囊皮的制作方法
专利名称:囊皮的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种囊皮。该囊皮依序包括：耐候层、柔性太阳能电池薄膜、胶膜及承力层，上述柔性太阳能电池薄膜为通过原位生长的方法形成于耐候层表面。在浮空器中使用该囊皮可以大大提高浮空器的电能供给。同时，由于柔性太阳能电池薄膜与囊皮共形，太阳能电池的固定更加牢固，省去了太阳能电池从浮空器脱离或脱落等的后顾之忧。且由于柔性太阳能电池为薄膜结构，重量轻，大大减少浮空器的载荷，提高其在临近空间中的飞行时间。
【专利说明】
囊皮
技术领域
[0001]本实用新型涉及浮空器制造，具体而言，涉及一种囊皮。
【背景技术】
[0002]平流层浮空器是随着科学技术不断发展起来的一种新型近空间多功能飞行平台。它不同于飞行在航空层中的飞机、低空浮空器，也不同于工作在低轨道上的卫星，它有非常广泛的军事及民用价值，例如在导弹防御、反恐、通信、遥感、空间观测和大气测量等方面都具有极大的应用价值。
[0003]囊皮作为浮空器的主要结构，其性能的高低直接影响了浮空器的应用性能。此外，浮空器的能量来源通常为太阳能电池，现有的用于浮空器的太阳能电池通常为设置于吊舱内或悬挂于吊舱外的太阳能电池板。然而，在浮空器需要的能量较大时，通常需要增加太阳能电池板的面积，增大了浮空器的总载荷，不利于浮空器在临近空间的长期飞行。而对于目前的临近空间的浮空器来说，在临近空间的飞行时间是制约其应用的瓶颈问题，也是浮空器研究中急需解决的问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的主要目的在于提供一种囊皮，以解决现有技术中浮空器载荷较重的问题。
[0005]为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面提供了一种囊皮，其包括依序相邻设置的耐候层、柔性太阳能电池薄膜、胶膜及承力层，所述柔性太阳能电池薄膜为通过原位生长的方法形成于耐候层表面。
[0006]进一步地，柔性太阳能电池薄膜依序包括底电极、光吸收层、缓冲层、窗口层、透明导电层、上电极及减反射膜，且底电极与耐候层相接触，减反射膜与胶膜相接触。
[0007]进一步地，耐候层为PET树脂层或ETFE树脂层。
[0008]进一步地，胶膜为热塑性聚氨酯胶膜、聚酯胶膜或EVA胶膜。
[0009]进一步地，耐候层和柔性太阳能电池薄膜之间还设置有石墨烯层。
[0010]进一步地，石墨稀层的厚度为0.35?lOOnm。
[0011]进一步地，耐候层为石墨烯改性PET树脂层或石墨烯改性ETFE树脂层。
[0012]进一步地，胶膜为石墨烯改性热塑性聚氨酯胶膜、石墨烯改性聚酯胶膜或石墨烯改性EVA胶膜。
[0013]进一步地，承力层为PBO织物层、芳纶纤维织物层或聚乙烯纤维织物层。
[0014]进一步地，耐候层的厚度为10?50μπι，和/或承力层的厚度为80?200μπι。
[0015]为了实现上述目的，根据本实用新型的另一个方面还提供了一种囊皮的制作方法，其包括以下步骤:在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜，形成预备层；将预备层、胶膜与承力层依次叠置并热压，形成囊皮;其中胶膜远离预备层中的耐候层。
[0016]进一步地，在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜的步骤包括:按照远离耐候层的方向，在耐候层的一侧表面上依次形成底电极、光吸收层、缓冲层、窗口层、透明导电层、上电极及减反射膜，从而形成柔性太阳能电池薄膜层。
[0017]进一步地，耐候层的材料为PET树脂或ETFE树脂。
[0018]进一步地，胶膜的材料为热塑性聚氨酯胶水、聚酯胶水或EVA胶水。
[0019]进一步地，在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜的步骤之前，还包括以下步骤:通过化学气相沉积法在基材表面形成石墨烯预备层;将热剥离型胶带粘结在石墨烯预备层表面上，然后刻蚀以去除基材，得到预处理胶带;将预处理胶带粘结在耐候层的欲设置柔性太阳能电池薄膜一侧的表面上，且使石墨烯预备层与耐候层相邻，在95?150°C温度下热处理5?lOmin，剥离预处理胶带中的热剥离型胶带，形成具有石墨烯层的耐候层;其中，基材为铜板或铝板。
[0020]进一步地，在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜的步骤之前，还包括以下步骤:通过化学气相沉积法在耐候层的欲设置柔性太阳能电池薄膜一侧的表面上沉积石墨烯层。
[0021]进一步地，在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜的步骤之前，还包括以下步骤:将PET或ETFE与石墨烯进行共混，得到共混料;将共混料拉膜成型，形成耐候层。
