在一个方面中，本发明以一种包括透明前覆盖物、多个太阳能电池、后覆盖物及 光透射囊封剂的太阳能电模块为特征。所述太阳能电池被配置为通常共面布置且彼此 间隔开。所述后覆盖物与所述前覆盖物间隔开且通常平行于所述前覆盖物，其中所述 太阳能电池安置在所述透明前覆盖物与所述后覆盖物之间。所述后覆盖物具有最接近 于所述透明前覆盖物的表面，所述表面至少在所述太阳能电池之间所暴露的表面的一 部分上反射。所述后覆盖物至少在由所述太阳能电池掩盖的若干区中具有多个预定大 小的穿孔。所述光透射囊封剂安置在所述透明前覆盖物与所述后覆盖物之间。光透射 穿过所述透明前覆盖物且入射于所述太阳能电池之间的若干区中的后覆盖物上。光朝 向所述透明前覆盖物反射且在内部从所述透明前覆盖物朝向所述太阳能电池及后覆盖 物向后反射。所述穿孔使得湿气能够迁移进或迁移出所述光透射囊封剂及所述太阳能 电池。
在一个实施例中，所述后覆盖物是复合后表皮，且所述复合后表皮的最接近于所 述透明前覆盖物的表面具有反射性涂层。在由所述太阳能电池掩盖的若干区的至少若 干部分中，所述后覆盖物的表面上没有所述反射性涂层。所述后覆盖物包括复合后表 皮及安置在所述复合后表皮的最接近于所述太阳能电池的表面上的反射层。所述复合 后表皮及所述反射层由单片制作。
在一个方面中，本发明以一种包括透明前覆盖物、多个太阳能电池、后覆盖物、 光透射囊封剂及反射层的太阳能电模块为特征。所述透明前覆盖物具有前表面及后表 面。所述太阳能电池被配置为通常共面布置且彼此间隔开。所述后覆盖物与所述透明 前覆盖物间隔开且通常平行于所述透明前覆盖物。所述太阳能电池安置在所述透明前 覆盖物与所述后覆盖物之间。所述太阳能电池具有面向所述透明前覆盖物的前表面及 背对所述透明前覆盖物的后表面。每一太阳能电池具有一个前表面及一个后表面。所 述光透射囊封剂安置在所述透明前覆盖物与所述后覆盖物之间。所述反射层安置在所 述太阳能电池与所述后覆盖物之间。所述透明前覆盖物穿过所述透明前覆盖物透射光， 且所述光入射于所述太阳能电池之间的若干区中的反射层上。所述反射层朝向所述透 明前覆盖物引导所述光。所述透明前覆盖物的前表面在内部朝向所述太阳能电池的前 表面向后反射所述光。所述反射层至少在由所述太阳能电池掩盖的若干区中具有多个 预定大小的穿孔。所述穿孔提供进入到所述光透射囊封剂中及从所述光透射囊封剂出 来的湿气运送。
在一个实施例中，所述后覆盖物包括具有面向所述透明前覆盖物的前表面的后表 皮层。在一个实施例中，所述后表皮层具有从约1克/平方米/天到约10克/平方米/天 的渗透指数。在另一实施例中，所述后表皮层包括聚氟乙烯聚合物。在另一实施例中， 所述后表皮层及所述反射层由单片制作以形成复合后表皮。在一个实施例中，所述反 射层包括支撑物层及安置在所述支撑物层的背对所述透明前覆盖物的表面上的反射性 涂层。在再一实施例中，所述光透射囊封剂包括乙烯基乙酸乙酯。在一个实施例中， 所述穿孔形成多个窗口。所述多个窗口中的每一窗口邻近每一太阳能电池的每一后表 面。在另一实施例中，所述反射层是反射性金属。
在一个方面中，本发明以一种包括透明前覆盖物、多个太阳能电池、后覆盖物、 光透射囊封剂及反射层的太阳能电模块为特征。所述透明前覆盖物具有前表面及后表 面。所述太阳能电池被配置为通常共面布置且彼此间隔开。所述后覆盖物与所述透明 前覆盖物间隔开且通常平行于所述透明前覆盖物。所述太阳能电池安置在所述透明前 覆盖物与所述后覆盖物之间。所述太阳能电池具有面向所述透明前覆盖物的前表面及 背对所述透明前覆盖物的后表面。每一太阳能电池具有一个前表面及一个后表面。光 透射层安置在所述透明前覆盖物与所述后覆盖物之间且囊封所述太阳能电池。所述光 透射层包括第一透明材料层及第二透明材料层。第一层邻近所述透明前覆盖物的后表 面安置。第二层邻近所述太阳能电池的若干后表面安置。所述反射层安置在所述太阳 能电池与所述后覆盖物之间。所述透明前覆盖物穿过所述透明前覆盖物透射光且所述 光入射于所述太阳能电池之间的若干区中的反射层上。所述反射层朝向所述透明前覆 盖物引导所述光，且所述透明前覆盖物的前表面在内部朝向所述太阳能电池的前表面 向后反射所述光。所述第一透明材料层包括邻近所述太阳能电池的前表面的一个或一 个以上囊封片，且重量减轻层安置在所述透明前覆盖物的后表面与一个或一个以上囊 封片之间。所述重量减轻层具有小于所述透明前覆盖物的密度，且取代等于所述重量 减轻层的体积的透明前覆盖物的体积。
在一个实施例中，所述第一透明材料层是热固性塑料。在一个实施例中，所述热 固性塑料包括乙烯基乙酸乙酯。在另一实施例中，所述重量减轻层包括乙烯基乙酸乙 酯及离聚物。在一个实施例中，所述重量减轻层包括安置在两个乙烯基乙酸乙酯片之 间的一个或一个以上离聚物片。在另一实施例中，所述透明前覆盖物是具有大约1毫 米到约10毫米的厚度的玻璃片，且所述重量减轻层具有大约约1毫米到约10毫米的 厚度。在再一实施例中，所述透明前覆盖物是具有大约3毫米到大约6毫米的厚度的 玻璃片，且所述重量减轻层具有大约2毫米到大约6毫米的厚度。在一个实施例中， 所述重量减轻层包括两个离聚物片及两个乙烯基乙酸乙酯片。每一离聚物片具有约1 毫米的厚度。每一乙烯基乙酸乙酯片具有约0.5毫米的厚度。所述两个离聚物片接合 于所述两个乙烯基乙酸乙酯片之间。在另一实施例中，所述重量减轻层包括六个乙烯 基乙酸乙酯片，每一乙烯基乙酸乙酯片具有约0.5毫米的厚度。在一个实施例中，所 述透明前覆盖物是具有大约5毫米的厚度的玻璃片，且所述重量减轻层具有大约2毫 米的厚度。在再一实施例中，所述重量减轻层包括具有约1毫米的厚度的离聚物片， 及每一者具有约0.5毫米的厚度的两个乙烯基乙酸乙酯片。所述离聚物片接合于所述 两个乙烯基乙酸乙酯片之间。
