CN110556434B - 一种渐变彩色太阳能电池组件及其镀膜装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种渐变彩色太阳能电池组件及其镀膜装置和方法，通过在太阳电池上镀制渐变色彩的复合透明介质薄膜，可以使得电池的颜色不再局限于黑色、蓝色等，电池在具备较高美观度的情况下，依然保持较高的光子透过率，因此电池效率较高。镀膜装置中在磁控靶与被镀样品基片之间设置修正板，通过修正板的宽度来灵活控制薄膜的厚度，镀膜稳定性好，操作方便，工作效率高。

Description

一种渐变彩色太阳能电池组件及其镀膜装置和方法
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，具体涉及一种渐变彩色太阳能电池组件及其镀膜装置和方法。
背景技术
太阳能光伏电站一般建设在远离城市的郊区、荒漠、隔壁上，电站所发的电需要长距离的运输才能为人们所用，这进一步提高了电价。要进一步提高太阳能发电的应用范围，需要将太阳电池应用于城市中或人们的日常生活中。
波长为360-1350nm的光子是太阳电池吸收并转换为电能的主要波段，其包括可见光(波段为380-760nm)，因此主流的太阳电池片呈现蓝色、灰色、黑色。然而，无论是城市中的光伏建筑一体化还是这几年兴起的移动能源，均对外观提出了较高的要求。人们希望建筑在节能、可发电的同时还具备较高的艺术性、欣赏性；对于太阳能背包、太阳能伞等移动能源产品，人们也希望获得个性化的、颜色丰富的选择。
公开号为CN104647837A的专利采用将一种彩色涂膜玻璃作为太阳电池的前面板，使太阳电池组件呈现彩色。这种彩色涂膜玻璃的涂膜包括无机成膜材料、颜料、黏结剂等，这些原料会吸收部分太阳光，因此太阳电池的转换效率会降低，实用价值低。
公开号为CN202689259U的专利在不改变电池片的前提下，通过改变EVA或PVB封装胶膜的颜色，使光伏电池呈现多种颜色，达到与建筑物颜色的匹配。但是带颜色的EVA或者PVB在可见光及近红外光的光线透过率比较低且吸收比较大，对太阳电池的转换效率影响较大。
公开号为CN202487586U的专利提出在太阳电池组件的透明保护层上制备光学截止膜，光学截止膜截止的波长即显示成品的颜色，因而能对光线有选择性反射。光学截止膜一般是截止短于截止波长或者长于截止波长的所有光线，因此会在呈现一定颜色的同时，截止许多可被太阳电池吸收的光子，降低了电池效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是基于当前光伏组件普遍呈现蓝色、黑色等单调颜色的问题，通过在光伏组件上制备复合透明介质薄膜，获得一种渐变彩色太阳能电池组件，可以选择性地使某一可见波段的光具有很高的反射率，同时还能保证其它波段的光具备较高的透过率。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种渐变彩色太阳能电池组件，包括自下而上依次设置的背板、太阳电池、复合透明介质薄膜、封装层以及前膜；
所述太阳电池为铜铟镓硒电池、碲化镉电池或非晶硅电池，其基底为柔性基底；
所述复合透明介质薄膜由自下而上依次分布的第一层二氧化钛、第二层二氧化硅、第三层三氧化二铝、第四层二氧化钛、第五层二氧化硅、第六层三氧化二铝组成；复合透明介质薄膜一端为第一色区，另一端为第二色区，中部为过渡色区，第一色区、第二色区内的各层薄膜分别均匀分布；
过渡色区内的各层薄膜分别自一端向另一端线性变化：第一层二氧化钛厚度自第一色区向第二色区线性减小；第二层二氧化硅厚度自第一色区向第二色区线性减小；第三层三氧化二铝厚度自第一色区向第二色区线性增加；第四层二氧化钛厚度自第一色区向第二色区线性减小；第五层二氧化硅厚度自第一色区向第二色区线性减小；第六层三氧化二铝厚度自第一色区向第二色区线性增加。