[0022]进一步地，将预备层、胶膜与承力层依次叠置并热压的步骤之前，还包括以下步骤:在热塑性聚氨酯胶水、聚酯胶水或EVA胶水中加入石墨烯，形成石墨烯改性胶水;将石墨烯改性胶水涂覆在预备层的远离耐候层一侧的表面上，形成胶膜与预备层的复合结构;或者，将石墨烯改性胶水涂覆在承力层一侧的表面上，形成胶膜与承力层的复合结构。
[0023]进一步地，热压的步骤中，热压温度为80?180°C，压力为0.1?IMPa，热压时间为10?180mino
[0024]进一步地，承力层为PBO织物层、芳纶纤维织物层或聚乙烯纤维织物层。
[0025]本实用新型提供的囊皮，将耐候层与承力层与柔性太阳能电池薄膜层进行了整合，即柔性太阳能电池薄膜与囊皮共形。该囊皮可以直接接受太阳光的照射并将光能转化为电能，且由于囊皮表面积相对比较大，特别是进入到临近空间时，相对于现有技术的浮空器所携带的太阳能电池板的面积要大得多，因此可以大大提高浮空器的电能供给。同时，由于柔性太阳能电池薄膜与囊皮共形，太阳能电池的固定更加牢固，省去了太阳能电池从浮空器脱离或脱落等的后顾之忧。且由于柔性太阳能电池为薄膜结构，重量轻，大大减少浮空器的载荷。
【附图说明】
[0026]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0027]图1示出了根据本实用新型一种实施方式中的囊皮的结构示意图；以及
[0028]图2示出了根据本实用新型另一种实施方式中的囊皮的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0030]正如【背景技术】部分所描述的，现有的浮空器因载荷较重，在临近空间的飞行时间通常较短。为了解决这一问题，本实用新型提供了一种囊皮，如图1所示，其包括依序相邻设置的耐候层10、柔性太阳能电池薄膜20、胶膜30及承力层40，上述柔性太阳能电池薄膜20为通过原位生长的方法形成于上述耐候层10表面。
[0031]本实用新型提供的该囊皮，将耐候层与承力层与柔性太阳能电池薄膜层进行了整合，即柔性太阳能电池薄膜与囊皮共形。该囊皮可以直接接受太阳光的照射并将光能转化为电能，且由于囊皮表面积相对比较大，特别是进入到临近空间时，相对于现有技术的浮空器所携带的太阳能电池板的面积要大得多，因此可以大大提高浮空器的电能供给。同时，由于柔性太阳能电池薄膜与囊皮共形，太阳能电池的固定更加牢固，省去了太阳能电池从浮空器脱离或脱落等的后顾之忧。且由于柔性太阳能电池为薄膜结构，重量轻，大大减少浮空器的载荷。此外，更为重要的是，上述制作方法是在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜，这进一步省略了二者之间利用热压结合的胶层以及传统工艺中制作柔性太阳能电池薄膜的基底层，使得所形成的囊皮更轻，能够进一步减少浮空器的载荷，提高其在临近空间中的飞行时间。
[0032]在一种优选的实施方式中，柔性太阳能电池薄膜20依序包括底电极、光吸收层、缓冲层、窗口层、透明导电层、上电极及减反射膜，且底电极与耐候层10相接触，减反射膜与胶膜30相接触。
[0033]在一种优选的实施方式中，耐候层10为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)树脂层或ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)树脂层。更优选的，耐候层为ETFE树脂层。相较于其他材料，ETFE的使用温度范围广，在零下65°C?150°C之间，其脆化温度更是低至零下100°C，并具有很好的耐辐射性能和较高的抗剪切强度。以ETFE层作为平流层浮空器囊皮的耐候层，能够大幅提高平流层浮空器囊皮的耐候性能。同时，在ETFE耐候层上原位生长柔性太阳能电池薄膜，二者之间具有更好的结合力，有利于进一步提高囊皮的使用性能。
[0034]在一种优选的实施方式中，胶膜30为热塑性聚氨酯胶膜、聚酯胶膜或EVA胶膜。这些胶膜具有良好的粘结性能。
[0035]在一种优选的实施方式中，如图2所示，耐候层10和柔性太阳能电池薄膜20之间还包括石墨烯层50。在耐候层10和柔性太阳能电池薄膜20之间引入石墨烯层50，能够明显提高浮空器囊皮的整体导热性能。在实际应用过程中，石墨烯层50能够将照射至囊皮的太阳光热能迅速传导至整个囊皮，从而达到整体快速散热的目的，并使囊皮整体保持较为均匀的温度。这就有利于防止囊皮局部过热使其中的气体被局部加热，降低囊皮因内部气体受热不均而发生局部涨破的几率。同时，石墨烯的加入还能够提高囊皮的整体力学性能。另夕卜，石墨烯是一种二维层状、单原子厚度的碳单子，具有大的比表面积和很高的透明度，弓丨入石墨烯层50能够有效改善整个囊皮的阻气性能。总之，以上各方面的因素均有利于提高浮空器囊皮的稳定性。
[0036]在一种优选的实施方式中，石墨稀层50的厚度为0.35?lOOnm。将石墨稀层50的厚度控制在上述范围内，能够使囊皮具有较高导热性能、较高阻气性能的基础上兼具较轻的质量。
