CN105932074B - 一种具有自洁特性的太阳能电池封装玻璃及其制备方法及具有其的太阳能电池 - Google Patents

一种具有自洁特性的太阳能电池封装玻璃及其制备方法及具有其的太阳能电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有自洁特性的太阳能电池封装玻璃及其制备方法及具有其的太阳能电池，封装玻璃外表面具有陷光结构，陷光结构具有荷叶表面微结构，采用自洁特性的陷光结构，防止太阳能电池表面污染物遮光，降低太阳能电池的反射率，提高太阳能电池的吸收效率。

Description

一种具有自洁特性的太阳能电池封装玻璃及其制备方法及具 有其的太阳能电池
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种具有自洁特性的太阳能电池封装玻璃及其制备方法及具有其的太阳能电池。
背景技术
太阳能是一种可再生的清洁能源，大力开发利用太阳能对缓解目前紧张的能源危机及环境污染问题有着重要的实际意义。
太阳能电池工作原理：以半导体材料硅为基体，利用扩散工艺在硅晶体中掺入适量杂质，当掺入硼，磷等杂质时，硅晶体中就会存在空穴，形成n型半导体；同样，掺入磷原子后，硅晶体中就会有一个电子，形成p型半导体，p型半导体与n型半导体结合在一起形成pn结，当太阳光照射硅晶体后，pn结中n型半导体空穴往p型区移动，而p型区中的电子往n型区移动，从而形成n型区到p型区的电流，在pn结中形成电势差，这就形成了电流。
为了提高太阳能电池的效率，人们想尽各种方法。采用太阳自动跟踪控制系统，将视日运动轨迹跟踪与光电跟踪相结合，使得太阳能电池跟随太阳光转动，提高太阳能电池的效率。采用减反膜减少太阳能电池表面的反射率，从而提高太阳能电池吸光率，常用的减反射措施主要有采用传统方法刻蚀硅衬底、在硅衬底表面或电池的受光面制备TiO2、SiN等减反射膜等，这些减反膜的方法一般需要复杂设备、操作成本较高。采用陷光结构也是提高太阳能电池效率的有效方法之一，陷光结构不但可以见到太阳能电池表面的反射率，还可以提高光在太阳能电池中的光程长度，从而提高太阳能电池的短路电流及量子效率等性能，人造太阳能陷光结构包括金字塔、V型槽等结构。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
虽然以上方法均可以提高太阳能电池的效率，但是太阳能都安装在野外，无法避免污染物覆盖在表面上，这些污染物起到阻碍光线入射，降低太阳光的入射率。因此，解决污染物对太阳能电池的危害，将可以提高太阳能电池的效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种防止太阳能电池表面污染物遮光，降低太阳能电池的反射率，提高太阳能电池的吸收效率的具有自洁特性的太阳能电池封装玻璃及其制备方法及具有其的太阳能电池。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种具有自洁特性的太阳能电池封装玻璃，封装玻璃外表面具有陷光结构，所述陷光结构具有荷叶表面微结构。
所述荷叶表面微结构包括2-10um的“乳突”结构，“乳突”结构表面点缀着无序排布的纳米点。
一种上述的具有自洁特性的太阳能电池封装玻璃的制备方法，包括如下步骤：
1)以玻璃为基体，清洗该玻璃；
2)制备有机杂化溶胶凝胶；
3)制备反模板印章，所述反模板印章具有与荷叶表面微结构相反的结构；
4)以反模印章作为模板，将有机杂化溶胶凝胶浇注到反模板上，并盖上玻璃；
5)溶胶凝胶凝固后，溶解反模板，得到具有荷叶表面“乳突”结构的陷光玻璃。
