿。该多芳基化合物树脂膜具有很高的耐热温度，因此能很好地经受住在高温下的工作。为了在不降低透光率的情况下保持足够的机械强度，该硬树脂层101的厚度在25至200μm的范围内是较为可取的，如在75至125μm的范围内则为可取。
顺便说说，在用于现有技术的太阳能电池组件的硬树脂膜中，为了改善耐气候性，已知有一种包含一种紫外线吸收剂的类型。但是，所形成的这样一种硬膜的层吸收波长小于约400mn的光，这样就降低了该光电元件的转换效率。因此，在本发明中不使用这种硬膜。
对用于硬树脂层101的上述硬树脂膜进行电晕放电处理臭氧化或涂底剂处理用以保证与充填材料104和粘附层102的粘附性是较为可取的。
                     粘附层
要求粘附层102显示出一种保护硬树脂层101使之免受紫外线照射以及透过该光电元件的光电转换所必需的光的功能。此外，必须保证该粘附层102与最外层103和硬树脂层101的粘附强度。在光电元件由α-Si构成并具有许多个光电转换层的情况下，在各光电转换层内进行光电转换的光的波长是互不相同的。如果通过粘附层102屏蔽3把短波长的光转换为电能的某一层所必需的光的话，则会减少在该光电转换层内产生的电流，从而降低该光电元件的转换效率。为了防止该光电元件的转换效率的降低，该粘附层102由一种特定的树脂膜制成，该树脂膜具有一个总的透射率，对波长400nm以上的光该透射率是90％以上、对波长为380nm的光是50％以上、对波长350nm以下的光是10％以下是较为可取的，如对波长400nm以上的光该透射率是95％以上、对波长为380nm的光是80％以上、对波长350nm以下的光是5％以下则更为可取。为了得到该粘附层的这种总的透光率，该粘附层由一种具有下述的粘附性的树脂所形成，以规定的量在该树脂中混入下述紫外线吸收剂。此外，要求该粘附层102对于用于光电转换的光是透明的。可满足对该粘附层的要求和能形成所希望的粘附层的树脂的具体例子包括乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、硅树脂和丙烯酸树脂。在粘附层102的粘附强度不足的情况下，可采用硅烷偶联剂或钛酸盐偶联剂来增加粘附强度。在构成该粘附层102的上述粘附树脂中加入一种紫外线吸收剂以使该粘附层得到所希望的紫外线屏蔽功能是较为可取的。所使用的紫外线吸收剂包括有机紫外线吸收剂和无机紫外线吸收剂。可使用苯基系列、水杨酸盐系列、苯并三唑系列和丙烯腈系列的紫外线吸收剂作为该种有机紫外线吸收剂是较为可取的。该有机紫外线吸收剂的具体例子包括2-羟基-4-甲氧基二甲丙酮，2-羟基-4-n-辛氧基二甲丙酮和2-(2-羟基-5-t-辛苯基)-苯并三唑是更为可取的。该无机紫外线吸收剂的具体例子包括TiO2、CeO2、ZnO和SnO2是较为可取的。
                      最外层
最外层103对于热、光和潮湿是稳定的(在耐气候性方面性能良好)这一点是重要的。此外，希望该最外层能防止因沾污导致该光电元件的效率的降低。为此目的，希望该最外层抗水性良好。按照与水的接触角，抗水性是50°或更高是较为可取的，如抗水性是70°或更高则更为可取。最外层103由氟树脂或硅树脂形成。在较佳的方式下，最外层103由氟树脂形成。氟树脂的具体例子包括四氟乙烯—乙烯共聚物、氯化三氟乙烯树脂、四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯、氟乙烯叉和氟乙烯树脂。对由这种树脂制成的最外层进行电晕处理、臭氧化或涂底剂处理以保证其与粘附层102的粘附强度是较可取的。
                   充填材料层