在一个方面中，本发明以一种包括透明前覆盖物、多个太阳能电池、后覆盖物、 光透射囊封剂、反射构件及湿气控制构件的太阳能电模块为特征。所述透明前覆盖物 具有前表面及后表面。所述太阳能电池被配置为通常共面布置且彼此间隔开。所述后 覆盖物与所述透明前覆盖物间隔开且通常平行于所述透明前覆盖物。所述太阳能电池 安置在所述透明前覆盖物与所述后覆盖物之间。所述太阳能电池具有面向所述透明前 覆盖物的前表面及背对所述透明前覆盖物的后表面。每一太阳能电池具有一个前表面 及一个后表面。所述光透射囊封剂安置在所述透明前覆盖物与所述后覆盖物之间。所 述反射构件安置在所述太阳能电池与所述后覆盖物之间。所述透明前覆盖物穿过所述 透明前覆盖物透射光，且所述光入射于所述太阳能电池之间的若干区中的反射构件上。 所述反射构件朝向所述透明前覆盖物引导所述光。所述透明前覆盖物的前表面在内部 朝向所述太阳能电池的前表面向后反射所述光。所述湿气控制构件包括多个预定大小 的穿孔，所述穿孔至少在由所述太阳能电池掩盖的若干区中的反射构件中形成。所述 穿孔提供进入到所述光透射囊封剂及从所述光透射囊封剂出来的湿气运送。
在一个方面中，本发明以一种包括透明前覆盖物、多个太阳能电池、后覆盖物、 光透射囊封剂、反射层及重量减轻构件的太阳能电模块为特征。所述透明前覆盖物具 有前表面及后表面。所述太阳能电池被配置为通常共面布置且彼此间隔开。所述后覆 盖物与所述透明前覆盖物间隔开且通常平行于所述透明前覆盖物。所述太阳能电池安 置在所述透明前覆盖物与所述后覆盖物之间。所述太阳能电池具有面向所述透明前覆 盖物的前表面及背对所述透明前覆盖物的后表面。每一太阳能电池具有一个前表面及 一个后表面。光透射层安置在所述透明前覆盖物与所述后覆盖物之间且囊封所述太阳 能电池。所述光透射层包括第一透明材料层及第二透明材料层。第一层邻近所述透明 前覆盖物的后表面安置。第二层邻近所述太阳能电池的若干后表面安置。所述反射层 安置在所述太阳能电池与所述后覆盖物之间。所述透明前覆盖物穿过所述透明前覆盖 物透射光且所述光入射于所述太阳能电池之间的若干区中的反射层上。所述反射层朝 向所述透明前覆盖物引导所述光，且所述透明前覆盖物的前表面在内部朝向所述太阳 能电池的前表面向后反射所述光。所述第一透明材料层包括邻近所述太阳能电池的前 表面的一个或一个以上囊封片。所述重量减轻构件安置在所述透明前覆盖物的后表面 与一个或一个以上囊封片之间。所述重量减轻构件具有小于所述透明前覆盖物的密度， 且取代等于所述重量减轻层的体积的透明前覆盖物的体积。

通过结合附图参考以下说明可更好地理解本发明的以上及其它优点，其中在各个 图式中相同的编号指示相同的结构元件及特征。所述图式未必符合比例，而重点在于 图解说明本发明的原理。
图1是排列在支撑物结构上的所图解说明太阳能电池的片段图解侧正视图。
图2是根据本发明原理的包括重量减轻层的太阳能电池模块的截面的分解示意性 表示。
图3是层压太阳能电池模块的截面的示意性表示，其图解说明根据本发明原理的 光反射。
图4是根据本发明原理的包括重量减轻层的太阳能电池模块的组件的分解示意性 表示。
图5是根据本发明原理的包括重量减轻层的层压太阳能电池模块的截面的示意性 表示。
图6是根据本发明原理的第一透明层的组件的截面的示意性表示。
图7是根据本发明原理的包括复合后表皮的太阳能电池模块的截面的分解示意性 表示。
图8是根据本发明原理的包括湿气渗透区域的太阳能电池模块的平面(俯视)图。
图9是根据本发明原理的包括湿气减轻特征的层压太阳能电池模块的截面的示意 性表示。

本发明涉及包括互连太阳能电池的太阳能电模块的结构及制造，所述太阳能电模 块安置在可透过太阳辐射的大部分光谱的前(顶)保护性支撑物片或超级衬底(其可 以是挠性塑料片或玻璃板)与后(底)支撑物片或衬底之间。说明用于模块构形的元 件及技术，其能够实现更简单的制造程序且提高用于大的商务平屋顶安装的模块的市 场接受性，其中所述模块的总重量可过大。这些元件及技术在使用反射器材料来降低 模块成本(通过将所使用太阳能电池的数目减少到用于不具有光反射器特征的常规模 块中的那些太阳能电池的一半到三分之一)的模块设计中可与聚光原理结合。在一个 方面中，本发明以一种减小模块的重量同时保留光反射材料所产生的成本效益的方法 为特征，从而增加对“低集中器(low concentrator)”一般类别的光反射器太阳能产 品的市场渗透窗口。在另一方面中，本发明以一种通过在模块的背部将光反射及成本 降低元件与称为模块“后表皮”的常规屏障片组合来简化所述模块的构形及制造的方 法为特征。在另一方面中，本发明提供湿气控制特征，例如，在一个实施例中为具有 进入及离开模块内部的受控制湿气入口及出口的后表皮。
本发明的方法简化模块设计及制造，且拓宽太阳能电模块的市场。通过使得模块 中电池的总数目能够减少同时维持模块性能(也就是说，维持与不具有本发明的方法 的模块类似等级的电力输出)来实现成本降低。
图1是排列在支撑物结构上的所图解说明太阳能电池的片段图解侧正视图。图1 图解说明根据颁发给艾米克的美国专利4,235,643的用于光反射器模块的一种常规方 法。图1中所示的方法适合与本发明的方法一同使用，但并不限制本发明。太阳能电 池14排列且安装在支撑物结构10上且随后由光学透明层16覆盖且与光学透明层16 耦合。如图1的常规方法中所示，光学透明覆盖物材料16(举例来说)是电子及太阳 能电池工业一般熟知的硅橡胶囊封材料中的任一种或其它紫外稳定且耐候性材料。
