CN110468312B - 一种光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材及其制备方法和铝合金薄膜 - Google Patents

一种光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材及其制备方法和铝合金薄膜 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材，分子式为AlxMyNz，其中，x≥75wt%，M为过渡金属元素，含量为1wt%≤y≤15wt%，N为稀土元素，含量为1wt%≤z≤10wt%，其采用真空熔炼铸造法制备，用其制得的铝合金薄膜厚度为20~150nm。其提高了耐腐蚀和附着力性能，提高反光膜对组件的增益效果，延长反光膜使用寿命。

Description

一种光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材及其制备方法和铝合金 薄膜
技术领域
本发明属于光伏行业技术领域，具体涉及一种光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材及其制备方法，以及由一种光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材制成的铝合金薄膜。
背景技术
当前常规光伏组件是由电池片构成，由于焊带对电池片表面造成2～4％面积的遮挡，且焊带对太阳光的反射是漫反射，直接减少组件的输出功率，因而研发了一种贴覆在焊带表面的反光膜，其得到了广泛应用。反光材料为金属铝薄膜，具有价格低廉、生产制备工艺简便等特点，被广泛使用，但也存在易被氧化、聚合物基材表面附着力不足、不耐酸碱盐腐蚀等问题。
合金化铝靶材是提高铝薄膜性能的最直接、有效的措施，过渡合金元素可抑制铝的再结晶，改变铝的形核、沉淀过程，有利于晶粒细化，并改善铝薄膜的耐蚀性。此外，稀土元素的原子电子层中，有一层没有被电子填满的内层即4f不饱电子层，可以增加层错数量，阻碍晶粒缝增大，有效抑制铝薄膜晶化和结构松弛，同时协助或促进合金中金属元素形成金属化合物，提高铝合金靶材和薄膜的附着力和耐蚀性能。同时对聚合物基体表面进行预处理，改善表面张力和粗糙度，可以有效提升镀铝膜的附着力。
因此，本申请研发一种适用于光伏反光膜真空镀膜的铝靶材，具有良好附着力和耐酸碱盐腐蚀的特点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材的制备方法，解决上述技术的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材，包括：铝Al、过渡金属元素M和稀土元素N，其中，所述铝Al的含量≥75wt％，过渡金属元素M的含量为1～15wt％，稀土元素N的含量为1～10wt％，所述铝Al、过渡金属元素M和稀土元素N的总量为100wt％。
作为本发明所述的光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材的一种优选方案，所述M为锰、锆、钇、钽、钛、锝、钪、钒中的任意一种或多种组合，所述N为镨Pr、镱Yb、镥Lu、钕Nd、铒Er、铥Tm、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、镧La、铈Ce、钪Sc、钇Y和钬Ho中的任意一种或多种组合。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材的制备方法，采用真空熔炼铸造法，依次通过真空熔炼工序、热轧工序、冷却工序、拉伸工序、冷轧工序、热处理工序、机械加工工序，所述真空熔炼铸造法铸锭组分含量如下：铝的含量不小于75wt％，过渡金属元素的含量为1～15wt％，稀土元素的含量为1～10wt％。
作为本发明所述的光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材的制备方法的一种优选方案，所述真空熔炼工序选用感应加热炉为熔炼炉，将所述铸锭加热至250～700℃。
作为本发明所述的光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材的制备方法的一种优选方案，所述热轧工序包括多道次热轧和两道次以上精热轧，其中，多道次热轧的单道次轧压下量控制在10～60nm之间，道次后温度控制在300～500℃之间；两道次以上精热轧的单道次轧压下量控制在20～30nm之间，道次后温度控制在350～400℃之间。
作为本发明所述的光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材的制备方法的一种优选方案，所述冷却工序包括通过5～45℃的水淋，实现300～900℃/min的冷却。