陷光玻璃制造完成后，对陷光玻璃进行检测，采用扫描电镜检测其表面形貌结构特征，当表面结构形貌具有类似于荷叶表面“乳突”的结构，并且“乳突”结构表面点缀着纳米点，陷光玻璃表面结构满足要求；并通过透光率雾度仪检测自清洁陷光玻璃的雾度率和透光率。
上述第1)步中，采用超白玻璃作为基体，经过超声波清洗，采用丙醇作为超声波清洗液，清洗温度30-50℃，超声波功率200W，清洗时间5-10分钟；再将玻璃放于超声波清洗机清洗机器中，用去离子水完全震荡清洗40min，保证玻璃片上的杂物除尽，将其取出，用吹风机吹干备用。
上述第2)步中，采用两步水解-缩聚法制备SiO2/有机硅杂化薄膜材料：将正硅酸乙酯、盐酸和乙醇加入到反应器中，开启搅拌，在30℃下滴加水和乙醇的混合溶液进行水解-缩聚反应，反应1h后升温至65℃，恒温聚合2.5h，获得SiO2溶胶；滴加水、盐酸和乙醇混合溶液到反应器中，于70℃下滴加有机硅单体的混合物到SiO2溶胶体系中恒温聚合4～5h有机硅和SiO2溶胶比例为35％：65％，得到无色透明的黏性溶液；将无色透明的黏性溶液放置在反应器中并密封放置7天，随后打开反应器密封盖的气孔，在室温下缓慢挥发掉溶剂，3周后获得SiO2/有机硅杂化溶胶。
SiO2与透明有机物进行杂化所得到的有机/无机材料具有高分子材料透光性、柔韧性、易加工性等优点，又有无机光学材料的高硬度、高模量、高耐划痕等机械性能及优良的耐热、透气及对紫外光的吸收性能，能够作为光学透明材料。本发明的透明有机物采用研究硅，可以获得较低的表面能，提高其自清洁性能。
上述第3)步中，采用水玻璃作为反膜板的材质，将荷叶固定在溶模底部，浇注水玻璃，真空中放置水玻璃24小时，至水玻璃硬化为此；接着将整个溶模装进真空烘干箱中，50℃烘干5个小时；将反模脱模，获得反模板印章。
将反模印章作为模板，在真空箱中，采用自动倾转装置将有机杂化溶胶凝胶浇注到反模板上，并盖上玻璃。
上述第5)步中，待溶胶凝胶凝固，将工件放入水中，超声震荡，直至水玻璃溶解完全，获得具有荷叶表面“乳突”结构的陷光玻璃。
采用水玻璃作为反模的优势是：水玻璃在反模脱模时，反模与荷叶之间具有良好的脱离性能，以及干燥的水玻璃具有一定的强度和硬度，不轻易损坏表面结构形貌。另一方面，在正模脱模时，水玻璃反模采用水溶去除，避免第二部的物理脱模导致表面结构被破坏。
一种具有上述的太阳能电池封装玻璃的太阳能电池，其特征在于，太阳能电池从上至下顺序为自洁陷光结构的玻璃、电极、硅片及背电极；其中，自洁陷光结构朝上。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果，制备工艺简单，可大规模生产，成本低；荷叶表面结构具有良好的陷光性能以及高的润湿角；有机硅杂化，使得自清洁陷光玻璃具有低的表面能，灰尘、鸟粪等污物不易粘结，减少太阳能电池表面的污物粘结量；具有高的润湿角，在雨天时雨水可以更容易的将太阳能的污物带走，获得干净的表面，提高光的透射率。具有自洁性能的陷光玻璃，可以避免污染物的遮光，从而使得，自洁陷光结构玻璃的可以有效提高太阳能电池的短路电流、量子效率。
附图说明
图1为荷叶表面结构反模印章的SEM形貌图，图示荷叶表面“乳突”结构的凹坑性反特征；
图2为陷光玻璃表面的类似于荷叶表面的“乳突”结构；
图3为太阳能电池的功率图；
图4为制作工艺流程图，其中(a)模板示意图，(b)反模印章制备，(c)杂化涂层浇注，(d)压模，(e)获得正模结构；
图5为润湿角图，其中(a)自洁玻璃的润湿角，(b)普通玻璃的润湿角；
图6为太阳能电池组装工艺流程。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
