一种具备建材外观的发电板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，具体地涉及一种具备建材外观的发电板及其制备方法。

背景技术：

建筑材料通常具有强度高、耐久性好的特点。为了合理运用白天太阳照射建筑外墙的光能，可以用太阳电池组件代替建筑外墙材料，即用太阳电池组件来做建筑物的屋顶、外墙和窗户，这样采用太阳电池组件的建材也可用以发电，可谓物尽其美，是应用太阳能发电的一种新概念。然而，在光伏领域学术界和产业界中，人们总是追求前面板具有较高的透过率，常规的太阳电池组件一般采用钢化玻璃进行封装，具有高强度与水汽阻隔性能，对于电池的保护有良好作用。同时，由于玻璃是一种透明材料，人们所看到的太阳电池组件的颜色即太阳电池片本身的颜色，一般呈现深蓝色、灰色、黑色，色彩不美观，难以与建筑本身的风格、周边环境相融合。

陶瓷、透光石、超薄石材等材料，都具有良好的耐腐蚀性能、绝缘性能及较高的强度。近年来随着科技的发展，透光陶瓷逐渐进入人们的视野，成为一种新兴的建筑装饰材料。通过对材料表面进行机械加工、施釉，将透光性的优点与陶瓷的性能相结合，具有高强度，并且具备艺术观赏性。透光石作为一种人造透光树脂板，通过改变其厚度、配方、制作工艺，可提高其透光性，并质地轻盈、保护功能良好。超薄石材材料厚度十分轻薄，光照透过率较高，能够提供美好的石材外观。当太阳电池组件应用于建筑时，为了使太阳电池组件符合建筑审美，可以采用既具有透光性能，同时具有装饰作用的前面板与太阳电池片相结合。但是，由于采用了这些美观的面板材料，有一部分光子可能被吸收，因此组件的效率会下降。

技术实现要素：

基于上述问题，本发明制备过程中通过厚度、配方、工艺方法的改进，可以使得材料具有较高的透光性能。同时，在制备过程中可以使得光学调节层具有一定雾度，即光穿透光学调节层后传播方向发生不同角度的偏折，依然能被发电层吸收，但人们并不能看到保护层下电池组件的表面颜色，上述材料既具有良好的装饰效果，又具备较好的光学透过率，称之为“光学调节层”。

将光学调节层作为太阳电池的保护层，既兼顾了对太阳电池组件的保护作用，又起到了对发电板的美观作用。通过厚度、配方、工艺方法的改进，使得光学调节层具有一定的透光性与雾度，可以有效地为建筑体内的电器供电，降低建筑能耗。

本发明的具体技术方案如下：

本发明提供一种具备建材外观的发电板，其中，所述具备建材外观的发电板设置光学调节层，所述光学调节层是半透明介质材料，在380nm～1250nm波长范围内加权平均透过率为10～85％，雾度为10％～95％；

所述具备建材外观的发电板包含基底、发电层、光学调节层。

作为优选地，所述发电层通过胶膜与所述光学调节层粘接；所述光学调节层直接沉积在基底上，或通过用胶膜粘结在基底上。

作为优选地，所述胶膜包括乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)、聚乙烯醇缩丁醛(pvb)、聚乙烯-丁烯共聚物(poe)或硅胶。

作为优选地，所述光学调节层的原料中包括光扩散剂。通过光扩散剂可产生雾化散射效应，使得大部分透射光束发生不同方向的偏折，因此视觉上无法看清光学调节层后面的膜层，同时保持较高的透过率。

作为优选地，所述光扩散剂包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯和有机硅中的一种或多种。这些光扩散剂材质本身对大部分光子透过，并且光扩散剂的折射率与分散光扩散剂的树脂介质的折射率接近，尽管经过了多次的光线折射，透射光的损失较少，起到高透的作用；同时，因为光线发生了多次折射，穿透光学调控层的出射光的方向与入射光方向发生偏折，视觉上看不到光学调控层后面的太阳电池层，对太阳电池的外观起到遮挡作用。

