一種減反射自清潔薄膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于功能薄膜領(lǐng)域，特別是涉及一種減反射自清潔薄膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著化石能源的不斷消耗和環(huán)境污染的加重，太陽能作為一種清潔的可再生新能 源，受到世界各國的重視。太陽能光伏發(fā)電是利用半導體的光電效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)換為電 能的技術(shù)，是主要的新能源技術(shù)之一。
[0003] 光伏發(fā)電的大規(guī)模推廣主要取決于其自身效率的提升以及成本降低。效率提升一 方面可以通過研究優(yōu)化半導體吸收層的材料，調(diào)控材料界面、能帶，從而拓寬吸收光譜、提 高光吸收效率、抑制電荷復合。另一方面，還可利用微納米結(jié)構(gòu)對入射光子進行調(diào)控，抑制 表面和界面反射，提高電池對光的捕獲能力。目前常用的減反射策略包括表面制絨減反射 (CN 102851743A)、電池表面沉積SiNx或SiOx/SiNx等減反射膜（CN 104691040 A，CN 104916710 A)、表面等離子體共振增強光吸收(CN 102709402 A)等。上述方法制備的電池 最終還需要封裝工藝以減緩電池性能的衰減。封裝后的窗口層一般是玻璃或者聚合物薄 膜。光在空氣/玻璃或者空氣/聚合物界面的反射一定程度上減少了到達電池吸收層的光子 數(shù)。為此，抑制窗口層界面的反射對提高太陽能電池效率至關(guān)重要。為了抑制此界面的反 射，可在玻璃或聚合物窗口層形成一層減反射薄膜。在晶體硅太陽能電池中常用的方法是 將較低折射率的多孔Si0 2等薄膜鍍在玻璃蓋板表面(W02013174754 A2)。這類光學增透膜 可實現(xiàn)波長A = 4nd(其中λ為光在空氣中的波長，n為薄膜的折射率，d為薄膜的厚度)處的增 透效果，但若要實現(xiàn)寬光譜減反就必須疊加多層不同折射率的薄膜，這將提高加工的成本。 另一種方法是在表面覆蓋具有亞波長級別的納米陣列結(jié)構(gòu)膜。例如，Yu等人將具有亞波長 級別的納米陣列結(jié)構(gòu)薄膜貼附在電池表面，利用光學薄膜表面的折射率梯度變化，實現(xiàn)了 寬光譜、廣角度的減反射效果（Advanced Materials，2015, DOI :10. 1002/ adma.201502483)。在具有亞波長特征結(jié)構(gòu)的光學薄膜中，傳統(tǒng)幾何光學的傳播理論不再適 用，一般利用時域有限差分(FDTD)、頻域有限差分(FDFD)或嚴格耦合波分析(RCWA)等數(shù)值 計算方法分析微觀電磁場分布及傳播特征。
[0004] 值得注意的是，上述納米結(jié)構(gòu)減反射膜雖具有優(yōu)異的光學特性，但其亞微米的結(jié) 構(gòu)具有較差的機械性能，難以適應(yīng)光伏電池在戶外工作時風沙、冰雹等的嚴苛考驗。此外， 戶外的風沙、雨水以及鳥兒造成的灰塵和殘余雜物容易將太陽能電池板表面弄臟，影響電 池組件的效率。
[0005] 鑒于以上所述，開發(fā)一種具有優(yōu)異減反射效果同時又具有較強耐候性、機械強度 和自清潔功能等的光學薄膜對太陽能電池的推廣和普及具有重要的實用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種減反射自清潔薄膜及 其制備方法，以實現(xiàn)一種具有優(yōu)異減反射效果同時又具有較強耐候性、機械強度和自清潔 功能等的光學薄膜，并且，將減反射自清潔薄膜與太陽能電池組件窗口層集成，可有效提高 電池效率。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種減反射自清潔薄膜的制備方 法，包括:采用壓印技術(shù)以及表面修飾技術(shù)于透明柔性薄膜上加工出具有微米尺寸的立體 圖形結(jié)構(gòu)，使得所述透明柔性薄膜具有減反射自清潔的性能。
[0008] 優(yōu)選地，所述壓印技術(shù)包括紫外壓印、熱壓印、熱固化壓印、微接觸壓印中的一種。
[0009] 優(yōu)選地，所述紫外壓印包括:于透明柔性薄膜上涂覆紫外固化膠，然后采用具有微 米結(jié)構(gòu)圖形的模具對固化膠進行壓印，待紫外燈照射并固化后將模板與基底分離，即獲得 所述的減反射自清潔薄膜。
[0010] 進一步地，所述的模具的材質(zhì)包括鎳、銅、鉻、硅、石英、藍寶石、PI以及聚四氟乙烯 中的一種。
[0011]進一步地，在紫外壓印過程中，還包括在壓印前對所述透明柔性薄膜進行加熱以 及氣體等離子體處理的步驟，或/及在壓印過程中對透明柔性薄膜進行加熱的步驟，以提升 紫外壓印效率和壓印質(zhì)量。
[0012] 優(yōu)選地，所述的熱壓印的溫度范圍為90-300°C，壓力范圍為0.1 _30MPa。
[0013] 優(yōu)選地，所述熱固化壓印包括:利用澆注成型或射出成型技術(shù)將液態(tài)聚合物澆注 或注射到具有微米結(jié)構(gòu)圖形的模具上，利用加熱或自然固化方式待其固化后再將模具與聚 合物分離，以獲得所述減反射自清潔薄膜。