多层膜结构基于光的干涉原理，当光线经过高折射率氧化物、低折射率氧化物、中折射率氧化物时，由于光的干涉叠加原理，形成了一个可见波段选择性滤光片，对于波长大于760nm的红外光具有较高的通过率，而对某一可见光波段进行选择性高反射，其余可见光波段高透射，从而使得复合透明介质薄膜呈现出渐变彩色的视觉效果，同时也不会影响太阳电池光电转换效率。
优选地，本发明提供一种黄色向蓝色渐变的彩色太阳能电池组件，其中；所述的第一色区占复合透明介质薄膜总面积的2/5；所述的第二色区占复合透明介质薄膜总面积的2/5；所述的中部过渡色区占复合透明介质薄膜总面积的1/5；
第一色区各层厚度分别为：第一层二氧化钛172.3nm，第二层二氧化硅193.3nm，第三层三氧化二铝81.7nm，第四层二氧化钛180.8nm，第五层二氧化硅93.3nm，第六层三氧化二铝0nm；第一色区呈现黄色；
第二色区各层厚度分别为：第一层二氧化钛33.94nm，第二层二氧化硅57.9nm，第三层三氧化二铝175.45nm，第四层二氧化钛24.06nm，第五层二氧化硅77.8nm，第六层三氧化二铝56.18nm；第二色区呈现蓝色；
中部的过渡色区各层厚度分别为：第一层二氧化钛自第一色区172.3nm向第二色区33.94nm线性减小，第二层二氧化硅自第一色区193.3nm向第二色区57.9nm线性减小，第三层三氧化二铝自第一色区81.7nm向第二色区175.45nm线性增加，第四层二氧化钛自第一色区180.8nm向第二色区24.06nm线性减小，第五层二氧化硅自第一色区93.3nm向第二色区77.8nm线性减小，第六层三氧化二铝自第一色区0nm向第二色区56.18nm线性增加；过渡色区呈现多种颜色；
本发明进一步提供上述渐变彩色太阳能电池组件的镀膜装置，包括镀膜室、磁控靶以及样品驱动装置，其特征在于，所述样品驱动装置包括公转装置、被镀样品自转装置以及膜厚修正装置；
所述公转装置包括公转转盘以及驱动公转转盘转动的公转齿轮，所述公转齿轮与公转转盘内侧啮合；公转转盘上设有被镀样品固定架；
所述被镀样品自转装置包括位于被镀样品固定架上的自转转盘、被镀样品固定架底部的轴承座、以及驱动自转转盘转动的自转齿轮；所述自转齿轮位于公转转盘上方，其外侧与自转转盘啮合，所述轴承座固定在公转转盘上；
所述膜厚修正装置包括修正板以及修正板固定架，所述修正板固定架设置在公转转盘上，修正板固定架与被镀样品固定架平行，修正板位于磁控靶与被镀样品之间，修正板越宽，基片前面的遮挡越多，镀膜越薄；修正板越窄，基片前面的遮挡越少，镀膜越厚。
具体地，所述修正板8共六个，分别对应每层薄膜，其纬度方向上的宽度对应于第一色区、过渡色区和第二色区各层薄膜的厚度变化：
单层薄膜在第一色区对应的修正板宽度分别相同；
单层薄膜在第二色区对应的修正板宽度分别相同；
单层薄膜在过渡色区对应的修正板宽度线性变化，修正板宽度越宽，所对应的薄膜厚度越薄；修正板宽度越窄，所对应的薄膜厚度越厚。
更进一步地，本发明提供上述装置的镀膜方法，包括如下步骤：
(1)分别安装二氧化钛靶材、二氧化硅靶材、三氧化二铝靶材，以及将被镀样品安装在被镀样品固定架上；
(2)将镀膜室抽成真空，然后充入反应惰性气体，做好镀膜准备；
(3)开启公转齿轮驱动公转转盘转动，将被镀样品固定架旋转到二氧化钛靶材的正前方，调整修正板，开启自转齿轮驱动自转转盘转动；
(4)开启二氧化钛靶材进行溅射镀膜，获得第一层二氧化钛，随后依次将被镀样品旋转到二氧化硅靶材、三氧化二铝靶材正前方，并分别更换对应的修正板，依次获得第二层二氧化硅、第三层三氧化二铝、第四层二氧化钛、第五层二氧化硅以及第六层三氧化二铝。