作为优选地，所述光学调节层厚度为0.1mm～20mm。

作为优选地，所述光学调节层材料包括透光陶瓷、超薄石材、彩色水晶和人造透光树脂板中的一种或几种。

作为优选地，所述超薄石材厚度为0.5～5mm。

作为优选地，所述光学调节层材料还包括彩釉玻璃。

作为优选地，所述光学调节层的水汽透过率为0％～0.5％，硬度为4～9h。当发电板应用于空气湿度较大的地区，如我国东南沿海、滇南、江南丘陵部分地区、川黔、海南岛部分地区，其空气湿度大于80％，对发电板的水汽透过率要求严苛，以0％为宜；当发电板应用于空气湿度较小的地区，如西北内陆盆地、藏北高原等地，其空气湿度小于30％，对发电板的水汽透过率要求宽松。同理，在气候恶劣、灾害性天气频发的地区，优选硬度高的发电板，对于气候温和而稳定的地区，可选择硬度较低的发电板。

作为优选地，所述基底包括玻璃、金属板、水泥基板材、石材、混凝土、砖瓦、陶瓷、工程塑料和中的一种或几种；所述发电层包括单晶硅太阳电池片、多晶硅太阳电池片、铜铟镓硒太阳电池、砷化镓太阳电池、非晶硅太阳电池、碲化镉太阳电池、染料敏化太阳电池、铜锌锡硫太阳电池或钙钛矿太阳电池；

本发明提供一种具备建材外观的发电板的制备方法，包括以下步骤：

1)将发电层附着到基体之上，并引出正负极，或者直接在基底上制备发电层，并引出正负极；

2)通过高温烧结、退火、有机合成、粘揭、印刷或打印的方法制备光学调节层，并对光学调节层进行表面加工，且光学调节层的尺寸与发电层匹配；

3)在发电层上依次叠放胶膜、光学调节层，经层压封装后，制得具有光学调节层的发电板。

作为优选地，如果采用单晶硅太阳电池片或多晶硅太阳电池片为发电层，步骤1)中基底表面进行清洁，在基底表面设置胶膜层，再将单晶硅太阳电池片或多晶硅太阳电池片设置于胶膜表面，并引出正负极。

作为优选地，步骤2)中对所述光学调节层表面加工包括对光学调节层表面进行光学研磨抛光处理和疏水化处理。

作为优选地，步骤2)中高温烧结的温度为120～620℃。

作为优选地，步骤3)的封装工艺包括:a.铺设胶膜，每边留出10～15mm长度；b.引出汇流条，并进行外观和电气检查；c.由上下完全覆盖基底或光学调控层后，一同放入层压机中，抽真空至0.01pa以下；d.固化温度为70～175℃，固化时间5～30分钟；e.完成层压工艺后，取出。

作为优选地，当光学调节层为透光陶瓷薄板时，水汽透过率为0％～0.5％，硬度为6～9h。

表面加工：对烧结后产品表面进行打磨抛光与疏水化处理，形成透光性能好、具备观赏性的透光陶瓷薄板。

作为优选地，对烧结后产品进行疏水化处理，将透光陶瓷薄板浸泡在含有十六烷基三甲氧基硅烷的无水乙醇中，然后将浸泡后的透光陶瓷放在75～100℃下干燥7～10h。

在透光陶瓷表面进行施釉处理，施釉处理为本领域公知技术。

其中，施釉处理是将烧结后产品表面进行干燥、洗净，在表面通过打印、喷釉、刷釉等方式进行表面图案的绘制。所制备的彩色透光陶瓷具有较强的致密性、抗腐蚀性和较高的硬度。

将制备好的透光陶瓷覆盖在发电层表面，作为光学调节层。发电层与光学调节层间通过eva、pvb等胶膜进行粘连，层压密封，并使二者之间绝缘，使太阳电池与水气隔绝。一个具有透光陶瓷光学调节层的发电板制备完成。

