一種太陽能電池封裝前膜的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種太陽能電池封裝前膜的制備方法，并涉及由該方法制得的太陽能 電池封裝前膜在無人機(jī)用耐候型太陽能電池中的應(yīng)用，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。 技術(shù)背景
[0002] 在全球氣候變暖、生態(tài)環(huán)境惡化的大背景下，尋找化石能源的替代品，改善能源結(jié) 構(gòu)成為各國關(guān)注的焦點(diǎn)。在諸多清潔能源備選方案中，太陽能以清潔、安全、資源充足等特 點(diǎn)被認(rèn)為是未來最具發(fā)展?jié)摿Φ哪茉粗唬艿绞澜绺鲊臉O大重視與支持。對(duì)于太陽能 的開發(fā)和利用，最具代表性的是太陽能電池，在太陽能電池家族中，柔性薄膜太陽能電池具 有輕、柔、薄等優(yōu)勢(shì)，并擁有更好的溫度適應(yīng)性、低光照條件和弱光性能，其發(fā)展前景受到了 各界的廣泛關(guān)注。目前，主流的薄膜太陽能電池有CIGS、GaAs、CdTe等，在上述這些薄膜電 池中CIGS是性能與成本結(jié)合最佳的柔性薄膜太陽能電池，其典型的組件轉(zhuǎn)換效率在15% 以上。
[0003] 對(duì)于CIGS薄膜電池而言，封裝前膜是其性能得以充分發(fā)揮的重要輔助構(gòu)件，材料 的選擇自然成為決定封裝前膜優(yōu)劣的關(guān)鍵因素。在現(xiàn)如今的太陽能電池組件中使用最多的 封裝材料是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA)，通過向其中添加交聯(lián)劑來提高耐熱性和耐蠕 變性，添加抗氧劑和穩(wěn)定劑來提尚耐老化性，添加增粘劑來提尚粘著力，基本可以滿足太陽 能電池組件的使用要求。然而，由于EVA樹脂對(duì)水分的阻隔性能不高，在長期的戶外使用過 程中，滲入組件中的水分往往會(huì)使增粘劑失效，導(dǎo)致封裝材料對(duì)前后基板的粘著力不能持 久。
[0004] 為了克服使用EVA作為薄膜電池封裝前膜所存在的上述缺陷，中國專利文獻(xiàn) CN102339883A公開了一種光伏組件，包括：基板，所述基板由玻璃纖維增強(qiáng)樹脂制成；光伏 層，所述光伏層設(shè)在所述基板的上表面上，其中所述光伏層包括至少一個(gè)光伏電池和透明 的保護(hù)層，所述保護(hù)層覆蓋在所述光伏層上，所述保護(hù)層由氟塑料，如聚四氟乙烯（PTFE) 制成。上述技術(shù)由于使用了具有優(yōu)良的強(qiáng)度、耐久性、耐候性及防水性能的PTFE作為保護(hù) 層，因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏層的有效保護(hù)，延長光伏組件的使用壽命。但是，將PTFE膜作為封 裝前膜仍存在的問題在于，因 PTFE自身的透光率較低，通常只有40%左右，從而導(dǎo)致上述 技術(shù)中的光伏電池的光吸收效率較小，難以滿足供電需求。因此，如何提高PTFE封裝前膜 的透光率，以增強(qiáng)光伏電池對(duì)光的吸收效率，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個(gè)技術(shù)難題。
[0005] 眾所周知，近年來無人機(jī)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，其靈活易用的使用特性使其仍具 有廣闊的發(fā)展前景。一般來說，無人機(jī)的供能系統(tǒng)為鋰電池。雖然在各種儲(chǔ)能器件中，鋰電 池具有比較合適的質(zhì)量能量比、質(zhì)量功率比，但對(duì)于無人機(jī)而言，鋰電池的性能直接決定了 其為無人機(jī)續(xù)航的能力，這也就成了限制無人機(jī)單次工作時(shí)間的瓶頸。如果能夠?qū)IGS光 伏電池組件應(yīng)用到無人機(jī)機(jī)翼等位置，以為無人機(jī)的運(yùn)行提供部分乃至全部動(dòng)力，則必將 大幅提高現(xiàn)有無人機(jī)的綜合性能，其應(yīng)用領(lǐng)域也可得到進(jìn)一步拓展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明解決的是現(xiàn)有技術(shù)使用PTFE作為太陽能電池封裝前膜所存在的電池吸光 率低的問題，進(jìn)而提供一種具有高透光率和耐候性的太陽能電池封裝前膜的制備方法及其 應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：
[0008] -種太陽能電池封裝前膜的制備方法，包括如下步驟：
[0009] (1)將煤油與表面活性劑和/或助溶劑混合均勻，形成復(fù)合溶劑；
[0010] (2)將步驟⑴的復(fù)合溶劑加入至聚四氟乙烯粉末中，在10-18Γ的恒溫條件下、 以20-80r/min的速度攪拌均勻之后，再于惰性氣氛中24-40°C下恒溫熟化8-12h，得熟化 料；
[0011] (3)對(duì)步驟（2)的熟化料進(jìn)行模壓成型；
[0012] (4)將步驟⑶的成品靜置24h后，進(jìn)行熱處理，并保持24-36h ;所述熱處理的升 溫程序?yàn)椋簭?5°C至320°C的升溫速率為20°C /min，320-330°C的升溫速率為5°C /min， 330-370°C的升溫速率為10°C /min ;
