CN102408194B

CN102408194B - 一种硼硅酸盐聚光玻璃及其制造方法

Info

Publication number: CN102408194B
Application number: CN201110224130.XA
Authority: CN
Inventors: 彭寿; 曹欣; 马立云
Original assignee: China Triumph International Engineering Co Ltd; Bengbu Glass Industry Design and Research Institute
Current assignee: China Triumph International Engineering Co Ltd; Bengbu Glass Industry Design and Research Institute
Priority date: 2011-08-06
Filing date: 2011-08-06
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2031-08-06
Also published as: CN102408194A

Abstract

本发明公开了一种新型硼硅酸盐聚光玻璃及其生产方法，其特征在于主要由以下重量百分比的原料制成：SiO₂60～85％，Al₂O₃0～10％，B₂O₃0～15％，Na₂O+K₂O1～8％，CaO0～10%，MgO0～10%。在制成的聚光玻璃（1）一侧面上均布设有一组彼此紧挨着的球型凹面（2）。经相关性能测试，热膨胀系数为39×10^-7/℃，密度2.3g/cm³，弹性模量为73GPa，样品透过率比普通玻璃增大2%以上，实现透过率大于93%，具有良好的光学和机械性能。安装在太阳能电池组件中，经测试太阳能电池转换效率提高了0.3%，光电转换效率超过9.5%。

Description

一种硼硅酸盐聚光玻璃及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种硼硅酸盐聚光玻璃，具体的说是涉及一种高透、聚光、耐热聚光玻璃及其制造方法。

背景技术

近几十年以来，人类社会的发展始终伴随着化石能源的大量使用。但是，日益枯竭的化石能源以及逐渐加剧的环保压力使得人类开始着眼于清洁能源的发展与应用，太阳能由于具有清洁、使用方便、可利用量无穷大等优点受到了人类最多的关注，太阳能使用过程中最关键的部分就是太阳能电池的制造及使用。

目前，市场上运用的太阳能电池主要分为晶硅型太阳能电池和薄膜型太阳能电池两类。晶硅型太阳能电池主要有盖板玻璃，EVA材料，光电转换层以及背保护材料组成。薄膜型太阳能电池主要由透明导电膜玻璃、光电吸收层、背电极层以及基板玻璃组成。

太阳光照射到太阳电池上后，被太阳能电池吸收并产生光伏效应，从而产生电流。太阳能电池吸收越多的太阳光就能够产生更多的电流，从而提高太阳能电池的效率，降低太阳能电池的单位成本。

但是，照射到太阳能电池上的太阳光并不能够完全被太阳能电池吸收，有很大一部分被反射，造成了能量的损失。有鉴于此，需要设计一种玻璃板，使得能够最大限度的减少入射太阳光的损失，从而提高电池转换效率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有技术存在的缺点，提供的一种具有高透过率、高聚光性、耐热性优良的硼硅酸盐聚光玻璃及其制造方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

A、一种硼硅酸盐聚光玻璃

其特征在于主要由以下重量百分比的原料制成：SiO₂60～85％，Al₂O₃0～10％，B₂O₃0～15％， Na₂O+K₂O1～8％，CaO 0~10%，MgO 0~10%。

在上述技术方案的基础上，可以有以下进一步的技术方案：

在所述聚光玻璃一侧面上均布设有一组彼此紧挨着的球型凹面或者椭球形凹面，球型凹面的口径为0.1~20mm，椭球型凹面的口径长半轴为0.1~20mm，短半轴为0.1~10mm；所述的球型凹面或椭球型凹面均匀分布在聚光玻璃一侧面的整个表面上；所述的球型凹面或椭球型凹面呈平行分布，或者所述的球型凹面或椭球型凹面呈错位分布。