要求充填材料层104在背面绝缘膜101与光电元件105间和在光电元件105与硬树脂层101间具有一定的粘附强度。该充填材料层必须是热塑性的，以便填平在光电元件105上的凹凸不平之处和使硬树脂层平整。要求配置在光电元件105的光入射一侧的充填材料层是透明的。该充填材料层104由乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、硅树脂、环氧树脂或丙烯酸树脂制成。配置在背面上的充填材料层可以是不透明的。用于充填材料层的树脂可加入一种交联剂、防热氧化剂等以便改善耐热性，而且也可加入一种紫外线吸收剂或防光氧化剂以便改善光稳定性。在充填材料层与光电元件间的粘附强度是不足的情况下，可通过加入一种硅烷偶联剂或钛酸盐偶联剂来改善粘附强度。
              光电单元(太阳能电池)
本发明的光电元件103的构成方式是至少在一个导电衬底上形成作为一个光电转换部件的一个半导体光敏层。图2是显示该光电元件的一个实例的结构的一个示意图。在图2中，标号201表示一个导电衬底，202是一个背面反射层，203是一个半导体光敏层，204是一个透明导电层，以及205是一个收集电极。该导电衬底201的功能是作为该光电元件(太阳能电池)的一个底座，也起到一个下电极的作用。该导电衬底201例如由硅、钽、钼、钨、不锈钢、铝、铜、钛、碳片、镀铅钢板、带有一个导电层的树脂膜或陶瓷组成。在该导电衬底201上可形成一个金属层、一个金属氧化层或金属层和金属氧化层来作为背面反射层202。在这种情况下，该金属层举例来说可由Ti、Cr、Mo、W、Al、Ag或Ni构成。该金属氧化层举例说由ZnO、TiO2或SnO2构成。该金属层和该金属氧化层可通过电阻加热蒸发、电子束蒸发或溅射来形成。将该半导体光敏层203用于光电变换，该光敏层203由一种pn结多晶硅、pin结非晶硅或一种化合物半导体(如CuInSe2、CuInS2、GaAs、CdS/Cu2S、CdS/CdTe、CdS/InP或CdTe/Cu2Te)构成。可通过下述一种方法来形成由多晶硅构成的半导体光敏层：在该方法中，把熔融的硅模制成薄片或对非晶硅进行热处理。通过使用硅烷气体作为一种原材料的等离子CVD(化学汽相淀积)法来形成由非晶硅构成的半导体光敏层。通过离子镀、离子束淀积、真空蒸发、溅射或电子淀积来形成由一种化合物半导体构成的半导体光敏层。透明导电层204起到该光电元件(太阳能电池)的上电极的作用。该透明导电层204举例来说由In2o3、SnO2、In2o3-SnO3-Sno2(ITO)、ZnO、TiO2、Cd2Sno4或一种用杂质进行高掺杂的结晶半导体层构成。可通过电阻加热蒸发、溅射、喷镀、CVD或杂质扩散法来形成该透明导电层204。可在该透明导电层204上提供一种栅格状的收集电极205，以便有效地收集电流。使用一种导电膏来作为用于该收集电极205的材料的一个具体例子，在该导电膏中，把银、金、铜、镍或碳的细粉分散在一种粘合剂聚合物中。该种粘合剂聚合物的具体例子包括如聚酯、环氧树脂、丙烯、醇酸树脂、聚乙酸乙烯酯、橡胶、尿烷和苯酚等的树脂。在使用上述导电膏的情况下，通过一种涂敷法来形成该收集电极。除了该方法外，可通过使用一个掩模图形的溅射法、电阻加热法、CVD法、一种图形形成法(在该法中先在整个表面上蒸发一个金属膜，然后通过刻蚀除去不需要的部分)、一种通过光CVD法直接形成一个栅格电极图形的方法和一种先形成一个栅格电极图形的一个反图形的一个掩模然后进行电镀的方法来形成该收集电极。把输出端206固定到该导电衬底和该收集电极，以便输出电动势。通过下述方法把输出端固定在该导电衬底上：在该方法中，把一个金属体(如铜接片)通过点焊或焊接连接到该导电衬底上。通过下述方法把输出端固定在该收集电极上，在该方法中，使用导电胶粘剂或一种焊料207把该金属体电连接到该收集电极上。在把输出端固定到该收集电极205上时，提供一个绝缘体208来防止由于该输出端与该导电衬底和半导体层间的接触而引起的短路是较为可取的。把具有上述结构的光电元件(太阳能电池)按照所希望的电压或电流进行串联或并联连接。可把许多个具有上述结构的光电元件集成在一个绝缘衬底上以得到所希望的电压或电流。
                   背面绝缘层
在具有一个导电衬底的一个光电元件(太阳能电池)的情况下，提供该背面绝缘层106以使该导电衬底与该太阳能电池组件的外部完全绝缘。该背面绝缘层106由尼龙、聚乙烯、聚酯或聚苯乙烯的膜层形成。
