CN103199127B - 一种用于晶硅太阳能电池的透明导电膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于晶硅太阳能电池的透明导电膜，所述透明导电膜厚度为0.05～0.2mm，折射率为1.8～2.0；所述透明导电膜具有上下两层结构，其中，所述上层结构由改性聚乙烯膜和金属线组成，所述透明导电膜通过所述上层结构与所述晶硅太阳能电池的电池片正面接触；所述下层结构为透明聚合物，所述透明导电膜通过所述下层结构与所述晶硅太阳能电池的玻璃面接触。

Description

一种用于晶硅太阳能电池的透明导电膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于晶硅太阳能电池的透明导电膜及其制备方法。
背景技术
随着石油能源的日益短缺，太阳能将成为新型能源中的明星能源。太阳能光伏(PV)产业是指把太阳光能通过太阳能电池转化为电能的产业。太阳能作为一种开发潜力巨大的新能源和可再生能源，早已引起了世界各国的广泛关注，目前国内外太阳能电池均以单、多晶硅电池为主，现有的晶体硅太阳能电池片的基本结构是由一个制有平面半导体n-p的晶体硅，加上背电极和前电极所构成，前电极十分关键，它既不能遮挡入射光以保证大部分入射光进入n-p结构内，又要对光生载流子有充分的收集，这是两个相互矛盾的要求，目前的技术是采用金属栅状电极来解决这对矛盾的。为了减少太阳光在硅表面的反射，通常使用了光学减反射层，他们是折射率在2.0～2.2之间的氧化硅、氮化硅等绝缘薄膜。栅状前电极接收入射光而光产生电流依靠光生载流子在太阳能电池表层的横向运动，被主栅线收集形成，每片晶硅电池片都有2～3根1.5mm～4mm宽的主栅线通常电流形成后是通过互联条和汇流条来进行导向输出的。主栅线和副栅线的成分都是导电银浆，导电银浆的优劣直接影响到太阳能电池的光电转化效率，目前前电极导电银浆的采购主要是从国外进口，并且价格昂贵，导电银浆占太阳能电池器件成本的10％左右，综上所述现有的技术问题：
1.采用前电极导电银浆大约要覆盖6％～10％的表面积，使太阳能电池有效面积减少，从而使转换效率降低；
2.为了减少太阳光在硅表面的反射，通常使用了光学减反射层，来增加太阳能电池光电转化效率；
3.导电银浆价格昂贵，占太阳能电池器件成本的10％，大大提高了太阳能电池的成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于太阳能电池片正面的透明导电膜，取代主栅线银浆，解决了主栅线银浆覆盖太阳能电池的有效面积减少的问题，提高了太阳能电池的光电转化效率；目的之二是提供工艺简单、成本低廉的该透明导电膜的制备方法。
在第一方面，本发明提出了一种用于晶硅太阳能电池的透明导电膜，所述透明导电膜厚度为0.05～0.2mm，折射率为1.8～2.0；所述透明导电膜具有上下两层结构，其中，所述上层结构由改性聚乙烯膜和金属线组成，所述透明导电膜通过所述上层结构与所述晶硅太阳能电池的电池片正面接触；所述下层结构为透明聚合物，所述透明导电膜通过所述下层结构与所述晶硅太阳能电池的玻璃面接触。
优选地，所述改性聚乙烯膜，其乙烯含量为85％～95wt％。
优选地，所述改性聚乙烯膜为乙烯-丙烯共聚物、丁烯改性聚乙烯、辛烯改姓聚乙烯、己烯改性聚乙烯中的一种或几种。该改性聚乙烯可以含有该领域常有的添加剂，如抗氧剂，光稳定剂等，以提高其使用性能和使用寿命。
优选地，所述改性聚乙烯膜的密度为0.895g/cm2～0.935g/cm2，熔融指数为2g/10min～20g/10min。优选地，改性聚乙烯体积电阻率为3＊1014Ω·cm～1＊1015Ω·cm，用于电池片与EVA的中间可以提高太阳能电池组件的抗PID性能，延长了电池组件的使用寿命。
优选地，所述金属线为铟锡合金线，其中铟含量为40％～80wt％，锡含量为50％～90wt％。金属线主要作用是取代电池片上面主栅线导电银浆，用于收集细栅线的电流，提高从电流的收集效率，并且提高了电池片的有效面积，可使光电转化效率提高1％～2％，也起到了简化工艺和降低成本的作用。
优选地，所述透明聚合物为聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚醚砜中的一种。
优选地，所述的金属线平行排列在所述改性聚乙烯膜上，所述金属线的间距为3mm～5mm。
在第二方面，本发明提供一种制备用于晶硅太阳能电池的透明导电膜的方法，包括如下步骤：
步骤S10，第一单螺杆挤出机和第二单螺杆挤出机组成挤出机组，所述第一单螺杆挤出机和所述第二单螺杆挤出机分别通过模头挤出所述改性聚乙烯和所述透明聚合物，所述模头排出物为薄膜状物料，所述薄膜状物料的上层为改性聚乙烯膜，所述薄膜状物料的下层为透明聚合物；
