一種太陽(yáng)能電池封裝前膜及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池封裝前膜,并涉及其在無(wú)人機(jī)用耐候型太陽(yáng)能電池中 的應(yīng)用,屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。 技術(shù)背景
[0002] 在全球氣候變暖、生態(tài)環(huán)境惡化的大背景下,尋找化石能源的替代品,改善能源結(jié) 構(gòu)成為各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)。在諸多清潔能源備選方案中,太陽(yáng)能以清潔、安全、資源充足等特 點(diǎn)被認(rèn)為是未來(lái)最具發(fā)展?jié)摿Φ哪茉粗唬艿绞澜绺鲊?guó)的極大重視與支持。對(duì)于太陽(yáng)能 的開發(fā)和利用,最具代表性的是太陽(yáng)能電池,在太陽(yáng)能電池家族中,柔性薄膜太陽(yáng)能電池具 有輕、柔、薄等優(yōu)勢(shì),并擁有更好的溫度適應(yīng)性、低光照條件和弱光性能,其發(fā)展前景受到了 各界的廣泛關(guān)注。目前,主流的薄膜太陽(yáng)能電池有CIGS、GaAs、CdTe等,在上述這些薄膜電 池中CIGS是性能與成本結(jié)合最佳的柔性薄膜太陽(yáng)能電池,其典型的組件轉(zhuǎn)換效率在15% 以上。
[0003] 對(duì)于CIGS薄膜電池而言,封裝前膜是其性能得以充分發(fā)揮的重要輔助構(gòu)件,材料 的選擇自然成為決定封裝前膜優(yōu)劣的關(guān)鍵因素。在現(xiàn)如今的太陽(yáng)能電池組件中使用最多的 封裝材料是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA),通過(guò)向其中添加交聯(lián)劑來(lái)提高耐熱性和耐蠕 變性,添加抗氧劑和穩(wěn)定劑來(lái)提尚耐老化性,添加增粘劑來(lái)提尚粘著力,基本可以滿足太陽(yáng) 能電池組件的使用要求。然而,由于EVA樹脂對(duì)水分的阻隔性能不高,在長(zhǎng)期的戶外使用過(guò) 程中,滲入組件中的水分往往會(huì)使增粘劑失效,導(dǎo)致封裝材料對(duì)前后基板的粘著力不能持 久。
[0004] 為了克服使用EVA作為薄膜電池封裝前膜所存在的上述缺陷,中國(guó)專利文獻(xiàn) CN102339883A公開了一種光伏組件,包括:基板,所述基板由玻璃纖維增強(qiáng)樹脂制成;光伏 層,所述光伏層設(shè)在所述基板的上表面上,其中所述光伏層包括至少一個(gè)光伏電池和透明 的保護(hù)層,所述保護(hù)層覆蓋在所述光伏層上,所述保護(hù)層由氟塑料,如聚四氟乙烯(PTFE) 制成。上述技術(shù)由于使用了具有優(yōu)良的強(qiáng)度、耐久性、耐候性及防水性能的PTFE作為保護(hù) 層,因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏層的有效保護(hù),延長(zhǎng)光伏組件的使用壽命。但是,將PTFE膜作為封 裝前膜仍存在的問(wèn)題在于,因 PTFE自身的透光率較低,通常只有40%左右,從而導(dǎo)致上述 技術(shù)中的光伏電池的光吸收效率較小,難以滿足供電需求。因此,如何提高PTFE封裝前膜 的透光率,以增強(qiáng)光伏電池對(duì)光的吸收效率,是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個(gè)技術(shù)難題。
