CN110682395A - 一种用3d打印技术在光伏电池表面制备瓷釉涂层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光伏建筑一体化技术领域，具体涉及一种用3D打印技术在光伏电池表面制备瓷釉涂层的方法，包括以下步骤：(1)制备釉料：将玻璃粉、水以及化工原料置于球磨机中球磨1～10h，制得釉料；(2)注塑：将步骤1)制备的釉料注入3D打印机料筒内；(3)设计3D造型需要的文件，控制3D打印设备，由推进器将釉料经由喷头挤出，按照软件输出的路径，在光伏电池的X‑Y面上累积出所需厚度的釉料，完成打印，制得瓷釉涂层。采用3D打印技术在光伏电池表面方便快捷地制备颜色丰富多样的图案、花纹，瓷釉涂层沉积温度低，且薄膜厚度均匀，可有效阻隔水汽渗透。

Description

一种用3D打印技术在光伏电池表面制备瓷釉涂层的方法
技术领域
本发明属于光伏建筑一体化技术领域，具体涉及一种用3D打印技术在光伏电池表面制备瓷釉涂层的方法。
背景技术
工业上所制备光伏电池的颜色一般是深蓝色或黑色，其单调的颜色成为了光伏电池应用于建筑领域的制约因素。部分发明者在光伏电池的前玻璃或后玻璃上涂敷彩色的颜料，或者在玻璃中加入一些元素，可以达到使光伏电池呈现丰富颜色的效果。但这些技术均要使用到玻璃，降低了光伏电池的集成度，增加了制备成本，应用于建筑领域时存在制备步骤繁琐、无法应用于曲面建筑的问题。如果可以不采用玻璃，在光伏电池上直接制备彩色的釉料，则可以大大提高光伏电池的集成度，降低光伏电池的重量、体积及其制备成本。
在太阳电池表面直接制备釉层，需要考虑以下几个问题：(1)釉层厚度的均匀性；(2)水汽渗透情况；(3)方便快捷性。一般而言，希望涂敷在光伏电池表面的釉层具有良好的厚度均匀性，厚度会影响太阳电池所呈现的颜色，也会影响大面积电池上效率的均匀性；要求釉层可以有效阻隔水汽渗透，因为水汽的渗入会对组件产生非常不利的影响，腐蚀电池结构，劣化电池性能。最后，尽管目前已有许多方法可以制备釉层，但是这些方法主要针对的是单一颜色瓷釉涂层，难以应用于丰富颜色、复杂图案的瓷釉涂层制备中。
还需要考虑的问题是釉层的制备温度，目前大部分陶瓷釉制备过程中需要对釉施以数百上千度高温，但这种方法难以应用于对光伏电池表面沉积瓷釉涂层的过程，因为高温会使制备好的电池劣化失效。
发明内容
本发明的目的提供一种用3D打印技术在光伏电池表面制备瓷釉涂层的方法，采用3D打印技术在光伏电池表面方便快捷地制备颜色丰富多样的图案、花纹，瓷釉涂层沉积温度低，且薄膜厚度均匀，可有效阻隔水汽渗透。
本发明的具体技术方案如下：
本发明提供一种用3D打印技术在光伏电池表面制备瓷釉涂层的方法，包括以下步骤：
(1)制备釉料：将玻璃粉、水以及化工原料置于球磨机中球磨1～10h，制得釉料。
(2)注塑：将步骤1)制备的釉料注入3D打印机料筒内；
(3)设计3D造型需要的文件，控制3D打印设备，由推进器将釉料经由喷头挤出，按照软件输出的路径，在光伏电池的X-Y面上累积出所需厚度的釉料，完成打印，制得瓷釉涂层。
作为优选地，所述玻璃粉、水以及化工原料，以质量份计为：玻璃粉80～110份，水40～60份，化工原料50～70份，其中，所述化工原料以质量份计，包括：NaOH 15～25份、A1(OH)3 10～16份、K2CO3 9～18份、MgO 4～9份、TiO2 0.1～2份、CaCO3 12～20份、Ba(OH)2 2～6份、K2SO4 1～4份、聚丙烯酰胺0.1～1.0份和水玻璃0.2～1.5份。
作为优选地，步骤(1)所述混合粉末在球磨后粒径小于或等于10μm。
作为优选地，步骤(2)所述喷头直径为10μm～1mm。
作为优选地，步骤(1)所述料筒为一可承受高压的圆柱桶，重要部件包括：料筒、推进器、喷头。
作为优选地，步骤(2)打印瓷釉凃层时，光伏电池温度设置为25～125℃。
作为优选地，所打印的瓷釉凃层的厚度为10μm～5mm。
作为优选地，所述喷头为一个或两个以上；所述料筒为一个或两个以上。按照所需图案的颜色，喷头可以用两个、三个及多个。若所需瓷釉涂层为单色，则采用单料筒、单喷头3D打印机；若所需瓷釉涂层为多色，则采用多料筒、多喷头3D打印机。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1)常规的3D打印方法均要用到激光，用激光将各材料熔化、定型。本发明制备的瓷釉可在低温下固化，所需能耗少；
2)涉及到多种颜色的瓷釉制备时，常规方法往往不易获得很薄的涂层、很精细的图案。本发明中，因为3D打印的喷头直径很小，故而可以制备出精细的花纹。薄膜的颜色丰富，精度控制很好。
3)通过调整3D打印机的喷头直径，喷头移动速度，可以有效控制所制备薄膜的厚度，采用3D打印方法制备的薄膜的表面平整度较好。
4)本发明中釉料中添加了少量分散剂，使得釉料处于一个合理的粘度和表面张力下，喷头不会阻塞、陶瓷粉末分散性很好。
5)采用3D打印法，可有效将光伏电池与彩色釉层结合，制备出一种兼具美观与发电的瓷砖。