一种具有自洁特性的太阳能电池封装玻璃，封装玻璃外表面具有陷光结构，陷光结构具有荷叶表面微结构，如图1和2所示。荷叶表面微结构包括2-10um的“乳突”结构，“乳突”结构表面点缀着无序排布的纳米点。采用自洁特性的陷光结构，防止太阳能电池表面污染物遮光，降低太阳能电池的反射率，提高太阳能电池的吸收效率，如图3所示。
实施例二
一种具有自洁特性的太阳能电池封装玻璃的制备方法，如图4所示，包括如下步骤：
(1)玻璃处理
采用超白玻璃作为基体，经过超声波清洗，采用丙醇作为超声波清洗液，清洗温度30-50℃，超声波功率200W，清洗时间5-10分钟。再将玻璃放于超声波清洗机清洗机器中，用去离子水完全震荡清洗40min，保证玻璃片上的杂物除尽，将其取出，用吹风机吹干备用。
(2)有机杂化溶胶凝胶的制备
采用两步水解-缩聚法制备SiO2/有机硅杂化薄膜材料。将一定量的正硅酸乙酯(TEOS)、微量盐酸和乙醇加入到反应器中，开启搅拌，在30℃下滴加水和乙醇的混合溶液进行水解-缩聚反应，反应1h后升温至65℃，恒温聚合2.5h，获得SiO2溶胶；滴加适量的水、盐酸和乙醇混合溶液到反应器中，于70℃下滴加有机硅单体的混合物(MTES和DDS)到SiO2溶胶体系中恒温聚合4～5h,得到无色透明的黏性溶液。将其放置在反应器中并用保鲜膜封口，放置7d后在室温下缓慢挥发掉溶剂，3周后获得SiO2/有机硅杂化溶胶。
SiO2与透明有机物进行杂化所得到的有机/无机材料具有高分子材料透光性、柔韧性、易加工性等优点，又有无机光学材料的高硬度、高模量、高耐划痕等机械性能及优良的耐热、透气及对紫外光的吸收性能，能够作为光学透明材料。本发明的透明有机物采用研究硅，可以获得较低的表面能，提高其自清洁性能。
(3)反模板印章制备
采用水玻璃作为反膜板的材质，将荷叶固定在溶模底部，浇注水玻璃，真空中放置至水玻璃24小时，水玻璃硬化为此。接着将整个溶模装进真空烘干箱中，50℃烘干5个小时。将反模脱模，获得反模板印章。50℃烘干具有的优点为：其一，不会导致荷叶严重干燥变形，导致反模被破坏；其二，荷叶表面微结构会有少量的脱水收缩，更利于脱模；最后，50℃烘干使得水玻璃反模获得一定的强度。
(4)表面结构制备
将反模印章作为模板，在真空箱中，采用自动倾转装置将有机杂化溶胶凝胶浇注到反模板上，并盖上玻璃，待溶胶凝胶凝固，将工件放入水中，超声震荡，直至水玻璃溶解完全，获得具有荷叶表面“乳突”结构的陷光玻璃。本发明中，采用水玻璃作为反模的优势是：水玻璃在反模脱模时，反模与荷叶之间具有良好的脱离性能，以及干燥的水玻璃具有一定的强度和硬度，不轻易损坏表面结构形貌。另一方面，在正模脱模时，水玻璃反模采用水溶去除，避免第二部的物理脱模导致表面结构被破坏。
(5)陷光玻璃检测
经过上述步骤制备的陷光玻璃，采用扫描电镜检测其表面形貌结构特征，当表面结构形貌具有类似于荷叶表面“乳突”的结构，并且“乳突”结构表面点缀着纳米点，陷光玻璃表面结构满足要求。
(6)太阳能电池封装
太阳能电池片是光电转换的最小单元，尺寸为45*45mm。太阳能电池片的工作电压约为3.5V。将太阳能电池片进行串并联封装后，就成为太阳能电池板，其功率一般为5瓦，可以单独作为电源使用。
实施例三
一种上述的太阳能电池封装玻璃的太阳能电池，太阳能电池从上至下顺序为自洁陷光结构的玻璃、电极、硅片及背电极；其中，自洁陷光结构朝上。
如图6所示，作为重要工序，丝网印刷的质量(厚度，宽度，膜厚一致性)影响电池片的技术指标。将具有上述自洁陷光结构的玻璃封装在太阳能电池的硅板上，太阳能电池从上至下顺序为自洁陷光结构的玻璃、电极、硅片及背电极。其中，自洁陷光结构朝上。