图1适合与本发明的方法一同使用，通过用形成顶层的相对薄的玻璃片及所述薄 顶部玻璃片与太阳能电池14之间的光学透明塑料层取代所述光学透明层来完成重量 控制或减轻目标。本发明的此方法将硬抗刮划保护性玻璃覆盖物的优点与重量较轻(通 常为塑料)的材料的使用结合，如本文中别处更加详细地论述(参见图解说明本发明 的重量减轻方法的图2到图6)。
在图1的常规方法中，排列在支撑物结构10的表面上的太阳能电池14之间的着 陆区域12具有若干小面，所述小面具有光反射性表面18。光反射性表面18可以是镜 射表面、经抛光金属等。
如图1的常规方法中所示，所述小面呈具有光反射性表面18的V状沟槽形式。 所述沟槽的深度通常在约0.001英寸到约0.025英寸的范围内或为光学透明覆盖物材料 16的厚度的大约0.1。由所述小面或沟槽的两个向上倾斜的平面形成的顶点处的角度 20必须在约110度到130度的范围内且优选地为120度的角度。此外，在一个实施例 中，所述沟槽的深度为约0.3毫米。
如图1中所示，有小面区12与太阳能电池14通常共面。在一个实施例中，所述 小面的垂直高度将等于太阳能电池14的厚度且所述小面将经布置使得所述小面将不 会在电池14的底表面下方延伸。
如可在图1中看到，举例来说，通常由附图标记22指定的法向垂直入射太阳能 辐射(其碰撞在通常不活动的着陆区域12上)由提供在着陆区域12中的小面的反射 表面18反射，使得所述辐射重新进入光学媒介16。当所述被反射的辐射到达所述光 学媒介的前表面24时，且如果其构成大于临界角度的角度26，那么所述辐射将被完 全截留且被向下反射到所述后表面。所述临界角度是指入射角度26针对从较密集的媒 介传递到较不密集的媒介的一束光22可具有的最大值。如果入射角度26超过所述临 界角度，那么光束22不会进入所述较不密集的媒介但将在内部被全部反射回到所述较 密集的媒介(光学媒介16)中。
到达的太阳能辐射22可撞击太阳能电池14而非着陆区12，在此情况下其将被吸 收且贡献于所述模块的电输出。此重新引导撞击不活动表面的光使得其将落在活动表 面上的能力准许电池14在每一单位面积的输出损失最小的情况下以较大距离排列，因 此提高输出功率及/或降低太阳能电池模块的成本/瓦。
显著的是，所述小面的几何形状应使得从着陆区域12中的小面的表面18反射的 光不会被邻近小面遮蔽或阻挡。另外，被从表面18及着陆区域12反射后的光在其到 达光学媒介16的前表面24时必须与前表面24构成超过临界角度的角度26。
如所指示，着陆区域12上的沟槽的表面18可以是平滑的光学反射表面；也就是 说，其应具有小于0.15的太阳能吸收率。举例来说，可通过用合适的金属(例如，铝 或银)来涂敷用机器加工或模制的沟槽来准备这些表面。
以实例而非限制本发明方法的方式，太阳能电池模块可采用颁发给汉诺卡 (Hanoka)的美国第5,478,402号、颁发给汉诺卡的第6,586,271号及颁发给刚斯亚如 奥斯科(Gonsiorawski)的第6,660,930号中所说明及图解说明的形式。通常，这些专 利(5,478,402、6,586,271及6,660,930)描述由分层构造构成的太阳能电池模块，所述 分层构造通常包括透明前覆盖物、塑料(囊封)层、太阳能电池14、塑料(囊封)层 及后覆盖物。太阳能电池14通常由电导体连接，所述电导体提供从一个太阳能电池 14的底表面到下一邻近太阳能电池14的顶表面的电连接。所述太阳能电池串联连接 为太阳能电池14串。
在某些常规方法中，在太阳能电池14阵列后方包括反射层。已在各种模块构形 实施例中提出此种反射层。以实例而非限制本发明方法的方式，太阳能电池模块可采 用颁发给卡道斯卡斯(Kardauskas)的美国第5,994,641号专利(在下文中为“卡道斯 卡斯”)中所描述的形式，其也称作“低集中器”模块设计。通常，卡道斯卡斯描述 具有透明前覆盖物、塑料层、太阳能电池14、反射层、塑料层及后覆盖物的太阳能电 池模块。
图2是根据本发明原理的包括重量减轻层52的太阳能电池模块的截面的分解示 意性表示。
图2中所示的所揭示模块构形包括透明前面板(举例来说，前玻璃片)28、第一 囊封剂层34(其被置于通常由附图标记36指定的太阳能电池前方且其中嵌入有太阳 能电池36)、第二(后)层囊封剂42、反射层40及“后”玻璃片50。反射层40包 括反射层支撑物46，其优选地是涂有薄金属层48的聚合物片。反射器层支撑物46接 合到后玻璃50。
透明前面板28具有前表面30及后表面32。透明前面板28由一种或一种以上允 许透射太阳能光束22(图3中显示)的透明材料构成。在一个实施例中，透明前面板 28是玻璃，具有约2到4克/立方厘米的密度。在其它实施例中，透明前面板28由透 明聚合物材料(例如，丙烯酸材料)构成。
太阳能电池36具有前表面57及后表面59。太阳能电池36由通常由附图标记38 指定的导体(也称作“连接片”)连接。
具有反射性涂层48的反射层40针对本发明的一个实施例提供反射层。反射性涂 层48是金属材料，举例来说，铝。在另一实施例中，反射性涂层48是银，其比铝更 具反射性但通常也更昂贵。在一个实施例中，反射性涂层48涂敷或涂盖有透明电绝缘 层以防止电流在反射性涂层48与任何导体38或与太阳能电池36的后表面59相关联 的电触点或与所述模块相关联的其它电路之间流动。在优选地实施例中，所述反射性 涂层或层48位于支撑物46的面向后表皮44或后面板50的表面上。支撑物46可透光， 使得光束22可通过所述支撑物，入射于反射涂层或层48上，且经由支撑物46朝向透 明前面板28向后反射。