步骤S20，将所述模头排出的薄膜状物料通过第一滚筒的牵引，传送至第二滚筒上；
步骤S30，第三滚筒与第四滚筒间牵引有金属线，从所述第二滚筒牵引的薄膜状物料，经过所述第三滚筒、第四滚筒中间，与所述金属线滚压成型，所述金属线滚压在所述改性聚乙烯膜上。
优选地，所述第一滚筒的工作温度为45～60℃；
所述第二滚筒的工作温度为35～45℃，所述第二滚筒的转速为第一滚筒转速的120％～140％；
所述第三滚筒、第四滚筒的工作温度和转速与所述第二滚筒的工作温度和转速相同。
本发明的有益效果为：
1.增加了电池片的有效面积，提高了光电转化效率；
2.减少了正面导电银浆的用量，降低了成本；
3.简化了太阳能电池组件的制作工艺；
4.降低了PID风险。
具体实施方式
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、手段、化合物未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
实施例1
在由第一单螺杆挤出机和第二单螺杆挤出机组成的一组挤出机组中，依次加入丁烯改性聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二酯，第一单螺旋挤出机螺杆转速为55rpm、模头出口物料挤出量为80％，出口物料温度150℃、第二单螺旋挤出机螺杆转速为85rpm，模头出口物料挤出量为20％，出口物料温度280℃。
两个挤出机模头狭缝尺寸均为0.5mm，第一滚筒牵引的薄膜温度低于110℃、转速8m/min，第二滚筒转速为10m/min，然后该薄膜和金属线经过第三滚筒和第四滚筒滚压、最后冷却、牵引、收卷，该方法制备出来的导电膜厚度为0.1mm，将导电膜进行热氧老化试验和紫外老化试验，前者条件是85℃，85％湿度环境下，老化1000小时，后者条件是UVA340型紫外灯暴露750小时，UVB313型紫外灯250小时，暴露条件：先在黑标温度60℃辐照4小时，然后在黑标温度为50℃无辐照条件下冷凝暴露4小时，总暴露时间1000小时。
实施例2
在由第一单螺杆挤出机和第二单螺杆挤出机组成的一组挤出机组中，依次加入丁烯改性聚乙烯和聚醚砜，第一单螺旋挤出机螺杆转速为55rpm、模头出口物料挤出量为90％，出口物料温度150℃、第二单螺旋挤出机螺杆转速为80rpm，模头出口物料挤出量为10％，出口物料温度280℃。
两个挤出机模头狭缝尺寸均为0.5mm，第一滚筒牵引的薄膜温度低于110℃、转速6m/min，第二滚筒转速为10m/min，然后该薄膜和金属线经过第三滚筒和第四滚筒滚压、最后冷却、牵引、收卷，该方法制备出来的导电膜厚度为0.1mm，将导电膜进行热氧老化试验和紫外老化试验，前者条件是85℃，85％湿度环境下，老化1000小时，后者条件是UVA340型紫外灯暴露750小时，UVB313型紫外灯250小时，暴露条件：先在黑标温度60℃辐照4小时，然后在黑标温度为50℃无辐照条件下冷凝暴露4小时，总暴露时间1000小时。
实施例3
在由第一单螺杆挤出机和第二单螺杆挤出机组成的一组挤出机组中，依次加入辛烯改性聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二酯，第一单螺旋挤出机螺杆转速为75rpm、模头出口物料挤出量为80％，出口物料温度180℃、第二单螺旋挤出机螺杆转速为85rpm，模头出口物料挤出量为20％，出口物料温度280℃。
两个挤出机模头狭缝尺寸均为0.4mm，第一滚筒牵引的薄膜温度低于110℃、转速8m/min，第二滚筒转速为10m/min，然后该薄膜和金属线经过第三滚筒和第四滚筒滚压、最后冷却、牵引、收卷，该方法制备出来的导电膜厚度为0.1mm，将导电膜进行热氧老化试验和紫外老化试验，前者条件是85℃，85％湿度环境下，老化1000小时，后者条件是UVA340型紫外灯暴露750小时，UVB313型紫外灯250小时，暴露条件：先在黑标温度60℃辐照4小时，然后在黑标温度为50℃无辐照条件下冷凝暴露4小时，总暴露时间1000小时。
实施例4
在由第一单螺杆挤出机和第二单螺杆挤出机组成的一组挤出机组中，依次加入辛烯改性聚乙烯和聚丙烯酸酯，第一单螺旋挤出机螺杆转速为75rpm、模头出口物料挤出量为80％，出口物料温度180℃、第二单螺旋挤出机螺杆转速为75rpm，模头出口物料挤出量为20％，出口物料温度260℃。
两个挤出机模头狭缝尺寸均为0.5mm，第一滚筒牵引的薄膜温度低于100℃、转速8m/min，第二滚筒转速为10m/min，然后该薄膜和金属线经过第三滚筒和第四滚筒滚压、最后冷却、牵引、收卷，该方法制备出来的导电膜厚度为0.1mm，将导电膜进行热氧老化试验和紫外老化试验，前者条件是85℃，85％湿度环境下，老化1000小时，后者条件是UVA340型紫外灯暴露750小时，UVB313型紫外灯250小时，暴露条件：先在黑标温度60℃辐照4小时，然后在黑标温度为50℃无辐照条件下冷凝暴露4小时，总暴露时间1000小时。