[0037]在一种优选的实施方式中，耐候层10为石墨稀改性PET树脂层或石墨稀改性ETFE树脂层。此处所述的石墨烯改性PET树脂或石墨烯改性ETFE树脂，是通过将石墨烯与树脂材料共混后形成的石墨烯改性树脂材料，相当于将石墨烯分散在树脂基体中形成的复合材料，这些材料均是现有技术中的已知材料。此外，上述耐候层10中的石墨烯的含量优选为10?35wt%。
[0038]在一种优选的实施方式中，胶膜30为石墨烯改性热塑性聚氨酯胶膜、石墨烯改性聚酯胶膜或石墨烯改性EVA胶膜。上述石墨烯改性热塑性聚氨酯胶膜、石墨烯改性聚酯胶膜或石墨烯改性EVA胶膜是在热塑性聚氨酯胶水、聚酯胶水或EVA胶水中加入石墨烯所形成的改性胶水经涂覆形成的胶膜。此外，上述胶膜30中的石墨烯的含量优选为10?35wt%。
[0039]在一种优选的实施方式中，承力层40为PBO织物层、芳纶纤维织物层或聚乙烯纤维织物层。以PBO织物层、芳纶纤维织物层或聚乙烯纤维织物层作为浮空器囊皮的承力层，能够提高囊皮的综合力学性能。
[0040]在一种优选的实施方式中，耐候层10的厚度为10?50μπι，和/或承力层40的厚度为80?200μπι。将耐候层10和承力层40的厚度控制在上述范围，能够在较低密度的前提下，使囊皮具有较高的综合性能。
[0041]本实用新型另一方面提供了一种制备上述囊皮的制作方法，其包括以下步骤:在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜，形成预备层;将预备层、胶膜与承力层依次叠置并热压，形成囊皮;其中胶膜远离预备层中的耐候层。
[0042]本实用新型提供的上述制作方法中，将囊皮的耐候层与承力层与柔性太阳能电池薄膜层进行了整合，即柔性太阳能电池薄膜与囊皮共形。使用该方法制作的囊皮可以直接接受太阳光的照射并将光能转化为电能，且由于囊皮表面积相对比较大，特别是进入到临近空间时，相对于现有技术的浮空器所携带的太阳能电池板的面积要大得多，因此可以大大提高浮空器的电能供给。同时，由于柔性太阳能电池薄膜与囊皮共形，太阳能电池的固定更加牢固，省去了太阳能电池从浮空器脱离或脱落等的后顾之忧。且由于柔性太阳能电池为薄膜结构，重量轻，大大减少浮空器的载荷。此外，更为重要的是，上述制作方法是在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜，这进一步省略了二者之间利用热压结合的胶层以及传统工艺中制作柔性太阳能电池薄膜的基底层，使得所形成的囊皮更轻(能够使其面密度进一步减少70?140g/m2)，能够进一步减少浮空器的载荷，提高其在临近空间中的飞行时间。
[0043]在一种优选的实施方式中，在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜的步骤包括:按照远离耐候层的方向，在耐候层的一侧表面上依次形成底电极、光吸收层、缓冲层、窗口层、透明导电层、上电极及减反射膜，从而形成柔性太阳能电池薄膜层。
[0044]具体地，在耐候层的一侧表面上制作的柔性太阳能电池薄膜层可以为铜铟砸(CIS)或铜铟镓砸(CIGS)电池薄膜。以CIS电池薄膜的制作方法为例进行说明:
[0045](I)在耐候层一侧的表面上镀金属层以形成底电极，具体可采用电镀、化学镀或磁控溅镀等方式进行。优选采用磁控溅镀，这可以使金属层对耐候层具有良好的附着性。形成该底电极的材料可以为Cu、Mo等导电材料。
[0046](2)采用电沉积的方法在该底电极上形成CIS前驱体，通过热处理工艺将该CIS前驱体形成为光吸收层。该电沉积法可以采用二电极系统，以铂网为阳极，该底电极为阴极，以氯化铜(CuCl2)、三氯化铟(InCl3)、亚砸酸(H2SeO3)的水溶液为电沉积液，电镀添加剂为柠檬酸钠，在不搅拌的情况下恒电势沉积，形成CIS前驱体。该热处理工艺为将电沉积的CIS前驱体放入管式炉中，在惰性气体如氩气(Ar)保护气氛下，以8?15°C/min的升温速度升温至250?380°C的温度范围并保温25?40分钟的时间范围，保温结束后停止加热，随炉自然慢冷;冷却到低于45?55°C的温度范围时，关闭氩气，开炉取样，得到形成于底电极上的CIS光吸收层。在其它实施例中，电沉积液也可以进一步包括三氯化镓(GaCl3)，此时，即可形成CIGS光吸收层。
[0047]当然，光吸收层也可以采用其它方法进行制作，如物理气相沉积法，物理气相沉积法为共蒸发法或磁控溅射法。
[0048](3)在光吸收层上依次制备缓冲层、窗口层、透明导电层、上电极及减反射膜，从而形成柔性太阳能电池薄膜层。该缓冲层的材料可以为CdS或ZnS。该窗口层的材料可以为本征Zn0薄膜。该透明导电层的材料可以氧化铟锡或碳纳米管。本实施例中，该柔性太阳能电池薄膜层的厚度范围为30?150μπι。
