制造包括激光切割的光伏标签的光伏模块的方法

技术领域

本发明涉及一种光伏模块的制备方法。进一步地，本发明涉及一种光伏模块的光伏标签的制备方法。特别地，本发明可以用于制备非平面形状的光伏模块，其例如可以应用于或集成到汽车的车身部分中。

背景技术

光伏模块包括可基于光伏效应将光能转化为电能的光伏电池。今天，大多数商业光伏模块包括基于诸如硅晶圆之类的半导体晶圆制造的光伏电池。基于晶圆的光伏电池的制造可以在低成本下具有高转换率。此外，基于晶片的光伏电池可以通过可靠的工业制造工艺来进行制造。

在下文中，术语“光伏”可以缩写为“PV”。PV电池也称为太阳能电池。

通常，PV模块包括由若干片和层组成的堆叠结构。通常，包括多个PV电池和互连PV电池的电连接结构的太阳能电池装置被插入在正面聚合物层压箔和背面聚合物层压箔之间，层压箔例如是EVA(乙烯醋酸乙烯酯)薄片。而由于这种层压箔通常又薄又软进而容易弯曲，单独的层压箔可能无法为PV模块提供足够稳定和刚性的支撑。因此，除了层压箔之外，PV模块还包括载体结构。通常，所述载体结构由一个或多个刚性片组成。例如，正面片可以由透明玻璃板制成，其布置在PV模块的正面指向入射光方向。所述正面片可以覆盖、保护和稳定PV电池。附加地或替代地，所述载体结构可以包括背面片，所述背面片例如由玻璃板、聚合物箔或金属片制成。

在制造传统的光伏模块时，需要准备由一个或多个刚性片、太阳能电池装置以及正面和背面聚合物层压箔组成的堆叠结构。其中将所述太阳能电池装置布置在正面和背面层压聚合物箔之间以形成子堆叠结构。将所述子堆叠布置在一个刚性片上或两个刚性片之间以形成完整堆叠结构。进而将所述完整堆叠结构加热至高温。在所述高温下，聚合物层压箔的材料液化或至少变成粘性状态，使得前侧聚合物层压箔和后侧聚合物层压箔被层压以形成紧密堆叠结构，其中所述太阳能电池装置被包含在两个层压箔之间，并且所述聚合物层压箔与一个或多个刚性片连接。最后，通常在层压的所述完整堆叠上围绕布置一个框架。所述框架可以提供额外的机械稳定性并且可以用于将PV模块安装在例如屋顶顶部或柱子上。

虽然上述传统的PV模块制造工艺已经很成熟，但它仍存在各种缺陷。

例如，将太阳能电池装置层压到一个或多个刚性片上的载体结构通常要求刚性片是平面形。因此，整个PV模块也是平面形。然而，在许多应用场景中，非平面形状的PV模块可能会更为有益。例如，在本申请人的申请在先的专利申请WO 2019/020718 A1中提出，将太阳能电池集成到车辆的车身部分中。其中，所述车身部分可以具有非平面形状并且所述PV模块应放置在所述车身部分的顶部，或者优选地，所述PV模块应集成到所述车身部分中或整体形成所述车身部分。

此外，为PV模块提供例如由玻璃片和/或金属片制成的载体结构会显著增加PV模块的重量和/或会显著增加提供玻璃片和/或金属片的成本。

为了至少部分克服上述缺陷，本申请人在申请在先的专利申请PCT/EP2020/056972中提出了一种制造PV模块的新方法。其中将与聚合物箔连接的太阳能电池装置与通过注塑成型制成的模塑层集成。所述模塑层与集成的太阳能电池装置可以一同形成具有非平面形状的PV模块并且可以降低制造成本。该方法的特点和特征也可以适用于本申请所述的方法，并且在先专利申请的内容应通过引用整体并入本申请。

然而，申请人观察到在制造这种模制PV模块时必须小心以避免造成例如PV模块转换效率降低和/或PV模块寿命缩短的缺陷。

因此，本申请的目的是提出一种能够制造PV模块并且至少部分克服上述缺陷的方法。具体而言，本申请的目的是提出一种能够高可靠性、高产量、低成本的PV模块制造方法，和/或需要提出一种高质量的PV模块。

发明内容及实施方式

至少部分上述目的可以根据独立权利要求中限定的方法来实现。优选实施例在从属权利要求以及随后的说明书中进行限定。

根据本发明的第一方面，提出了一种制造用于光伏模块的光伏标签的方法。

该方法至少包括以下方法步骤(下列步骤的顺序优选但不必须)：

-提供太阳能电池装置，所述太阳能电池装置包括多个光伏电池以及互连所述光伏电池的电连接结构；

-提供正面聚合物稳定箔以及背面聚合物稳定箔；

-在所述正面聚合物稳定箔与所述背面聚合物稳定箔之间布置太阳能电池装置；

将所述正面聚合物稳定箔、所述背面聚合物稳定箔以及所述太阳能电池-装置连接在一起以形成光伏标签的中间产品，其中所述太阳能电池装置封装在正面和背面聚合物稳定箔之间；以及

