一种仿天然石材的太阳电池组件及其制备方法与流程

本发明涉及光伏建筑一体化技术领域，具体地涉及一种仿天然石材的太阳电池组件及其制备方法。

背景技术：

目前，光伏建筑一体化(bipv)将建筑与光伏发电结合，在建筑外墙、屋顶铺设太阳电池组件，使得能量能够充分利用。我国对于“太阳能建筑”的准确定义还处在研究阶段，太阳能建筑的技术和体系也不健全。没有完整的设计规范、标准及相关图集，也没有建立产品的检测中心和认证机构，更没有完善的施工验收及维护技术规程等等。然而，所采用的太阳电池组件一般呈现深蓝色、灰色、黑色，色彩不美观，难以与建筑外型相融合。那么，具有丰富色彩的太阳电池组件可能拥有较大的市场潜力。另外，天然石材在建筑领域有着广泛的应用，许多市政工程、高档住宅、地产项目均选择大理石等天然石材作为装修材料。仿天然石材涂料经过喷涂、常温干燥后拥有天然大理石的逼真纹理，在防水率、平整度等物理性能方面表现卓越。然而，常温固化的仿天然石材的釉层材料与下层基体结合力不强，容易脱落。另外，未经高温处理的釉层表面硬度不够。

目前还少有将太阳电池组件与仿天然石材结合的产品。然而在这种仿天然石材的太阳电池组件研发过程中需要解决一系列问题：1)建筑表面需要各种各样的颜色，那么表面透明度不高，导致太阳组件吸收光减少，发电能力降低。如何在保证发电能力的同时，使建筑外表更加美观是我们着重解决的问题。2)作为建筑表面材料，涂层与组件间的结合力与其耐候性很重要，通过高温烧制表面釉层可以解决这个问题。然而，太阳电池组件经过封装后不能暴露在高温环境中，否则组件性能将受到严重破坏。

因此，本发明着重解决光伏建筑一体化过程中的安全美观和经济耐用问题，通过仿天然石材与太阳电池组件的结合。一方面，可解决太阳电池组件颜色单一的问题；另一方面，成本低廉，投资回报率高，经济实用，可在大部分城市中推广。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种仿天然石材的太阳电池组件及其制备方法，本发明所制备的具有天然石材外观的太阳电池组件产品，将天然石材外观的纹理与光泽，与太阳电池相结合，使得建筑与发电相融合，达到绿色建筑、环保建筑的要求。

本发明的具体技术方案如下：

本发明提供仿天然石材的太阳电池组件，所述太阳电池组件由下至上包括基材、发电层和仿天然石材保护层；

其中，所述基材包括建筑玻璃，水泥基板材，大理石和瓷砖中的一种或几种；

所述仿天然石材保护层在380nm～1250nm波长范围内的加权平均透过率为10％～100％。

作为优选地，所述仿天然石材保护层的水蒸气透过率为0％～0.5％。

作为优选地，所述仿天然石材保护层包括基体和釉层，其中所述基体包括建筑玻璃、钢化玻璃、高硼玻璃和透光陶瓷中的一种或几种；

按重量计，所述釉层的浆料原料包括天然细沙50～80份、填料20～40份、色浆0.1～1份、水40～80份和0.5～10份分散剂。

作为优选地，所述基体的厚度为0.5mm～5mm，所述釉层的厚度为0.01～5mm。

作为优选地，所述天然细沙包括石英石，高岭土，滑石粉，钛白粉，硅酸锆，纳米氧化锌和碳酸钡中的一种或几种，所述填料包括石灰，高岭土，滑石粉和钛白粉中的一种或几种，所述色浆为无机颜料，所述无机颜料包括天然矿物颜料和/或人造颜料，所述天然矿物颜料包括石绿、炭黑、云母、珊瑚和雄黄中的一种或几种，所述人造颜料包括氧化铁红、氧化铁黄、钛白、铬黄和铁蓝中的一种或几种，所述分散剂包括硅油(聚硅氧烷)、氢化松香酯、聚丙烯酸钾盐和亚甲基双萘磺酸钠中的一种或几种。所选色浆包括上述各种材料的组合。