作为本发明所述的光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材的制备方法的一种优选方案，所述热处理工序的时间为0.5～1.5h，温度为150～300℃的恒温。
作为本发明所述的光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材的制备方法的一种优选方案，所述机械加工工序包括对板材矫平后进行铣削加工。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种铝合金薄膜，包括：PET层和铝合金层，其制备方法为：
对PET镀膜面进行预处理，所述预处理的工艺为电晕处理法、化学处理法、机械打毛法、涂层法中的任意一种；
将如权利要求1-2任意一项所述的光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材镀覆于所述PET镀膜面上形成铝合金层，所述镀覆工艺为电子束蒸发、磁控溅射、真空蒸镀、离子溅射中的任意一种，所述铝合金薄膜的厚度为20～150nm。
作为本发明所述的一种铝合金薄膜的一种优选方案，将所述光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材浸泡在0.1mol/L的氢氧化钠和醋酸溶液中48h后，所述光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材表面掉铝面积小于或等于20％；采用浓度为5％、Ph值为6～7的氯化钠盐水溶液，在温度为35℃的条件下，喷于所述光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材上，盐雾的沉降率在2ml/80cm2.h，喷淋所述光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材24h，铝合金薄膜反射率高于或等于85％。
本发明提出的一种光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材及其制备方法，以及一种铝合金薄膜，优点在于：
1、在铝靶材中添加适量过渡金属元素改善铝薄膜的耐蚀性；
2、对聚合物基体表面进行预处理，改善表面张力和粗糙度，可以有效提升镀铝膜的附着力；
3、在铝合金金属中引入微量元素进一步提高铝合金靶材和薄膜的附着力和耐蚀性能。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明所述的一种新型的光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材，构成为Al、M和N，其中，M为过渡金属元素锰、锆、钇、钽、钛、锝、钪、钒中一种或多种组合，含量为1wt％≤y≤15wt％；铝的含量x≥75wt％，N为稀土元素镨Pr、镱Yb、镥Lu、钕Nd、铒Er、铥Tm、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、镧La、铈Ce、钪Sc、钇Y和钬Ho中一种或多种组合，含量为1wt％≤z≤10wt％，其制备方法为：采用真空熔炼铸造法，依次通过真空熔炼工序、热轧工序、冷却工序、拉伸工序、冷轧工序、热处理工序、机械加工工序而制造铝合金溅射靶。
用上述铝合金溅射靶制备铝合金薄膜，先对PET镀膜面进行预处理，处理工艺可以为电晕处理法、化学处理法、机械打毛法、涂层法中的任意一种；再可以用电子束蒸发、磁控溅射、真空蒸镀、离子溅射中的任意一种制得厚度为20～150nm的铝合金薄膜，铝合金薄膜为附着力、抗氧化及耐酸碱盐腐蚀性优异的光反射膜。铝合金薄膜具有一定的耐酸碱盐能力，浸泡在0.1mol/L的氢氧化钠和醋酸溶液中48h后，铝合金薄膜表面掉铝面积不超过20％；采用5％的氯化钠盐水溶液，溶液PH值调在中性范围(6～7)作为喷雾用的溶液，35℃条件下，盐雾的沉降率在2ml/80cm2.h喷淋样品24h，铝合金薄膜反射率不低于85％。
具体实施方式及相关对比，请参见下述实施例：
实施例1
一种光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材的制备方法：
1、选用纯度为99.999wt％以上的铝，纯度为99.9wt％以上的过渡金属锰5.8wt％、钇0.2、钛2.3和稀土元素镧1.07，其中铝的含量90.63wt％。
2、真空熔炼工序：选用感应加热炉为熔炼炉、真空条件下进行熔炼铸造工序，保证组分充分均匀化和减少铸锭非金属杂志的含量，同时，选用方形铸造模具，最终得到长方体铸锭。
3、热轧工序：将铸锭加热至250℃进行多道次热轧，单道次轧压下量控制在10nm之间，道后温度控制在300℃之间,。热轧包括两道次以上精热轧，精热轧单道次轧压下量控制在20nm之间，精热轧单道次后温度控制在350℃之间。
3、冷却工序：在热轧道次完成后，通过5℃的水淋，实现300℃/min的冷却。