有益效果：
本发明采用一种公转带动自传的装置制备彩色复合介质膜，其镀膜稳定性好，操作方便，工作效率高。通过该镀膜装置在太阳电池表面制备复合介质膜，可以使得电池的颜色不再局限于黑色、蓝色等，电池在具备较高美观度的情况下，依然保持较高的光子透过率，因此电池效率较高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本发明镀膜装置的样品驱动装置示意图。
图2为本发明复合透明介质薄膜的俯视图。
图3为本发明复合透明介质薄膜第一色区的剖面图。
图4为本发明复合透明介质薄膜第一色区的反射率-波长曲线。
图5为本发明复合透明介质薄膜中部过渡色区的剖面图。
图6为本发明复合透明介质薄膜中部过渡色区正中间呈黄绿色的反射率-波长曲线。
图7为本发明复合透明介质薄膜第二色区的剖面图。
图8为本发明复合透明介质薄膜第二色区的反射率-波长曲线。
图9为本发明复合透明介质薄膜第一层二氧化钛所对应的修正板结构。
图10为本发明复合透明介质薄膜第三层三氧化二铝所对应的修正板结构。
其中，各附图标记分别代表：
A第一色区；A1第一色区第一层二氧化钛；A2第一色区第二层二氧化硅；A3第一色区第三层三氧化二铝；A4第一色区第四层二氧化钛；A5第一色区第五层二氧化硅；B过渡色区；B1过渡色区第一层二氧化钛；B2过渡色区第二层二氧化硅；B3过渡色区第三层三氧化二铝；B4过渡色区第四层二氧化钛；B5过渡色区第五层二氧化硅；B6过渡色区第六层三氧化二铝；C第二色区；C1第二色区第一层二氧化钛；C2第二色区第二层二氧化硅；C3第二色区第三层三氧化二铝；C4第二色区第四层二氧化钛；C5第二色区第五层二氧化硅；C6第二色区第六层三氧化二铝；1公转转盘；2公转齿轮；3被镀样品固定架；4自转转盘；5轴承座；6自转齿轮；7修正板固定架；8修正板；8A1第一色区第一层二氧化钛对应修正板；8B1过渡色区第一层二氧化钛对应修正板；8C1第二色区第一层二氧化钛对应修正板；8A3第一色区第三层三氧化二铝对应修正板；8B3过渡色区第三层三氧化二铝对应修正板；8C3第二色区第三层三氧化二铝对应修正板。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，本发明镀膜装置，包括镀膜室、磁控靶以及样品驱动装置，所述样品驱动装置包括公转装置、被镀样品自转装置以及膜厚修正装置。
其中，公转装置包括公转转盘1以及驱动公转转盘1转动的公转齿轮2，所述公转齿轮2与公转转盘1内侧啮合；公转转盘1上设有被镀样品固定架3，通过公转齿轮2驱动公转转盘1转动，从而将被镀样品固定架3上的被镀样品9旋转到磁控靶前方溅射镀膜。
被镀样品自转装置包括位于被镀样品固定架3上的自转转盘4、被镀样品固定架3底部的轴承座5、以及驱动自转转盘4转动的自转齿轮6；所述自转齿轮6位于公转转盘1上方，其外侧与自转转盘4啮合，所述轴承座5固定在公转转盘1上，通过自转齿轮6驱动自转转盘4转动，从而使得被镀样品固定架3在轴承座5上发生转动，被镀样品9自转的目的是为了获得横向上厚度均匀的薄膜。
膜厚修正装置包括修正板8以及修正板固定架7，所述修正板固定架7设置在公转转盘1上，修正板固定架7与被镀样品固定架3平行，修正板8位于磁控靶与被镀样品9之间。根据反蒸发现象，修正板越宽，基片前面的遮挡越多，镀膜越薄；修正板越窄，基片前面的遮挡越少，镀膜越厚。
修正板8共六个，分别对应每层薄膜，其纬度方向上的宽度对应于第一色区、过渡色区和第二色区各层薄膜的厚度变化。