[0049]在一种优选的实施方式中，耐候层的材料为PET树脂或ETFE树脂。更优选的，耐候层的材料为ETFE树脂。相较于其他材料，乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)的使用温度范围广，在零下65°C?150°C之间，其脆化温度更是低至零下100°C，并具有很好的耐辐射性能和较高的抗剪切强度。以ETFE层作为平流层浮空器囊皮的耐候层，能够大幅提高平流层浮空器囊皮的耐候性能。同时，在ETFE耐候层上原位生长柔性太阳能电池薄膜，二者之间具有更好的结合力，有利于进一步提高囊皮的使用性能。
[0050]在一种优选的实施方式中，胶膜的材料为热塑性聚氨酯胶水、聚酯胶水或EVA胶水。这些胶水形成的胶膜具有良好的粘结性能。
[0051]在一种优选的实施方式中，在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜的步骤之前，还包括以下步骤:通过化学气相沉积法在基材表面形成石墨烯预备层;将热剥离型胶带粘结在石墨烯预备层表面上，然后刻蚀以去除基材，得到预处理胶带;将预处理胶带粘结在耐候层的欲设置柔性太阳能电池薄膜一侧的表面上，使石墨烯预备层与耐候层相邻，在95?150°C温度下热处理5?lOmin，剥离预处理胶带中的热剥离型胶带，形成具有石墨烯层的耐候层;其中，基材为铜板或铝板。在PET耐候层上形成石墨烯层时，先利用CVD法在铜板或铝板上生成石墨烯层，再通过热剥离型胶带粘结在石墨烯层上，然后刻蚀去除基材，就能够将石墨烯层“转移”至热剥离型胶带上。将热剥离型胶带粘结在耐候层上，热处理一定时间后，热剥离型胶带上的胶黏剂就会因温度升高而发生粘性下降，此时很容易将其剥离下来，使石墨烯层转移至耐候层上。本领域技术人员能够选择具体的CVD工艺和刻蚀工艺，在此不再赘述。上述过程中采用的热剥离型胶带可以上本领域惯用的热剥离型胶带，比如表面带有亚克力胶的热剥离型胶带。
[0052]在一种优选的实施方式中，在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜的步骤之前，还包括以下步骤:通过化学气相沉积法在耐候层的欲设置柔性太阳能电池薄膜一侧的表面上沉积石墨烯层。
[0053]上述两种制作工艺相当于在耐候层和柔性太阳能电池薄膜之间增加了一层石墨烯层。石墨烯具有较高的导热率，单层石墨烯材料的导热系数可以高达5300W/(m.K)，且当其厚度为0.335nm时，杨氏模量可高达ITPa，断裂强度高达130GPa。在耐候层和柔性太阳能电池薄膜之间引入石墨烯层，能够明显提高平流层浮空器囊皮的整体导热性能(能够使囊皮的导热性提高至未加石墨烯层的1.2?2.3倍)。在实际应用过程中，石墨烯层能够将照射至囊皮的太阳光热能迅速传导至整个囊皮，从而达到整体快速散热的目的，并使囊皮整体保持较为均匀的温度。这就有利于防止囊皮局部过热使其中的气体被局部加热，降低囊皮因内部气体受热不均而发生局部涨破的几率。同时，石墨烯的加入还能够提高囊皮的整体力学性能。另外，石墨烯是一种二维层状、单原子厚度的碳单子，具有大的比表面积和很高的透明度，引入石墨烯层能够有效改善整个囊皮的阻气性能。总之，以上各方面的因素均有利于提高浮空器囊皮的稳定性。
[0054]利用上述方法直接在耐候层和柔性太阳能电池薄膜之间增加了一层石墨烯层，能够从各方面提高浮空器囊皮的稳定性。在另一种实施方式中，在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜的步骤之前，还包括以下步骤:将PET或ETFE与石墨烯进行共混，得到共混料;将共混料拉膜成型，形成耐候层。
[0055]该方法相当于对耐候层进行了石墨烯共混改性，在树脂材料PET或ETFE中分散石墨烯，形成石墨烯改性PET树脂或石墨烯改性ETFE树脂作为耐候层材料。相较于单纯的树脂材料作为耐候层而言，上述石墨烯改性树脂材料形成的耐候层除了具有树脂本身的耐候性以外，还能够改善囊皮的导热性能和阻气性能。
[0056]当然，在另一种实施方式中，将预备层、胶膜与承力层依次叠置并热压的步骤之前，还包括以下步骤:在热塑性聚氨酯胶水、聚酯胶水或EVA胶水中加入石墨烯，形成石墨烯改性胶水;将石墨烯改性胶水涂覆在预备层的远离耐候层一侧的表面上，形成胶膜与预备层的复合结构;或者，将石墨烯改性胶水涂覆在承力层一侧的表面上，形成胶膜与承力层的复合结构。该方法相当于在胶层中加入了石墨烯，同样能够改善囊皮的导热性能和阻气性會K。
[0057]在一种优选的实施方式中，上述热压的步骤中，热压温度为80?180°C，压力为0.1?IMPa，热压时间为10?180min。将热压的温度和压力控制在上述范围，有利于进一步提高平流层浮空器囊皮中预备层和承力层之间的粘结强度。
[0058]在一种优选的实施方式中，承力层为PBO织物层、芳纶纤维织物层或聚乙烯纤维织物层。聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维作为“21世纪的超级纤维”具有超高的比强度和比模量，芳纶纤维和聚乙烯纤维同样具有较高的比强度和比模量。以PBO织物层、芳纶纤维织物层或聚乙烯纤维织物层作为浮空器囊皮的承力层，能够提高囊皮的综合力学性能。