-沿边缘区域切割所述光伏标签的中间产品以形成最终尺寸的光伏标签。

其中，在切割步骤中通过激光束切割所述光伏标签的中间产品。

优选地，该方法还包括提供正面聚合物层压箔以及背面聚合物层压箔，以及在连接层压箔和稳定箔的整体堆叠结构之前将所述太阳能电池装置布置在所述正面聚合物层压箔和所述背面聚合物层压箔之间并且将所述太阳能电池装置布置在所述正面聚合物稳定箔和所述背面聚合物稳定箔之间。

根据本发明的第二方面，提出了一种制造光伏模块的方法。该方法至少包括以下方法步骤：首先，根据本发明第一方面的实施例的方法制备光伏标签。或者，可提供事先已根据本发明第一方面的实施例的方法制备的光伏标签。随后，制备用于承载光伏标签的载体结构。其中，所述载体结构是用处于可模塑状态的聚合物制备的。特别地，所述载体结构被构造为使得所述聚合物在凝固时与所述背面聚合物稳定箔形成正物质连接。

本发明的实施例的基本思想可以被解释为基于以下观察和认识(尤其基于但不限制本发明的范围)。

首先，可以将本发明实施例的一些基本思想简要概括如下：

如申请人申请在先的专利申请PCT/EP2020/056972中更详细地描述的，其提出了一种制造PV模块的新方法。在该方法中，不同于传统上通过通常的层压过程对平面堆叠的刚性片、聚合物层压箔和插入的太阳能电池装置进行层压，首先将太阳能电池装置插入正面和背面聚合物箔之间来制造PV标签，并且连接正面和背面聚合物箔以封装所述太阳能电池装置。然后，为所述PV标签提供载体结构。这种载体结构通过将聚合物施加到所述PV标签上来构造，所述聚合物例如通过被充分加热的方式来暂时进入可塑状态。在随后的冷却过程中，用于所述载体结构的聚合物将形成与所述背面聚合物箔的聚合物连接的正极物质，这种正极物质的连接有时也称为物质与物质的结合。优选地，通过将可模制聚合物注入模具中来使用所述载体结构的聚合物，其中所述PV标签也包括在所述模具中。类似的工艺也称为模内贴标(IML)，其中将柔性结构(例如箔片或箔片堆叠)在通常的模塑过程中连接至模塑载体结构。在使用这种IML工艺构造PV模块时，经发现在第一构造步骤中构造的PV标签需要具有非常精确的尺寸，以便所述PV标签可以例如精确地容纳在IML模具内。通常，所述PV标签的尺寸应当被设置为公差小于例如1毫米。由于在构造所述PV标签时，通常难以保证所述PV标签的尺寸被设置为具有足够的精度，所以可以首先构造具有多余尺寸的PV标签，然后将其切割成最终尺寸。经发现，这种PV标签的切割可能是一个关键步骤。一方面，应当以足够低的尺寸公差来切割所述PV标签，同时切割过程也可以通过足够的切割速度来执行。另一方面，切割动作不应以任何方式严重损坏所述PV标签。特别的，经发现，虽然一些通常的切割过程(例如剪刀切割、锯切割、水刀切割或其它机械切割技术)可以提供高切割精度和/或高切割速度，但这些切割程序过程可能导致最终PV模块的效率和/或寿命降低。而经发现使用激光束将所述PV标签的中间产品切割成最终尺寸可以获得非常好的效果。下面进一步地详细描述潜在的技术效果和优点。

接下来，将讨论所提出的用于构造PV标签的方法和用于构造PV模块的方法的实施例的细节、特征和可能的优点。在构造PV标签的方法中，首先，提供太阳能电池装置和至少两个聚合物稳定箔，并且将所述太阳能电池装置布置在正面聚合物稳定箔和背面聚合物稳定箔之间。

其中，所述太阳能电池装置包括多个PV电池和互连这些电池的电连接结构。所述PV电池例如可以是基于晶圆的太阳能电池，即可以基于半导体晶圆来构造，其中优选基于晶体半导体晶圆来构造。具体地，在一个实施例中所述太阳能电池装置中的PV电池是基于晶圆的硅光伏电池。这种基于晶圆的Si-PV电池通常可以具有高效率(例如效率超过15％，可以是17％到24％之间)和高可靠性。此外，它们的制造已存在完善的工业流程。这些PV电池的横向尺寸通常为50x50mm

所述正面聚合物稳定箔和所述背面聚合物稳定箔可以包围插入的所述太阳能电池装置，并且可以在例如IML工艺中的后续注塑成型步骤中作为基板和覆盖板。所述聚合物稳定箔的厚度例如可以在500μm和5000μm之间。因此，所述聚合物稳定化箔通常比传统的聚合物层压箔厚得多。进一步地，所述聚合物稳定箔可以由不同于传统的聚合物层压箔的其它聚合物材料组成。每个稳定箔可以邻接和/或覆盖所述太阳能电池装置的所有光伏电池的其中一个相对面的部分或全部。

可以注意到，除了所述聚合物稳定箔之外，还可以提供聚合物层压箔作为插入有所述太阳能电池装置的正面箔堆叠结构和背面箔堆叠结构的一部分。在这种结构中，所述太阳能电池装置通常在其相对的两侧邻接所述聚合物层压箔，并且将所述聚合物稳定箔设置为与所述聚合物层压箔邻接的外层。