6)本发明使用的釉料制备的瓷釉涂层，具有很好的阻水性，于室外长期使用发现，电池性能稳定，几乎无衰减。
附图说明
图1为本发明的第三种实施例所制备瓷釉涂层的表面图案。
附图标记
1为米色、2为紫色、3为蓝色。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
制备单色的瓷釉涂层，其工艺过程包括：
(1)釉料制备：釉料的组成部分包括：玻璃粉110份，水40份，化工原料70份，其中，以质量分计，所述化工原料包括：NaOH 25份、A1(OH)3 10份、K2CO3 18份、MgO 4份、TiO2 0.1份、CaCO3 12份、Ba(OH)2 6份、K2SO4 1份、聚丙烯酰胺1.0份和水玻璃0.2份。置于球磨机中充分研磨、混合均匀，球磨1h。
(2)注塑：将釉料注入3D打印机料筒内，料筒为一可承受高压的圆柱桶，重要部件包括：料筒、推进器、喷头。喷头直径为10μm。
(3)设计3D造型需要的文件，光伏电池温度设置为25℃，控制3D打印设备，由推进器将釉料经由喷头挤出，按照软件输出的路径，在X-Y面上累积出1μm厚的釉层，完成打印。
实施例2
制备双色的瓷釉涂层，其工艺过程包括：
(1)釉料制备：釉料的组成部分包括：玻璃粉80份，水60份，化工原料50份，其中，以质量分计，所述化工原料包括：NaOH 15份、A1(OH)3 16份、K2CO3 9份、MgO 9份、TiO2 2份、CaCO3 20份、Ba(OH)2 2份、K2SO4 4份、聚丙烯酰胺0.1份和水玻璃0.5份。置于球磨机中充分研磨、混合均匀，球磨5h。
(2)注塑：将两种釉料注入3D打印机两个料筒内，料筒为一可承受高压的圆柱桶，重要部件包括：料筒、推进器、喷头。喷头直径为1mm。
(3)设计3D造型需要的文件，光伏电池温度设置为125℃，控制3D打印设备，由推进器将釉料经由喷头挤出，按照软件输出的路径，在X-Y面上累积10μm厚、所需花纹的釉料，完成打印。
实施例3
制备三色的瓷釉涂层其工艺过程包括：
(1)釉料制备：釉料的组成部分包括：玻璃粉100份，水50份，化工原料60份，其中，以质量分计，所述化工原料包括：NaOH 20份、A1(OH)3 13份、K2CO3 10份、MgO 6份、TiO2 1份、CaCO3 15份、Ba(OH)2 3份、K2SO4 2份、聚丙烯酰胺1.0份和水玻璃0.2份。置于球磨机中充分研磨、混合均匀，球磨10h。
(2)注塑：将三种釉料注入3D打印机三个料筒内，料筒为一可承受高压的圆柱桶，重要部件包括：料筒、推进器、喷头。喷头直径为0.5mm。
(3)设计3D造型需要的文件，光伏电池温度设置为70℃，控制3D打印设备，由推进器将釉料经由喷头挤出，按照软件输出的路径，在X-Y面上累积5μm厚、所需花纹的釉料，完成打印。所制备的釉层图案如图1所示，包含有米色、紫色、蓝色三种颜色。
当然，本发明还可以有多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种用3D打印技术在光伏电池表面制备瓷釉涂层的方法，包括以下步骤：
(1)制备釉料：将玻璃粉、水以及化工原料置于球磨机中球磨1～10h，制得釉料；
(2)注塑：将步骤1)制备的釉料注入3D打印机料筒内；
(3)设计3D造型需要的文件，控制3D打印设备，由推进器将釉料经由喷头挤出，按照软件输出的路径，在光伏电池的X-Y面上累积出所需厚度的釉料，完成打印，制得瓷釉涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃粉、水以及化工原料，以质量份计为：玻璃粉80～110份，水40～60份，化工原料50～70份，其中，所述化工原料以质量份计，包括：NaOH 15～25份、A1(OH)3 10～16份、K2CO3 9～18份、MgO 4～9份、TiO2 0.1～2份、CaCO312～20份、Ba(OH)2 2～6份、K2SO4 1～4份、聚丙烯酰胺0.1～1.0份和水玻璃0.2～1.5份。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)球磨后混合粉末粒径小于或等于10μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述喷头直径为10μm～1mm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)打印瓷釉涂层时，光伏电池温度设置为25～125℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所打印的瓷釉涂层的厚度为10μm～5mm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述喷头为一个或两个以上；所述料筒为一个或两个以上。
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