作为优选地，当光学调节层是一层超薄石材时，厚度为0.1mm～5mm。水汽透过率为0％～0.5％，硬度为6～8h。制备工艺如下：

1)选取石材种类为页岩、沉积岩，对其表面进行打磨抛光、清洁。

2)将固化胶水涂敷在打磨平整的石材表面，再将一层玻璃纤维布覆盖在其表面。

在25～300℃下静置10min～1h等待胶水固化；重复上述步骤一次。

作为优选地，选取固化胶为常温固化胶水，如环氧树脂、聚氨酯树脂胶等；也可以为高温固化胶水，如有机硅胶、酚醛树脂胶、脲醛树脂胶、聚酰亚胺胶等。

3)通过机械手段将玻璃纤维布从石材基体上撕下，得到表面带有石材的玻璃纤维布，对撕下的石材远离纤维布的表面进行抛光。

4)再将玻璃纤维布与撕下石材用丙酮溶液进行分离。

对上述超薄石材产品进行疏水化处理，形成透光性能好、外观具备欣赏性的超薄石材光学调节层。

将制备好的光学调节层覆盖在发电层表面。发电层与光学调节层间通过eva、pvb、poe等粘胶进行粘连，层压密封，并使二者之间绝缘。使太阳电池与水气隔绝。一个采用超薄石材的发电板制备完成。

本发明制备的超薄石材具有较强的抗腐蚀性与较高的硬度，对人体没有伤害。超薄石材具有岩石美观外表，具有良好装饰性。

作为优选地，当光学调节层是一层人造透光树脂薄板时，厚度为1mm～20mm。水汽透过率为0～0.5％，硬度为4～8h。制备步骤包括：配粉、成型、固化、表面加工。

配粉：按重量份计，不饱和聚酯树脂20～40份、有机硅树脂16～30份，交联剂1～3份，色浆0.1～1份，氢氧化铝14～22份，碳酸钙10～20份、促进剂0.5～3份，二氧化钛3～5份和固化剂1～3份。

所选交联剂为过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、二亚乙基三胺、聚苯乙烯中的一种或几种。

所选促进剂为三乙烯二胺、三氯化铁、异辛酸锌、二月桂酸二丁基锡中的一种或几种。

所选固化剂为乙烯基三胺和乙二胺中的一种或几种。

另外可以加入三聚磷酸钠作为分散剂，加入有机硅光扩散剂产生雾化散射效果。

按重量份计，所选色浆包括无机颜料0.1～1份，所述无机颜料包括天然矿物颜料和/或人造颜料，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，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。

作为优选地，按重量份计，所述色浆可选择有机颜料，有机颜料0.1～1份，所述有机颜料包括偶氮颜料、酞菁颜料、三芳甲烷颜料和多环颜料中的一种或几种。

根据所需光学调节层厚度将上述粉料放入真空搅拌机中进行搅拌混合，获得搅拌均匀的不饱和聚酯树脂混合料。

成型：按照厚度要求称取一定重量的上述粉料，放入模具中进行抽真空浇注成型，

固化：在20～100℃以下静置，进行固化成型，时间为1～5h，形成所需形状(板型)生坯。

表面加工：对上述生坯产品进行光学研磨抛光处理与疏水化处理，形成透光性能好、外观具备欣赏性的人造透光树脂板。

本发明制备的人造透光树脂板具有较强的致密性、抗腐蚀性、硬度，对人体没有伤害。

将制备好的光学调节层覆盖在发电层表面。发电层与光学调节层间通过eva、pvb等进行粘连，层压密封，并使二者之间绝缘，使太阳电池与水气隔绝。一个采用人造透光树脂板的发电板制备完成。