以下将参照实施例详照地描述本发明。此外，本发明不局限于这些实施例。
                    实施例1
在本实施例中，制成具有在图1中示出的结构的一种太阳能电池组件。
首先，制成一个背面绝缘层部件401、一个背面侧充填材料部件402、一个光电元件(太阳能电池)403、一个正面侧充填材料部件404、一个硬树脂层部件405、一个粘附层部件406、和一个最外层部件407。然后把这些部件401至407层叠在一起(如图4中所示)以制成本发明的太阳能电池组件。
使用尼龙(由Du Pont公司生产的)商标名：DARTEK(厚度：75μm)，作为背面绝缘层部件401。
按如下方法制成各个充填材料层部件402和404以及粘附层部件406：也就是说，把100份(按重量)的EV A(由Mitsi/Du Pont聚合物化学公司生产的)商标名：EV AFLEX 150、1.5份(按重量)的一种交联剂(由Penwort公司生产的商标名：LUPERSOL、0.3份(按重量)的一种紫外线吸收剂(由Cyanamid公司生产)商标名：Cyasorb 531、0.2份(按重量)的一种防氧化剂(由Uniroyal公司生产)商标名：Nowguard P和0.1份(按重量)的一种光稳定剂(由公司生产)商标名：Chinubin 770混合在一起，把由此得到的混合物通过有一个丁形压模的一个挤压机进行挤压成形，从而以一种膜的形式制成各个部件。由此制成的作为粘附层部件406的膜的厚度是100μm。作为各个充填材料层部件402和404的膜的厚度是150μm。
按如下方法制成具有图2中示出的结构的光电元件403：也就是说，首先制成事先清洗好的带状的不锈钢衬底201。在该衬底上通过溅射法依次形成一个Al层(厚度：5000)和一个ZnO层(厚度：5000)作为背面反射层202。然后通过等离子CVD法制成一种级联型的α-Si光电转换半导体层203，该层的结构如下：n-层(膜厚150)/i-层(膜厚4000)/p-层(膜厚l00)/n-层(膜厚100)/i-层(膜厚800)/p-层(膜厚100)。在这种情况下，使用SiH4、PH3和H2的一种混合气体来形成n型a-Si层；使用SiH4和H2的一种混合气体来形成i型α-Si层，以及使用SiH4、BF3和H2的一种混合气体来形成P型微细晶粒μc-Si层。接着通过下述方法形成作为透明导电层204的一个In2O3薄膜(厚度：700)：在该方法中，通过电阻加热在一种O2气氛下蒸发In。把由此得到的样品切成许多元件(尺寸：30cm×15cm)。在许多个元件中选出二个，通过使用银膏(由Du Pont公司生产的)商标编号：#5007的丝网，印制在每个元件上形成一个收集栅格电极205，由此得到一个太阳能电池元件。通过使用银膏(由Kesuru公司生产的)商标编号：#220的粘合以及经过一个铜接片(厚度：50μm)把二个太阳能电池元件互相串联连接起来。此外，使用一个铜接片(厚度：50μm)和银膏(商标编号：#220，由Kesuru公司生产)从该不锈钢衬底处固定一个输出端。接着为该元件提供一个聚酰胺树脂膜(商标名：Kapton，(厚度：50μm)由3M公司生产)作为在图2中示出的绝缘体208，并且使用一个铜接片(厚度：50μm)和银膏(商标编号：#220，由Kesuru公司生产)连接另一个输出端。这样一来就制成光电元件403。
制成一个聚碳酸酯膜(商标名：IUPILON(厚度：100μm，硬度：在肖氏D级硬度内是52)，由三菱气体化学公司生产)作为硬树脂层部件405。把该聚碳酸酯膜与充填材料和粘附层的粘合表面进行电晕放电处理。
制成作为一个氟树脂膜的一个ETFE(商标名：AFLEX(厚度：50μm)，由朝日玻璃公司生产)来作为最外面的树脂部件407。对该ETFE膜与粘附层的粘合表面进行电晕处理。
