CN113114101A - 一种光伏组件用反射膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光伏组件用反射膜及其制备方法；所述反射膜包括基底和设置于基底上的镀膜；所述镀膜包括依次交叠设置在基底上的第一材料镀膜层和第二材料镀膜层；镀膜的底层和最顶层均为第一材料镀膜层；第一材料镀膜层和第二材料镀膜层由折射率不同的材料制成。本发明通过镀膜设计，使得反射膜对太阳能进行分光，将太阳光谱分为长波和短波两个部分，短波段光能在反射膜镜面反射供光伏使用，避免了红外长波直接照射双面光伏组件背面进一步的引起光伏组件温升，使光伏组件工作在光电转换效率更高的温度下。
Description
技术领域
本发明属于太阳能技术领域，特别涉及一种光伏组件用反射膜及其制备方法。
背景技术
光伏组件是由高效晶体硅太阳能电池片、背板以及边框等组成。传统的光伏组件均为单面光伏组件，只能正面接收太阳光线来发电，其能源利用率有限；为了提升光伏发电厂的发电容量，只能不断的扩大光伏组件的面积，占用了大量的土地，而且面积增大也增加了人员的管理成本。
为了解决单面光伏组件只能正面接收太阳能光线进行发电的技术问题，双面光伏组件应运而生。双面光伏组件由特殊的电池结构和透明的背板材料制成；双面光伏组件除了正面发电外，背面也可有效利用接收到的光线来发电。背面接收的光线包含：地面反射光、大气散射光、空气中粉尘的反射光、周围建筑物的反射光等。
为了尽可能增加发射光，进一步提高单位面积光伏组件的发电能力；现有技术中人们会在地面设置一层反射膜，用以将光线反射到双面光伏组件背面；使双面光伏板可以通过反光膜吸收背面反射光及周围环境的漫反射光，以提高组件背面光照强度，增加光电转换效率。
常规光伏发电技术只能利用太阳能中中短波段(如波长<1100nm)的能量，利用反光膜直接将光线反射到光伏组件背面的现有技术，虽然增加了背面辐照，但是长波段能量不但不能转换成电能，还会引起太阳电池发热降低其光电转换效率，影响到了光伏组件的安全运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏组件用反射膜及其制备方法，以解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种光伏组件用反射膜，包括：基底和设置于基底上的镀膜；
所述镀膜包括依次交叠设置在基底上的第一材料镀膜层和第二材料镀膜层；
镀膜的底层和最顶层均为第一材料镀膜层；第一材料镀膜层和第二材料镀膜层由折射率不同的材料制成。
本发明进一步的改进在于：第一材料镀膜层的折射率大于第二材料镀膜层的折射率。
本发明进一步的改进在于：所述光伏组件用反射膜的截止波长为900nm。
本发明进一步的改进在于：基底的材质为铝片、钢片、铜片、玻璃片或石英片。
本发明进一步的改进在于：基底的材质为高硼硅玻璃。
本发明进一步的改进在于：基底的材质柔性塑料。
本发明进一步的改进在于：第一材料镀膜层和第二材料镀膜层分别由Ta2O5和SiO2沉积制成。
本发明进一步的改进在于：所述镀膜包括51层，51层由下至上的结构具体为：0.377H 0.579L 0.396H 0.586L 1.21H 0.103L 2.075H 0.233L 1.526H 1.653L 0.364H1.682L 0.266H 1.351L 1.164H 1.156L 0.634H 0.367L 0.544H 0.967L 0.366H 1.065L1.506H 0.686L 2.385H 1.08L 0.892H 0.736L 0.666H 1.073L 1.45H 0.153L 0.375H0.767L 0.384H 0.015L 1.407H 1.128L 1.206H 1.087L 0.359H 0.458L 0.539H 1.925L0.53H 1.952L 0.66H 0.27L 0.247H 2.805L 0.037H；其中，H表示高折射率的第一材料镀膜层，L表示低折射率的第二材料镀膜层；厚度单位为nm。
本发明进一步的改进在于：所述光伏组件用反射膜的工作角度为45°，400～900nm波段透过率在20～30％之间，900nm～1800nm波段透过率为T≥80％。
一种光伏组件用反射膜的制备方法，包括以下步骤：
1)、将真空室抽真空至5×10-3Pa，打开烘烤系统，温度设定为250℃，当温度达到设定值250℃后，保温一小时；
2)、镀膜前向真空室充入25sccm的Ar气体，对基底进行离子束轰击进行基底清洗，轰击电压为200V，电流为4A，轰击时间15分钟；