[0005] 眾所周知,近年來(lái)無(wú)人機(jī)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用,其靈活易用的使用特性使其仍具 有廣闊的發(fā)展前景。一般來(lái)說(shuō),無(wú)人機(jī)的供能系統(tǒng)為鋰電池。雖然在各種儲(chǔ)能器件中,鋰電 池具有比較合適的質(zhì)量能量比、質(zhì)量功率比,但對(duì)于無(wú)人機(jī)而言,鋰電池的性能直接決定了 其為無(wú)人機(jī)續(xù)航的能力,這也就成了限制無(wú)人機(jī)單次工作時(shí)間的瓶頸。如果能夠?qū)IGS光 伏電池組件應(yīng)用到無(wú)人機(jī)機(jī)翼等位置,以為無(wú)人機(jī)的運(yùn)行提供部分乃至全部動(dòng)力,則必將 大幅提高現(xiàn)有無(wú)人機(jī)的綜合性能,其應(yīng)用領(lǐng)域也可得到進(jìn)一步拓展。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明解決的是現(xiàn)有技術(shù)使用PTFE作為太陽(yáng)能電池封裝前膜所存在的電池吸光 率低的問(wèn)題,進(jìn)而提供一種具有高透光率和耐候性的太陽(yáng)能電池封裝前膜及其應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案為:
[0008] -種太陽(yáng)能電池封裝前膜,包括,聚四氟乙烯改性膜及在所述聚四氟乙烯改性膜 上依次蒸鍍形成的MgF 2薄膜、TiO 2-Zr02-La203混合物薄膜和Al 203薄膜;所述聚四氟乙稀改 性膜的厚度為50-100 μ m,MgF2薄膜的厚度為90-95nm,TiO 2-Zr02-La203混合物薄膜的厚度 為 500-800nm,Al2O3薄膜的厚度為 70-80nm ;
[0009] 其中,所述聚四氟乙烯改性膜的制備方法,包括如下步驟:
[0010] (1)將煤油與表面活性劑和/或助溶劑混合均勻,形成復(fù)合溶劑;
[0011] (2)將步驟⑴的復(fù)合溶劑加入至聚四氟乙烯粉末中,在10-18Γ的恒溫條件下、 以20-80r/min的速度攪拌均勻之后,再于惰性氣氛中24-40°C下恒溫熟化8-12h,得熟化 料;
[0012] (3)對(duì)步驟(2)的熟化料進(jìn)行模壓成型;
[0013] (4)將步驟⑶的成品靜置24h后,進(jìn)行熱處理,并保持24_36h ;所述熱處理的升 溫程序?yàn)椋簭?5°C至320°C的升溫速率為20°C /min,320-330°C的升溫速率為5°C /min, 330-370°C的升溫速率為10°C /min ;
[0014] (5)快速冷卻經(jīng)步驟(4)處理后的樣品,并烘干;
[0015] (6)對(duì)步驟(5)中烘干后的樣品進(jìn)行切片,切片的厚度為50-100 μπι ;
[0016] (7)依次采用氫等離子體、臭氧等離子體對(duì)步驟(6)的切片進(jìn)行改性處理,即得到 所述聚四氟乙烯改性膜。
[0017] 步驟⑴中,所述助溶劑為甲苯、己二醇或乙酸乙酯中的一種或多種;所述表面活 性劑為多烯基丁二酰亞胺、全氟辛酸鈉或全氟辛基磺酸鈉中的一種或多種。
[0018] 步驟(1)中,所述助溶劑或所述表面活性劑與所述煤油的質(zhì)量比為0.1 : (4-5); 或者所述助溶劑與所述表面活性劑的質(zhì)量之和與所述煤油的質(zhì)量之比0.1 : (4-5)。
[0019] 步驟⑵中,所述聚四氟乙烯粉末的純度為99. 9%、結(jié)晶度彡80%、粒徑為 0. 1-0. 2 μπκ分子量為700萬(wàn)-1000萬(wàn);所述聚四氟乙烯粉末與所述煤油的質(zhì)量比為 (20-25) : 1〇
[0020] 步驟(3)中,預(yù)壓成型的壓力為40-65MPa,預(yù)壓時(shí)間為Ι-lOmin,并保壓5-20min。
[0021] 步驟(5)中,使用-5~5°C的水對(duì)步驟⑷處理后的樣品進(jìn)行快速冷卻,并于 0. 5_lh之后供干。
[0022] 還包括向所述復(fù)合溶劑中加入環(huán)氧樹脂,攪拌均勻得混合料,再將所述混合料加 入至所述聚四氟乙烯粉末中。
[0023] 所述環(huán)氧樹脂與所述煤油的質(zhì)量比為2 : 5;所述環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂。
[0024] 在所述聚四氟乙稀改性膜上依次蒸鍍形成MgF2薄膜、TiO 2-Zr02-La203混合物薄膜 和Al 2O3薄膜的方法包括:
[0025] (a)在真空度小于5X 10 3pa的條件下,將步驟(7)得到的聚四氟乙烯改性膜升溫 至140-145 °C,形成前膜基底;
[0026] (b)在所述前膜基底上蒸鍍90-95nm的MgFJ莫;