[0059]从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果:
[0060]本实用新型中，将囊皮的耐候层与承力层与柔性太阳能电池薄膜层进行了整合，即柔性太阳能电池薄膜与囊皮共形。使用该方法制作的囊皮可以直接接受太阳光的照射并将光能转化为电能，且由于囊皮表面积相对比较大，特别是进入到临近空间时，相对于现有技术的浮空器所携带的太阳能电池板的面积要大得多，因此可以大大提高浮空器的电能供给。同时，由于柔性太阳能电池薄膜与囊皮共形，太阳能电池的固定更加牢固，省去了太阳能电池从浮空器脱离或脱落等的后顾之忧。且由于柔性太阳能电池为薄膜结构，重量轻，大大减少浮空器的载荷。此外，更为重要的是，上述制作方法是在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜，这进一步省略了二者之间利用热压结合的胶层以及传统工艺中制作柔性太阳能电池薄膜的基底层，使得所形成的囊皮更轻(能够使其面密度进一步减少70?140g/m2)，能够进一步减少浮空器的载荷，提尚其在临近空间中的飞彳丁时间。
[0061 ] 实施例1
[0062]1、将36μηι厚的铜箔放在CVD炉箱内沉积石墨稀层，生长在铜箔上的石墨稀层和带有亚克力胶的热剥离型胶带粘在一起，然后用化学的方法把铜箔刻蚀掉，再将热剥离型胶带粘到ETFE树脂膜上，使石墨烯层与ETFE树脂膜接触，于100°C下加热5分钟后，热剥离型胶带脱落，形成带有石墨烯层的耐候层。
[0063]2、在上述带有石墨烯层的耐候层上形成柔性太阳能电池(柔性太阳能电池与石墨烯层相接触)，具体如下:(I)在耐候层的石墨烯层的一侧镀金属Mo层以形成底电极，具体采用磁控溅镀的方式进行；(2)采用电沉积的方法在该底电极上形成CIS前驱体，通过热处理工艺将该CIS前驱体形成为光吸收层。该电沉积法采用二电极系统，以铂网为阳极，该底电极为阴极，以氯化铜(CuCl2)、三氯化铟(InCl3)、亚砸酸(H2SeO3)的水溶液为电沉积液，电镀添加剂为柠檬酸钠，在不搅拌的情况下恒电势沉积，形成CIS前驱体。该热处理工艺为将电沉积的CIS前驱体放入管式炉中，在惰性气体如氩气(Ar)保护气氛下，以8?15°C/min的升温速度升温至430?500°C的温度范围并保温25?40分钟的时间范围，保温结束后停止加热，随炉自然慢冷;冷却到低于45?55°C的温度范围时，关闭氩气，开炉取样，得到形成于底电极上的CIS光吸收层；(3)在光吸收层上依次制备缓冲层、窗口层、透明导电层、上电极及减反射膜，从而形成柔性太阳能电池薄膜层;缓冲层的材料为CdS，窗口层的材料为本征ZnO薄膜;透明导电层的材料为氧化铟锡。最终形成预备层备用。
[0064]3、在预备层中的柔性太阳能电池一侧的表面上涂布热塑性聚氨酯胶水，固化后形成表面上具有胶膜的预备层备用。
[0065]4、将上述带有胶膜的预备层与PBO膜叠置，热压形成平流层浮空器囊皮。其中，热压温度为80 °C，压力为Impa。
[0066]所形成的平流层浮空器囊皮中，耐候层的厚度为20μπι，石墨烯层的厚度为7nm，柔性太阳能电池薄膜层的厚度为50μπι，ΡΒ0膜的厚度为200μπι，胶膜的厚度为8μπι。
[0067]对比例I
[0068]制作方法同实施例1，不同之处在于:先以PI膜为基底层，在其一侧表面上制备柔性太阳能电池，形成太阳能电池膜。再通过胶膜将耐候层、太阳能电池膜、PBO膜进行热压，形成平流层浮空器囊皮。
[0069]经测试，相较于对比例I中制得的囊皮，实施例1中制得的囊皮，其面密度减少了90g/m2，导热率提高了 2倍。
[0070]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种囊皮，其特征在于，所述囊皮包括依序相邻设置的耐候层(10)、柔性太阳能电池薄膜(20)、胶膜(30)及承力层(40)，所述柔性太阳能电池薄膜(20)为通过原位生长的方法形成于所述耐候层(10)表面。2.根据权利要求1所述的囊皮，其特征在于，所述柔性太阳能电池薄膜(20)依序包括底电极、光吸收层、缓冲层、窗口层、透明导电层、上电极及减反射膜，且所述底电极与所述耐候层(1)相接触，所述减反射膜与所述胶膜(30)相接触。3.根据权利要求1或2所述的囊皮，其特征在于，所述耐候层(10)为PET树脂层或ETFE树脂层。4.根据权利要求3所述的囊皮，其特征在于，所述胶膜(30)为热塑性聚氨酯胶膜、聚酯胶膜或EVA胶膜。5.根据权利要求4所述的囊皮，其特征在于，所述耐候层(10)和所述柔性太阳能电池薄膜(20)之间还设置有石墨烯层(50)。6.根据权利要求5所述的囊皮，其特征在于，所述石墨烯层(50)的厚度为0.35?lOOnm。7.根据权利要求1或2所述的囊皮，其特征在于，所述耐候层(10)为石墨烯改性PET树脂层或石墨烯改性ETFE树脂层。8.根据权利要求1或2所述的囊皮，其特征在于，所述胶膜(30)为石墨烯改性热塑性聚氨酯胶膜、石墨烯改性聚酯胶膜或石墨烯改性EVA胶膜。9.根据权利要求1所述的囊皮，其特征在于，所述承力层(40)为PBO织物层、芳纶纤维织物层或聚乙烯纤维织物层。10.根据权利要求9所述的囊皮，其特征在于，所述耐候层(10)的厚度为10?50μπι，和/或所述承力层(40)的厚度为80?200μπι。