作为优选地，发电层包括单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳电池、砷化镓太阳电池、铜铟镓硒太阳电池、碲化镉太阳电池、染料敏化太阳电池和钙钛矿类太阳电池中的一种或几种。

本发明提供一种仿天然石材的太阳电池组件的制备方法，包括以下步骤：

1)将太阳电池层附着到表面附有封装材料的基材之上，并引出正负极，或者直接在基材上制备太阳电池层，并引出正负极；

2)将细沙与填料加入水中，均匀分布在水中形成浆料，搅拌均匀，再加入分散剂，获得釉层的浆料；

3)将步骤2)获得的釉层的浆料覆盖在基体上，再进行烘烤，干燥；再放入窑内进行烧制，获得仿天然石材保护层。

4)将步骤3)获得的仿天然石材保护层置于发电层之上，制得仿天然石材的太阳电池组件。

作为优选地，步骤2)中将细沙与填料加入水中，通过球磨的方式使得加入固体粒径降低，均匀分布在水中形成浆料，搅拌均匀。再加入分散剂。

作为优选地，步骤3)中将釉层的浆料采用数码打印的、丝网印刷等方式覆盖在基体上，其中，涂敷厚度为0.01～5mm。数码打印时可以运用不同种喷头，在喷头旁边有设计加热风枪，使得不会出现流痕，这样喷头对于打印浆料地流量有更精确的控制。

作为优选地，步骤3)中所述的烘烤温度为20～120℃，烘烤时间为5min～10min，所述烧制分为三个阶段，第一阶段在120～500℃烧制，烧制时间为30min～1h，在这个阶段油类物质蒸发、燃烧气化。第二阶段在500～600℃烧制，烧制时间为30min～1h，表面稍稍软化，釉料中部分成分开始熔化。第三阶段在600～750℃烧制，烧制时间为30min～4h，基体玻璃表面软化，釉料成分熔合。

作为优选地，步骤3)中将步骤2)获得的釉层的浆料覆盖在基体上，涂敷厚度为0.001～5mm。

作为优选地，步骤4)中将仿天然石材保护层与发电层通过层压等方式，利用eva熔化将发电层、仿天然石材保护层粘接在一起，制得仿天然石材的太阳电池组件。

本发明制备的仿天然石材保护层具有较强的致密性、抗腐蚀性、硬度，对人体没有伤害。

将制备好的仿天然石材保护层覆盖在太阳电池组件表面。太阳电池组件与保护层间通过eva、pvb等粘胶进行粘连，并使二者之间绝缘。使太阳电池与水气隔绝。一个仿天然石材的太阳电池组件制备完成。

本发明制备的仿天然石材保护层，具有高硬度与高耐候性，对于外界的风雨侵蚀、碰撞等都有较强的抵挡功能，对太阳组件具有良好的保护性能。同时具备较高的透光性能，太阳电池依然有较高的光电转换效率。

仿天然石材保护层可以进行表面疏水化处理。例如，将仿天然石材保护层浸泡在含有十六烷基三甲氧基硅烷的无水乙醇中。然后将仿天然石材保护层放在100℃下干燥8h。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1)本发明将太阳电池与仿天然石材进行有机结合，制备得到仿天然石材的太阳电池组件，通过调整仿天然石材保护层的透光性能与厚度，保证其既具有较好的发电效果，又具有很强的装饰性。

2)本发明采用带有仿天然石材的釉层玻璃作为表面保护层，保护层具有高硬度，对于仿天然石材的太阳电池组件在户外的应用提供保障，同时较高的透光度，太阳电池组件的转换效率下降很少。