4、冷轧工序：冷轧单道次轧压下量控制在5nm之间，冷轧道次后温度控制在150℃之间。
5、热处理工序：对完成冷轧后铝合金板进行0.5h、150℃的恒温热处理。
6、机械加工工序：对板材矫平后进行铣削加工，得到光伏反光用耐腐蚀铝合金靶材。
一种铝合金薄膜的制备方法：
将上述铝合金靶材置于磁控溅射腔体内，对经过电晕处理的PET表面镀覆铝合金薄膜，溅射气体为氩气，溅射气压0.2Pa，溅射功率1kW，得到铝合金薄膜厚度为20-nm。
实施例2
一种光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材的制备方法：
1、选用纯度为99.999wt％以上的铝，纯度为99.9wt％以上的过渡金属锆3.8、钛1.3和稀土元素钕1.34、钇1.98，其中铝的含量91.58wt％。
2、真空熔炼工序：选用感应加热炉为熔炼炉、真空条件下进行熔炼铸造工序，保证组分充分均匀化和减少铸锭非金属杂志的含量，同时，选用方形铸造模具，最终得到长方体铸锭。
3、热轧工序：将铸锭加热至500℃进行多道次热轧，单道次轧压下量控制在40nm之间，道后温度控制在400℃之间,。热轧包括两道次以上精热轧，精热轧单道次轧压下量控制在25nm之间，精热轧单道次后温度控制在380℃之间。
4、冷却工序：在热轧道次完成后，通过25℃的水淋，实现600℃/min的冷却。
5、冷轧工序：冷轧单道次轧压下量控制在18nm之间，冷轧道次后温度控制在200℃之间。
6、热处理工序：对完成冷轧后铝合金板进行1h、200℃的恒温热处理。
7、机械加工工序：对板材矫平后进行铣削加工，得到光伏反光用耐腐蚀铝合金靶材。
一种铝合金薄膜的制备方法：
将上述铝合金靶材置于磁控溅射腔体内，对经过电晕处理的PET表面镀覆铝合金薄膜，溅射气体为氩气，溅射气压0.2Pa，溅射功率1kW，得到铝合金薄膜厚度为80nm。
实施例3
一种光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材的制备方法：
1、选用纯度为99.999wt％以上的铝，纯度为99.9wt％以上的过渡金属锰10.6、钛3.3和稀土元素镝1.1，其中铝的含量85wt％。
2、真空熔炼工序：选用感应加热炉为熔炼炉、真空条件下进行熔炼铸造工序，保证组分充分均匀化和减少铸锭非金属杂志的含量，同时，选用方形铸造模具，最终得到长方体铸锭。
3、热轧工序：将铸锭加热至500℃进行多道次热轧，单道次轧压下量控制在40nm之间，道后温度控制在400℃之间。热轧包括两道次以上精热轧，精热轧单道次轧压下量控制在25nm之间，精热轧单道次后温度控制在380℃之间。
4、冷却工序：在热轧道次完成后，通过25℃的水淋，实现600℃/min的冷却。
5、冷轧工序：冷轧单道次轧压下量控制在18nm之间，冷轧道次后温度控制在200℃之间。
6、热处理工序：对完成冷轧后铝合金板进行1h、200℃的恒温热处理。
7、机械加工工序：对板材矫平后进行铣削加工，得到光伏反光用耐腐蚀铝合金靶材。
一种铝合金薄膜的制备方法：
将上述铝合金靶材置于磁控溅射腔体内，对经过电晕处理的PET表面镀覆铝合金薄膜，溅射气体为氩气，溅射气压0.2Pa，溅射功率1kW，得到铝合金薄膜厚度为80nm。
实施例4
一种光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材的制备方法：
1、选用纯度为99.999wt％以上的铝，纯度为99.9wt％以上的过渡金属锰9.8、锝4.3和稀土元素铒2.2、钇1.21，其中铝的含量82.49wt％。
2、真空熔炼工序：选用感应加热炉为熔炼炉、真空条件下进行熔炼铸造工序，保证组分充分均匀化和减少铸锭非金属杂志的含量，同时，选用方形铸造模具，最终得到长方体铸锭。
3、热轧工序：将铸锭加热至500℃进行多道次热轧，单道次轧压下量控制在40nm之间，道后温度控制在400℃之间,。热轧包括两道次以上精热轧，精热轧单道次轧压下量控制在25nm之间，精热轧单道次后温度控制在380℃之间。
4、冷却工序：在热轧道次完成后，通过25℃的水淋，实现600℃/min的冷却。
5、冷轧工序：冷轧单道次轧压下量控制在18nm之间，冷轧道次后温度控制在200℃之间。
6、热处理工序：对完成冷轧后铝合金板进行1h、200℃的恒温热处理。
7、机械加工工序：对板材矫平后进行铣削加工，得到光伏反光用耐腐蚀铝合金靶材。
一种铝合金薄膜的制备方法：
将上述铝合金靶材置于磁控溅射腔体内，对经过电晕处理的PET表面镀覆铝合金薄膜，溅射气体为氩气，溅射气压0.2Pa，溅射功率1kW，得到铝合金薄膜厚度为80nm。
实施例5
一种光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材的制备方法：
1、选用纯度为99.999wt％以上的铝，纯度为99.9wt％以上的过渡金属锰5.8、镧0.57、钛2.3、钒3.46、镥1.47和稀土元素铒1.2，其中铝的含量85.2wt％。