【文档编号】B32B9/04GK205705550SQ201620244596
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】不公告发明人
【申请人】东莞前沿技术研究院
【专利摘要】本实用新型提供了一种囊皮。该囊皮依序包括：耐候层、柔性太阳能电池薄膜、胶膜及承力层，上述柔性太阳能电池薄膜为通过原位生长的方法形成于耐候层表面。在浮空器中使用该囊皮可以大大提高浮空器的电能供给。同时，由于柔性太阳能电池薄膜与囊皮共形，太阳能电池的固定更加牢固，省去了太阳能电池从浮空器脱离或脱落等的后顾之忧。且由于柔性太阳能电池为薄膜结构，重量轻，大大减少浮空器的载荷，提高其在临近空间中的飞行时间。
【专利说明】
囊皮
技术领域
[0001]本实用新型涉及浮空器制造，具体而言，涉及一种囊皮。
【背景技术】
[0002]平流层浮空器是随着科学技术不断发展起来的一种新型近空间多功能飞行平台。它不同于飞行在航空层中的飞机、低空浮空器，也不同于工作在低轨道上的卫星，它有非常广泛的军事及民用价值，例如在导弹防御、反恐、通信、遥感、空间观测和大气测量等方面都具有极大的应用价值。
[0003]囊皮作为浮空器的主要结构，其性能的高低直接影响了浮空器的应用性能。此外，浮空器的能量来源通常为太阳能电池，现有的用于浮空器的太阳能电池通常为设置于吊舱内或悬挂于吊舱外的太阳能电池板。然而，在浮空器需要的能量较大时，通常需要增加太阳能电池板的面积，增大了浮空器的总载荷，不利于浮空器在临近空间的长期飞行。而对于目前的临近空间的浮空器来说，在临近空间的飞行时间是制约其应用的瓶颈问题，也是浮空器研究中急需解决的问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的主要目的在于提供一种囊皮，以解决现有技术中浮空器载荷较重的问题。
[0005]为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面提供了一种囊皮，其包括依序相邻设置的耐候层、柔性太阳能电池薄膜、胶膜及承力层，所述柔性太阳能电池薄膜为通过原位生长的方法形成于耐候层表面。
[0006]进一步地，柔性太阳能电池薄膜依序包括底电极、光吸收层、缓冲层、窗口层、透明导电层、上电极及减反射膜，且底电极与耐候层相接触，减反射膜与胶膜相接触。
[0007]进一步地，耐候层为PET树脂层或ETFE树脂层。
[0008]进一步地，胶膜为热塑性聚氨酯胶膜、聚酯胶膜或EVA胶膜。
[0009]进一步地，耐候层和柔性太阳能电池薄膜之间还设置有石墨烯层。
[0010]进一步地，石墨稀层的厚度为0.35?lOOnm。
[0011]进一步地，耐候层为石墨烯改性PET树脂层或石墨烯改性ETFE树脂层。
[0012]进一步地，胶膜为石墨烯改性热塑性聚氨酯胶膜、石墨烯改性聚酯胶膜或石墨烯改性EVA胶膜。
[0013]进一步地，承力层为PBO织物层、芳纶纤维织物层或聚乙烯纤维织物层。
[0014]进一步地，耐候层的厚度为10?50μπι，和/或承力层的厚度为80?200μπι。
[0015]为了实现上述目的，根据本实用新型的另一个方面还提供了一种囊皮的制作方法，其包括以下步骤:在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜，形成预备层；将预备层、胶膜与承力层依次叠置并热压，形成囊皮;其中胶膜远离预备层中的耐候层。
[0016]进一步地，在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜的步骤包括:按照远离耐候层的方向，在耐候层的一侧表面上依次形成底电极、光吸收层、缓冲层、窗口层、透明导电层、上电极及减反射膜，从而形成柔性太阳能电池薄膜层。
[0017]进一步地，耐候层的材料为PET树脂或ETFE树脂。
[0018]进一步地，胶膜的材料为热塑性聚氨酯胶水、聚酯胶水或EVA胶水。
[0019]进一步地，在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜的步骤之前，还包括以下步骤:通过化学气相沉积法在基材表面形成石墨烯预备层;将热剥离型胶带粘结在石墨烯预备层表面上，然后刻蚀以去除基材，得到预处理胶带;将预处理胶带粘结在耐候层的欲设置柔性太阳能电池薄膜一侧的表面上，且使石墨烯预备层与耐候层相邻，在95?150°C温度下热处理5?lOmin，剥离预处理胶带中的热剥离型胶带，形成具有石墨烯层的耐候层;其中，基材为铜板或铝板。
[0020]进一步地，在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜的步骤之前，还包括以下步骤:通过化学气相沉积法在耐候层的欲设置柔性太阳能电池薄膜一侧的表面上沉积石墨烯层。