3)本发明的仿天然石材保护层具有良好的疏水性能，进一步提高了仿天然石材的太阳电池组件的使用寿命。

4)本发明仿天然石材保护层的制备采用高温烧结方式，具有高硬度、高结合力、高耐候性的特点。

附图说明

图1为本发明太阳电池组件的剖面图。

附图标记：

1、仿天然石材保护层，2、发电层，3、基材。

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

1)选择基体为建筑玻璃。

仿天然石材浆料制备，浆料包括天然细沙70份，填料40份，色浆0.5份，水80份，分散剂1份。

其中，天然细沙中有石英石19份，高岭土17份，滑石粉10，钛白粉7份，硅酸锆7份，纳米氧化锌5份，碳酸钡5份，填料中含有石灰12份，高岭土13份，滑石粉4份，钛白粉11份。

另外加入硅油作为分散剂。

所选色浆为石绿、珊瑚、雄黄，氧化铁红、铁蓝的组合。

将所选细沙与填料加入水中，通过球磨的方式使得加入固体粒径降低，均匀分布在水中形成浆料，搅拌均匀，再加入硅油。

将浆料利用数码打印的方式涂敷在工业玻璃上涂敷厚度为0.2mm。

再将涂敷了浆料的玻璃放入烘箱中烘烤干燥，烘烤温度为20℃，烘烤时间为1h。

再将干燥后的浆料/玻璃放入窑内进行烧制，在350℃烧制，烧制时间为1h，在这个阶段油类物质蒸发、燃烧气化。在500℃烧制，烧制时间为1h，表面稍稍软化，釉料中部分成分开始熔化。在600℃完成最后的烧制，烧制时间为4h，基体玻璃表面软化，釉料成分熔合。

本发明制备的仿天然石材保护层在380nm～1250nm波长范围内的加权平均透过率为60％，水蒸气透过率为0.3％。

本发明制备的仿天然石材保护层具有较强的致密性、抗腐蚀性、高硬度、高结合力、高耐候性的特点。

2)将制备好的仿天然石材保护层覆盖在太阳电池组件表面。太阳电池组件与保护层间通过eva粘胶进行粘连，并使二者之间绝缘。使太阳电池与水气隔绝。一个仿天然石材的太阳电池组件制备完成。太阳电池组件在无涂层时候转换效率为16.5％，在电池表面制备仿大理石层后电池效率为14.0％。

实施例2

1)选择基体为高硼玻璃。

仿天然石材浆料制备，浆料包括天然细沙80份、填料30份、色浆0.2份、水60份、分散剂3份。

其中，天然细沙中有石英石22份，高岭土25份，钛白粉5份，硅酸锆8份，纳米氧化锌6份，碳酸钡14份，填料中含有石灰6份，高岭土13份，滑石粉5份，钛白粉6份。

另外加入氢化松香酯作为分散剂。

所选色浆为云母、雄黄，氧化铁黄、铁蓝的组合。

将所选细沙与填料加入水中，通过球磨的方式使得加入固体粒径降低，均匀分布在水中形成浆料，搅拌均匀，再加入氢化松香酯。

将浆料利用数码打印的方式涂敷在工业玻璃上涂敷厚度为0.15mm。

再将涂敷了浆料的玻璃放入烘箱中烘烤干燥，烘烤温度为40℃，烘烤时间为1h。

再将干燥后的浆料/玻璃放入窑内进行烧制，在450℃烧制，烧制时间为45min，在这个阶段油类物质蒸发、燃烧气化。在540℃烧制，烧制时间为45min，表面稍稍软化，釉料中部分成分开始熔化。在700℃完成最后的烧制，烧制时间为2h，基体玻璃表面软化，釉料成分熔合。

本发明制备的仿天然石材保护层在380nm～1250nm波长范围内的加权平均透过率为70％，水蒸气透过率为0.3％。

本发明制备的仿天然石材保护层具有较强的致密性、抗腐蚀性、高硬度、高结合力、高耐候性的特点。

2)将制备好的仿天然石材保护层覆盖在太阳电池组件表面。太阳电池组件与保护层间通过eva粘胶进行粘连，并使二者之间绝缘。使太阳电池与水气隔绝。一个仿天然石材的太阳电池组件制备完成。太阳电池组件在无涂层时候转换效率为15.6％，在电池表面制备仿大理石层后电池效率为13.8％。

