一种太阳能电池封装前膜的制备方法及应用
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种太阳能电池封装前膜的制备方法，并涉及由该方法制得的太阳能 电池封装前膜在无人机用耐候型太阳能电池中的应用，属于高分子材料技术领域。 技术背景
[0002] 在全球气候变暖、生态环境恶化的大背景下，寻找化石能源的替代品，改善能源结 构成为各国关注的焦点。在诸多清洁能源备选方案中，太阳能以清洁、安全、资源充足等特 点被认为是未来最具发展潜力的能源之一，受到世界各国的极大重视与支持。对于太阳能 的开发和利用，最具代表性的是太阳能电池，在太阳能电池家族中，柔性薄膜太阳能电池具 有轻、柔、薄等优势，并拥有更好的温度适应性、低光照条件和弱光性能，其发展前景受到了 各界的广泛关注。目前，主流的薄膜太阳能电池有CIGS、GaAs、CdTe等，在上述这些薄膜电 池中CIGS是性能与成本结合最佳的柔性薄膜太阳能电池，其典型的组件转换效率在15% 以上。
[0003] 对于CIGS薄膜电池而言，封装前膜是其性能得以充分发挥的重要辅助构件，材料 的选择自然成为决定封装前膜优劣的关键因素。在现如今的太阳能电池组件中使用最多的 封装材料是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA)，通过向其中添加交联剂来提高耐热性和耐蠕 变性，添加抗氧剂和稳定剂来提尚耐老化性，添加增粘剂来提尚粘着力，基本可以满足太阳 能电池组件的使用要求。然而，由于EVA树脂对水分的阻隔性能不高，在长期的户外使用过 程中，渗入组件中的水分往往会使增粘剂失效，导致封装材料对前后基板的粘着力不能持 久。
[0004] 为了克服使用EVA作为薄膜电池封装前膜所存在的上述缺陷，中国专利文献 CN102339883A公开了一种光伏组件，包括：基板，所述基板由玻璃纤维增强树脂制成；光伏 层，所述光伏层设在所述基板的上表面上，其中所述光伏层包括至少一个光伏电池和透明 的保护层，所述保护层覆盖在所述光伏层上，所述保护层由氟塑料，如聚四氟乙烯（PTFE) 制成。上述技术由于使用了具有优良的强度、耐久性、耐候性及防水性能的PTFE作为保护 层，因此可以实现对光伏层的有效保护，延长光伏组件的使用寿命。但是，将PTFE膜作为封 装前膜仍存在的问题在于，因 PTFE自身的透光率较低，通常只有40%左右，从而导致上述 技术中的光伏电池的光吸收效率较小，难以满足供电需求。因此，如何提高PTFE封装前膜 的透光率，以增强光伏电池对光的吸收效率，是本领域技术人员亟待解决的一个技术难题。
[0005] 众所周知，近年来无人机已经得到了广泛应用，其灵活易用的使用特性使其仍具 有广阔的发展前景。一般来说，无人机的供能系统为锂电池。虽然在各种储能器件中，锂电 池具有比较合适的质量能量比、质量功率比，但对于无人机而言，锂电池的性能直接决定了 其为无人机续航的能力，这也就成了限制无人机单次工作时间的瓶颈。如果能够将CIGS光 伏电池组件应用到无人机机翼等位置，以为无人机的运行提供部分乃至全部动力，则必将 大幅提高现有无人机的综合性能，其应用领域也可得到进一步拓展。
【发明内容】
[0006] 本发明解决的是现有技术使用PTFE作为太阳能电池封装前膜所存在的电池吸光 率低的问题，进而提供一种具有高透光率和耐候性的太阳能电池封装前膜的制备方法及其 应用。
[0007] 本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
[0008] -种太阳能电池封装前膜的制备方法，包括如下步骤：
[0009] (1)将煤油与表面活性剂和/或助溶剂混合均匀，形成复合溶剂；
[0010] (2)将步骤⑴的复合溶剂加入至聚四氟乙烯粉末中，在10-18Γ的恒温条件下、 以20-80r/min的速度搅拌均匀之后，再于惰性气氛中24-40°C下恒温熟化8-12h，得熟化 料；
[0011] (3)对步骤（2)的熟化料进行模压成型；
[0012] (4)将步骤⑶的成品静置24h后，进行热处理，并保持24-36h ;所述热处理的升 温程序为：从25°C至320°C的升温速率为20°C /min，320-330°C的升温速率为5°C /min， 330-370°C的升温速率为10°C /min ;
[0013] (5)快速冷却经步骤（4)处理后的样品，并烘干；
