一种晶硅太阳能电池基板及其制备方法

1.本发明涉及太阳能光伏组件技术领域，尤其是涉及一种晶硅太阳能电池基板及其制备方法。


背景技术：

2.太阳能光伏发电技术是近年来发展起来的一种清洁高效的能源，太阳能光伏发电装置具有分布范围广泛，布局灵活的特点。随着太阳能光伏电池从军事领域、航天领域普及进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等领域，其便捷灵活性尤其适用于在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村的地域，表现出强劲的市场需求。
3.但是，作为太阳能光伏发电技术的关键组件之一的光伏组件，在其正常运行过程中，工作温度通常在50℃以上，有的甚至可达80℃。而光伏组件标称的效率值是在标准测试条件下的数值，随着光伏组件温度的升高，组件输出功率呈近似线性下降，同时老化速率加快，使得光伏组件达不到正常使用寿命和效率。
4.目前，对太阳能光伏组件降温的方法主要有：1、通过在光伏背板敷设热管，利用热管进行降温；2、设计对流通道，采用吹风机或者自然通风对光伏建材型太阳能电池板的进行冷却；3、通过在光伏组件背板设计水冷背板来降低光伏组件温度；4、使用流动的河水降低光伏电池板周围的温度。采用上述方法可以降低光伏组件的温度，但却存在以下问题：通过在背板加热管和水冷会加重太阳能板的重量，增加制造成本和给加工困难的问题；采用河流冷却需要将太阳能板安装在有河流的地方，对环境要求高；采用吹风机带动空气流动需要额外的电量去驱动电机的转动，变相降低了光伏器件的发电效率。
5.因此，针对上述问题，开发一种可有效降低光伏组件温升的晶硅太阳能电池玻璃基板及其制备方法，是本领域技术人员亟需解决的一项技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的第一目的在于提供一种晶硅太阳能电池基板，可有效反射近红外光，进而降低光伏组件的温升；
7.本发明的第二目的在于提供一种晶硅太阳能电池基板的制备方法，该方法具有制造成本低和适合大规模生产的优点。
8.本发明提供晶硅太阳能电池基板，包括光学玻璃基板和功能涂层，所述功能涂层所使用浆料的原料为对可见光透过但屏蔽近红外光的纳米材料；优选地，所述纳米材料包括铯钨青铜、氧化铟锡、氧化锌和纳米ato中的任意一种或多种，并且纳米材料的粒径优选为30-70nm。
9.本发明的晶硅太阳能电池基板选择对可见光高透的光学玻璃作为基板，选择对可见光透过但会屏蔽近红外光的纳米材料作为光学玻璃的功能涂层，通过反射近红外光实现降温。其中，本发明所使用的特定粒径的铯钨青铜、氧化铟锡、氧化锌或纳米ato纳米材料具有可见光高透反射近红外光的特性，以此作为功能涂层的浆料原料可有效反射近红外光，
进而降低光伏组件的温升。
10.作为本技术方案优选地，所述浆料的原料还包括分散剂；优选地，所述分散剂包括聚乙烯呲咯烷酮、六偏磷酸钠和kh560中的任意一种或多种。
11.当纳米材料分散不均、出现团聚现象时，会影响可见光的透过率，因此，本发明为确保纳米材料的均匀分散，在浆料中加入了分散剂，以通过化学分散的作用提高纳米材料的分散性。
12.作为本技术方案优选地，所述功能涂层还包括成膜材料，所述成膜材料包括水性聚氨酯树脂；优选地，所述水性聚氨酯树脂的固含量为30-50％；优选地，所述浆料与所述水性聚氨酯树脂的体积比1：(1-3)。
13.为保证含有纳米材料的浆料与光学玻璃基板之间的较强的作用力，提高使用寿命，功能涂层中还包括成膜材料。对于成膜材料的选择，本发明优选不影响可见光透过，不会影响太阳能电池的光电转化效率的材料，对于水性聚氨酯树脂，其具有优良的耐磨性能、耐酸碱性，并且所制成的薄膜具有坚韧、粘结牢固和可见光透过率高的优点。此外，该树脂常温即可固化成膜，也可加热快速固化成膜，制备的涂层无色无味的，比较环保。