[0021]进一步地，在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜的步骤之前，还包括以下步骤:将PET或ETFE与石墨烯进行共混，得到共混料;将共混料拉膜成型，形成耐候层。
[0022]进一步地，将预备层、胶膜与承力层依次叠置并热压的步骤之前，还包括以下步骤:在热塑性聚氨酯胶水、聚酯胶水或EVA胶水中加入石墨烯，形成石墨烯改性胶水;将石墨烯改性胶水涂覆在预备层的远离耐候层一侧的表面上，形成胶膜与预备层的复合结构;或者，将石墨烯改性胶水涂覆在承力层一侧的表面上，形成胶膜与承力层的复合结构。
[0023]进一步地，热压的步骤中，热压温度为80?180°C，压力为0.1?IMPa，热压时间为10?180mino
[0024]进一步地，承力层为PBO织物层、芳纶纤维织物层或聚乙烯纤维织物层。
[0025]本实用新型提供的囊皮，将耐候层与承力层与柔性太阳能电池薄膜层进行了整合，即柔性太阳能电池薄膜与囊皮共形。该囊皮可以直接接受太阳光的照射并将光能转化为电能，且由于囊皮表面积相对比较大，特别是进入到临近空间时，相对于现有技术的浮空器所携带的太阳能电池板的面积要大得多，因此可以大大提高浮空器的电能供给。同时，由于柔性太阳能电池薄膜与囊皮共形，太阳能电池的固定更加牢固，省去了太阳能电池从浮空器脱离或脱落等的后顾之忧。且由于柔性太阳能电池为薄膜结构，重量轻，大大减少浮空器的载荷。
【附图说明】
[0026]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0027]图1示出了根据本实用新型一种实施方式中的囊皮的结构示意图；以及
[0028]图2示出了根据本实用新型另一种实施方式中的囊皮的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0030]正如【背景技术】部分所描述的，现有的浮空器因载荷较重，在临近空间的飞行时间通常较短。为了解决这一问题，本实用新型提供了一种囊皮，如图1所示，其包括依序相邻设置的耐候层10、柔性太阳能电池薄膜20、胶膜30及承力层40，上述柔性太阳能电池薄膜20为通过原位生长的方法形成于上述耐候层10表面。
[0031]本实用新型提供的该囊皮，将耐候层与承力层与柔性太阳能电池薄膜层进行了整合，即柔性太阳能电池薄膜与囊皮共形。该囊皮可以直接接受太阳光的照射并将光能转化为电能，且由于囊皮表面积相对比较大，特别是进入到临近空间时，相对于现有技术的浮空器所携带的太阳能电池板的面积要大得多，因此可以大大提高浮空器的电能供给。同时，由于柔性太阳能电池薄膜与囊皮共形，太阳能电池的固定更加牢固，省去了太阳能电池从浮空器脱离或脱落等的后顾之忧。且由于柔性太阳能电池为薄膜结构，重量轻，大大减少浮空器的载荷。此外，更为重要的是，上述制作方法是在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜，这进一步省略了二者之间利用热压结合的胶层以及传统工艺中制作柔性太阳能电池薄膜的基底层，使得所形成的囊皮更轻，能够进一步减少浮空器的载荷，提高其在临近空间中的飞行时间。
[0032]在一种优选的实施方式中，柔性太阳能电池薄膜20依序包括底电极、光吸收层、缓冲层、窗口层、透明导电层、上电极及减反射膜，且底电极与耐候层10相接触，减反射膜与胶膜30相接触。
[0033]在一种优选的实施方式中，耐候层10为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)树脂层或ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)树脂层。更优选的，耐候层为ETFE树脂层。相较于其他材料，ETFE的使用温度范围广，在零下65°C?150°C之间，其脆化温度更是低至零下100°C，并具有很好的耐辐射性能和较高的抗剪切强度。以ETFE层作为平流层浮空器囊皮的耐候层，能够大幅提高平流层浮空器囊皮的耐候性能。同时，在ETFE耐候层上原位生长柔性太阳能电池薄膜，二者之间具有更好的结合力，有利于进一步提高囊皮的使用性能。
[0034]在一种优选的实施方式中，胶膜30为热塑性聚氨酯胶膜、聚酯胶膜或EVA胶膜。这些胶膜具有良好的粘结性能。
[0035]在一种优选的实施方式中，如图2所示，耐候层10和柔性太阳能电池薄膜20之间还包括石墨烯层50。在耐候层10和柔性太阳能电池薄膜20之间引入石墨烯层50，能够明显提高浮空器囊皮的整体导热性能。在实际应用过程中，石墨烯层50能够将照射至囊皮的太阳光热能迅速传导至整个囊皮，从而达到整体快速散热的目的，并使囊皮整体保持较为均匀的温度。这就有利于防止囊皮局部过热使其中的气体被局部加热，降低囊皮因内部气体受热不均而发生局部涨破的几率。同时，石墨烯的加入还能够提高囊皮的整体力学性能。另夕卜，石墨烯是一种二维层状、单原子厚度的碳单子，具有大的比表面积和很高的透明度，弓丨入石墨烯层50能够有效改善整个囊皮的阻气性能。总之，以上各方面的因素均有利于提高浮空器囊皮的稳定性。