[0027] (c)充入氧氣至真空度為(2-2. 5) X 10 2pa,在所述MgF2膜上蒸鍍500_800nm的 TiO2-ZrO2-La2O3 混合物薄膜;
[0028] (d)在所述TiO2-ZrO2-La2O 3混合物薄膜上蒸鍍70-80nm的Al 203膜,最終形成所述 太陽(yáng)能電池封裝前膜。
[0029] 所述MgF^的蒸鍍速度為0. 2-0. 3nm/s ;所述TiO 2-Zr02-La203混合物薄膜的蒸鍍 速度為0. 2-0. 4nm/s ;所述Al2O3膜的蒸鍍速度為0. 2-0. 3nm/s。
[0030] 上述任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池保護(hù)前膜在無(wú)人機(jī)用耐候型太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。
[0031] 本發(fā)明所述的太陽(yáng)能電池封裝前膜,通過(guò)在聚四氟乙烯改性膜的表面依次蒸鍍上 MgFJ莫、TiO 2-Zr02-La203混合物薄膜、及Al 203膜,可進(jìn)一步增強(qiáng)封裝前膜的透光性、耐磨損 性和阻水性能。而對(duì)于聚四氟乙烯改性膜的制備,在步驟(2)中將煤油與表面活性劑和/ 或助溶劑混合所形成的復(fù)合溶劑加入至聚四氟乙烯粉末中,在10-18Γ恒溫條件下緩慢攪 拌均勻,這樣有利于優(yōu)化聚四氟乙烯分子的排列順序,從而可提高PTFE膜的透光率及成膜 效果;步驟(4)對(duì)步驟(3)的成品進(jìn)行熱處理,以利用330-370Γ的高溫使成品定型,通過(guò) 采用特定的程序升溫方式更有助于提高分子結(jié)構(gòu)的定型性能,改善分子的結(jié)構(gòu);另外,在步 驟(7)中,采用等離子體對(duì)得到的切片進(jìn)行改性處理,其作用在于提高切片的表面活性,以 增強(qiáng)其粘結(jié)強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)聚四氟乙烯膜與光伏電池之間的有力粘結(jié)。
[0032] 進(jìn)一步地,本發(fā)明中聚四氟乙烯改性膜的制備方法還包括向復(fù)合溶劑中加入環(huán)氧 樹脂的步驟,環(huán)氧樹脂的加入有利于增強(qiáng)混合料的固化性能,便于聚四氟乙烯粉末的固化 成型。
[0033] 與現(xiàn)有技術(shù)使用PTFE膜作為太陽(yáng)能電池封裝前膜相比,本發(fā)明所述的太陽(yáng)能電 池封裝前膜的透光率得到了大幅提高,在300-1200nm下的透光率可達(dá)90. 5%以上。并且, 本發(fā)明的太陽(yáng)能電池封裝前膜還具有優(yōu)良的耐高溫、耐磨損及耐候性,且其機(jī)械性能好,因 而使得本發(fā)明所述的太陽(yáng)能電池封裝前膜能夠適用于無(wú)人機(jī)所可能面對(duì)的各種極端條件, 完全滿足無(wú)人機(jī)的工作環(huán)境需求。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中所述的太陽(yáng)能電池封裝前膜的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0035] 其中,附圖標(biāo)記如下:
[0036] I-Al2O3膜;2-TiO 2-Zr02-La203混合物薄膜;3-MgF J莫;4-聚四氟乙烯改性膜。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的太陽(yáng)能電池封裝前膜進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在下述 實(shí)施例中,wt %表示質(zhì)量百分含量。
[0038] 實(shí)施例1
[0039] 本實(shí)施例所述的太陽(yáng)能電池封裝前膜,包括厚度為50 μπι的聚四氟乙烯改性膜 及在所述聚四氟乙稀改性膜上依次蒸鍍形成的厚度為95nm的MgF2薄膜、厚度為650nm的 TiO2-ZrO2-La2O3混合物薄膜、及厚度為75nm的Al 203薄膜。
[0040] 上述太陽(yáng)能電池