以实例而非限制本发明方法的方式，本发明的方法也适合与根据艾米克的方法的 沟槽型反射性支撑物层46一同使用。所述沟槽的深度通常在约0.001″到0.025″的范围 内或为光学透明覆盖物材料的厚度的大约0.1。由所述小面或沟槽的两个向上倾斜的平 面形成的顶点处的角度20(参见图1)必须在约110度到130度的范围内且优选地为 120度的角度。
以实例而非限制本发明方法的方式，本发明的方法适合与根据卡道斯卡斯的方法 的沟槽型反射性支撑物层46一同使用。卡道斯卡斯中提供的一个实例指示支撑物层 46具有约.004英寸到约.010英寸的厚度及V-形沟槽。所述沟槽具有110度到130度之 间的夹角(如在图1中的角度20中)。在一个实施例中，所述沟槽具有0.002英寸以 上的深度，及约0.007英寸的重复(峰到峰)间距。铝或银反射性涂层48具有在约300 埃到约1000埃的范围内、优选地在300埃到约500埃的范围内的厚度。在一个实施例 中，所述小面呈V-形沟槽形式。
第一囊封剂层34包括一个或一个以上通常由附图标记52指定的重量控制片或层 及囊封片54(将在本文中别处更加详细地论述)。
通常，囊封层34及42包括一种或一种以上塑料材料。在一个实施例中，层34 及42包括乙烯基乙酸乙酯(EVA)。层34及/或42可包括其它材料，例如UV阻挡 材料，其有助于防止EVA的降级，或可在EVA中包括所述UV阻挡材料。在另一实 施例中，囊封层34及42包括离聚物。在另外的实施例中，囊封层34包括EVA及离 聚物材料两者(参见图6)。在各种实施例中，囊封层34及42由抗UV的EVA材料 构成，例如由STR(专门技术资源公司(Specialized Technology Resources，Inc.))提 供的抵抗降级及变黄的15420/UF或15295/UF。
在本发明的一个方面中，以一种重量减轻方法为特征。一个相关问题是缺乏用于 构造太阳能电池的材料的可用性。近年来，由于硅原材料或“给料”的短缺，已变得 越来越需要具有减少数目的太阳能电池36的有效模块。基于硅太阳能电池的产品占 2006年全世界销售的当前太阳能电产品的85％以上。
本发明的一个方面以具有比现有太阳能电模块减小的重量的太阳能电模块(参见 图2)为特征。具有较少数目的硅太阳能电池36的重量减小的模块有利于大面积平屋 顶安装。每一瓦模块功率所需要的硅给料量及在模块寿命期间所产生的能量kWh降 低。在太阳能电池36的平屋顶阵列的许多实施方案中，所述阵列包括在3000到5000 之间的太阳能电模块。每一模块通常大约重50 lbs。通常，所述模块安装在具有大屋 顶面积的仓库上。模块的机架十分沉重，因此通常使用用于安装的高吊车来将其吊到 屋顶。所安装重量是平屋顶阵列应用中的关键因素。如果重量大于可接受的阈值，那 么过大的安装重量(举例来说，大于每平方英尺五磅)问题将妨碍模块产品的接受性。 模块重量通常包含所安装阵列屋顶荷载的50％到75％。通常需要将所安装重量减小到 每平方英尺五磅的阈值或更低。不具有任何重量减小或减轻特征的大模块阵列的总屋 顶荷载的范围通常为50到100吨。
举例来说，具有3mm厚度的前覆盖玻璃片允许太阳能电池36以大于现有(常规) 太阳能电模块中的太阳能电池36的距离间隔开，从而使太阳能电池36的数目减少三 分之一，同时将给定面积的模块功率密度的比值维持在约10％到约15％内。如果前玻 璃覆盖片28的厚度从3毫米加倍为6毫米，那么电池间距可进一步增加且太阳能电池 36的数目可进一步减少额外的约30％到约50％。太阳能电池36的减少为电池36的一 半到三分之一(与不具有反射层40的常规模块中所使用的太阳能电池36的数目相比)。 将玻璃厚度加倍(举例来说加倍到6mm)可将所安装重量密度增加到每平方英尺七到 八磅。尽管太阳能电池36的数目减少，增加的重量可使所述模块不适合于大量平屋顶 安装。
根据本发明的若干实施例，一个或一个以上额外透明材料(也就是说，囊封剂) 片52插入到典型厚度(也就是说，在约0.5毫米到约1毫米的范围内)的囊封层54 与前覆盖玻璃28之间。额外重量减轻片52增加太阳能电池36与空气-玻璃界面(透 明前面板28的前表面30)之间的间隔，全部内部反射在所述空气-玻璃界面处发生。 使用额外囊封剂层52替代增加玻璃厚度实现太阳能电池36数目的所需减少，而重量 增加比原本在增加玻璃厚度时会发生的重量增加小。在各种实施例中，额外重量减轻 材料片52可以是热固性塑料乙烯基乙酸乙酯(EVA)、离聚物或EVA与离聚物片的 组合。在其它实施例中，可将额外囊封剂层36与增加的玻璃厚度组合使用。重量减轻 材料52具有小于玻璃透明前面板28的密度的密度，玻璃透明前面板28的密度在一个 实施例中具有在约2克/立方厘米到约4克/立方厘米的范围内的密度。