在具有加热源的铝板(厚度：20mm)上，以背面绝缘层部件401、背面侧充填材料层部件402光电元件403、正面侧充填材料层部件404、硬树脂层部件405、粘附层部件406和最外层部件407的顺序把它们层叠起来从而得到一个层叠体。把一块耐热硅橡胶(厚度：3mm)放在该层叠体上。其后通过真空泵在10mmHg的真空中对该层叠体的内部进行抽真空。在该情况下使用一个O形环作为一个密封垫。在进行充分的抽真空之后，对该层叠体进行加热，从室温升到150℃，并在150℃处维持20分钟。这样就得到一个太阳能电池组件。采用上述方法得到许多个太阳能电池组件。
对由此得到的太阳能电池组件用下述方法进行性能检测。
                    刮痕试验
刮痕试验是用于检查该太阳能电池组件的表面覆盖材料对抗来自外部施加的刮痕的保护能力是否充分。在该试验中，首先让一个不锈钢刀片302以152.4mm/秒的速度在箭头D的方向上沿该太阳能电池组件的表面移动，同时加上一个4磅的力(F)。通过下述方法来进行该试验的性能测定：在该方法中，在该刮痕试验后以下述方式进行高压介质击穿试验，而合格标准是这样确定的，即如在某个太阳能电池组件内所产生的漏电流小于50μA，则认为该电池组件的性能是可以接受的。该刮痕试验是在该接片的上部和外部表面上进行的，这是因为该连接部件位于该太阳能电池部件内的最高位置处。以下将描述该高压介质击穿试验。把经过该刮痕试验后的太阳能电池组件的阳极和阻极进行短路。把由此得到的样品浸在一个电导率为3500ohm.cm的溶液中(包含0.1wt％的TritonX-100(商标名)作为一种表面活性剂)。此时把该刮痕部分浸在该溶液中，而不把该样品的输出端浸在该溶液中。把电源的阻极浸在该溶液中，把该电源的阳极连接到该样品的输出端。在加上2000V电压的条件下进行该测定。根据下述标准在表1中示出测定结果：即，记号○表示只有一个小于0.5μA的电流能流过的情况，记号×表示一个0.5μA或更大的电流能流过的情况。
                  雹子冲击试验
进行雹子冲击试验来检查一个太阳能电池组件的内部对抗一个外部压力的保护能力是否存在。以下述方法来进行该试验：即，让十个直径为1英寸的冰球以23.2米/秒的速度撞击一个太阳能电池组件中机械强度较弱的各个部分(该光电元件的中心，该组件的角部，边缘，该光电元件的连接部分)。对于经过上述试验的太阳能电池组件在分离与碎裂现象存在与否和光电转换效率方面进行性能测定和检验。对于分离与破裂现象存在与否的检验凭肉眼观察就可以进行。通过下述方法来进行关于光电转换效率的检验：在该方法中，测量该雹子冲击试验前后的光电转换效率并且检查二者的变化率。按照下述标准在表1中示出所测定的结果：记号◎表示完全未观察到分离和破裂现象而且该变化率小于5％的情况，记号○表示少量地观察到分离和破裂现象但该变化率小于5％的情况，以及记号×表示常常观察到分离和破裂现象而且该变化率是5％或更高的情况。
               高温/高湿下的粘附力
把一个太阳能电池组件在85℃/85％(相对湿度)的条件下保存100小时，并通过一种交叉型的分离法在85℃/85％(相对湿度)的条件下定性地测定在该覆盖材料的端部处的该太阳能电池组件的粘附强度。根据下述标准在表1中示出所测定的结果：即，记号◎表示粘附强度是良好的情况，记号○表示粘附强度足以在实际中被应用的情况，记号×表示粘附强度不足的情况。
                    耐气候性
对太阳能电池组件进行加速的耐气候性试验。具体地说，太阳能电池组件放在日光气候仪表内并使其经受5000小时的光发射和下雨的循环，在此之后对其在外观变化和光电转换效率方面进行检测。凭肉眼观察来检验外观变化，按下述标准在表1中示出所检验的结果：即，记号◎表示完全未观察到外观变化的情况，记号○表示少量地观察到外观变化但是足以在实际中被使用的情况，以及记号×表示因为观察到分离、破裂和变色现象以致该外观不能在实际中被使用的情况。
通过下述方法来检验光电转换效率：在该方法中，测量在试验后的该太阳能电池组件的光电转换效率，把该测量值与试验前的光电转换效率(把它取为1)相比较，以得到一个相对值。因此在表1示出的值是相对值。此外，略去非晶硅的光电元件本身的性能变坏。