B、一种硼硅酸盐聚光玻璃制造方法

其特征在于包含以下步骤：

（1）、按照权利要求1规定的原料及配比配制配合料；

（2）、将配合料置于石英或白金坩埚中，放入硅钼炉中进行熔制，熔制温度为1500～1700℃，当达到熔制温度后将玻璃液在该温度下保温1～5个小时后取出；

（3）、将熔化后玻璃液倾倒于预先加热的模具中成型，模具预热温度为200～300℃；

（4）、在成型过程中，待样品降温至600℃~1000℃时，使用制备好的压制辊道在玻璃表面压制球型凹面或者椭球型凹面；

（5）、将模具及其中玻璃放入马弗炉内以1～3℃/min的降温速度退火，退火温度为500～600℃。

本发明的聚光玻璃采用氧化硅、氧化硼、以及氧化铝作为主要原材料，其成分结构能够保证该聚光玻璃具有良好的透过率、优良的耐热和耐候性能，满足高性能太阳能电池的需求。

本发明提供的一种硼硅酸盐聚光玻璃，在玻璃一侧表面带有一组球形凹面或者椭球形凹面结构，该结构能够使光进行多次反射，增加入射光在玻璃板中的光程，从而提高透射率，使得光能够最大限度的在光吸收层中进行汇聚，从而提高太阳能电池的光电转换效率的目的。球面结构呈平行分布或者错位分布，可根据实际运用地点的不同的太阳光照射条件分别挑选。

本发明的硼硅酸盐聚光玻璃的球形凹面或椭球形凹面结构采用辊道在玻璃成型过程中压制而成。

制备聚光玻璃的压制辊道，压制辊道上平行或者错位排列有球形凸面或椭球形凸面状花纹，用于在硼硅酸盐玻璃成型过程中压制聚光玻璃。压制辊道上的球面花纹的半径为0.1~20mm；压制辊道上的椭球面结构的长半轴为0.1~20mm，短半轴为0.1~10mm。

本发明提供的硼硅酸盐聚光玻璃，热膨胀系数为30~40×10^-7/℃,透过率大于90%，较低的热膨胀系数保证了本发明中的聚光玻璃能够有较高的耐热和较好的耐候性，能够在恶劣的情况下进行的长时间稳定的工作。较高的透过率，保证本聚光玻璃用于太阳能电池时，能够产生较高的光电转化效率，达到良好的效果。

附图说明：

图1是本发明的硼硅酸盐聚光玻璃球形凹面结构错位排布示意图；

图2是本发明的硼硅酸盐聚光玻璃椭球型凹面结构平行排布示意图

图3是图1的剖面结构示意图；

图4是本发明硼硅酸盐玻璃制备方法示意图；

图5本发明运用的太阳能电池结构示意图；

图中：1硼硅酸盐聚光玻璃，2球形凹面，3玻璃液，4特殊压制辊，6太阳能电池光电转换装置，7太阳能电池基板，8封合材料。

具体实施方式：

实施例一，采用实验室熔炉熔制本硼硅酸盐聚光玻璃，本实施例中采用的基础成分设计如下：SiO₂78.5％，Al₂O₃2.4％，B₂O₃12.7％，Na₂O5.7%，K₂O 0.7％。将配置好的玻璃配合料放入硅钼炉中，以3~5℃/min的速度升温至1650℃后保温两个小时。

实施例一成分一览表（共400g）单位：克

SiO₂	Al₂O₃	B₂O₃	K₂O	Na₂O
					314	9.6	50.8	2.8	22.8

如图4所示，接着将上述熔制好的玻璃液3倾倒于模具中成型，待样品温度降至600℃~1000℃后，用压制辊道4对玻璃液3表面进行压制，压制辊道上平行或者错位排列有球形凸面4a（或椭球形凸面）状花纹，压制辊道上的球面花纹的半径为0.1~20mm；压制辊道上的椭球面结构的长半轴为0.1~20mm，短半轴为0.1~10mm。当压制辊道4沿着玻璃液3表面滚动时，球形凸面4a在玻璃液3表面压制成型球形凹面2（或者椭球形凹面2a）。然后送入退火炉退火，以2℃/min的降温速度退火，退火温度500℃~600℃，直至冷却至室温，将样品取出切割、抛光。

如图1、图2及图3所示，制成的硼硅酸盐聚光玻璃的一侧面上压制有球形凹面2、或者椭球形凹面2a。

取出冷却后的样品，进行相关性能测试，该样品的热膨胀系数为39×10^-7/℃，密度2.3g/cm³，弹性模量为73GPa，样品透过率比普通玻璃增大2%以上，实现透过率大于93%，具有良好的光学和机械性能，能够满足太阳电池的基本需要。

如图5所示，将本发明的聚光玻璃运用于制备的薄膜太阳能电池组件，其中：太阳能电池盖板1、太阳能电池光电转换层6，太阳能电池基板7，封合材料8，其中太阳能电池盖板1即本发明的聚光玻璃。