作为优选地，当光学调节层是一层彩釉玻璃时，包括基体与釉层，基体为建筑玻璃，厚度为0.1mm～10mm。制备釉层具体步骤包括：浆料制备、印刷涂覆、烘干、烧结。

浆料制备，按重量份计，浆料包括钠长石70～75份，石英石15～20份，碳酸钙3～6份，滑石粉3～8份，硅酸钙10～20份，氧化铝3～4份，氢氧化钠1～5份和色浆0.1～1份。

所选色浆包括无机颜料0.1～1份，所述无机颜料包括天然矿物颜料和/或人造颜料，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，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。

作为优选地，按重量份计，所述色浆可选择有机颜料，有机颜料0.1～1份，所述有机颜料包括偶氮颜料、酞菁颜料、三芳甲烷颜料和多环颜料中的一种或几种。将上述材料加入水中，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。

将浆料利用打印的方式涂敷在工业玻璃上，涂敷厚度为0.01～5mm。打印时可以运用不同种喷头，在喷头旁边设有加热风枪，使得不会出现流痕，这样的喷头对于打印浆料的流量有更精确的控制。

再将涂敷了浆料的玻璃放入烘箱中烘烤干燥，烘烤温度为25～100℃，烘烤时间为30min～2h。

再将干燥后的浆料/玻璃放入窑内进行烧制，温度为550℃～750℃，时间为1～8h。

将制备好的光学调节层覆盖在发电层表面。发电层与光学调节层间通过eva、pvb进行粘连，层压密封，并使二者之间绝缘。使太阳电池与水气隔绝。一个采用彩釉玻璃的发电板制备完成。

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光学调节层进行有机结合，制备得到发电板，其既具有较好的发电效果，又具有很强的装饰性。

2)本发明采用光学调节层，具有较高硬度，为太阳组件在户外的应用提供保障，同时具有较高的透光度与雾度，发电板的转换效率较高。

3)本发明的光学调节层具有良好的疏水性能，进一步提高了电池的使用寿命。

4)本发明采用的光学调节层具有高结合力、高耐候性的特点。

附图说明

图1为本发明光伏建材结构图，1为面层；2为发电层；3为基底层；

图2为图1所示光伏建材的侧视结构图，1为面层；3为基底层；2-1为胶膜；2-2为太阳电池层；2*2为负电极面；2*3为正电极面；e1为引出负电极；e2为引出正电极；

图3为本发明光伏建材结构图，1为面层；2为发电层；3为基底层；

图4为图3所示光伏建材的侧视结构图，1为面层；2-1为胶膜；2-2为太阳电池层；3-1为胶膜；3-2为基底；2*2为负电极面；2*3为正电极面；e1为引出负电极；e2为引出正电极。

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

(一)

光学调节层是一层透光陶瓷，厚度为20mm。水汽透过率为0.5％，硬度为6h。对透光陶瓷产品进行光学研磨抛光处理与疏水化处理，形成透光性能好、外观具备欣赏性的光学调节层。

(二)

选择发电层为铜铟镓硒太阳电池，选择其基底为水泥基板材。

将制备好的透光陶瓷光学调节层覆盖在发电层表面。发电层与光学调节层间通过eva进行粘连，并使二者之间绝缘。使太阳电池与水气隔绝。一个具有透光陶瓷的发电板制备完成。其结构图如图1，2所示。在电池表面制备透光陶瓷光学调节层后的发电板转换效率为12.0％。

实施例2

(一)

光学调控层是一层透光陶瓷，厚度为5mm。水汽透过率为0.1％，硬度为9h。对透光陶瓷产品进行光学研磨抛光处理与疏水化处理，形成透光性能好、外观具备欣赏性的透明陶瓷光学调控层。

(二)

选择发电层为铜铟镓硒太阳电池，选择其基底为建筑玻璃。

将制备好的透光陶瓷光学调节层覆盖在发电层表面。发电层与透光陶瓷光学调节层间通过eva进行粘连，并使二者之间绝缘，使太阳电池与水气隔绝。一个具有透光陶瓷的发电板制备完成。在电池表面制备透光陶瓷光学调节层后电池效率为8.9％。