实施例3

1)选择基体为钢化玻璃玻璃。

仿天然石材浆料制备，浆料包括天然细沙50份、填料25份、色浆0.1份、水75份，分散剂5份。

其中，天然细沙中有石英石15份，高岭土10份，钛白粉5份，硅酸锆15份，碳酸钡5份，填料中含有石灰5份，高岭土10份，钛白粉10份。

另外加入聚丙烯酸钾盐作为分散剂。

所选色浆为锌白、朱砂、铁蓝的组合。

将所选细沙与填料加入水中，通过球磨的方式使得加入固体粒径降低，均匀分布在水中形成浆料，搅拌均匀，再加入聚丙烯酸钾盐。

将浆料利用丝网印刷的方式涂敷在工业玻璃上涂敷厚度为0.01mm。

再将涂敷了浆料的玻璃放入烘箱中烘烤干燥，烘烤温度为120℃，烘烤时间为30min。

再将干燥后的浆料/玻璃放入窑内进行烧制，在400℃烧制，烧制时间为50min，在这个阶段油类物质蒸发、燃烧气化。在550℃烧制，烧制时间为40min，表面稍稍软化，釉料中部分成分开始熔化。在700℃完成最后的烧制，烧制时间为1h，基体玻璃表面软化，釉料成分熔合。

本发明制备的仿天然石材保护层在380nm～1250nm波长范围内的加权平均透过率为90％，水蒸气透过率为0.5％。

本发明制备的仿天然石材保护层具有较强的致密性、抗腐蚀性、高硬度、高结合力、高耐候性的特点。

2)将制备好的仿天然石材保护层覆盖在太阳电池组件表面。太阳电池组件与保护层间通过eva粘胶进行粘连，并使二者之间绝缘。使太阳电池与水气隔绝。一个仿天然石材的太阳电池组件制备完成。太阳电池组件在无涂层时候转换效率为16％，在电池表面制备仿大理石层后电池效率为14％。

实施例4

1)选择基体为建筑玻璃。仿天然石材浆料制备，浆料包括天然细沙60份、填料35份、色浆0.8份、水80份，分散剂10份。

其中，天然细沙中有石英石25份，高岭土20份，钛白粉5份，硅酸锆10份，填料中含有石灰5份，高岭土10份，钛白粉10份，滑石粉10份。

另外加入硅油作为分散剂。

所选色浆为锌白、铜粉、氧化铁红的组合。

将所选细沙与填料加入水中，通过球磨的方式使得加入固体粒径降低，均匀分布在水中形成浆料，搅拌均匀，再加入硅油。

将浆料利用数码打印的方式涂敷在工业玻璃上涂敷厚度为1mm。

再将涂敷了浆料的玻璃放入烘箱中烘烤干燥，烘烤温度为80℃，烘烤时间为30min。

再将干燥后的浆料/玻璃放入窑内进行烧制，在500℃烧制，烧制时间为30min，在这个阶段油类物质蒸发、燃烧气化。在600℃烧制，烧制时间为30min，表面稍稍软化，釉料中部分成分开始熔化。在750℃完成最后的烧制，烧制时间为30min，基体玻璃表面软化，釉料成分熔合。

本发明制备的仿天然石材保护层在380nm～1250nm波长范围内的加权平均透过率为50％，水蒸气透过率为0.1％。

本发明制备的仿天然石材保护层具有较强的致密性、抗腐蚀性、高硬度、高结合力、高耐候性的特点。

2)将制备好的仿天然石材保护层覆盖在太阳电池组件表面。太阳电池组件与保护层间通过eva粘胶进行粘连，并使二者之间绝缘。使太阳电池与水气隔绝。一个仿天然石材的太阳电池组件制备完成。太阳电池组件在无涂层时候转换效率为16％，在电池表面制备仿大理石层后电池效率为12％。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。