3)、按镀膜结构，逐层制备镀膜，完成反射膜的制备；其中，第一材料镀膜层和第二材料镀膜层分别由Ta2O5和SiO2蒸镀制得，Ta2O5和SiO2都采用电子枪蒸发，蒸发速率分别为0.4nm/s和1nm/s。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种光伏组件用反射膜及其制备方法，该光伏组件用反射膜的截止波长为900nm；反射膜在900nm处进行分光将太阳光谱分为长波和短波两个部分，短波段光能在反射膜镜面反射供光伏使用，避免了红外长波直接照射双面光伏组件背面进一步的引起光伏组件温升，使光伏组件工作在光电转换效率更高的温度下，避免进一步的发热降低光电转换效率。
进一步的，透过反射膜的900nm以上的长波段光热能较高，可以利用其热能，进一步提高太阳能的利用率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种光伏组件用反射膜的结构示意图；
图2为本发明一种光伏组件用反射膜的设计光谱曲线；
图3为本发明一种光伏组件用反射膜测试系统的结构示意图；
图4为本发明一种光伏组件用反射膜的实测光谱曲线。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1
分光镜是用来反射和透射光线，根据光谱特性的不同分光镜可分为中性分光镜和双色分光镜。中性分光镜可以将一束光分成光谱成份相同的两束光；双色分光镜则可以将光谱的其中一部分反射而其它部分透射。
本发明提供一种光伏组件用反射膜，根据所用光伏组件可以选择不同的截止波长，常见的波长为900nm，1100nm，1500nm,1800nm等。
以下以截止波长为900nm为例，进行示例说明。本发明反射膜在900nm处进行分光将太阳光谱分为长波和短波两个部分，短波段光能在反射膜镜面反射供光伏使用，长波段光能透射过反射膜；透过反射膜的900nm以上的长波段光可以利用其热能。900nm截止波长可选择GaAs单节太阳电池、单节染料敏化太阳电池、单结硅薄膜太阳电池、晶体硅太阳电池、碲化镉太阳电池和铜铟镓硒太阳电池。
请参阅图1所示，本发明提供一种光伏组件用反射膜，包括基底10和设置于基底上的镀膜；所述镀膜包括依次交叠设置在基底上的第一材料镀膜层11和第二材料镀膜层12。镀膜的底层和最顶层均为第一材料镀膜层。第一材料镀膜层11和第二材料镀膜层12分别为高折射率材料镀膜层、低折射率材料镀膜层。
反射膜的工作波段为400～1800nm，基底10为硬质材料：铝片、钢片、铜片、玻璃片、石英片、高硼硅材料等，或者柔性塑料基底，例如EVA膜，PI膜等。
反射膜的工作角度45°，要求400～900nm波段透过率在20～30％之间，900nm～1800nm波段透过率为T≥80％。根据技术要求，选择Ta2O5和SiO2分别作为高折射率材料和低折射率材料，进行反射膜的设计。选择设计波长λ0＝600nm，优化设计后反射膜中镀膜包括51层，其结构如下：
0.377H 0.579L 0.396H 0.586L 1.21H 0.103L 2.075H 0.233L 1.526H 1.653L0.364H 1.682L 0.266H 1.351L 1.164H 1.156L 0.634H 0.367L 0.544H 0.967L 0.366H1.065L 1.506H 0.686L 2.385H 1.08L 0.892H 0.736L 0.666H 1.073L 1.45H 0.153L0.375H 0.767L 0.384H 0.015L 1.407H 1.128L 1.206H 1.087L 0.359H 0.458L 0.539H1.925L 0.53H 1.952L 0.66H 0.27L 0.247H 2.805L 0.037H
其中，H表示高折射率材料层，L表示低折射率材料层；厚度单位为nm；例如，0.377H表示该层为高折射率材料层，厚度为0.377nm；0.579L表示该层为低折射率材料层，厚度为0.579nm。
光谱曲线如图2所述。
实施例2
本发明还提供一种光伏组件用反射膜的制备方法，镀膜的制备在德国Leybold公司生产的900Plus型箱式真空镀膜机上完成。
该箱式真空镀膜机的真空系统采用机械泵+油扩散泵的配置，极限真空可达2×10-4Pa。蒸发源为：两把e型电子枪和两组阻蒸电极。两把电子枪的高压均为10KV，阻蒸电极的电压为6V，可根据需要调节蒸发源的功率。夹具为磁流体密封高速旋转夹具，转速可调，最高可达800rad/min。
膜厚监控采用4探头IC/5石英晶振+透、反射式光学直接监控，并配有OMS3000自动控制系统。根据反光膜的特点，选择石英晶振监控的方法。