[0013] (5)快速冷卻經(jīng)步驟（4)處理后的樣品，并烘干；
[0014] (6)對(duì)步驟（5)中烘干后的樣品進(jìn)行切片，切片的厚度為50-100 μπι ;
[0015] (7)依次采用氫等離子體、臭氧等離子體對(duì)步驟(6)的切片進(jìn)行改性處理，得到高 透改性PTFE膜；
[0016] (8)在真空度小于5X103Pa的條件下，將步驟（7)得到的高透改性PTFE膜升溫 至140-145 °C，形成前膜基底；
[0017] (9)在所述前膜基底上蒸鍍90-95nm的MgFJ莫；
[0018] (10)充入氧氣至真空度為（2-2. 5) X 10 2Pa，在所述MgFJ莫上蒸鍍500-800nm的 TiO2-ZrO2-La2O3 混合物薄膜；
[0019] (11)在所述TiO2-ZrO2-La2O 3混合物薄膜上蒸鍍70-80nm的Al 203膜，最終形成所 述太陽能電池封裝前膜。
[0020] 步驟⑴中，所述助溶劑為甲苯、己二醇或乙酸乙酯中的一種或多種；所述表面活 性劑為多烯基丁二酰亞胺、全氟辛酸鈉或全氟辛基磺酸鈉中的一種或多種。
[0021] 步驟⑴中，所述助溶劑或所述表面活性劑與所述煤油的質(zhì)量比為0.1 : (4-5); 或者所述助溶劑與所述表面活性劑的質(zhì)量之和與所述煤油的質(zhì)量之比0.1 : (4-5)。
[0022] 步驟（2)中，所述聚四氟乙烯粉末的純度為99.9%、結(jié)晶度彡80%、粒徑為 0. 1-0. 2 μπκ分子量為700萬-1000萬；所述聚四氟乙烯粉末與所述煤油的質(zhì)量比為 (20-25) ： 1〇
[0023] 步驟（3)中，預(yù)壓成型的壓力為40-65MPa，預(yù)壓時(shí)間為Ι-lOmin，并保壓5-20min。
[0024] 步驟（5)中，使用-5~5°C的水對(duì)步驟⑷處理后的樣品進(jìn)行快速冷卻，并于 0. 5_lh之后供干。
[0025] 所述MgF^的蒸鍍速度為0. 2-0. 3nm/s ;所述TiO 2-Zr02-La203混合物薄膜的蒸鍍 速度為0. 2-0. 4nm/s ;所述Al2O3膜的蒸鍍速度為0. 2-0. 3nm/s。
[0026] 還包括向所述復(fù)合溶劑中加入環(huán)氧樹脂，攪拌均勻得混合料，再將所述混合料加 入至所述聚四氟乙烯粉末中。
[0027] 所述環(huán)氧樹脂與所述煤油的質(zhì)量比為2 : 5;所述環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂。
[0028] 由上述制備方法制得的太陽能電池保護(hù)前膜在無人機(jī)用耐候型太陽能電池中的 應(yīng)用。
[0029] 本發(fā)明所述的太陽能電池封裝前膜的制備方法，步驟⑵將煤油與表面活性劑和 /或助溶劑混合所形成的復(fù)合溶劑加入至聚四氟乙烯粉末中，在10-18Γ恒溫條件下緩慢 攪拌均勻，這樣有利于優(yōu)化聚四氟乙烯分子的排列順序，從而可提高PTFE膜的透光率及成 膜效果。本發(fā)明步驟（4)對(duì)步驟（3)的成品進(jìn)行熱處理，以利用330-370°C的高溫使成品 定型，通過采用特定的程序升溫方式更有助于提高分子結(jié)構(gòu)的定型性能，改善分子的結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的制備方法在步驟（7)中，采用等離子體對(duì)得到的切片進(jìn)行改性處理，其作用在于 提高切片的表面活性，以增強(qiáng)其粘結(jié)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)聚四氟乙烯膜與光伏電池之間的有力粘結(jié)。 本發(fā)明通過在高透改性PTFE膜的表面依次蒸鍍上MgFJ莫、TiO 2-Zr02-La203混合物薄膜、及 Al2O3膜，可進(jìn)一步增強(qiáng)封裝前膜的透光性、耐磨損性和阻水性能。
[0030] 作為優(yōu)選的實(shí)施方式，本發(fā)明的制備方法還包括向復(fù)合溶劑中加入環(huán)氧樹脂的步 驟，環(huán)氧樹脂的加入有利于增強(qiáng)混合料的固化性能，便于聚四氟乙烯粉末的固化成型。
[0031] 與現(xiàn)有技術(shù)中使用PTFE膜作為太陽能電池封裝前膜相比，根據(jù)本發(fā)明所述的制 備方法制得的太陽能電池封裝前膜的透光率得到了大幅提高，在300-1200nm下的透光率 可達(dá)90. 5%以上。并且，本發(fā)明所述的太陽能電池封裝前膜還具有優(yōu)良的耐高溫、耐磨損、 耐候性，且其機(jī)械性能好，因而使得本發(fā)明制得的太陽能電池封裝前膜能夠適用于無人機(jī) 所可能面對(duì)的各種極端條件，完全滿足無人機(jī)的工作環(huán)境需求。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的太陽能電池封裝前膜的制備方法進(jìn)行詳細(xì) 說明。在下述實(shí)施例中，wt%表示質(zhì)量百分含量。
[0033] 實(shí)施例1
[0034] 本實(shí)施例所述的太陽能電池封裝前膜的制備方法，包括如下步驟：
[0035] (1)將質(zhì)量比為4 : 0. 1的煤油與全氟辛酸鈉混合均勾，形成復(fù)合溶劑；在所述煤 油中，異構(gòu)烷烴