14.在本发明中，为确保成膜的均匀性，所使用水性聚氨酯树脂的固含量为30-50％，并且，浆料与水性聚氨酯树脂的体积比1：(1-3)。
15.作为本技术方案优选地，所述功能涂层的厚度为15-25μm。
16.研究表明，当功能涂层的厚度为15-25μm时，即可有效降低光伏组件的温升，又能保证光电转化率。
17.作为本技术方案优选地，所述光学玻璃基板为k9玻璃或bk7玻璃。
18.太阳能电池的发电效率与可见光的利用有关，光学玻璃基板的可见光透过率低会影响太阳能电池的光电转化效率。本发明选用光学玻璃基板为k9玻璃和bk7玻璃，上述两种玻璃具有超高的硬度和良好的抗划痕性能，对可见光的透过率比普通玻璃高出很多。而基于其与功能涂层的复合，优选bk7玻璃。
19.本发明还公开了上述晶硅太阳能电池基板的制备方法，具体包括以下制备方法：
20.s1、将分散均匀的浆料与成膜材料混合，制备得到涂料；
21.s2、将所述涂料涂覆在光学玻璃基板上，并依次进行室温晾干、干燥，得到晶硅太阳能电池基板。
22.光学玻璃基板在使用时，需洗去玻璃表面的油污，使得玻璃基板达到无污染、无灰尘、无离子的状态。
23.作为本技术方案优选地，步骤s1中，所述浆料制备时，将纳米材料、分散剂和去离子水混合并球磨3-6h，得到分散均匀的浆料；
24.优选地，每克纳米材料所需分散剂和去离子水的量分别为(0.2-0.3)g和(16-20)ml；
25.优选地，所述球磨时，料液与球磨珠的体积比为3：7；
26.优选地，所述球磨珠为二氧化锆，且二氧化锆的直径为0.2mm；
27.优选地，所述球磨的转速为3000-5000rpm/min。
28.纳米材料分散的均匀性是浆料发挥可见光高透近红外光反射的关键因素，纳米材料分散不均匀，出现团聚现象会影响可见光的透过率，本发明采用物理与化学相结合的方
法制备分布均匀的纳米浆料。其中，物理分散采用球磨机分散，化学分散采用分散剂，具体制备浆料时，将纳米材料、分散剂和去离子水置于球磨罐中，启动球磨机球磨，即可制备出分散均匀的纳米浆料。
29.作为本技术方案优选地，步骤s1中，所述涂料制备时，将水性聚氨酯和浆料混合并球磨3-6h；优选地，所述球磨的转速为3000-5000rpm/min。。
30.作为本技术方案优选地，步骤s2中，所述涂覆时，控制涂膜速度为8-12mm/s。
31.在功能涂层进行涂覆时，可优选自动涂膜器在光学玻璃基板上制备涂层，首先，将制备好的涂料放入自动涂膜器的物料区，将清洗好的光学玻璃基板放在自动涂膜器上，选择相应规格的涂膜棒，启动机器制备涂层。
32.作为本技术方案优选地，步骤s2中，所述室温晾干时，将涂覆好的光学玻璃基板置于保鲜盒中1-3h；所述干燥时，控制温度为70-90℃，时间为7-9h。
33.涂覆完成后，将制备好功能涂层的光学玻璃基板放入保鲜盒，保证无尘环境，自然晾干1-3h后，将其放入真空电热干燥箱加热固化，即可制备得到具有可见光透过近红外光反射的光学玻璃基板。使用时，将晶硅太阳能电池组件安装在具有功能涂层的光学玻璃基板上，即可获得可降低光伏组件温升的晶硅太阳能电池。该方法操作简单、便捷，成本低，降温效果好，具备较高的市场价值和经济价值。
34.本发明的晶硅太阳能电池基板，至少具有以下技术效果：
35.1、本发明的晶硅太阳能电池基板选择对可见光高透的光学玻璃作为基板，选择对可见光透过但会屏蔽近红外光的纳米材料作为光学玻璃的功能涂层，通过反射近红外光实现降温，与其他降温方法相比，具有制造成本低、无需额外能量、不受外界环境影响的优点；
36.2、光伏组件中的光电转化是利用可见光，红外光是不能进行光电转化的，且红外光的热效应会使得光伏组件升温，因此，本发明选择对可见光高透的光学玻璃基板可有效保证晶硅太阳能电池基板的光电转化性能；
37.3、本发明所使用的铯钨青铜、氧化铟锡、氧化锌或纳米ato纳米材料具有可见光高透反射近红外光的特性，以此作为功能涂层的浆料原料可有效反射近红外光，进而降低光伏组件的温升；