[0014] 優(yōu)選地，所述熱壓印包括平板式壓印、輥對板壓印以及輥對輥壓印中的一種。
[0015]優(yōu)選地，所述平板熱壓印包括:采用具有微米結(jié)構(gòu)圖形的模具與所述透明柔性薄 膜接觸并施加壓力，然后升高壓印溫度并保持一定時間，以壓印出所述減反射自清潔薄膜。
[0016] 優(yōu)選地，所述輥對板或輥對輥壓印包括:使所述透明柔性薄膜與具有微米結(jié)構(gòu)圖 形的模具接觸，在設(shè)定的壓力、輥速、溫度、光照強度、及脫模角度的條件下壓印出所述減反 射自清潔薄膜。
[0017] 優(yōu)選地，所述透明柔性薄膜，包括透明聚合物材料或透明聚合物材料與透明無機 材料的復合物薄膜，其中，所述透明聚合物材料包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸 酯(PC)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚氨 酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰亞胺(PI)、聚二甲 基硅氧烷(PDMS)中的一種，所述透明無機材料包括3丨0 2、1102^1203、3丨隊、3丨(：中的一種。
[0018] 優(yōu)選地，所述有微米尺寸的立體圖形結(jié)構(gòu)包括錐狀、金字塔狀、凹坑狀、倒錐狀、倒 金字塔狀、光柵狀、棱鏡狀結(jié)構(gòu)以及基于以上形狀衍生的有序排列結(jié)構(gòu)或隨機排列結(jié)構(gòu)。
[0019] 優(yōu)選地，所述表面修飾包括5丨02、1102^1 203、3丨仏、3丨(：、103中的一種或兩種以上復 合材料的硬質(zhì)涂層。
[0020] 優(yōu)選地，所述減反射自清潔薄膜的自清潔表面為超疏水表面或超親水表面。
[0021 ]優(yōu)選地，還包括步驟:將所述減反射自清潔薄膜與太陽能電池組件的窗口層集成， 以有效抑制窗口層表面反射，增加進入到電池吸收層的光子數(shù)，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換 效率。
[0022]進一步地，所述太陽能電池組件包括剛性的晶體硅太陽能電池組件、薄膜太陽能 電池組件，以及柔性太陽能電池組件中的一種。
[0023] 進一步地，將所述減反射自清潔薄膜與太陽能電池組件的窗口層集成包括步驟： 將背板材料、第三熱熔粘合劑、晶體硅太陽能電池、第二熱熔粘合劑、太陽能電池玻璃蓋板、 第一熱熔粘合劑、減反射自清潔薄膜自下而上依次疊放在一起，并加熱至85_180°C，在其兩 端施加0.1-1.OMPa的壓力，以實現(xiàn)減反射自清潔薄膜和晶體硅太陽能電池的粘接。
[0024] 進一步地，將所述減反射自清潔薄膜與太陽能電池組件的窗口層集成包括步驟： 將減反射自清潔薄膜、第四熱熔粘合劑、太陽能電池玻璃蓋板、第三熱熔粘合劑、晶體硅太 陽能電池、第二熱熔粘合劑、太陽能電池玻璃蓋板、第一熱熔粘合劑、減反射自清潔薄膜自 下而上依次疊放在一起，并加熱至85-180°C，在其兩端施加0.1-1. OMPa的壓力，實現(xiàn)雙玻晶 體硅太陽能電池的封裝和減反射自清潔薄膜的粘接。
[0025] 進一步地，將所述減反射自清潔薄膜與太陽能電池組件的窗口層集成包括步驟： 將背板材料、第二熱熔粘合劑、薄膜太陽能電池、第一熱熔粘合劑、減反射自清潔薄膜自下 而上依次疊放在一起，并加熱至85-180°C，在其兩端施加0.1-1. OMPa的壓力，實現(xiàn)減反射自 清潔薄膜和薄膜太陽能電池的粘接。
[0026] 優(yōu)選地，所述的背板材料為具有防水蒸汽、氧氣滲透、良好紫外耐受能力的聚酯薄 膜，且所述聚酯薄膜一側(cè)具有能夠與熱熔粘合劑進行粘合的樹脂。
[0027]優(yōu)選地，所述第一熱熔粘合劑、及/或第二熱熔粘合劑、及/或第三熱熔粘合劑、及/ 或第四熱熔粘合劑包括乙烯一醋酸乙烯共聚物(EVA)粘合劑或膠膜、聚乙烯醇縮丁醛(PVB) 粘合劑或膠膜、聚烯烴(P0)粘合劑或膠膜、聚氨酯(TPU)粘合劑或膠膜中的一種。
[0028] 優(yōu)選地，先制備減反射自清潔薄膜再將其與太陽能電池組件的窗口層集成，或?qū)?減反射自清潔薄膜的制備與太陽能電池組件的窗口層集成同時進行。
[0029] 本發(fā)明還提供一種減反射自清潔薄膜，所述種減反射自清潔薄膜包括透明柔性薄 膜以及形成于所述透明柔性薄膜上的具有微米尺寸的立體圖形結(jié)構(gòu)，且所述立體圖形結(jié)構(gòu) 具有表面修飾，使得所述透明柔性薄膜具有減反射自清潔的性能。
[0030] 優(yōu)選地，所述透明柔性薄膜，包括透明聚合物材料或透明聚合物材料與透明無機 材料的復合物薄膜，其中，所述透明聚合物材料包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸 酯(PC)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚氨 酯