实施例5
在由第一单螺杆挤出机和第二单螺杆挤出机组成的一组挤出机组中，依次加入辛烯改性聚乙烯和聚醚砜，第一单螺旋挤出机螺杆转速为75rpm、模头出口物料挤出量为80％，出口物料温度180℃、第二单螺旋挤出机螺杆转速为80rpm，模头出口物料挤出量为20％，出口物料温度280℃。
两个挤出机模头狭缝尺寸均为0.5mm，第一滚筒牵引的薄膜温度低于110℃、转速8m/min，第二滚筒转速为10m/min，然后该薄膜和金属线经过第三滚筒和第四滚筒滚压、最后冷却、牵引、收卷，该方法制备出来的导电膜厚度为0.1mm，将导电膜进行热氧老化试验和紫外老化试验，前者条件是85℃，85％湿度环境下，老化1000小时，后者条件是UVA340型紫外灯暴露750小时，UVB313型紫外灯250小时，暴露条件：先在黑标温度60℃辐照4小时，然后在黑标温度为50℃无辐照条件下冷凝暴露4小时，总暴露时间1000小时。
聚合物物料出口模头狭缝尺寸为0.3mm～0.5mm。从模头出来的聚合物材料温度为230℃～285℃，该方法生产出来的膜厚度在0.05mm～0.2mm之间，透光率可以达到90％～95％。为了提高减反射效率，太阳能电池的下一层膜的折射率要大于上一层膜的折射率，本发明所述的透明导电膜厚度在0.05～0.2mm，折射率为1.8～2.0。
将0.1mm厚的导电膜进行热氧老化试验，老化前后对可见光的透过率(ΔT)变化为0.1％～2.2％，对黄变指数(ΔYi值)变化为0.3～3.2；将0.1mm厚的导电膜进行紫外老化试验，老化前后对可见光的透过率(ΔT)变化为0.5％～2.0％，对黄变指数(ΔYi值)变化为0.5～3.5。各项数值都在比较良好的水平内。
导电膜经热氧老化和紫外老化前后对可见光透过率变化(ΔT)和黄变指数(ΔYi)变化，如下表：
从上表可见，本发明提供的用于晶硅太阳能电池的透明导电膜，具有良好的性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于晶硅太阳能电池的透明导电膜，其特征在于，所述透明导电膜厚度为0.05～0.2mm，折射率为1.8～2.0；
所述透明导电膜具有上下两层结构，其中，
所述上层结构由改性聚乙烯膜和金属线组成，所述透明导电膜通过所述上层结构与所述晶硅太阳能电池的电池片正面接触；
所述下层结构为透明聚合物，所述透明导电膜通过所述下层结构与所述晶硅太阳能电池的玻璃面接触；所述改性聚乙烯膜，其乙烯含量为85％～95wt％；
所述改性聚乙烯膜的密度为0.895g/cm2～0.935g/cm2，熔融指数为2g/10min～20g/10min。
2.根据权利要求1所述的用于晶硅太阳能电池的透明导电膜，其特征在于，所述改性聚乙烯膜为乙烯-丙烯共聚物、丁烯改性聚乙烯、辛烯改姓聚乙烯、己烯改性聚乙烯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的用于晶硅太阳能电池的透明导电膜，其特征在于，所述透明聚合物为聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚醚砜中的一种。
4.根据权利要求1～3任一所述的用于晶硅太阳能电池的透明导电膜，其特征在于，所述的金属线平行排列在所述改性聚乙烯膜上，所述金属线的间距为3mm～5mm。
5.一种制备如权利要求1至4任一所述的用于晶硅太阳能电池的透明导电膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S10，第一单螺杆挤出机和第二单螺杆挤出机组成挤出机组，所述第一单螺杆挤出机和所述第二单螺杆挤出机分别通过模头挤出所述改性聚乙烯和所述透明聚合物，所述模头排出物为薄膜状物料，所述薄膜状物料的上层为改性聚乙烯膜，所述薄膜状物料的下层为透明聚合物；
步骤S20，将所述模头排出的薄膜状物料通过第一滚筒的牵引，传送至第二滚筒上；
步骤S30，第三滚筒与第四滚筒间牵引有金属线，从所述第二滚筒牵引的薄膜状物料，经过所述第三滚筒、第四滚筒中间，与所述金属线滚压成型，所述金属线滚压在所述改性聚乙烯膜上。
6.根据权利要求5所述的制备用于晶硅太阳能电池的透明导电膜的方法，其特征在于，
所述第一滚筒的工作温度为45～60℃；
所述第二滚筒的工作温度为35～45℃，所述第二滚筒的转速为第一滚筒转速的120％～140％；
所述第三滚筒、第四滚筒的工作温度和转速与所述第二滚筒的工作温度和转速相同。
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