38.4、本发明晶硅太阳能电池基板的制备方法简单、便于加工，具有制造成本低和适合大规模生产的优点。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1为本发明晶硅太阳能电池基板的结构图；
41.图2为本发明晶硅太阳能电池基板制备方法的流程图；
42.图3为本发明应用在晶硅太阳能电池的结构图；
43.图4为本发明晶硅太阳能电池基板的光谱图；
44.图5为本发明测温装置示意图；
45.图6为本发明与其他基板在太阳照射下的温度图。
46.附图标记：
47.1：纳米材料；2、成膜材料；3：光学玻璃基板；4：晶硅太阳能电池；5：晶硅太阳能电池板；6：保温隔热箱；7：k型热电偶；8：温度巡检仪；9：数据线；10：计算机。
具体实施方式
48.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
49.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
50.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
51.实施例1
52.s11、首先，取150ml去离子水，50nmato纳米粉体8g，2g硅烷偶联剂kh560，将上述料液和0.2mm的二氧化锆球磨珠放入球磨罐中搅拌混合，料液与球磨珠的体积比为3：7，启动球磨机，设定转速5000r/min，球磨4h，得到纳米ato粉体分散均匀的浆料；将固含量40％的水性聚氨酯和浆料按照2：1的体积比加入球磨罐，球磨4h，得到涂料。
53.s12、将清洗干净的bk7光学玻璃放入自动涂膜器的涂膜中固定好，安装涂膜厚度为20um的涂膜棒，加入制备好的涂料；启动机器，设置涂膜速度为10mm/s进行涂膜；将涂膜好的涂层玻璃放入保鲜盒晾干2h，再将其放入电热真空干燥箱80℃烘干8h，得到可降低光伏组件温升的晶硅太阳能电池基板。
54.将晶硅太阳能电池组件安装在具有功能涂层的光学玻璃基板上，即可获得可以降低光伏组件温升的晶硅太阳能电池。
55.实施例2
56.s21、首先，取150ml去离子水，30nmato纳米粉体8g，2.4g硅烷偶联剂kh560，将上述料液和0.2mm的二氧化锆球磨珠放入球磨罐中搅拌混合，料液与球磨珠的体积比为3：7，启动球磨机，设定转速4000r/min，球磨4h，得到纳米ato粉体分散均匀的浆料；将固含量40％的水性聚氨酯和浆料按照1：1的体积比加入球磨罐，球磨4h，得到涂料。
57.s22、将清洗干净的bk7光学玻璃放入自动涂膜器的涂膜中固定好，安装涂膜厚度为15um的涂膜棒，加入制备好的涂料；启动机器，设置涂膜速度为8mm/s进行涂膜；将涂膜好的涂层玻璃放入保鲜盒晾干1h，再将其放入电热真空干燥箱70℃烘干9h，得到可降低光伏组件温升的晶硅太阳能电池基板。
58.将晶硅太阳能电池组件安装在具有功能涂层的光学玻璃基板上，即可获得可以降低光伏组件温升的晶硅太阳能电池。
59.实施例3
60.s31、首先，取130ml去离子水，70nmato纳米粉体8g，1.6g硅烷偶联剂kh560，将上述料液和0.2mm的二氧化锆球磨珠放入球磨罐中搅拌混合，料液与球磨珠的体积比为3：7，启动球磨机，设定转速3000r/min，球磨4h，得到纳米ato粉体分散均匀的浆料；将固含量40％的水性聚氨酯和浆料按照3：1的体积比加入球磨罐，球磨4h，得到涂料。
61.s32、将清洗干净的bk7光学玻璃放入自动涂膜器的涂膜中固定好，安装涂膜厚度为25um的涂膜棒，加入制备好的涂料；启动机器，设置涂膜速度为12mm/s进行涂膜；将涂膜好的涂层玻璃放入保鲜盒晾干3h，再将其放入电热真空干燥箱90℃烘干7h，得到可降低光伏组件温升的晶硅太阳能电池基板。
62.将晶硅太阳能电池组件安装在具有功能涂层的光学玻璃基板上，即可获得可以降低光伏组件温升的晶硅太阳能电池。