所述聚合物稳定箔可以由多种聚合物材料制成，所述聚合物材料可以是聚醚醚酮(PEEK)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰胺(PA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)或者它们的混合物。特别地，构成所述聚合物稳定箔的材料可以是热塑性材料，也就是说，在被加热到高温时变为塑性或粘性。所述正面和背面聚合物稳定箔可以包围插入的所述太阳能电池装置，并且在彼此连接时封装所述太阳能电池装置。

在本申请的一个实施例中，所述正面聚合物稳定箔和所述背面聚合物稳定箔可以具有不同的物理特性。换言之，形成最终PV标签基底的基板和覆盖板的聚合物稳定箔的物理特性在定性和/或定量上可以是不同的。因此，每个聚合物稳定箔都可以被选择为具有满足特定目的的物理特性。

例如，虽然正面聚合物稳定箔可能需要具有尽可能高的光学透明度，但背面聚合物稳定箔可能不需要这种透明度。因此，所述正面和背面聚合物稳定箔的光学透明度和/或光学吸收率可以是不同的。作为另一个例子，其中一个聚合物稳定箔可能主要用于为PV标签提供机械稳定性，而另一个聚合物稳定箔可能主要用于其他目的，例如电隔离、防止直接接触化学物质、防刮擦等。所述背面聚合物稳定箔和正面聚合物稳定箔例如可以具有不同的刚度。刚度可能相差超过50％、超过200％甚至超过500％。稳定箔的其中之一，或者优选地两个箔的刚度可以明显小于所述太阳能电池装置的PV电池的刚度。因此，与PV电池相比，箔基本上可以是可弯曲的，也就是说可以以例如小于100mm甚至小于10mm的弯曲半径可逆地弯曲。

更具体地，在一个实施例中，所述正面聚合物稳定箔和所述背面聚合物稳定箔的厚度可以是不同的。所述背面聚合物箔和所述正面聚合物箔的厚度可以例如相差超过10％、超过100％、超过200％或者甚至超过500％。由于具有不同的厚度，每个聚合物稳定化箔和/或由这些箔形成的层压结构的物理特性可以适应所需的目的。

进一步地，在一个实施例中，所述正面聚合物稳定箔和所述背面聚合物稳定箔可以包括不同的材料或者由不同的材料组成。所述背面聚合物稳定箔例如可以被设置为用于提供第一物理特性的第一材料，而背面聚合物稳定箔可以被设置为用于提供其他物理特性的第二材料。所述正面和背面聚合物稳定箔的材料例如在光学特性上可以是不同的。因此，所述正面箔和背面箔可以具有不同的颜色，或者更一般地说，具有不同的光吸收特性。所述正面和背面聚合物稳定箔的材料可能在聚合物类型和/或影响聚合物物理特性的添加剂上有所不同。

然而，应当注意所述正面和背面聚合物稳定箔也可以具有相同的特性，也就是说可以具有相同的厚度、材料和/或其他物理特性。因此，可以以大量、低成本和/或简单的物流要求提供两种聚合物稳定箔。

在将所述太阳能电池装置布置在两个聚合物稳定箔之间，并且其中每个太阳能电池都被设置为与至少一个相邻的太阳能电池横向定位并且插入在所述正面聚合物稳定箔和背面聚合物稳定箔之间后，所述正面和背面聚合物稳定箔之间被相互连接。在这种机械连接结构中，两个聚合物稳定箔和插入其间的太阳能电池装置可以形成中间产品，在本申请中将其称为“光伏标签的中间产品”。在这种光伏标签的中间产品中，所述太阳能电池装置被封装在所述正面和背面聚合物稳定箔之间。换句话说，两个聚合物稳定箔通过将所述太阳能电池装置紧密地包围在由两个相对布置的的聚合物稳定箔形成的堆叠结构或复合物中的方式彼此连接。优选地，所述正面和背面聚合物稳定箔被连接以形成相互连接的正物质。

具体而言，在一个实施例中的连接步骤中，所述正面聚合物稳定箔、所述背面聚合物稳定箔和所述太阳能电池装置通过加热和层压工艺的至少其中之一连接在一起。换句话说，在例如将所述背面聚合物稳定箔、所述太阳能电池装置和最后的所述正面聚合物稳定箔以接近的方式彼此堆叠布置后，这些堆叠层可以通过彼此机械连接而相互连接。可选和优选地，可以将额外的聚合物层压箔插在所述太阳能电池装置的两侧的所述稳定箔与所述太阳能电池装置之间的位置。所述连接例如可以通过对堆叠结构充分加热以使得聚合物箔的聚合物材料变得粘稠和/或发粘来进行。因此，通过这种暂时的加热，聚合物箔可以相互机械连接和/或可以与插入的太阳能电池装置相互连接。这种过程有时也被称为层压过程。作为这种层压过程的结果，所述正面和背面聚合物箔，可选地还有所述太阳能电池装置可以通过正物质的连接彼此整体连接。此外，所述层压过程可以被替代为或者额外包括其它用于连接聚合物箔的手段，例如可以在所述聚合物箔之间的连接面处和/或在所述聚合物箔的其中之一与太所述阳能电池装置之间的连接面处施加胶水或者粘合剂。

