CN114477791B - 一种碱金属离子嵌入重构光伏玻璃表面提升透光率的方法 - Google Patents
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Abstract
一种碱金属离子嵌入重构光伏玻璃表面提升透光率的方法，本发明涉及提升光伏玻璃透光率的方法。本发明是来解决现有的光伏封装玻璃的透过率低的技术问题。本方法：碱金属离子溶液喷涂在光伏玻璃表面，再在低于光伏玻璃软化点的温度下烧结，得到碱金属离子扩散嵌入并重构表面的光伏玻璃。本发明通过碱金属离子扩散至玻璃表面，破坏二氧化硅四面体的桥氧键，形成新的非桥氧结构，利用结构和成分的变化重构玻璃表面，本发明的碱金属离子重构表面的光伏玻璃的透过率在1100～400nm光波段范围内再提升1％～1.5％。可用于光伏领域或光学透镜领域。
Description
技术领域
本发明涉及提升光伏玻璃透光率的方法。
背景技术
近年来我国光伏发电等新能源技术不断发展，其中的晶硅太阳能电池技术在未来依然是光伏产业发展的主流方向。在实际应用中，晶硅电池是被封装在由玻璃、透明绝缘胶膜等组成的组件里，在户外被太阳所照射。光伏玻璃是光伏发电器件的重要组件，其主要作用是保护电池不受水汽侵蚀、阻隔氧气防止氧化、耐高低温、良好的绝缘性和耐老化性。
目前市面上广泛应用于光伏发电器件的玻璃，主要是含铁量低的压延钢化玻璃，此种玻璃由于其下表面是绒面，所以使得直射到组件表面的光不容易产生镜面反射，从而保证高的太阳光透过率，同时还具有更强的抗风压和承受昼夜温差变化大的能力。光伏用的超白玻璃透过率仅为92％左右，意味着有8％的光学损失。为了提高光伏组件的输出功率，必须提高玻璃在太阳光谱段的透过率。一般来说，提高材料的透过率有两个方向：一是提高材料表面的粗糙度，从而减少光反射，一是提高材料表面的孔隙率，即降低材料的折射率，最终使得材料表面的光反射相互干涉而最小化，从而提高透过率。
现有的提高玻璃透过率的方法是在光伏封装玻璃上制备减反镀膜，其原理是在玻璃表面利用sol-gel的方法，形成一定孔隙率的SiO2多孔膜，由于多孔膜的折射率小于SiO2玻璃本身的折射率，从而实现减反增透功能。但是光伏发电的太阳光谱较宽(0.3-2.5μm)，单纯通过sol-gel方法镀特定厚度的SiO2多孔膜仅对特定波长的光有增透效果，不能在较宽的波段内形成增透，透过率仅能提高2.2％～2.5％，所以单层减反膜玻璃对光伏发电的贡献有限。而多层减反膜能提高透过率，但是多层减反膜的折射率是从低到高分段变化的，由于膜层的层数越多，膜层的设计和制备越复杂，工艺成本居高不下。膜层过于复杂也容易导致玻璃表面抗脏污能力，硬度等必要性质变差。目前来说减反膜已经成为光伏玻璃的标配，总透过率达到92％～93.5％，如何能在减反膜的基础上使透过率有进一步的提高，提升产品竞争力，是目前玻璃制造企业需要解决的技术问题。
发明内容
本发明是要解决现有的光伏封装玻璃的透过率低的技术问题，而提供一种碱金属离子嵌入重构光伏玻璃表面提升透光率的方法。
本发明的碱金属离子嵌入重构光伏玻璃表面提升透光率的方法，按以下步骤进行：
一、配置碱金属离子溶液，再将该溶液喷涂在光伏玻璃表面；
二、将光伏玻璃放在炉中，升温至T℃并烧结1～20min；其中T＝T1-(10～300)℃，T1是光伏玻璃的软化点；降至常温，得到碱金属离子扩散嵌入并重构表面的光伏玻璃。
更进一步地，步骤一中所述的碱金属离子为Li+、Na+或K+。K+的半径最大，迁移过程中对[SiO4]四面体的重构程度亦最大，但是其迁移速度却相对较慢。Li+和Na+迁移速度较快，但是其离子半径偏小，对[SiO4]四面体的重构程度有限，因此Li+、Na+、K+各有优劣，但是都能够达到玻璃表面重构的效果。
更进一步地，步骤一中所述的碱金属为熔点低于玻璃的软化点的碱金属醋酸盐或硝酸盐。碱金属的醋酸盐或硝酸盐，它们的熔点低于玻璃的软化点，在烧结处理时碱金属盐可熔融，从而实现离子迁移，并实现表面重构。
更进一步地，步骤一中所述的光伏玻璃为普通玻璃或带有SiO2多孔减反膜的玻璃。
更进一步地，步骤一中所述的碱金属离子溶液的质量百分浓度为0.1％～1％。高浓度碱金属溶液将对光伏组件其他部分造成影响，而低浓度碱金属溶液则对玻璃表面重构的效果有限。
更进一步地，步骤一中碱金属离子溶液在光伏玻璃表面的喷涂量是10～50mL/m2。
更进一步地，步骤二中烧结温度T＝T1-(15～100)℃。在这样的烧结温度下更有利于表面重构。