图3是层压太阳能电池模块的截面的示意性表示，其图解说明根据本发明原理的 光反射。图3的层压太阳能电池模块包括透明前面板28、第一光透射层34、太阳能电 池36、第二光透射层42、包括反射性涂层48(未显示)的反射层40及后表皮44。第 一光透射层34包括重量减轻层52及囊封片54。在一个实施例中，重量减轻层52包 括多个囊封片(在图3中未显示，参见图6)。入射光22透射穿过前透明面板28，由 反射层40向上反射，由透明前面板28的顶表面30在内部反射，且随后碰撞在太阳能 电池36的顶表面57上。反射层层距离49(也称为光重新引导层距离49)是反射层 40与透明前面板28的前表面30之间的距离。所图解说明组件28、52、54、36、42、 40及44的尺寸在图3中未必符合比例。反射层40包括具有金属涂层48的反射性涂 层支撑物46。在其它实施例中，反射层40是金属层(举例来说，铝或银)。在另一 实施例中，反射层40是复合后表皮60(参见图7)。
在本发明的方法中，目标是增加反射层距离49而不增加透明前面板28的重量(举 例来说，当透明前面板28是玻璃时)。当反射层距离49增加时，入射辐射22可被反 射更大的水平距离，因为入射辐射22被以一角度向上反射且随后由前表面30以一角 度向下反射，此允许随着重量减轻层52提供的反射层距离49的增加而将太阳能电池 36更远地间隔开。
在一种典型常规方法(其不打算限制本发明)中，透明前面板28是厚度为约3 毫米的玻璃片，囊封片54具有约0.5毫米的厚度(不包括重量减轻片52)，太阳能电 池36具有约0.25毫米或更小的厚度，反射层46是0.25毫米(或更小)，第二或后囊 封片42为约0.25毫米，且后覆盖物为约0.25毫米。
在本发明的方法中，第一光透射材料层34包括囊封片54及一个或一个以上重量 减轻片52两者。在一个实施例中，所述一个或一个以上重量减轻层片52可形成厚达 10毫米的层，而所述太阳能电模块针对透明前面板28保持相对薄的厚度。增加的重 量减轻厚度增加反射层距离49，此又允许太阳能电池36之间的间距较大。
在一种常规方法中，所述太阳能电模块包括厚度为约1/8英寸的玻璃透明前覆盖 物28且太阳能电池36间隔开约10mm。
在本发明的方法中，包括重量减轻层52，使得透明前覆盖物28厚度为约1/8英 寸或约5/32英寸(或厚度为约3毫米或更小)且太阳能电池之间的间距可增加到约15 到约30毫米的范围。在各种实施例中，太阳能电池36的宽度在约25到约75毫米的 范围内。在一个实施例中，太阳能电池36具有约0.25毫米(或更小)的厚度且形状 为矩形，其中长尺寸为约125毫米，且短尺寸为约62.5毫米。在本发明的各种实施例 中，透明前面板28的厚度范围为1毫米到10毫米厚。在本发明的优选实施例中，透 明前面板28的厚度范围为约1/8英寸到约1/4英寸厚。在其它优选实施例中，透明前 面板28的厚度范围为约3毫米到约6毫米厚。
在本发明的一个优选实施例中，反射层40提供约20％到约30％的光回收。透明 前覆盖物28的厚度为约3毫米，且重量减轻层52为约3毫米。太阳能电池36具有约 62.5毫米乘约125毫米及约0.25毫米或更小的厚度的尺寸。太阳能电池36具有间隔 开约15毫米的间距。
在其它实施例中，太阳能电池36具有条带(也称为“带状物”)形式，所述条 带具有约8毫米到约25毫米的宽度及在约100毫米到约250毫米的范围内的长度。
在另一实施例中，条带太阳能电池36为约25毫米宽乘约250毫米长。条带太阳 能电池36之间的间距为约5毫米到约25毫米。重量减轻层52具有约3毫米到约6 毫米(且高达10毫米)的厚度。在一个实施例中，所述太阳能电模块具有约60个宽 度为约25毫米且长度为250毫米的条带太阳能电池36，每一条带太阳能电池36产生 约0.6伏，使得所述太阳能电模块的开放电路电压输出为36伏。
在本发明的各种实施例中，重量减轻层52的宽度范围为约0.5毫米到约10毫米。 在一个实施例中，透明前面板28具有约3毫米到约6毫米的厚度且重量减轻层52具 有约2毫米到约6毫米的厚度。在另一实施例中，重量减轻层52包括六个EVA片， 每一片具有约0.5毫米的厚度。在另一实施例中，透明前面板28具有约2毫米的厚度 且重量减轻层52具有约5毫米的厚度。
本发明的重量减轻方面保留玻璃覆盖物28的优点(针对透明度，抗降级、保护 模块的前部、不透水的湿气不渗透性及硬度(抗刮划))，同时限制透明前面板28 的厚度(及重量)。使用重量减轻层52增加反射层距离49，此又允许太阳能电池36 更远地间隔开。因此，太阳能电模块可使用与不具有任何重量减轻层52的太阳能电模 块相比较少的太阳能电池36提供大约相同的功率输出。
通常，本发明的重量减轻方面还提供可靠性提高的非预期结果，因为存在较少的 太阳能电池36。本发明的重量减轻方法还提供提供对重量减轻层52下方的组件(举 例来说，反射层40)的更多U-V保护的非计划且富有成效的结果，因为增加的聚合物 层(举例来说，EVA)通常具有U-V阻挡或吸收性质。
图4是根据本发明原理的包括重量减轻层52的太阳能电池模块的组件的分解示 意性表示。图5是根据本发明原理的包括重量减轻层52的层压太阳能电池模块的截面 的示意性表示。图4及5中所图解说明的太阳能电池模块包括超级衬底或透明前面板 28、第一光透射材料层34、分开形成的结晶太阳能电池36的阵列、太阳能电池之间 的通常由附图标记56指定的若干区(显示于图4中)、反射层片40、第二透明囊封 剂层42及44后表皮。第一层34包括重量减轻层52及囊封片54。图5图解说明将太 阳能电池36电互连的导体38(举例来说，连接片)。在一个实施例中，反射层片40 包括图2中所图解说明的沟槽型技术作为反射性涂层支撑物46及反射性涂层48。在 其它实施例中，反射层40是基于其它方法而不需要针对图2中的反射性涂层支撑物 46所显示的沟槽型方法。在另一方法中，反射层40包括镜射、抛光金属及/或经图案 化表面(具有除沟槽以外的图案)，其为反射性且涂有金属反射性材料48。这些反射 性材料包括铝、银或其它反射性材料。在一个实施例中，反射层40是基于任何合适材 料的白色表面，或其它合适反射层或结构，以及未来将研发的反射层。在一个实施例 中，反射层40位于邻近太阳能电池36的第二光透射层42与后表皮44之间。通常， 本发明的方法不要求以图4及图5中所示的次序提供所述层。