获得的光伏标签的中间产品以及最终的光伏标签通常包括各种特性。例如，包括在其中的所述太阳能电池装置的所述太阳能电池至少在一定程度上受到保护，以免受到可能损坏所述太阳能电池的机械、电和/或化学影响。进一步地，在形成所述光伏标签的层压结构中，所述太阳能电池装置的所述太阳能电池通过包围整个太阳能电池装置的聚合物箔稳定并彼此机械连接。因此，整个光伏标签可以在随后的例如光伏模块制造过程中易于被处理。然而，单独的所述PV标签通常不具有最终的PV模块所需要的足够的机械稳定性和/或刚度。换句话说，所述光伏标签通常至少在相邻太阳能电池之间的横向区域中是高度可弯曲的。具体地，单独的光伏标签通常无法自支撑。因此，如下面进一步地详细描述，所述光伏标签可以通过设置载体结构以形成所述PV模块结构的最终产品。

在传统的PV模块的制造过程中，形成封装部分的聚合物层压箔通常设置有额外的横向尺寸，其例如可以充分地与所述太阳能电池装置重叠并且可以充分地横向延伸以超出其包括的太阳能电池的最外边界。所述聚合物层压箔例如可以延伸超出所述太阳能电池的最外边界数毫米。在这种传统的封装中，即使两个聚合物箔之间的未完全对准通常也不会对最终的PV模块产生负面影响。尤其是在大多数传统的PV模块中，承载了堆叠刚性板、聚合物箔和太阳能电池装置的层压结构的框架通常在其圆周边界处覆盖至少几毫米的这种层压结构，使得任何未对准的聚合物箔也可以被这种框架覆盖。

然而在本申请提出的PV模块制造中，特别是在基于模内贴标的PV模块制造中，可能需要提供具有非常精确的横向尺寸的PV标签。特别是为后续PV模块制造提供的PV标签的精度可能只能接受小于某个预设阈值的横向尺寸公差。该预定阈值例如可以是在一个或每个横向方向上等于或小于1mm。如果横向尺寸的公差超过该阈值，则在随后的制造步骤中可能会出现各种问题。例如，在随后的注塑成型步骤中注入处于可成型状态的聚合物材料时，与该注入的聚合物材料一起成型的PV标签的尺寸精度不够可能会导致最终PV模块的产品质量不足。特别地，如果在所述模内贴标工艺过程中将PV标签容纳在模具内的特定区域时，PV标签的横向尺寸比允许的限定横向尺寸小太多可能会导致可模塑聚合物材料到达不应被所述可模塑聚合物材料覆盖的区域(例如PV标签区域)。特别地，PV标签的横向尺寸过小可能导致可模塑聚合物材料在模内贴标签过程中到达所述PV标签的前侧，进而干扰最终PV模块的功能和/或外观。因此，PV标签应该具有非常精确的横向尺寸，其尺寸与预定尺寸的偏离最多应当在可接受的公差范围内。

所述正面聚合物稳定箔和所述背面聚合物稳定箔最初可能不提供预期或要求的预定义尺寸，以便例如后续的光伏模块制造步骤。聚合物箔最初的横向尺寸通常是过大的。然而，即使假设可以为聚合物箔提供精确的预定尺寸，在上述方法步骤中也可能存在风险，例如在将所述太阳能电池装置布置在所述正面和背面聚合物箔之间的步骤中和/或在连接用于形成光伏标签的中间产品的聚合物箔的步骤中，所述正面和背面聚合物箔可能产生略微的位移，从而使得相互之间变得略微未对准。因此，可能需要切割所述光伏标签的中间产品以形成具有最终尺寸的光伏标签，所述最终尺寸与预期的预定尺寸充分对应。

通常各种切割技术都可以用于切割所述PV标签的中间产品的聚合物稳定箔。例如可以使用某种剪刀或刀片切割所述聚合物箔。在工业应用中，所述剪刀或刀片可以由机器或机器人操控。或者可以使用自动锯切机或切割机来切割所述PV标签的中间产品。作为另一选择，使用高压水射流切割所述PV标签的中间产品也是可设想的。

然而，申请人观察到所有这些机械切割所述PV标签的中间产品的聚合物稳定箔的方法都可能导致由所述PV标签制造的最终的PV模块的品质降低。

特别地，经观察PV标签中的机械退化可能由这种机械切割引起。而机械退化可能会使最终PV模块的机械稳定性、电效率和/或寿命降低。

特别地，申请人观察到机械切割所述PV标签的中间产品可能导致微振动或其他机械力作用在与切割线区域紧邻的所述PV标签的中间产品的聚合物箔堆叠结构上。换句话说，在机械切割过程中，力可以被施加到先前已经彼此连接的聚合物箔的堆叠结构上。由于这种力通常发生在切割线处或者切割线附近，而切割线后来会形成最终PV标签的外边界，因此PV标签特别容易受到局部损坏。申请人观察到，机械切割所述PV标签的中间产品可能会导致所谓的微分层，也就是说在小范围内所述正面和背面聚合物稳定箔之间的接缝会局部分离，也就是说，两个聚合物箔之间会局部相互分离。因此，由于所述微分层，所述正面和背面聚合物箔在机械切割过程后将不再完全地彼此连接。例如，在所述微分层处可能会出现空腔。申请人观察到，由机械切割引起的微分层或其它机械缺陷可能在随后的PV模块制造步骤期间造成问题。特别地，经观察在随后的注塑成型过程中，例如在模内贴标过程中，由于微分层导致的正面和背面聚合物箔之间的粘附力不足可能导致产品无法充分成型。具体而言，所述PV标签中的局部分层可能会降低最终PV模块的质量。总体而言，最终的模制PV模块可能会受到由机械切割所述光伏标签的中间产品所引起的机械损坏。