实施例3

(一)

光学调节层是一层超薄石材，厚度为0.1mm。水汽透过率为0.5％，硬度为7h。

制备工艺如下：

选取石材种类为沉积岩，对其表面进行打磨抛光、清洁。

选取固化胶为有机硅胶与环氧树脂。

将有机硅胶涂敷在打磨平整的石材表面，再将一层玻璃纤维布覆盖于石材表面。100℃下静置20min等待胶水固化；再将环氧树脂涂敷在上述玻璃纤维布表面，再将一层玻璃纤维布覆盖在其表面，在常温下静置20min等待胶水固化。

通过机械手段将玻璃纤维布从石材基体上撕下，得到表面带有石材的玻璃纤维布。对撕下石材远离纤维布的表面进行抛光。

再将玻璃纤维布与撕下石材用丙酮溶液进行分离。

对上述超薄石材产品进行疏水化处理，形成透光性能好、外观具备欣赏性的超薄石材光学调节层。

本发明制备的超薄石材(光学调节层)具有较强的抗腐蚀性与较高的硬度，对人体没有伤害。超薄石材具有沉积岩美观外表，具有良好装饰性。

(二)

选择发电层为碲化镉太阳电池，选择其基底材料为混凝土。

将制备好的光学调节层覆盖在发电层表面。发电层与光学调节层间通过eva进行粘连，并使二者之间绝缘。使太阳电池与水气隔绝。一个采用超薄石材光学调节层的发电板制备完成。在电池表面制备光学调节层后电池效率为11.5％。

实施例4

(一)

光学调节层是一层超薄石材，厚度为0.2mm。水汽透过率为0.3％，硬度为6h。

制备工艺如下：

选取石材种类为页岩，对其表面进行打磨抛光、清洁。

选取固化胶为环氧树脂。

将环氧树脂涂敷在打磨平整的石材表面，再将一层透明玻璃纤维布覆盖在其表面。在25℃下静置30min等待胶水固化；将环氧树脂涂敷在上述玻璃纤维布表面，再将一层玻璃纤维布覆盖在其上。在25℃下静置30min等待胶水固化。

通过机械手段将玻璃纤维布从石材基体上撕下，得到表面带有石材的玻璃纤维布。对撕下石材远离纤维布的表面进行抛光。

再将玻璃纤维布与撕下石材用丙酮溶液进行分离。

对上述超薄石材产品进行疏水化处理，形成透光性能好、外观具备欣赏性的超薄石材光学调节层。

本发明制备的超薄石材具有较强的抗腐蚀性与较高的硬度，对人体没有伤害。超薄石材具有页岩美观外表，具有良好装饰性。

(二)

选择发电层为非晶硅太阳电池，选择其基底为金属板板材。

将制备好的光学调节层覆盖在发电层表面。发电层与光学调节层间通过eva进行粘连，并使二者之间绝缘。使太阳电池与水气隔绝。一个采用超薄石材光学调节层的发电板制备完成。在电池表面制备光学调节层后电池效率为9.5％。

实施例5：

(一)

光学调节层是一层人造透光树脂薄板，厚度为0.1mm。水汽透过率为0.5％，硬度为6h。制备工艺包括：配粉、成型、固化、表面加工。

配粉：不饱和聚酯树脂32份、有机硅树脂16份，交联剂1份，色浆0.1份，氢氧化铝22份，碳酸钙13份、促进剂0.5份，二氧化钛3份，固化剂3份。

所选色浆包括有机颜料，有机颜料0.05份，有机颜料包括三芳甲烷颜料0.02份和多环颜料0.03份。

将上述粉料放入真空搅拌机中进行搅拌混合，获得搅拌均匀的不饱和聚酯树脂混合料。

成型：根据厚度要求，称取上述粉料，放入模具中进行抽真空浇注成型，

固化：在50℃下静置，进行固化成型，时间为1h，形成所需形状(板型)生坯。

表面加工：对烧结后产品进行光学研磨抛光处理与疏水化处理，形成透光性能好、外观具备欣赏性的人造透光树脂板。

(二)