待溅射的圆筒面直径为200mm，高度为250mm，按照本发明的方案，其第一色区高度为100mm，第二色区高度为100mm，渐变色区高度为50mm。以第一层二氧化钛为例，如图9所示，修正板上部2/5为一矩形，宽度最窄，为5mm；中部1/5为一等边梯形，自上而下宽度线性增大；下部2/5为一矩形，宽度最宽，为80mm；从而使得第一层二氧化钛在第一色区膜厚均为172.3nm，在第二色区膜厚均为33.94nm，过渡色区膜厚自第一色区172.3nm向第二色区33.94nm线性减小。同理，以第三层三氧化二铝为例，如图10所示，修正板上部2/5为一矩形，宽度最宽，为35mm；中部1/5为一等边梯形，自上而下宽度线性减小；下部2/5为一矩形，宽度最窄，为4.5mm；从而使得第一层二氧化钛在第一色区膜厚均为81.7nm，在第二色区膜厚均为175.45nm，过渡色区膜厚自第一色区81.7nm向第二色区175.45nm线性增加。
本发明的镀膜方法，包括如下步骤：
(1)分别安装二氧化钛靶材、二氧化硅靶材、三氧化二铝靶材，以及将被镀样品柔性电池卷曲后安装在被镀样品固定架3上；
(2)将镀膜室抽成真空，然后充入反应惰性气体，做好镀膜准备；
(3)开启公转齿轮2驱动公转转盘1转动，将被镀样品固定架3旋转到二氧化钛靶材的正前方，调整修正板8，开启自转齿轮6驱动自转转盘4转动；
(4)开启二氧化钛靶材进行溅射镀膜，采用第一修正板，获得第一层二氧化钛，随后依次将被镀样品旋转到二氧化硅靶材、三氧化二铝靶材正前方，并分别更换对应的修正板，依次最终获得第二层二氧化硅、第三层三氧化二铝、第四层二氧化钛、第五层二氧化硅以及第六层三氧化二铝。
如图3、5、7所示，对于第一层二氧化钛薄膜，其上面2/5区域膜厚为172.3nm，下面2/5区域膜厚为33.94nm，中部的过渡色区厚度自第一色区172.3nm向第二色区33.94nm线性减小。
对于第二层二氧化钛硅薄膜，其上面2/5区域膜厚为193.3nm，下面2/5区域膜厚为57.9nm，中部的过渡色区厚度自第一色区193.3nm向第二色区57.9nm线性减小。
对于第三层三氧化二铝薄膜，其上面2/5区域膜厚为81.7nm，下面2/5区域膜厚为175.45nm，中部的过渡色区厚度自第一色区81.7nm向第二色区175.45nm线性增加。
对于第四层二氧化钛薄膜，其上面2/5区域膜厚为180.8nm，下面2/5区域膜厚为24.06nm，中部的过渡色区厚度自第一色区180.8nm向第二色区24.06nm线性减小。
对于第五层二氧化硅薄膜，其上面2/5区域膜厚为93.3nm，下面2/5区域膜厚为77.8nm，中部的过渡色区厚度自第一色区93.3nm向第二色区77.8nm线性减小。
对于第六层三氧化二铝薄膜，其上面2/5区域膜厚为0nm，下面2/5区域膜厚为56.18nm，中部的过渡色区厚度自第一色区0nm向第二色区56.18nm线性增加。
如图2、4、6、8所示，第一色区呈现黄色，中间过渡色区呈现过渡彩色，第二色区呈现蓝色。从而使得整个复合透明介质薄膜呈现出自黄色向蓝色渐变的色彩效果。
本发明提供了一种渐变彩色太阳能电池组件及其镀膜装置和方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (3)

1.一种渐变彩色太阳能电池组件，其特征在于，包括背板、太阳电池、复合透明介质薄膜、封装层以及前膜；
所述太阳电池为铜铟镓硒电池、碲化镉电池或非晶硅电池，其基底为柔性基底；
所述复合透明介质薄膜由自下而上依次分布的第一层二氧化钛、第二层二氧化硅、第三层三氧化二铝、第四层二氧化钛、第五层二氧化硅、第六层三氧化二铝组成；复合透明介质薄膜一端为第一色区，另一端为第二色区，中部为过渡色区；第一色区、第二色区内的各层薄膜分别均匀分布；
过渡色区内的各层薄膜分别自一端向另一端线性变化：第一层二氧化钛厚度自第一色区向第二色区线性减小；第二层二氧化硅厚度自第一色区向第二色区线性减小；