63.对照例1
64.s1、首先，取8克的铯钨青铜纳米粉体，150ml的去离子水，2g聚乙烯呲咯烷酮，放入球磨罐，启动球磨机，设定球磨转速3000r/min，球磨时间6h，得到分散均匀的铯钨青铜浆料；将制备好的铯钨青铜浆料与固含量为40％的水性聚氨酯树脂以体积比为1：2混合，放入球磨罐中，启动球磨机，设定球磨转速3000r/min，球磨6h，获得充分混合的铯钨青铜涂料；
65.s2、将制备好的涂料放入自动涂膜器的物料区，将清洗好的光学玻璃bk7放在自动涂膜器上，选择20um的涂膜棒，启动机器制备涂层；将制备好涂层的光学玻璃放入保鲜盒，自然晾干2h后，将其放入电热真空干燥箱于80℃加热固化8h后取出，得到可降低光伏组件温升的晶硅太阳能电池基板。
66.将晶硅太阳能电池组件安装在具有功能涂层的光学玻璃基板上，即可获得可以降低光伏组件温升的晶硅太阳能电池。
67.对照例2
68.s1、首先，取8g的氧化锌纳米粉体，150毫升的去离子水，2克六偏磷酸钠分散剂，放入球磨罐，启动球磨机，设定球磨转速3000r/min，球磨时间6h，得到分散均匀的铯钨青铜浆料；将制备好的氧化锌浆料与固含量为40％的水性聚氨酯树脂以体积比为1：2混合，放入球磨罐中，启动球磨机，设定球磨转速3000r/min，球磨6h，获得充分混合的氧化锌涂料。
69.s2、将制备好的涂料放入自动涂膜器的物料区，将清洗好的光学玻璃bk7放在自动涂膜器上，选择20um的涂膜棒，启动机器制备涂层；将制备好涂层的光学玻璃放入保鲜盒，自然晾干2h后，将其放入电热真空干燥箱于80℃加热固化8h后取出，得到可降低光伏组件温升的晶硅太阳能电池基板。
70.将晶硅太阳能电池组件安装在具有功能涂层的光学玻璃基板上，即可获得可以降低光伏组件温升的晶硅太阳能电池。
71.太阳光中的能量分布中紫外光(260-380nm)占7％，可见光(380-760nm)占50％，近红外光(800-2500nm)占43％。因此，有效反射近红外光是降低光伏组件温升的一个关键因素。由图1可知，本发明的晶硅太阳能电池基板包括光学玻璃基板和功能涂层，功能涂层中均匀分布有对可见光透过但屏蔽近红外光的纳米材料，通过该纳米材料对近红外光的反射实现降温。
72.图2为以纳米ato为例本发明晶硅太阳能电池基板的制备方法流程图，由此可见，
该制备方法操作简单、便捷，无需复杂的工艺和昂贵的仪器设备，具有制造成本低和适合大规模生产的优点。
73.将晶硅太阳能电池组件安装在具有功能涂层的光学玻璃基板上，即可获得可以降低光伏组件温升的晶硅太阳能电池，图3为本发明应用在晶硅太阳能电池的结构图。
74.为验证晶硅太阳能电池基板对可见光透过但屏蔽近红外光的效果，对实施例1所制备的晶硅太阳能电池基板进行了光谱测试，图4为光谱图(其中a为普通玻璃，b为实施例1所制备的晶硅太阳能电池基板)，由谱图可知，本发明的晶硅太阳能电池基板对380-760nm波段的可见光具有近80％的透过率，对800-2500nm波段的近红外光的透过率低于20％。
75.为进一步验证不同纳米粒子对可见光透过但屏蔽近红外光的效果，以图5所示的测试装置，对实施例1、对照例1-2所制备的晶硅太阳能电池板进行了温升性能测试，测试结果如图6(其中，c为普通基板的晶硅太阳能电池板，d实施例1所制备的晶硅太阳能电池板，e为对照例2所制备的晶硅太阳能电池板，f为对照例1所制备的晶硅太阳能电池板)。
76.由图6可知，使用30min后，本发明使用纳米ato所制备的晶硅太阳能电池板相比于普通基板可将光伏组件的温度降低近20℃，相比于氧化锌和铯钨青铜纳米粉体具有更优异的降温效果。而无论是纳米ato还是氧化锌和铯钨青铜纳米粉体作为光学玻璃基板的功能涂层所制备的晶硅太阳能电池板，与与其他降温方式相比，均具有制造成本低、无需额外能量、不受外界环境影响的优点。
77.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。