选择发电层为单晶硅太阳电池片，选择其基底为水泥基板材。将功能层覆盖于基底之上，再将单晶硅太阳电池片覆盖于功能层之上。功能层的材料为eva。

将制备好的人造透光树脂板覆盖在发电层表面。发电层与光学调节层间通过eva进行粘连，并使二者之间绝缘，使太阳电池与水气隔绝。一个采用人造透光树脂板光学调节层的发电板制备完成，其结构图如图3，4所示。采用人造透光树脂板的电池效率为14％。

实施例6：

(一)

光学调节层是一层人造透光树脂薄板，厚度为5mm。水汽透过率为0，硬度为6h。制备工艺包括：配粉、成型、固化、表面加工。

配粉：不饱和聚酯树脂40份、有机硅树脂18份，交联剂1份，色浆0.5份，氢氧化铝18份，碳酸钙15份、促进剂3份，二氧化钛4份，固化剂1份。

另外可以加入三聚磷酸钠作为分散剂。

所选色浆为有机颜料，包括偶氮颜料0.3份和多环颜料0.2份。

将上述粉料放入真空搅拌机中进行搅拌混合，获得搅拌均匀的不饱和聚酯树脂混合料。

成型：根据厚度称取上述原料，放入模具中进行抽真空浇注成型。

固化：在室温下静置2h进行固化成型，形成所需形状(板型)生坯。

表面加工：对固化后产品进行光学研磨抛光处理与疏水化处理，形成透光性能好、外观具备欣赏性的人造透光树脂板。

本发明制备的人造透光树脂板具有较强的致密性、抗腐蚀性、硬度，对人体没有伤害。

(二)

选择发电层为多晶硅太阳电池片，选择其基底为陶瓷材料，将功能层覆盖于基底之上，再将多晶硅太阳电池片覆盖于功能层之上。功能层材料为eva。

将制备好的装饰保护层光学调节层覆盖在发电层表面。太阳电池组件发电层与保护层间通过eva进行粘连，层压密封，并使二者之间绝缘。使太阳电池与水气隔绝。一个采用人造透光树脂板的太阳电池组件发电建材制备完成。采用人造透光树脂板的发电建材的效率为11.5％。

实施例7：

(一)

光学调节层是一层彩釉玻璃，厚度为5mm。水汽透过率为0，硬度为8h。制备工艺如下：

浆料制备：按重量计，浆料包括钠长石75份，石英石20份，碳酸钙6份，滑石粉8份，硅酸钙20份，氧化铝3份，氢氧化钠5份，色浆0.4份。

所选色浆包括炭黑0.1份、云母0.05份、雄黄0.1份、氧化铁红0.1份和氧化铁黄0.05份。

将上述材料加入去离子水中，通过球磨的方式使得加入固体粒径降低，均匀分布在水溶液中形成浆料，搅拌均匀。

将浆料利用打印的方式涂敷在工业玻璃上，涂敷厚度为0.2mm。打印时可以运用不同种喷头，在喷头旁边设有加热风枪，使得不会出现流痕，这种喷头对于打印浆料的流量有更精确的控制。

再将涂敷了浆料的玻璃放入烘箱中烘烤干燥，烘烤温度为45℃，烘烤时间为2h。

再将干燥后的浆料/玻璃放入窑内进行烧制，温度为750℃，时间为4h。

(二)

选择发电层为铜铟镓硒太阳电池，选择其基底为水泥基板材。

将制备好的光学调节层覆盖在发电层表面。发电层与光学调节层间通过eva进行粘连，并使二者之间绝缘，使太阳电池与水汽隔绝。一个采用彩釉玻璃光学调节层的发电板制备完成。在电池表面制备光学调节层后电池效率为11.7％。

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。