可使用层压技术来制作本发明的太阳能电模块。在此方法中，可以如图4及5中 所示的分层或堆叠方式来组装本发明的分离层28、34、36、40、42及44。随后所述 层可在层压压机或机器中经受热及压力。第一光透射层34及第二层42由在有助于将 所有层28、34、36、40、42及44接合在一起的工艺中软化或熔化的塑料(例如，聚 合物、EVA及/或离聚物)制成。
以实例而非限制本发明方法的方式，可使用层压技术(例如颁发给刚斯亚如奥斯 科的美国专利第6,660,930号中所揭示的层压技术)来制作本发明的太阳能电模块。参 照图4及图5，太阳能电池模块的常规形式的组件经修改以并入本发明且显示其制造 步骤。所图解说明组件的尺寸在图4及图5中未必符合比例。
在本发明的方法中，如图5中所示分开插入反射层片40且可将其与后表皮44一 同形成为复合件60(参见图7)。所述后表皮可具有邻近太阳能电池36的后侧的穿孔， 以便准许根据本发明一个方面的受控制量的湿气通过(参见图8及9)。
在此常规制造工艺中，尽管在图4或图5中未显示，但应了解连接邻近太阳能电 池或电池串的个别导体38中的某些且优选地全部在长度上为特大型以用于应力消除 且可在所述电池之间形成个别回路。每一电池在其前辐射-接收表面57上具有第一电 极或触点(未显示)且在其后表面59上具有第二电极或触点(也未显示)，其中导体 38被软焊到那些触点以建立所需的电路配置。
在本发明的方法中，依据商业上可购得囊封剂的厚度或为减小模块重量而通过囊 封剂取代玻璃所需要的厚度(如通过包括重量减轻层52所指示(如针对图2所说明))， 层34及42中的每一者包括一个或一个以上囊封剂材料片。
尽管未显示，但应了解，太阳能电池36经定向使得其前触点面向玻璃面板28且 还使单元36成行地布置；也就是说，布置成若干串，其中数个串由类似于导体38的 其它导体(未显示)连接且其中整个阵列具有穿过组件的组合件的一侧延伸出的端子 引线(未显示)。在本发明的一个实施例中，电绝缘膜或材料被置于太阳能电池36 上的触点上方(在所述组装及层压工艺之前)以防止电流在所述触点与反射层40或所 述模块的其它部分之间流动。
在以底部上的玻璃面板28开始的层压配置中的制造期间组装前述组件28、34、 36、40、42、44。在所述层压被组装到组件28、34、36、40、42及44的夹层或分层 构造中之后，将所述组合件转移到层压设备(未显示)，组件28、34、36、40、42 及44在所述层压设备处经受所述层压工艺。所述层压设备实质上是具有加热构件及与 壁部件或压台接触的挠性壁或囊部件的真空压机以在所述压机被关闭及抽空时将组件 28、34、36、40、42及44压缩在一起。图4及5中所示的组件28、34、36、40、42 及44的夹层或分层构造位于所述压机内且随后操作关闭的压机以便在真空中将所述 夹层(或分层构造)加热到所选择的温度，在所述所选择的温度下所述囊封剂充分熔 化以在电池36周围流动(通常在至少120℃的温度下)，其中施加到组件28、34、36、 40、42及44的压力以所选择或预定速率增加到最大等级(通常约为一个大气压)。 在各种实施例中，所述温度高达150℃。将这些温度及压力条件维持足够长的时间， 通常维持约3到10分钟，以允许层54的囊封剂填充在电池36周围的所有空间中且完 全囊封互连的电池36且完全接触前及后面板28及44，此后将所述压力维持在或接近 前述最小等级，同时允许所述组合件(所述分层构造)冷却到约80℃或更低，以便 致使层34及42的囊封剂与所述模块的邻近组件28、36、38、40及44一同形成固态 接合。施加在模块组件28、34、36、38、40、42、44的夹层(分层构造)上的压力仅 在经组装组件28、34、36、38、40、42、44到达所需最大温度之后到达其最大等级以 允许层34、42的囊封剂如需要再成形且也确保完全完全移除空气及湿气。通过将具有 到外部导体的配线的接线箱及框架(举例来说，包围且固持矩形层压分层构造且连接 到支撑多个模块的机架的矩形框架)附装到所述层压夹层(也就是说，经层压的分层 构造)来完成所述模块。
如针对图4及图5所说明，所述制造工艺并不限制本发明而是可应用于具有如本 文中别处的其它图式(参见图2、3、6、7或9)中所显示的分层构造(包括具有不同 的层或具有按照不同于图4及5中所示的次序的层的分层构造)的太阳能电模块。在 一个实施例中，将囊封剂的第二光透射层42接近太阳能电池36而放置；因此，在所 述层压工艺期间，太阳能电池36由囊封片54(第一光透射层34的部分)及由第二层 42的囊封材料囊封(举例来说，参见图3)。如针对图4及5所说明，所述制造工艺 并不限制本发明且也可应用于太阳能电池36之间具有不同于图5中所指示的连接片 38的电导体的太阳能电模块。