               对抗温度变化的耐久性
使太阳能电池组件经受50次的试验循环(-40℃/1小时：85℃/小时)，用肉眼观察来检验该太阳能电池组件的外观。按照下述标准在表1中示出该检验结果：即，记号◎表示完全未观察到外观变化的情况，记号○表示少量地观察到外观变化但足以在实际中被使用的情况，以及记号×表示因为观察到分离、破裂和变色现象故其外观较差从而严重地影响其可靠性的情况。
                   实施例2
除了把用于硬树脂层405的树脂由聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(商标名：LUMIRROR(厚度：50μm，硬度：在肖氏D级硬度中是90)，由TORAY工业生产)来代替之外，采用与实施例1相同的工艺过程来得到许多太阳能电池组件。
对于由此得到的太阳能电池组件采用与实施例1相同的方法进行检测。在表1示出所检测的结果。
                    实施例3
除了把用于硬树脂层405的树脂由多芳基化合物膜(商标名：EMBLATE(厚度：100μm，硬度：在肖氏D级硬度中是77)，由UNITIKA生产)来代替之外，采用与实施例1相同的工艺过程来得到许多太阳能电池组件。
对于由此得到的太阳能电池组件采用与实施例1相同的方法进行检测。在表1中示出所检测的结果。
                     实施例4
除了把用于粘附层部件406的树脂用丁缩醛树脂来代替之外，采用与实施例1相同的工艺过程来得到许多太阳能电池组件。
把由此得到的太阳能电池组件采用与实施例1相同的方法进行检测。在表1中示出所检测的结果。
                     实施例5
除了把用于粘附层部件406的树脂用甲基丁基—甲基丙烯酸酯共聚物来代替之外，采用与实施例1相同的工艺过程来得到许多太阳能电池组件。
把由此得到的太阳能电池组件采用与实施例1相同的方法进行检测。在表1中示出所检测的结果。
                    比较1
首先制成一个背面绝缘层部件501、一个背面侧充填材料层部件502、一个光电元件(太阳能电池)503、一个正面侧充填材料层部件504和一个最外层部件505。然后采用与实施例1相同的工艺过程如在图5中所示，把这些部件层叠在一起。
把背面绝缘层部件501、背面侧充填材料层部件502、光电元件(太阳能电池)503和最外层部件505做得与实施例1中的相应部件相同。采用与实施例1相同的工艺过程制成正面侧充填材料层部件504，所不同的是其厚度变为350μm。由此来得到许多个太阳能电池。
采用与实施例1相同的方法对由此得到的太阳能电池组件进行检测。在表1中示出所检测的结果。
                   比较例2
除了把最外层部件505的厚度变为100μm之外，采用与比较例1相同的工艺过程来得到许多太阳能电池组件。
采用与实施例1相同的方法对由此得到的太阳能电池组件进行检测。在表1中示出所检验的结果。
                    比较例3
首先，制成一个背面绝缘层部件601、一个背面侧充填材料层部件602、一个光电元件(太阳能电池)603、一个玻璃纤维增强部件604、一个正面侧充填材料层部件605、一个玻璃纤维增强部件606和一个最外层部件607。然后采用与实施例1相同的工艺过程，如图6中所示，把这些部件层叠在一起以制成一个太阳能电池组件。
把背面绝缘层部件601、背面侧充填材料层部件602、光电元件(太阳能电池)603和最外层部件607做得与实施例1中的相应部件相同。采用与实施例1相同的工艺过程制成正面侧充填材料部件604，所不同的是把厚度变为350μm。采用非编织的玻璃纤维帘布(商标名：Crane glass 230，由Crane Glass公司生产)来作为各个玻璃纤维增强部件604和606。由此得到许多个太阳能电池组件。