入射光I₀到达球形凹面2弧面的时候进行第一次透射和反射，其透射光光强I₁≈0.65I₀，反射光光强I₂≈0.35I₀，在反射光到达第二弧面时进行第二次透射和反射，此时透射光光强I₃≈0.23I₀，反射光光强I₄≈0.12I₀，此时，经过两次透射的总光强达到0.88I₀远高于没有弧面结构，只产生一次透射的0.65I₀。经测试太阳能电池转换效率提高了0.3%，光电转换效率超过9.5%。

具体实施方式二

实施例二，采用如下的基础配方组成：SiO₂ 79％，Al₂O₃ 2.2％，B₂O₃13％，Na₂O5.2%，K₂O 0.4％，CaO 0.1%，MgO 0.1%。具体见下表：

实施例二成分一览表（共400g）单位：克

SiO₂	Al₂O₃	B₂O₃	K₂O	Na₂O	CaO	MgO
							316	8.8	52	1.6	20.8	0.4	0.4

将本发明的配合料按照既定比例混合完成后，放入硅钼炉中熔制，以3~5℃/min的升温速度，升温至1650℃，并在此温度下保温3小时后将熔制好的玻璃液3取出置于模具中成型，并以预先制备好的带有球状或椭球状花纹的压辊4在玻璃表面压制球形凹面或者椭球形凹面，这个过程与实施列一相同，然后送入退火炉退火，以2℃/min的降温速度退火，退火温度500℃~600℃，直至冷却至室温，将样品取出切割、抛光。

如图5所示，将本发明的聚光玻璃运用于制备的薄膜太阳能电池组件，太阳能电池盖板1，太阳能电池光电转换层6，太阳能电池基板7，封合材料8，其中太阳能电池盖板1即使用本发明聚光玻璃。

制备完成的样品经过相关测试，其透过率为≥91%，热膨胀系数为40×10^-7/℃，弹性模量为72GPa，密度2.31g/cm³，具有良好的耐热性和化学稳定性，可以满足其长期在较为恶劣的环境下使用。

经测试，使用本发明的太阳能电池效率能够在原有基础上得到0.25%的提升，光电转换效率超过9%。玻璃本体透过率≥92%，并具备良好的耐辐射性能。

Claims

1.一种硼硅酸盐聚光玻璃，其特征在于主要由以下重量百分比的原料制成：SiO₂79％，Al₂O₃2.2％，B₂O₃ 13％，Na₂O 5.2%，K₂O 0.4％，CaO 0.1%，MgO 0.1%。

2.根据权利要求1 所述的硼硅酸盐聚光玻璃，其特征在于：在制成的聚光玻璃一侧面上均布制有一组彼此紧挨着的球型凹面或者椭球形凹面，球型凹面的口径为0.1 ～20mm ；椭球型凹面的口径长半轴为0.1 ～ 20mm，短半轴为0.1 ～ 10mm。

3.根据权利要求2 所述的硼硅酸盐聚光玻璃，其特征在于：所述的球型凹面或椭球型凹面均匀分布在聚光玻璃一侧面的整个表面。

4.根据权利要求3 所述的硼硅酸盐聚光玻璃，其特征在于：所述的球型凹面或椭球型凹面呈平行分布。

5.根据权利要求3 所述的硼硅酸盐聚光玻璃，其特征在于：所述的球型凹面或椭球型凹面呈错位分布。

6.一种硼硅酸盐聚光玻璃制造方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）、按照权利要求1 规定的原料及配比配制配合料；

（2）、将配合料置于石英或白金坩埚中，放入硅钼炉中进行熔制，熔制温度为1500 ～1700℃，当达到熔制温度后将配合料在该温度下保温1 ～ 5 个小时后取出；

（3）、将熔化后的玻璃液倾倒于预先加热的模具中成型，模具预热温度为200 ～ 300℃ ；

（4）、在成型过程中，待样品降温至600℃～ 1000℃时，使用制备好的压制辊道在玻璃表面压制球型凹面或者椭球型凹面；

（5）、将模具及其中玻璃放入马弗炉内以1 ～ 3℃ /min 的降温速度退火，退火温度为500 ～ 600℃。