图6是根据本发明原理的第一透明层34的组件52、54、82及84的截面的示意 性表示。第一透明层34包括重量减轻层52及囊封片54。在各种实施例中，重量减轻 层52包括一个或一个以上聚合物塑料片、离聚物塑料片或两者。在一个实施例中，重 量减轻层52包括通常由附图标记82设计的EVA层及通常由附图标记84指定的一个 或一个以上离聚物层(在图6中显示为一个离聚物层84)。与原本仅在具有EVA层 的情况下提供的保护相比，离聚物层84具有提供免受UV射线的提高的保护的优点， 因为所述离聚物材料提供UV阻挡性质。因此，包括离聚物层84提供对抗可在EVA 层(举例来说，82及54)中发生的UV所导致的降级的额外保护，所述EVA层在其 与光源(太阳)之间具有离聚物层84。因此，使用离聚物层84提供也提供额外U-V 保护的非预期且富有成效的结果。
在图6中所示的实施例中，显示一个离聚物层84夹在两个EVA层82之间(或 在所述两个EVA层82中间)。因此，形成重量减轻层52的包括一个或一个以上EVA 层82、随后是一个或一个以上离聚物层84且随后是一个或一个以上EVA层82的分 层构造。在各种实施例中，离聚物与EVA层的重量减轻分层构造并不由本发明限定为 图6中所示的那样，且可使用其它分层构造。举例来说，所述层可以是一个或一个以 上EVA层82、一个或一个以上离聚物层84、一个或一个以上EVA层82、一个或一 个以上离聚物层84及一个或一个以上EVA层82。
EVA层82与离聚物层84由层压工艺接合在一起。在其它实施例中，通过例如粘 合方法等各种工艺或其它合适工艺将层82与84接合在一起。
在另一实施例中，重量减轻层52包括具有2个离聚物片的离聚物层84及2个EVA 片82，每一离聚物片具有约1毫米的厚度，且每一EVA片82具有约0.5毫米的厚度。 离聚物层84(包括两个离聚物片)接合于两个EVA片82之间。
在一个实施例中，重量减轻层52包括具有约1毫米的厚度的离聚物片84及两个 EVA片82，每一EVA片具有约0.5毫米的厚度。所述离聚物片84接合于两个EVA 片82之间。
图7是根据本发明原理的包括复合后表皮60的太阳能电池模块的截面的分解示 意性表示。复合后表皮60由经仿形加工(举例来说，具有V-形沟槽或另一图案)且 涂有反射性涂层48的后表皮44形成。图7中所示的本发明的方法提供简化的模块构 形，其中反射器材料(举例来说，反射性涂层48)及后表皮44形成单片材料。在一 个实施例中，后表皮44由印有图案的聚合物材料形成。在一个实施例中，所述图案包 括沟槽(举例来说，V-形沟槽)或预定尺寸的角锥。在一个实施例中，复合后表皮60 包括具有反射性涂层48的衬底或支撑物46，反射性涂层48安置在支撑物46的面向 后表皮44的后表面47上。支撑物46、反射性涂层48及后表皮44接合在一起以形成 复合后表皮60。
在替代实施例中，后表皮材料44或支撑物46可具有由折射指数的预定变化产生 的嵌入式光反射图案。在此种方法中，复合后表皮60提供致使入射光朝向透明前面板 28向上衍射的衍射性或全息图案，在透明前面板28处被衍射的光由前表面30朝向太 阳能电池36的上表面57向后反射。在包括反射器材料(举例来说，反射性涂层48) 的复合后表皮60中，可减少所需要的制造步骤及机器人装备以简化制造程序且降低生 产成本。在一个实施例中，经层压太阳能电模块(举例来说，如图5中所示)的组装 工艺需要组装较少的层，因为所述两个层(反射性涂层48及后表皮44)或三个层(在 46的向后面向的表面上具有反射性涂层48的衬底或支撑物46，及后表皮44)组合为 用于复合后表皮60的一个层，且在模块组装设施或工厂处被作为一片材料接纳。
在一个实施例中，本发明的方法与根据颁发给卡道斯卡斯及皮乌克斯克 (Piwczyk)的美国出版专利申请案US 2004/0123895的复合后表皮60一同使用。
根据本发明的另一方面，包括反射性涂层48的反射片或层40及/或后表皮复合件 60经制作以允许各种程度的湿气(也就是说，水)穿透。图8是根据本发明原理的包 括湿气渗透区域66的太阳能电池模块62的平面(俯视)图。在图8中所示的俯视图 中，湿气渗透区域66是太阳能电池36下方的区域。在一个实施例中，湿气渗透区域 66是湿气控制反射器层64中与湿气渗透区域66大小相同或为较小的大小的窗口(举 例来说，开口或孔隙)。在一个实施例中，每一窗口小于太阳能电池36的面积。在一 个实施例中，每一窗口为太阳能电池36的面积的约90％。在其它实施例中，湿气渗 透区域66包括大小小于图8中所示的湿气渗透区域66的一个或一个以上窗口。在一 个实施例中，湿气控制反射器层64是包括湿气控制特征的反射层40，如图8及图9 中所示及针对其所论述。图9是根据本发明原理的包括湿气减轻特征的层压太阳能电 池模块的截面的示意性表示。图9的太阳能电池模块显示为金属层或包括不接受湿气 迁移的金属层48的反射层40。反射层40具有通常由附图标记70指定的穿孔。穿孔 70允许在囊封剂体积68中累积的湿气移动，所述囊封剂体积在一个实施例中包括 EVA。在一个实施例中，囊封剂体积68包括第一光透射层34及第二光透射层42。如 果所述渗透性太高，那么所述太阳能模块中可出现腐蚀，因为所存在的湿气太多；且 如果所述渗透性太低，那么可发生腐蚀，因为乙酸、湿气及其它腐蚀性分子不能够迁 移出所述模块。
为实现所需的穿透，用于反射器层40(或复合后表皮60)中的反射器金属膜经 产生而具有湿气渗透区域66或穿孔70以增加如囊封剂性质所要求的邻近每一太阳能 电池36的背部的湿气运送。在一个实施例中，湿气渗透区域66在反射器层40(或复 合后表皮60)中包括穿孔70。