基底的温度由自动温控仪进行监控，加热方式为下烘烤式加热方式，可根据需要调节加热温度和升温的速率，温度测量采用非接触式红外探头对基片进行测温，测量精度可达±0.5℃。
真空镀膜设备是个复杂的系统，镀膜过程中的各种参数都将影响到光学薄膜参数，从而影响其光谱特性。镀膜过程中的基底10温度、材料的沉积速率、真空室剩余气体的压力和成份以及在使用离子辅助时的离子流功率密度等都是影响薄膜制备的关键因素。
本发明还提供一种光伏组件用反射膜的制备方法，包括以下步骤：
1)、将真空室抽真空至5×10-3Pa，打开烘烤系统，温度设定为250℃，当温度达到设定值250℃后，保温一小时；
2)、镀膜前向真空室充入25sccm的Ar气体，对基底10进行离子束轰击进行基底清洗，轰击电压为200V，电流为4A，轰击时间15分钟；
3)、Ta2O5和SiO2都采用电子枪蒸发，蒸发速率分别为0.4nm/s和1nm/s；离子源功率设定和基底清洗时相同，离子辅助的氧分压为1×10-2Pa；按照图1所示镀膜结构，逐层制备51层镀膜，并完成反射膜制备。
实施例3
本发明还提供一种光伏组件用反射膜的制备方法，包括：
第一步，采用加工精度高、刚性大、自动化程度高的CNC数控机床，对玻璃毛坯大料进行切削成半成品；
第二步，采用玻璃雕铣机进行半成品镜片的成型和磨边；
第三步，将经过精雕后的镜片进行抛光处理。抛光与研磨的机制一样，唯其所使用的工具材质与抛光液不同，通常要达到高精度的抛光面，最常使用的材料为高级抛光沥青。利用沥青来抛光，是藉由沥青细致的表面，带动抛光液研磨镜片表面生热，使玻璃熔化流动，熔去粗糙的顶点并填平裂痕的谷底，逐渐把裂痕层除去。
第四步，超声波清洗，经过抛光后的镜片需要进行清洗，防止抛光液、抛光粉等物质残留在镜片表面，影响镜片后续的镀膜工序。
第五部，检验，严格的镀前检验是镀膜前的重要环节，必须随时注意镜片表面的状况及精度检查。镜片表面瑕疵的检查，因为检测的过程是凭个人视觉及方法来判断，所以检验者应对刮伤及砂孔的规范有深刻的认知，要经常比对刮伤与砂孔的标准样版，以确保检验的正确性。
第七步，镀膜：
为达到使用要求，采用多层膜系镀制，采用本应应力小的材料，并考虑不同材料之间的应力匹配，最终实现镀制膜系为51层的分光膜。
本发明反射膜工作波段400～1800nm，基片材料为高硼硅，工作角度45°，要求400～900nm波段透过率在20～30％之间，900nm～1800nm波段透过率为T≥80％。根据技术要求，选择Ta2O5和SiO2分别作为高折射率材料和低折射率材料，进行反射膜系的设计。选择设计波长λ0＝600nm，进行膜系优化设计，最终获得的反射膜镀膜的结构如下：
0.377H 0.579L 0.396H 0.586L 1.21H 0.103L 2.075H 0.233L 1.526H 1.653L0.364H 1.682L 0.266H 1.351L 1.164H 1.156L 0.634H 0.367L 0.544H 0.967L 0.366H1.065L 1.506H 0.686L 2.385H 1.08L 0.892H 0.736L 0.666H 1.073L 1.45H 0.153L0.375H 0.767L 0.384H 0.015L 1.407H 1.128L 1.206H 1.087L 0.359H 0.458L 0.539H1.925L 0.53H 1.952L 0.66H 0.27L 0.247H 2.805L 0.037H
真空镀膜设备是个复杂的系统，镀膜过程中的各种参数都将影响到光学薄膜参数，从而影响其光谱特性。镀膜过程中的基板温度、材料的沉积速率、真空室剩余气体的压力和成份以及在使用离子辅助时的离子流功率密度等都是影响薄膜制备的关键因素。将真空室抽真空到5×10-3Pa，打开烘烤系统，温度设定为250℃，当温度达到设定值后，保温一小时。镀膜前向真空室充入25sccm的Ar气体，对基底进行离子束轰击，轰击电压为200V，电流为4A，轰击时间15分钟。Ta2O5和SiO2都采用电子枪蒸发，蒸发速率分别为0.4nm/s和1nm/s。离子源功率设定和基片清洗时相同，离子辅助的氧分压为1×10-2Pa。按照膜系设计结构，逐层制备51层材料，并完成反射膜的制备。
第八步，投料\切割\掰片，镀制好的反射膜进行投料，利用CNC进行指定尺寸的切割，之后，利用掰片机进行片子的最终成型。
第九步，对成型的反射膜进行检验，反射膜的测试是在美国Perkin-Elmer公司生产的Lambda950型紫外近红外分光光度计上完成的。该设备的光谱测量范围可从175nm到3300nm，测量精度可达0.0003A，能够进行0.5mm以上光点测量，完全满足反射膜的测试需要。