采用上述的方案后，制备工艺简单，可大规模生产，成本低；荷叶表面结构具有良好的陷光性能以及高的润湿角；有机硅杂化，使得自清洁陷光玻璃具有低的表面能，灰尘、鸟粪等污物不易粘结，减少太阳能电池表面的污物粘结量；具有高的润湿角，如图5所示，在雨天时雨水可以更容易的将太阳能的污物带走，获得干净的表面，提高光的透射率。具有自洁性能的陷光玻璃，可以避免污染物的遮光，从而使得，自洁陷光结构玻璃的可以有效提高太阳能电池的短路电流、量子效率。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有自洁特性的太阳能电池封装玻璃的制备方法，其特征在于，封装玻璃外表面具有陷光结构，所述陷光结构具有荷叶表面微结构；
包括如下步骤：
1)以玻璃为基体，清洗该玻璃；
2)制备有机杂化溶胶凝胶；
3)制备反模板印章，所述反模板印章具有与荷叶表面微结构相反的结构；
4)以反模印章作为模板，将有机杂化溶胶凝胶浇注到反模板上，并盖上玻璃；
5)溶胶凝胶凝固后，溶解反模板，得到具有荷叶表面“乳突”结构的陷光玻璃；
上述第2)步中，采用两步水解-缩聚法制备SiO2/有机硅杂化薄膜材料：将正硅酸乙酯、盐酸和乙醇加入到反应器中，开启搅拌，在30℃下滴加水和乙醇的混合溶液进行水解-缩聚反应，反应1h后升温至65℃，恒温聚合2.5h，获得SiO2溶胶；滴加水、盐酸和乙醇混合溶液到反应器中，于70℃下滴加有机硅单体的混合物到SiO2溶胶体系中恒温聚合4～5h有机硅和SiO2溶胶比例为35％：65％，得到无色透明的黏性溶液；将无色透明的黏性溶液放置在反应器中并密封放置7天，随后打开反应器密封盖的气孔，在室温下缓慢挥发掉溶剂，3周后获得SiO2/有机硅杂化溶胶；
所述荷叶表面微结构包括2-10um的“乳突”结构，“乳突”结构表面点缀着无序排布的纳米点；
陷光玻璃制造完成后，对陷光玻璃进行检测，采用扫描电镜检测其表面形貌结构特征，当表面结构形貌具有类似于荷叶表面“乳突”的结构，并且“乳突”结构表面点缀着纳米点，陷光玻璃表面结构满足要求；并通过透光率雾度仪检测自清洁陷光玻璃的雾度率和透光率。
2.如权利要求1所述的具有自洁特性的太阳能电池封装玻璃的制备方法，其特征在于，上述第1)步中，采用超白玻璃作为基体，经过超声波清洗，采用丙醇作为超声波清洗液，清洗温度30-50℃，超声波功率200W，清洗时间5-10分钟；再将玻璃放于超声波清洗机清洗机器中，用去离子水完全震荡清洗40min，保证玻璃片上的杂物除尽，将其取出，用吹风机吹干备用。
3.如权利要求2所述的具有自洁特性的太阳能电池封装玻璃的制备方法，其特征在于，上述第3)步中，采用水玻璃作为反膜板的材质，将荷叶固定在溶模底部，浇注水玻璃，真空中放置水玻璃24小时，至水玻璃硬化为此；接着将整个溶模装进真空烘干箱中，50℃烘干5个小时；将反模脱模，获得反模板印章。
4.如权利要求3所述的具有自洁特性的太阳能电池封装玻璃的制备方法，其特征在于，上述第4)步中，将反模印章作为模板，在真空箱中，采用自动倾转装置将有机杂化溶胶凝胶浇注到反模板上，并盖上玻璃。
5.如权利要求4所述的具有自洁特性的太阳能电池封装玻璃的制备方法，其特征在于，上述第5)步中，待溶胶凝胶凝固，将工件放入水中，超声震荡，直至水玻璃溶解完全，获得具有荷叶表面“乳突”结构的陷光玻璃。
6.一种具有如权利要求1-5任一所述的太阳能电池封装玻璃的太阳能电池，其特征在于，太阳能电池从上至下顺序为自洁陷光结构的玻璃、电极、硅片及背电极；其中，自洁陷光结构朝上。
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