采用与实施例1相同的方法对由此得到的太阳能电池组件进行检测。在表1中示出所检测的结果。
从表1中可明显看出，在本发明的太阳能电池组件中，即使在加上任何外力时，该光电元件的性能也是稳定的，该表面覆盖材料在耐气候性、耐热性和耐湿性方面性能是良好的，不产生任何分离现象，而且即使在室外使用很长时期也可防止该光电元件的性能变坏，从而可得到所希望的光电转换效率。
具体地说，本发明的太阳能电池组件包括一个用一种充填材料密封的光电元件(太阳能电池)和一种具有三层结构的覆盖材料(把该三层结构配置在该光电元件的光接收面上)，其中上述覆盖材料包含一个硬树脂层(其硬度在肖氏D级硬度中是50或更高)、一个粘附层(其功能是吸收其波长使上述硬树脂层性能变坏的紫外线而透过该光电元件的电能产生所必需的紫外线以及具有一种层粘附功能)和一个在耐气候性方面性能良好的最外层(该树脂本身在耐热、光和潮湿的稳定性方面性能良好)，以上述硬树脂层、粘附层和最外层的顺序把它们层叠起来。因此本发明的太阳能电池组件可得到以下的效果：(1)使该光电元件免受外部所加压力的作用，从而保护该太阳能电池；(2)满足对该太阳能电池组件来说是必需的耐气候性、耐热性、耐湿性和耐刮性；(3)保证与该光电元件(太阳能电池)的粘附性；(4)把由于湿气渗入引起的该光电元件(太阳能电池)的性能变坏抑制到最低温度；以及(5)在较长的时期内达到该光电元件的所希望的转换效率。
                                  表1
   刮痕试验 雹子冲击试验  高温/高湿下的粘附强度       耐气候性  对抗温度变化的耐久性
   外观  转换效率
实施例1 ○ ◎ ◎ ◎ 0.99 ◎
  实施例2     ○   ◎     ◎     ◎     0.98     ◎
  实施例3     ○   ◎     ◎     ◎     0.99     ◎
  实施例4     ○   ◎     ○     ◎     0.98     ◎
  实施例5     ○   ◎     ◎     ◎     0.99     ○
  比较例1     ×   ×     ○     ○     0.95     ○
比较例2 ○ × ○ ○ 0.95 ×
  比较例3     ○   ○     ○     ○     0.96     ○

Claims (7)

1.一种太阳能电池组件，包括：具有作为光转换部件的半导体光敏层的光电元件、密封上述光电元件的充填材料、以及设在上述充填材料之上且位于上述光电元件的光接收表面侧的外层透光部件，其特征在于：
该外层透光部件具有由一个内侧硬树脂层、一个粘附层和一个最外树脂层按该顺序层叠在上述充填材料之上且位于上述光电元件的光接收表面侧而形成的三层结构；
上述内侧硬树脂层由硬度在肖氏D级硬度中是50或更高的树脂制成，且其厚度在50至125μm的范围内；
上述粘附层的总透射率，对于波长在400nm以上的光是90％以上；对于波长是380nm的光是50％以上；对于波长350nm以下的光是10％以下；
上述最外树脂层由对水的接触角是70°或更高的树脂制成。
2.如权利要求1所述的太阳能电池组件，其中：上述粘附层由从乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、硅树脂和丙烯酸树脂中选出的一种的热塑性树脂构成。
3.如权利要求2所述的太阳能电池组件，其中：上述热塑性树脂中含有紫外线吸收剂。
4.如权利要求1所述的太阳能电池组件，其中：上述内侧硬树脂层是从聚碳酸酯树脂和聚酯树脂中选出的一种。
5.如权利要求1所述的太阳能电池组件，其中：上述最外树脂层由氟树脂制成。
6.如权利要求1所述的太阳能电池组件，其中：上述半导体光敏层是一种非晶半导体薄膜。
7.如权利要求6中所述的太阳能电池组件，其中：上述非晶半导体薄膜是非晶硅半导体膜。
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