为了避免这种问题和缺陷，建议使用特定的非机械式(即非接触式)切割技术来切割所述PV标签的中间产品。特别建议使用激光束切割所述PV标签的中间产品。其中，激光束为高强度聚焦光束。所述激光束可以由例如气体激光器、固态激光器或者激光二极管的激光源发射。在切割过程中，所述激光束可以沿着限定最终切割边缘的引导线来引导。因此，所述引导线可以限定所述PV标签的最终尺寸和/或轮廓。特别地，所述引导线可以包括直线部分和/或弯曲部分。因此，所述PV标签可以被切割为任意的轮廓。因此，包括所述PV标签的最终PV模块可以具有任意几何形状和轮廓。特别地，所述PV标签以及所述PV模块可以具有弯曲的形状。

为了实现满意的切割效果，所述激光束的特性可以被专门配置为切割所述PV标签的中间产品。所述激光束的特性可以包括多种物理特性，例如激光的强度、激光的光谱或波长、激光束的光束宽度或光束形状、激光束位移速度、激光发射的时间依赖性(即激光束是连续发射还是以具有特定脉冲持续时间的脉冲发射)等。通过调整所述激光束的特性，一方面可以使得能够快速且精确地切割所述PV标签，另一方面可以使得生成的切割边缘显示出预期的特性。

在一个实施例中，所述正面聚合物稳定箔和背面聚合物稳定箔例如可以被所述激光束在一个共同切割动作中切割。换句话说，可以通过设置所述激光束在切割动作期间施加到所述PV标签上的特性，使得所述正面聚合物稳定箔以及背面聚合物稳定箔在一次切割过程中同时被所述激光束切割。通过在一个步骤中同时切割所述正面和背面聚合物稳定箔，可以加速整个切割过程。进一步地，同时切割两种聚合物稳定箔还可以改善得到的切割边缘的特性。

对于这种切割特性，可以设置激光束的物理特性(例如其强度、波长或光谱及其横截面)，以使得激光束中的能量不仅在激光束首先撞击的PV标签的一个表面处被吸收，而是优选地被吸收和/或分布在PV标签的整个厚度上。例如，所述激光束的波长或光谱可以与聚合物箔的聚合物材料相适应，以使得聚合物稳定箔对所述激光束光的吸收既不太强也不太弱。具体地，一方面对所述激光束光的吸收不应该太强，否则所述激光束光将在接近PV标签的照射表面的附近处几乎完全被吸收，进而仅表面加热所述PV标签。而另一方面，对所述激光束光的吸收也不应太弱，否则所述激光束在通过PV标签的传输过程中很难被吸收。相反，应根据聚合物箔材料的光学特性来选择激光束特性，并且应将其设置为使得激光束的大部分在激光束传输通过包括PV标签的正面和背面聚合物箔的整个堆叠结构时被连续吸收。

在本发明的一个实施例中，所述激光束被配置为根据所选择的物理特性，使得在切割步骤中由于所述激光束施加的能量，所述正面聚合物稳定箔和背面聚合物稳定箔在邻接切割边缘的区域中通过正物质连接。换句话说，所述激光束的特性不仅可以被配置为使得所述PV标签在吸收所述激光束时被局部切割，而且由于吸收所述激光束，所述正面聚合物箔和背面聚合物箔被临时加热，以使得最终在两个聚合物稳定箔之间建立正物质连接。特别地，所述正物质连接应当建立或支撑在与激光束切割位置相邻的区域(也就是说激光束在PV标签中被吸收的位置处和/或附近的区域)中，并因此产生切割边缘。

换言之，作为切割动作产生的积极副作用，切割激光束可以使所述正面和背面聚合物箔被局部和暂时地改变，以使得在切割边缘处产生正物质连接。所述局部和暂时地修改例如可以是指所述正面和聚合聚合物箔的材料可以由于吸收激光束而被修改。吸收激光束例如可能导致材料被暂时加热，使得材料的局部变得粘稠。由于所述暂时加热，所述背面聚合物箔的材料和所述正面聚合物箔的材料可以局部地融合，也就是说可以建立共同的相，从而导致在随后的材料冷却时发生预期的正物质连接。

换句话说，通过控制激光束特性以在切割连接的两个箔的同时在切割边缘留下焊接区域，可以对所述正面和背面稳定箔同时执行切割和密封动作。

特别地，在本发明的一个实施例中，所述正面聚合物稳定箔和背面侧聚合物稳定箔可以各自由一种聚合物材料组成，并且所述激光束的物理特性可以被配置为使得在切割步骤中，由于激光束施加的能量，所述正面聚合物稳定箔和背面聚合物稳定箔在与切割边缘邻接的区域中被暂时加热到最高温度，所述最高温度介于所述正面聚合物箔和背面聚合物箔的两者或其中之一的聚合物材料的的玻璃化转变温度和自燃温度之间。