通常由附图标记72指定的小分子(例如，乙酸、水及/或其它腐蚀性分子)可迁 移到囊封剂体积68中或迁移出囊封剂体积68，如图9中所示。位于囊封剂体积68中 的小分子72A在样本路径74上迁移，穿过穿孔70到达所述太阳能电模块外部的分子 72B的位置。小分子72B与沿样本路径74从分子72A的位置到达由72B指示的位置 之后的72A是同一分子。囊封剂体积68是允许与湿气相关的分子在整个囊封剂体积 68中迁移的囊封材料(举例来说，聚合物)。后表皮44是也允许湿气迁移的湿气可 渗透材料。反射层40抵抗或不接受湿气迁移。反射层40及/或金属反射性涂层48包 括穿孔70(或窗口)以允许湿气迁移。如果反射层40具有电绝缘材料层或涂层，那 么所述绝缘材料通常也不接受或抵抗湿气且也具有穿孔70以允许湿气迁移。
在一个实施例中，本发明的湿气控制特征与常规反射器金属膜一同使用，例如卡 道斯卡斯中所说明的那些反射器金属膜。
举例来说，依据其保水指数、湿气渗透性及模块内部的材料的敏感性来选择模块 设计及材料以通过UV辐射及温度偏离的动作产生副产物，其随后可与水结合而使模 块性质降级。水蒸气还影响模块中各个片材料(举例来说，层34、40、42及44)之 间的接合的完整性及所述界面接合到玻璃的强度(举例来说，第一透明层34到玻璃透 明前面板28的接合)。最普通的囊封材料EVA通常在其中准许某些水分子运送穿过 后表皮片44的条件下使用。有利地，湿气不会被截留，且允许所述湿气及EVA分解 的已知副产物(例如，乙酸)扩散以延长模块材料寿命；举例来说，通过阻止EVA褪 色。
在本发明的各种实施例中，后表皮44材料包括透气的聚氟乙烯聚合物或其它聚 合物以形成所述湿气可渗透材料，包括适合与本发明一同使用的聚合物材料及分层聚 合物组合，以及未来将研发的那些材料。透气后表皮材料的典型且通过反射后表皮44 上的反射性金属膜48的穿孔实现的典型湿气渗透指数或透射率为约1克/平方米/天到 约10克/平方米/天。应了解，本发明的方法也可用于经由可渗透小分子的后表皮的此 类小分子迁移。
EVA通常与TPT后表皮44一同使用，其界定一类透气材料。TPT是TEDLAR、 聚酯及TEDLAR的分层材料。TEDLAR是由杜邦公司(E.I.Dupont de Nemeurs Co.) 制造的聚氟乙烯聚合物的商标名称。在一个实施例中，TPT后表皮44具有在约0.006 英寸到约0.010英寸的范围内的厚度。
在另一实施例中，后表皮44由TPE构成，其是TEDLAR、聚酯及EVA的分层 材料，其也是“透气”湿气可渗透材料。
典型的金属反射器膜48具有低湿气渗透指数。尽管此对于用于双玻璃构形中的 囊封剂具有优点，但对于例如其中有害地影响模块寿命的EVA等材料不期望缺乏湿气 渗透性。更特定来说，低湿气渗透性(例如，金属反射性涂层48所呈现的低湿气渗透 性)增加EVA分解的湿气副产物将被截留于所述模块内部的可能性。被截留的湿气可 增加太阳能电池金属化的腐蚀且进入到所述模块内部及从所述模块内部出来的湿气运 送可被抑制为足以使模块性能随时间显著降级且缩短所述模块的使用寿命的程度。
根据本发明，反射层40或复合结构60(包括反射性涂层48)经穿孔以修改太阳 能电池36后方的若干区中的湿气渗透性(参见图8中的湿气渗透区域)。在一个实施 例中，仅反射性涂层48被穿孔。在另一实施例中，与反射层40或后表皮复合件60 相关联的任何绝缘层或涂层也被穿孔。经穿孔区66对应于由太阳能电池36掩盖或“遮 蔽”的不对反射光作出贡献的若干区。举例来说，穿孔70可包括数百个由激光器钻凿 的直径约为1到10微米的孔。在其它实施例中，使用其它穿孔方法，例如机械(打孔) 方法。或者，可形成金属化膜层的整个区段或“窗口”，其约为从太阳能电池36后面 的太阳能电池面积。(举例来说，参见图8的湿气渗透区域66)。
在一个实施例中，太阳能电池36(如图8中的太阳能电池36阵列中所示)为矩 形形状，具有约62.5毫米及约125毫米的尺寸，其通过将每侧125毫米的正方形太阳 能电池切割为两半来制作。在另一实施例中，太阳能电池36具有约52毫米及约156 毫米的尺寸，其通过将每侧156毫米的正方形太阳能电池36切割为三部分来制作。所 述太阳能电池间隔开约15到30毫米。
穿孔70的大小范围从每一太阳能电池36一个穿孔(每一太阳能电池36一个窗 口)到数个小穿孔70(直径为1微米或更大)。在一个实施例中，本发明的湿气控制 特征在每平方厘米约10到约1000个穿孔的范围内。在各种实施例中，穿孔70可延伸 到太阳能电池36之间的区域中。在各种实施例中，穿孔70的大小可改变，且在一个 实施例中直径范围针对不同的实施例可从约1微米到约10微米。在各种实施例中，穿 孔70的总面积范围从反射层40的总表面面积的约0.1％到1％(但如果使用大穿孔或 窗口方法，那么将会是更大的百分比，或需要更大的湿气渗透性)。在各种实施例中， 穿孔70的量根据后表皮44的湿气渗透性变化。在各种实施例中，穿孔70具有各种尺 寸或形状(举例来说，圆形、椭圆形、正方形、矩形或其它形状)。
在一个实施例中，所述模块中包括稀松层，其邻近太阳能电池的后表面(举例来 说，太阳能电池36的后表面59)安置。所述稀松层是辅助气泡在模块层压工艺期间 移动的多孔层以帮助从囊封剂中移除所述泡。在一个实施例中，所述稀松层是厚度为 约0.010英寸的玻璃纤维材料，或其它合适的多孔材料。
已说明了本发明的优选实施例，所属领域中的技术人员现在将变得明了可使用并 入有所述概念的其它实施例。因此，感觉这些实施例不应被限定为所揭示的实施例而 应仅由以上权利要求书的精神及范围来限定。