第三层三氧化二铝厚度自第一色区向第二色区线性增加；第四层二氧化钛厚度自第一色区向第二色区线性减小；第五层二氧化硅厚度自第一色区向第二色区线性减小；第六层三氧化二铝厚度自第一色区向第二色区线性增加；
所述的第一色区占复合透明介质薄膜总面积的2/5；所述的第二色区占复合透明介质薄膜总面积的2/5；所述的中部过渡色区占复合透明介质薄膜总面积的1/5；
第一色区各层厚度分别为：第一层二氧化钛172.3 nm，第二层二氧化硅193.3 nm，第三层三氧化二铝81.7 nm，第四层二氧化钛180.8 nm，第五层二氧化硅93.3 nm，第六层三氧化二铝0 nm；
第二色区各层厚度分别为：第一层二氧化钛33.94 nm，第二层二氧化硅57.9 nm，第三层三氧化二铝175.45 nm，第四层二氧化钛24.06 nm，第五层二氧化硅77.8 nm，第六层三氧化二铝56.18 nm；
中部的过渡色区各层厚度分别为：第一层二氧化钛自第一色区172.3 nm向第二色区33.94 nm线性减小，第二层二氧化硅自第一色区193.3 nm向第二色区57.9 nm线性减小，第三层三氧化二铝自第一色区81.7 nm向第二色区175.45 nm线性增加，第四层二氧化钛自第一色区180.8 nm向第二色区24.06 nm线性减小，第五层二氧化硅自第一色区93.3 nm向第二色区77.8 nm线性减小，第六层三氧化二铝自第一色区0 nm向第二色区56.18 nm线性增加。
2.根据权利要求1所述的渐变彩色太阳能电池组件，其特征在于，其采用的镀膜装置包括镀膜室、磁控靶以及样品驱动装置，所述样品驱动装置包括公转装置、被镀样品自转装置以及膜厚修正装置；
所述公转装置包括公转转盘（1）以及驱动公转转盘（1）转动的公转齿轮（2），所述公转齿轮（2）与公转转盘（1）内侧啮合；公转转盘（1）上设有被镀样品固定架（3）；
所述被镀样品自转装置包括位于被镀样品固定架（3）上的自转转盘（4）、被镀样品固定架（3）底部的轴承座（5）、以及驱动自转转盘（4）转动的自转齿轮（6）；所述自转齿轮（6）位于公转转盘（1）上方，其外侧与自转转盘（4）啮合，所述轴承座（5）固定在公转转盘（1）上；
所述膜厚修正装置包括修正板（8）以及修正板固定架（7），所述修正板固定架（7）设置在公转转盘（1）上，修正板固定架（7）与被镀样品固定架（3）平行，修正板（8）位于磁控靶与被镀样品之间；
所述修正板（8）共六个，分别对应每层薄膜，其纬度方向上的宽度对应于第一色区、过渡色区和第二色区各层薄膜的厚度变化：
单层薄膜在第一色区对应的修正板宽度分别相同；
单层薄膜在第二色区对应的修正板宽度分别相同；
单层薄膜在过渡色区对应的修正板宽度线性变化，修正板宽度越宽，所对应的薄膜厚度越薄；修正板宽度越窄，所对应的薄膜厚度越厚。
3.根据权利要求2所述的渐变彩色太阳能电池组件，其特征在于，镀膜装置采用如下步骤进行镀膜：
（1）分别安装二氧化钛靶材、二氧化硅靶材、三氧化二铝靶材，以及将被镀样品安装在被镀样品固定架（3）上；
（2）将镀膜室抽成真空，然后充入反应惰性气体，做好镀膜准备；
（3）开启公转齿轮（2）驱动公转转盘（1）转动，将被镀样品固定架（3）旋转到二氧化钛靶材的正前方，调整修正板（8），开启自转齿轮（6）驱动自转转盘（4）转动；
（4）开启二氧化钛靶材进行溅射镀膜，获得第一层二氧化钛，随后依次将被镀样品旋转到二氧化硅靶材、三氧化二铝靶材正前方，并分别更换对应的修正板（8），依次获得第二层二氧化硅、第三层三氧化二铝、第四层二氧化钛、第五层二氧化硅以及第六层三氧化二铝。
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