换句话说，可以通过调整切割激光束的特性，使得当激光束被PV标签的聚合物材料吸收时，该聚合物材料被局部加热超过其玻璃化转变温度。其中，材料的玻璃化转变温度表示发生玻璃化转变的温度范围。玻璃化转变(有时也称为玻璃-液体转变)是指无定形材料随着温度升高从坚硬且相对易碎的“玻璃态”转变为粘稠态或橡胶态的渐变且可逆的转变。优选地，可以通过调整切割激光束的特性，使得在切割动作中所述聚合物材料的局部被加热超过其维卡软化温度。所述维卡软化温度或者维卡硬度是指没有明确熔点的材料(例如塑料)的软化点。确定维卡软化点的标准为ASTM D 1525和ISO 306。通常，当材料处于结晶态时，其玻璃化转变温度和维卡软化温度将低于相同材料的熔化温度。通过将所述正面和/或背面聚合物箔的聚合物材料加热到超过其玻璃化转变温度或维卡软化温度，所述聚合物材料将变得可模塑和/或发粘并且因此可以与另一聚合物箔的聚合物材料结合。在随后的冷却过程中，聚合物材料将在两个聚合物箔之间的形成预期的正物质连接。

然而，在选择激光束特性时应注意使所述正面聚合物箔和背面聚合物箔的聚合物材料在吸收激光束时达到的最高温度保持低于所述聚合物材料的自燃温度。所述自燃温度有时也称为物质的着火点，是指在没有外部点火源(例如火焰或火花)的正常大气中自发点燃的最低温度。通常需要此温度来提供燃烧所需的活化能。通过在激光束切割动作过程中将聚合材料中的温度保持在自燃温度以下，可以避免由于聚合材料的局部燃烧或炭化导致得到的切割边缘的发生损坏。

优选地，所述激光束的物理特性被配置为使得在切割步骤中，所述正面聚合物稳定箔和背面聚合物稳定箔被暂时加热到最高温度，所述最高温度低于所述正面聚合物稳定箔和背面聚合物稳定箔中的至少其中之一的聚合物材料的熔化温度。

换句话说，切割动作应该优选使用特性特别适合的激光束来执行，以使得在吸收激光束后，所述正面和/或背面聚合物箔的聚合物材料被加热到处于该材料的玻璃化转变温度和熔化温度之间的温度。在上述的温度范围内，聚合物材料将暂时变得粘稠，但不会完全变成液态。因此，可以避免任何液化聚合材料的流动或倾倒，并且可以使在箔之间形成的正物质连接具有非常高的质量。

影响吸收激光束的聚合物材料的加热程度的激光束特性通常尤其包括激光束光谱、激光束强度、激光束位移速度和激光发射的时间依赖性(其中激光束不连续发射)。后一个参数有时也称为脉冲长度和脉冲持续时间。上述参数应当被设置为使得在吸收激光束时将足够的能量引入聚合物材料中用于局部加热并由此将其玻璃化。因此，例如使激光束强度和/或脉冲长度足够高，可以使得聚合物材料可以在通过热传导传播热能之前吸收足够的能量。然而，应当避免产生过多的热量以防止聚合物材料被点燃。进一步地，非常高的激光束强度与非常短的激光脉冲相结合可以在短时间内产生非常高的能量吸收，这可能导致聚合物材料被烧蚀而非被加热。因此这种高强度激光方案将必须被避免，因为在这种高强度方案中，所述聚合物材料在有足够的热能传输到相邻材料之前就会被烧蚀殆尽。因此，在所述高强度方案中聚合物材料不会发生任何暂时的玻璃化，使得最终在聚合箔之间不可能建立起正物质连接。

由于选择了适当的激光束参数，所述正面和背面聚合物稳定箔的聚合物材料可以在切割动作过程中被加热到一个温度，使得在之后冷却下来时可以在两个箔之间建立非常稳定的正物质连接。其中，两个箔片之间的连接或粘附在切割动作过程中不会被损坏。相反，在最好的情况下，由于暂时的加热作用，箔片在邻近切割边缘的区域中的连接或粘附甚至可能得到增强，从而将两个稳定箔片激光焊接为正物质连接。从而可以避免在切割边缘处产生任何微分层，并且通过切割动作甚至可以使切割边缘变得稳定。

进一步地，经发现在激光切割和焊接过程中，可能有益或甚至需要至少轻微地将两个聚合物稳定箔相互压紧。因此当激光束切割这些箔片时，至少在箔片当前被激光束照射的区域中，需要在相反方向上向两个稳定箔片施加机械力。

在本发明的一个实施例中，使用激光束切割所述光伏标签的中间产品以形成最终尺寸的光伏标签，其相对于预定尺寸的横向公差小于1mm，优选地小于0.2mm。

换句话说，在激光切割过程中，激光束可以以非常高的精度形成、聚焦、引导和/或移动，以便非常精确地生成最终的切割边缘。因此，使用这种高精度激光切割，可以以非常低的横向公差生成PV标签的最终尺寸。由于PV标签的最终尺寸可以精确地与预期的预定尺寸对应，因此所述PV标签例如可以非常精确地定位在工具(例如随后的制造步骤中的模内注塑成型设备)内。