请参阅图3所示，搭建图3所示测试系统对本发明所制备的反射膜进行测试。
测试系统包括菲涅尔透镜20、反射膜、光伏组件30。
菲涅耳透镜20的指标参数如下：有效口径：340mm×340mm×3mm；焦距：370mm；光学材料透过率达92％；光会聚率80％；厚度误差：±0.05；平面度误差：在直径为50毫米的范围内，误差小于0.1毫米；结构面和光面的光洁度均小于Ra0.2；结构上齿顶的圆弧R≤4微米。
太阳光线经菲涅尔透镜20入射至45°设置的反射膜，900nm以下波长的短波段光能反射至光伏组件30表面，900nm以上波段的长波段光能透射。具体测试流程如下：
选取待测样品：共有20片反射膜，随机取5标号并进行实验测试；
换置测试附件：将仪器的测量附件换成透射式测量附件；
设置参数：选取400nm～2200nm波段，5nm间隔，进行扫描测量；
光路校对：不放入待测样品，进行仪器校对；
放置待测样品：放入待测反射膜，调整角度为45°；
数据测量：进行样品透射率测量，5个样品重复以上步骤进行数据测量；实际的透射率结果如图4所以，可以看出，本发明所制备的反射膜能够有效的透射900nm以上长长波段光能。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光伏组件用反射膜，其特征在于，包括：基底(10)和设置于基底上的镀膜；
所述镀膜包括依次交叠设置在基底上的第一材料镀膜层(11)和第二材料镀膜层(12)；
镀膜的底层和最顶层均为第一材料镀膜层；第一材料镀膜层(11)和第二材料镀膜层(12)由折射率不同的材料制成。
2.根据权利要求1所述的一种光伏组件用反射膜，其特征在于，第一材料镀膜层(11)的折射率大于第二材料镀膜层(12)的折射率。
3.根据权利要求1所述的一种光伏组件用反射膜，其特征在于，所述光伏组件用反射膜的截止波长为900nm。
4.根据权利要求1所述的一种光伏组件用反射膜，其特征在于，基底(10)的材质为铝片、钢片、铜片、玻璃片或石英片。
5.根据权利要求1所述的一种光伏组件用反射膜，其特征在于，基底(10)的材质为高硼硅玻璃。
6.根据权利要求1所述的一种光伏组件用反射膜，其特征在于，基底(10)的材质柔性塑料。
7.根据权利要求1所述的一种光伏组件用反射膜，其特征在于，第一材料镀膜层(11)和第二材料镀膜层(12)分别由Ta2O5和SiO2沉积制成。
8.根据权利要求7所述的一种光伏组件用反射膜，其特征在于，所述镀膜包括51层，51层由下至上的结构具体为：0.377H 0.579L 0.396H 0.586L 1.21H 0.103L 2.075H 0.233L1.526H 1.653L 0.364H 1.682L 0.266H 1.351L 1.164H 1.156L 0.634H 0.367L 0.544H0.967L 0.366H 1.065L 1.506H 0.686L 2.385H 1.08L 0.892H 0.736L 0.666H 1.073L1.45H 0.153L 0.375H 0.767L 0.384H 0.015L 1.407H 1.128L 1.206H 1.087L 0.359H0.458L 0.539H 1.925L 0.53H 1.952L 0.66H 0.27L 0.247H 2.805L 0.037H；
其中，H表示高折射率的第一材料镀膜层(11)，L表示低折射率的第二材料镀膜层(12)；厚度单位为nm。
9.根据权利要求1所述的一种光伏组件用反射膜，其特征在于，所述光伏组件用反射膜的工作角度为45°，400～900nm波段透过率在20～30％之间，900nm～1800nm波段透过率为T≥80％。
10.权利要求1所述的一种光伏组件用反射膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、将真空室抽真空至5×10-3Pa，打开烘烤系统，温度设定为250℃，当温度达到设定值250℃后，保温一小时；
2)、镀膜前向真空室充入25sccm的Ar气体，对基底(10)进行离子束轰击进行基底清洗，轰击电压为200V，电流为4A，轰击时间15分钟；
3)、按镀膜结构，逐层制备镀膜，完成反射膜的制备；其中，第一材料镀膜层(11)和第二材料镀膜层(12)分别由Ta2O5和SiO2蒸镀制得，Ta2O5和SiO2都采用电子枪蒸发，蒸发速率分别为0.4nm/s和1nm/s。
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