2、真空熔炼工序：选用感应加热炉为熔炼炉、真空条件下进行熔炼铸造工序，保证组分充分均匀化和减少铸锭非金属杂志的含量，同时，选用方形铸造模具，最终得到长方体铸锭。
3、热轧工序：将铸锭加热至700℃进行多道次热轧，单道次轧压下量控制在60nm之间，道后温度控制在500℃之间,。热轧包括两道次以上精热轧，精热轧单道次轧压下量控制在30nm之间，精热轧单道次后温度控制在400℃之间。
4、冷却工序：在热轧道次完成后，通过45℃的水淋，实现900℃/min的冷却。
5、冷轧工序：冷轧单道次轧压下量控制在25nm之间，冷轧道次后温度控制在300℃之间。
6、热处理工序：对完成冷轧后铝合金板进行1.5h、300℃的恒温热处理。
7、机械加工工序：对板材矫平后进行铣削加工，得到光伏反光用耐腐蚀铝合金靶材。
一种铝合金薄膜的制备方法：
将上述铝合金靶材置于磁控溅射腔体内，对经过电晕处理的PET表面镀覆铝合金薄膜，溅射气体为氩气，溅射气压0.2Pa，溅射功率1kW，得到铝合金薄膜厚度为150nm。
对比例1
制备方法与实施例1一致，铝合金靶材的材料仅为纯度为99.999wt％以上的铝，不含过渡金属和稀有金属。
对比例2
制备方法与实施例1一致，铝合金靶材的材料仅为纯度为99.999wt％以上的铝、和过渡金属锆3.3wt％。
对上述实施例和对比例的薄膜进行耐酸碱和盐雾测试，结果如表1所示：
Figure BDA0002215797730000081
Figure BDA0002215797730000091
表1实施例1-5、对比例1-2铝合金薄膜组合和性能测试
由此可见本发明的一种光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材和铝合金薄膜，提高了耐腐蚀和附着力性能，提高反光膜对组件的增益效果，延长反光膜使用寿命。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材的制备方法，其特征在于：采用真空熔炼铸造法，依次通过：
(1)真空熔炼工序：选用感应加热炉为熔炼炉，将所述铸锭加热至250～700℃；
(2)热轧工序：包括多道次热轧和两道次以上精热轧，其中，多道次热轧的单道次轧压下量控制在10～60nm之间，道次后温度控制在300～500℃之间；两道次以上精热轧的单道次轧压下量控制在20～30nm之间，道次后温度控制在350～400℃之间；
(3)冷却工序：通过5～45℃的水淋，实现300～900℃/min的冷却；
(4)拉伸工序；
(5)冷轧工序：冷轧单道次轧压下量控制在5nm、18nm或25nm，冷轧道次后温度控制在150℃、200℃或300℃之间；
(6)热处理工序：热处理工序的时间为0.5～1.5h，温度为150～300℃的恒温；
(7)机械加工工序：对板材矫平后进行铣削加工，获得光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材，
其中，所述真空熔炼铸造法铸锭组分含量如下：铝的含量不小于75wt％，过渡金属元素的含量为1～15wt％，稀土元素的含量为1～10wt％，所述铝Al、过渡金属元素M和稀土元素N的总量为100wt％，所述M为锰、锆、钇、钽、钛、锝、钪、钒中的任意一种或多种组合，所述N为镨Pr、镱Yb、镥Lu、钕Nd、铒Er、铥Tm、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、镧La、铈Ce、钪Sc、钇Y和钬Ho中的任意一种或多种组合。
2.一种铝合金薄膜，其特征在于，包括：PET层和铝合金层，其制备方法为：
对PET镀膜面进行预处理，所述预处理的工艺为电晕处理法、化学处理法、机械打毛法、涂层法中的任意一种；
将如权利要求1获得的所述光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材镀覆于所述PET镀膜面上形成铝合金层，所述镀覆工艺为电子束蒸发、磁控溅射、真空蒸镀、离子溅射中的任意一种，所述铝合金薄膜的厚度为20～150nm。
3.如权利要求2所述的一种铝合金薄膜，其特征在于：将所述光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材浸泡在0.1mol/L的氢氧化钠和醋酸溶液中48h后，所述光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材表面掉铝面积小于或等于20％；采用浓度为5％、Ph值为6～7的氯化钠盐水溶液，在温度为35℃的条件下，喷于所述光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材上，盐雾的沉降率在2ml/80cm2.h，喷淋所述光伏反光膜用耐腐蚀铝合金靶材24h，铝合金薄膜反射率高于或等于85％。
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