在一个PV模块构造方法的实施例中，在制备载体结构时例如可以将处于可塑状态的聚合物注入到模具中。其中所述模具通常包括具有特定凹槽尺寸的凹槽。在制备所述载体结构时，当所述光伏标签在其制备过程中被切割成最终尺寸之后，所述光伏标签然后可以被布置在模具的凹槽中，所述最终尺寸可以等于凹槽尺寸或比凹槽尺寸小1mm。

换句话说，在很大程度上类似于模内贴标技术的注塑成型技术中，可以将预先制备的具有非常精确尺寸的PV标签精确地布置在模塑工具内的预期位置处。其中，所述PV标签可以紧密地容纳在凹槽内。随后将聚合物引入模塑工具中，其中例如可以适当加热聚合物以使聚合物达到可模制状态。适用于注塑成型的聚合物可以包括热塑性塑料、热固性塑料和弹性体。聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚甲醛(POM)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚芳醚酮(PAEK)、聚醚醚酮(PEEK)等材料，聚丙烯和乙烯、环氧树脂、酚醛树脂、尼龙、聚苯乙烯(PS)、聚酰胺(PA)和/或硅树脂(或其任意组合)可以用于注塑成型载体结构。限定模塑载体结构的最终形状的模塑工具的空腔可以具有任意形状。特别地，所述空腔可以具有曲面。因此，包括载体结构和PV标签的最终PV模块可以具有复杂的形状，并且具体地，该形状可以具有例如对应于车辆的外部车身部分的功能部件的曲面。

此外，在一个PV模块制造方法的实施例中，在制备所述载体结构时，可以仅在背面聚合物稳定箔的暴露表面处将处于可模塑状态的聚合物布置到光伏标签上。换句话说，在例如使用IML过程生成载体结构时，所述PV标签可以被精确地确定尺寸并精确地定位在模塑工具内，使得在将可模塑聚合物注入模塑工具时，该聚合物只接触所述PV标签的背面而不会到达所述PV标签的正面。上述形成载体结构并将载体结构的材料仅在一侧与PV标签连接的可选实施例可以制备具有强机械结构、高转换效率、美观的外观和/或令人满意的寿命的PV模块。

在一个实施例，所述正面聚合物稳定箔和/或背面聚合物稳定箔可以包括至少一个标记。其中，在切割所述PV标签的中间产品的步骤中，可以参考至少一个标记来引导激光束。换句话说，至少一个标记可以例如被提供在所述PV标签的表面上的预定位置处。所述标记可以作为参考位置，使得激光束可以在切割动作过程中相对于所述标记定位和/或移位。优选地，可以为所述PV标签提供多个用于引导激光束的标记。每个标记可以标记所述PV标签上的一个位置、线条或区域。所述标记可以具有多种特性并且可以使用多种技术来构造。所述标记例如可以被构造为可视觉检测的。所述标记例如可以是所述PV标签上具有与相邻区域不同的光学特性的区域。在标记处的光吸收率和/或反射率例如可以与相邻区域相比存在不同。所述标记可以由PV标签上的着色或脱色区域或符号、所述PV标签上的凹痕或凸起和/或类似方式形成。视觉标记可以例如使用传感器、照相机或激光切割工具提供的其它检测器来检测，然后可以由激光切割工具参考检测到的标记来定位激光束。

应当注意，本发明的实施例的可能特征和优点在本申请中部分通过制造PV标签的方法来描述，并且部分通过制造使用所述PV标签的PV模块的方法来描述。本领域技术人员应当理解，可以将这些特征适当地从一个实施例转移到另一个实施例，并且可以修改、调整、组合和/或替换等特征，以便得出本发明的进一步的实施例。

附图说明

在下文中，将参考附图描述本发明的有利实施例。然而，附图和说明书都不应被解释为限制本发明。

图1示出了本发明的一个实施例中一个制造方法过程中穿过PV标签的截面图。

图2示出了一个PV标签的俯视图。

图3示出了本发明的一个实施例中一个制造方法的切割步骤过程中的穿过PV标签的截面图。

图4示出了本发明的一个实施例中一个用于制造PV模块的模内贴标工具的截面图。

上述附图只是示意性的而不是按比例绘制的。相同的附图标记表示相同或相似的特征。

优选实施方式

图1和图3示出了在制备PV标签1的制作方法的后续步骤中所述PV标签1的横截面。图2示出了示例性的PV标签1的俯视图。如图2所示，所述PV标签1可以具有复杂的形状，其包括弯曲的表面和/或弯曲的轮廓。开始制造在所述PV标签1时，提供太阳能电池装置3、正面聚合物稳定箔5和背面聚合物稳定箔7。另外，可以提供正面聚合物层压箔6和背面聚合物层压箔8(仅在图3的放大示意图中示出)。所述太阳能电池装置3包括由电连接结构11互连的多个PV电池9。所述PV电池9彼此相邻布置并且通过串联和/或并联相互连接。所述太阳能电池装置3可以包括其它组件，例如旁路二极管、接线盒等(未明确示出)。