玻璃是一种无规则结构的非晶态固体，[SiO4]四面体为硅酸盐玻璃的最小结构单位，但是[SiO4]四面体缺乏对称性和周期性的重复。普通的玻璃因为反射作用，对不同波长的光透过率是有限的，其与玻璃便面形貌和内部原子结构有很大的关联。本发明采用碱金属离子低温催化相转变法对光伏玻璃表面进行处理，在低于玻璃的软化点的条件下烧结时，玻璃上表面痕量的碱金属离子向玻璃内部迁移至硅氧网络内部，碱金属离子嵌入至SiO4的玻璃体后，为达到宏观的电中性，[SiO4]的部分桥氧健断裂，形成氧的负离子，同时Si-O结构重新排列连接，碱金属离子则随机分布在某些硅氧四面体之间的空隙中，改变玻璃表面形貌，从而在宏观上形成表面形貌的重构，使微观表面变得粗糙，减少反射作用，从而达到对光的增透效果。本发明的重构原理图如图1所示。
本发明的方法得到的光伏玻璃，在1100～400nm光波段范围内都有增透效果，处理后的玻璃的透过率能够提升1％～1.5％。可用于光伏领域或光学透镜领域。
附图说明
图1为本发明的重构原理图；
图2为普通玻璃的AFM照片；
图3为实施例1中步骤一的带有SiO2多孔减反膜的光伏玻璃的AFM照片；
图4为实施例1中完成碱金属离子重构的光伏玻璃的AFM照片；
图5为实施例1中普通玻璃、步骤一中带有SiO2多孔减反膜的光伏玻璃和经步骤二得到的碱金属离子扩散嵌入并重构表面的光伏玻璃的透过率曲线图。
具体实施方式
用下面的实施例验证本发明的有益效果。
实施例1：本实施例的碱金属离子嵌入重构光伏玻璃表面提升透光率的方法，按以下步骤进行：
一、配置质量百分浓度为0.5％的醋酸钾溶液，再将该溶液喷涂在光伏玻璃表面；每平方米的光伏玻璃表面喷50mL质量百分浓度为0.5％的醋酸钾溶液；光伏玻璃是带有SiO2多孔减反膜的玻璃，醋酸钾溶液喷在光伏玻璃的带有SiO2多孔减反膜的一侧，光伏玻璃的软化点T1＝717℃；
二、将光伏玻璃放在炉中，升温至700℃并烧结2min；降至常温，得到碱金属离子扩散嵌入并重构表面的光伏玻璃。
对普通玻璃、步骤一中带有SiO2多孔减反膜的光伏玻璃和实施例1制备的碱金属离子扩散嵌入并重构表面的光伏玻璃进行原子力显微镜照片(AFM)测试，得到的AFM照片如图2、图3、图4所示。从图2可以看出，未重构未镀膜的普通玻璃表面光滑；从图3可以看出，步骤一中仅镀膜后的带有SiO2多孔减反膜的光伏玻璃表面变得相对粗糙；从图4可以看出，实施例1得到的碱金属离子扩散嵌入并重构表面的光伏玻璃的表面更加粗糙。
对普通玻璃、步骤一中带有SiO2多孔减反膜的光伏玻璃和实施例1得到的碱金属离子扩散嵌入并重构表面的光伏玻璃进行透过率测试，得到的透过率曲线如图5所示。从图5可以看出，实施例1的得到的碱金属离子扩散嵌入并重构表面的光伏玻璃比带有SiO2多孔减反膜的光伏玻璃在0.3～1.5μm的宽太阳光谱范围内的透过率均提高约1％，使透过率达到95％以上。
以普通晶硅太阳能电池为例，使用带有SiO2多孔减反膜的光伏玻璃作为盖板和实施例1得到的碱金属离子扩散嵌入并重构表面的光伏玻璃作为盖板，相同尺寸，同等的AM1.5的测试条件下，尽管两块太阳能电池的光电转化效率相同，但后者有进一步增透效果，致使有更多的光到达封装在玻璃下的太阳能电池片，从而后者的光电输出功率更高，所产生的电能也更多。以透过率增加1％来估算，上述采用实施例1制备的碱金属离子扩散嵌入并重构表面的光伏玻璃的组件相比带有SiO2多孔减反膜的光伏玻璃的光伏组件所产生的电能增加约0.5％～0.8％，双玻组件则增加更多。按照2021年全球10大光伏组件产商的出货量150GW算，则增加产量在0.75GW左右，其带来的经济效益能达到几十亿规模。
实施例2：本实施例的碱金属离子嵌入重构光伏玻璃表面提升透光率的方法，按以下步骤进行：
一、配置质量百分浓度为0.9％的醋酸钾溶液，再将该溶液喷涂在光伏玻璃表面；每平方米的光伏玻璃表面喷20mL质量百分浓度为0.9％的醋酸钾溶液；光伏玻璃是带有SiO2多孔减反膜的玻璃，醋酸钾溶液喷在光伏玻璃的带有SiO2多孔减反膜的一侧，光伏玻璃的软化点T1＝717℃；
二、将光伏玻璃放在炉中，升温至620℃并烧结5min；降至常温，得到的碱金属离子扩散嵌入并重构表面的光伏玻璃。
本实施例的完成碱金属离子重构的光伏玻璃比带有SiO2多孔减反膜的光伏玻璃在0.3～1.5μm的宽太阳光谱范围内的透过率均提高约1％。
Claims (3)
1.一种碱金属离子嵌入重构光伏玻璃表面提升透光率的方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：
一、用熔点低于玻璃软化点的碱金属盐配制质量百分浓度为0 .1％～1％的碱金属离子溶液，再将该溶液喷涂在光伏玻璃表面，所述光伏玻璃是带有SiO2多孔减反膜的玻璃，所述溶液喷在光伏玻璃的带有SiO2多孔减反膜的一侧；