[0014] (6)对步骤（5)中烘干后的样品进行切片，切片的厚度为50-100 μπι ;
[0015] (7)依次采用氢等离子体、臭氧等离子体对步骤(6)的切片进行改性处理，得到高 透改性PTFE膜；
[0016] (8)在真空度小于5X103Pa的条件下，将步骤（7)得到的高透改性PTFE膜升温 至140-145 °C，形成前膜基底；
[0017] (9)在所述前膜基底上蒸镀90-95nm的MgFJ莫；
[0018] (10)充入氧气至真空度为（2-2. 5) X 10 2Pa，在所述MgFJ莫上蒸镀500-800nm的 TiO2-ZrO2-La2O3 混合物薄膜；
[0019] (11)在所述TiO2-ZrO2-La2O 3混合物薄膜上蒸镀70-80nm的Al 203膜，最终形成所 述太阳能电池封装前膜。
[0020] 步骤⑴中，所述助溶剂为甲苯、己二醇或乙酸乙酯中的一种或多种；所述表面活 性剂为多烯基丁二酰亚胺、全氟辛酸钠或全氟辛基磺酸钠中的一种或多种。
[0021] 步骤⑴中，所述助溶剂或所述表面活性剂与所述煤油的质量比为0.1 : (4-5); 或者所述助溶剂与所述表面活性剂的质量之和与所述煤油的质量之比0.1 : (4-5)。
[0022] 步骤（2)中，所述聚四氟乙烯粉末的纯度为99.9%、结晶度彡80%、粒径为 0. 1-0. 2 μπκ分子量为700万-1000万；所述聚四氟乙烯粉末与所述煤油的质量比为 (20-25) ： 1〇
[0023] 步骤（3)中，预压成型的压力为40-65MPa，预压时间为Ι-lOmin，并保压5-20min。
[0024] 步骤（5)中，使用-5~5°C的水对步骤⑷处理后的样品进行快速冷却，并于 0. 5_lh之后供干。
[0025] 所述MgF^的蒸镀速度为0. 2-0. 3nm/s ;所述TiO 2-Zr02-La203混合物薄膜的蒸镀 速度为0. 2-0. 4nm/s ;所述Al2O3膜的蒸镀速度为0. 2-0. 3nm/s。
[0026] 还包括向所述复合溶剂中加入环氧树脂，搅拌均匀得混合料，再将所述混合料加 入至所述聚四氟乙烯粉末中。
[0027] 所述环氧树脂与所述煤油的质量比为2 : 5;所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
[0028] 由上述制备方法制得的太阳能电池保护前膜在无人机用耐候型太阳能电池中的 应用。
[0029] 本发明所述的太阳能电池封装前膜的制备方法，步骤⑵将煤油与表面活性剂和 /或助溶剂混合所形成的复合溶剂加入至聚四氟乙烯粉末中，在10-18Γ恒温条件下缓慢 搅拌均匀，这样有利于优化聚四氟乙烯分子的排列顺序，从而可提高PTFE膜的透光率及成 膜效果。本发明步骤（4)对步骤（3)的成品进行热处理，以利用330-370°C的高温使成品 定型，通过采用特定的程序升温方式更有助于提高分子结构的定型性能，改善分子的结构。 本发明的制备方法在步骤（7)中，采用等离子体对得到的切片进行改性处理，其作用在于 提高切片的表面活性，以增强其粘结强度，实现聚四氟乙烯膜与光伏电池之间的有力粘结。 本发明通过在高透改性PTFE膜的表面依次蒸镀上MgFJ莫、TiO 2-Zr02-La203混合物薄膜、及 Al2O3膜，可进一步增强封装前膜的透光性、耐磨损性和阻水性能。
[0030] 作为优选的实施方式，本发明的制备方法还包括向复合溶剂中加入环氧树脂的步 骤，环氧树脂的加入有利于增强混合料的固化性能，便于聚四氟乙烯粉末的固化成型。
[0031] 与现有技术中使用PTFE膜作为太阳能电池封装前膜相比，根据本发明所述的制 备方法制得的太阳能电池封装前膜的透光率得到了大幅提高，在300-1200nm下的透光率 可达90. 5%以上。并且，本发明所述的太阳能电池封装前膜还具有优良的耐高温、耐磨损、 耐候性，且其机械性能好，因而使得本发明制得的太阳能电池封装前膜能够适用于无人机 所可能面对的各种极端条件，完全满足无人机的工作环境需求。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合具体实施例对本发明提供的太阳能电池封装前膜的制备方法进行详细 说明。在下述实施例中，wt%表示质量百分含量。
[0033] 实施例1
[0034] 本实施例所述的太阳能电池封装前膜的制备方法，包括如下步骤：
[0035] (1)将质量比为4 : 0. 1的煤油与全氟辛酸钠混合均勾，形成复合溶剂；在所述煤 油中，异构烷烃