在将所述正面聚合物稳定箔5堆叠在所述太阳能电池装置3的顶部并且将所述背面聚合物稳定箔7堆叠在所述太阳能电池装置3的下方，并且将所述前侧和后侧聚合物层压箔6、8额外地插入所述太阳能电池装置3与所述正面和背面稳定箔5、7中的每一个之间之后，对整个堆叠结构进行层压处理。在所述层压处理中，所述堆叠结构被加热至例如60℃和250℃之间的高温并且在处于压力下。由于所述层压处理，所述正面聚合物稳定箔5、背面聚合物稳定箔7和所述插入的太阳能电池装置3相互连接，因为所述聚合物稳定箔5、7和/或所述插入的聚合物层压箔6、8在高温下变得粘稠并且彼此粘附并粘附至所述太阳能电池装置3。因此，所述正面聚合物稳定箔5、所述背面聚合物稳定箔7和所述插入的太阳能电池装置3形成作为实体的所述PV标签1，其可以在后续处理步骤期间被容易地处理并且保护所述太阳能电池装置3免受机械、电气和/或化学攻击。

通常，所述正面聚合物稳定箔5和背面聚合物稳定箔7初始设置有过大尺寸，也就是说具有超过预期的最终尺寸的尺寸。因此，在连接所述聚合物稳定箔5、7和所述太阳能电池装置3以形成所述PV标签1的中间产品之后，需通过适当地切割所述PV标签1的中间产品，以使得所述PV标签1的横向尺寸可以与预期的最终尺寸相适应。

如图3所示，所述切割是使用激光束13完成的。所述激光束13由激光源15发射。所述激光束13根据预期线的精确指引和引导以形成最终的所述PV标签1的切割边缘17。其中，所述切割边缘17可以与预期的最终尺寸的所述PV标签1的外轮廓相对应。所述激光束13可以沿着所述预期线以小于1mm的横向公差被引导。为了精确引导所述激光束13，可以通过检测例如设置在所述聚合物箔(5、7)之一的外表面处的标记41，并且使所述激光束13相对于所述标记41定位。

所述激光源15及其发射的激光束13的特性被特别配置为在切割的同时进行焊接以将所述PV标签1沿着切割边缘密封。因此，激光束强度和激光束光谱需要被选择为使得所述激光束13在至少部分透射通过所述PV标签I及其正面和背面聚合物箔5、7时被适当地吸收。在所述激光源15以脉冲状态发射所述激光束13的情况下，也可以适当地选择其它的激光束特性，例如激光束强度、激光束功率和/或脉冲长度和脉冲持续时间。

优选地，在一方面可以将激光束特性设置为使得所述正面和背面聚合物稳定箔5、7在一个共同的切割动作中被所述激光束13切割。在另一方面，可以将激光束特性设置为使得所述正面和/或背面聚合物稳定箔5、7的聚合物材料在吸收所述激光束13时使与所述切割边缘17相邻的区域19中的聚合物材料被暂时加热至高温，所述高温在所述稳定聚合物箔5，7的至少其中之一的聚合物材料的玻璃化转变温度和自燃温度之间，优选在玻璃化转变温度和熔化温度之间。

因此，由于在切割动作期间吸收所述激光束13，与所述切割边缘17相邻的所述区域19将暂时玻璃化，也就是说进入玻璃态或部分熔融状态。因此，在随后将所述区域19冷却之后，可以在所述正面和背面聚合物稳定箔5、7之间建立可靠且牢固的正物质连接。因此，可以最小化聚合物箔5、7之间发生微分层的风险。

例如，所述激光源15及其激光束13可以具有以下特征：所述激光源15例如可以是CO

为了避免激光切割过程中的潜在问题，通常可以将加热聚合物材料时产生的可燃气体和/或不可燃气体使用排气装置21通过吸力抽出。

在准备好最终尺寸的所述PV标签1后，可以通过准备用于承载所述PV标签1的载体结构25来制造PV模块23。如图4所示，所述PV标签1可以插入注塑工具27的模具29中。所述模具29包括凹槽31。所述凹槽31设有凹槽尺寸。所述PV标签1的最终尺寸被预切割以使得其与所述凹槽尺寸精确对应。因此，所述PV标签1可以紧密地插入所述凹槽31中。在随后的注塑过程中，聚合物33经由入口37被注入到所述模具29的空腔35中。多余的空气可以通过出口39从所述空腔35中释放出来。所述空腔35延伸至与所述凹槽31相邻，也就是所与布置在所述凹槽31中的所述PV标签1相邻。因此，所述聚合物33可以与所述PV标签1的一个表面紧密机械连接，优选地可以与所述PV标签1的背面聚合物箔7的背面紧密机械连接。所述聚合物33被加热至高温，例如被加热至高于所述聚合物33的玻璃化转变温度，以使其变得可塑。因此，在随后的冷却过程中，所述聚合物33可以形成所述PV模块23的自支撑载体结构25，所述载体结构25的聚合物33与所述PV标签1的所述正面和背面聚合物稳定箔5，7的至少其中之一形成正物质连接。

最后，应当注意，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一个”或“一个”不排除多个的情况。还可以组合结合不同实施例描述的内容。还应注意，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

附图标记列表

1   PV标签

3   太阳能电池装置

5   面聚合物稳定箔

6   面聚合物层压箔

7   背面聚合物稳定箔

8   背面聚合物层压箔

9   PV电池

11  电连接结构

13  激光束

15  激光源

17  切割边缘

19  与所述切割边缘相邻的区域

21  排气装置

23  PV模块

25  载体结构

27  注塑工具

29  模具

31  凹槽

33  聚合物

35  空腔

37  入口

39  出口

41  标记