二、将光伏玻璃放在炉中，升温至T℃并烧结1～20min；其中T＝T1-(15～100)℃，T1是光伏玻璃的软化点；降至常温，得到碱金属离子扩散嵌入并重构表面的光伏玻璃。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤一中所述的碱金属离子为Li +、Na+或K+。
3.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于：步骤一中所述的碱金属盐为碱金属醋酸盐或硝酸盐。
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| CN101977861A (zh) * | 2008-05-02 | 2011-02-16 | 东洋佐佐木玻璃株式会社 | 玻璃物品 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Re-structuring of glass surface by ion post-embedding for transmission improvement and application in solar panels;Hongyan Mao et al.;Solar Energy;20230215;第252卷;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114477791A (zh) | 2022-05-13 |
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Application publication date: 20220513 Assignee: Xianweikang New Materials Technology Co.,Ltd. Assignor: HUNAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2024980041374 Denomination of invention: A method of embedding alkali metal ions to reconstruct the surface of photovoltaic glass and improve its transmittance Granted publication date: 20240705 License type: Common License Record date: 20241223 Application publication date: 20220513 Assignee: LUXI LANTIAN HIGH-TECH CO.,LTD. Assignor: HUNAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2024980041373 Denomination of invention: A method of embedding alkali metal ions to reconstruct the surface of photovoltaic glass and improve its transmittance Granted publication date: 20240705 License type: Common License Record date: 20241223 Application publication date: 20220513 Assignee: HUNAN JINHAO NEW MATERIAL TECHNOLOGY CO.,LTD. Assignor: HUNAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2024980041372 Denomination of invention: A method of embedding alkali metal ions to reconstruct the surface of photovoltaic glass and improve its transmittance Granted publication date: 20240705 License type: Common License Record date: 20241225 |