[0036]在一种优选的实施方式中，石墨稀层50的厚度为0.35?lOOnm。将石墨稀层50的厚度控制在上述范围内，能够使囊皮具有较高导热性能、较高阻气性能的基础上兼具较轻的质量。
[0037]在一种优选的实施方式中，耐候层10为石墨稀改性PET树脂层或石墨稀改性ETFE树脂层。此处所述的石墨烯改性PET树脂或石墨烯改性ETFE树脂，是通过将石墨烯与树脂材料共混后形成的石墨烯改性树脂材料，相当于将石墨烯分散在树脂基体中形成的复合材料，这些材料均是现有技术中的已知材料。此外，上述耐候层10中的石墨烯的含量优选为10?35wt%。
[0038]在一种优选的实施方式中，胶膜30为石墨烯改性热塑性聚氨酯胶膜、石墨烯改性聚酯胶膜或石墨烯改性EVA胶膜。上述石墨烯改性热塑性聚氨酯胶膜、石墨烯改性聚酯胶膜或石墨烯改性EVA胶膜是在热塑性聚氨酯胶水、聚酯胶水或EVA胶水中加入石墨烯所形成的改性胶水经涂覆形成的胶膜。此外，上述胶膜30中的石墨烯的含量优选为10?35wt%。
[0039]在一种优选的实施方式中，承力层40为PBO织物层、芳纶纤维织物层或聚乙烯纤维织物层。以PBO织物层、芳纶纤维织物层或聚乙烯纤维织物层作为浮空器囊皮的承力层，能够提高囊皮的综合力学性能。
[0040]在一种优选的实施方式中，耐候层10的厚度为10?50μπι，和/或承力层40的厚度为80?200μπι。将耐候层10和承力层40的厚度控制在上述范围，能够在较低密度的前提下，使囊皮具有较高的综合性能。
[0041]本实用新型另一方面提供了一种制备上述囊皮的制作方法，其包括以下步骤:在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜，形成预备层;将预备层、胶膜与承力层依次叠置并热压，形成囊皮;其中胶膜远离预备层中的耐候层。
[0042]本实用新型提供的上述制作方法中，将囊皮的耐候层与承力层与柔性太阳能电池薄膜层进行了整合，即柔性太阳能电池薄膜与囊皮共形。使用该方法制作的囊皮可以直接接受太阳光的照射并将光能转化为电能，且由于囊皮表面积相对比较大，特别是进入到临近空间时，相对于现有技术的浮空器所携带的太阳能电池板的面积要大得多，因此可以大大提高浮空器的电能供给。同时，由于柔性太阳能电池薄膜与囊皮共形，太阳能电池的固定更加牢固，省去了太阳能电池从浮空器脱离或脱落等的后顾之忧。且由于柔性太阳能电池为薄膜结构，重量轻，大大减少浮空器的载荷。此外，更为重要的是，上述制作方法是在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜，这进一步省略了二者之间利用热压结合的胶层以及传统工艺中制作柔性太阳能电池薄膜的基底层，使得所形成的囊皮更轻(能够使其面密度进一步减少70?140g/m2)，能够进一步减少浮空器的载荷，提高其在临近空间中的飞行时间。
[0043]在一种优选的实施方式中，在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜的步骤包括:按照远离耐候层的方向，在耐候层的一侧表面上依次形成底电极、光吸收层、缓冲层、窗口层、透明导电层、上电极及减反射膜，从而形成柔性太阳能电池薄膜层。
[0044]具体地，在耐候层的一侧表面上制作的柔性太阳能电池薄膜层可以为铜铟砸(CIS)或铜铟镓砸(CIGS)电池薄膜。以CIS电池薄膜的制作方法为例进行说明:
[0045](I)在耐候层一侧的表面上镀金属层以形成底电极，具体可采用电镀、化学镀或磁控溅镀等方式进行。优选采用磁控溅镀，这可以使金属层对耐候层具有良好的附着性。形成该底电极的材料可以为Cu、Mo等导电材料。
[0046](2)采用电沉积的方法在该底电极上形成CIS前驱体，通过热处理工艺将该CIS前驱体形成为光吸收层。该电沉积法可以采用二电极系统，以铂网为阳极，该底电极为阴极，以氯化铜(CuCl2)、三氯化铟(InCl3)、亚砸酸(H2SeO3)的水溶液为电沉积液，电镀添加剂为柠檬酸钠，在不搅拌的情况下恒电势沉积，形成CIS前驱体。该热处理工艺为将电沉积的CIS前驱体放入管式炉中，在惰性气体如氩气(Ar)保护气氛下，以8?15°C/min的升温速度升温至250?380°C的温度范围并保温25?40分钟的时间范围，保温结束后停止加热，随炉自然慢冷;冷却到低于45?55°C的温度范围时，关闭氩气，开炉取样，得到形成于底电极上的CIS光吸收层。在其它实施例中，电沉积液也可以进一步包括三氯化镓(GaCl3)，此时，即可形成CIGS光吸收层。
[0047]当然，光吸收层也可以采用其它方法进行制作，如物理气相沉积法，物理气相沉积法为共蒸发法或磁控溅射法。
[0048](3)在光吸收层上依次制备缓冲层、窗口层、透明导电层、上电极及减反射膜，从而形成柔性太阳能电池薄膜层。该缓冲层的材料可以为CdS或ZnS。该窗口层的材料可以为本征Zn0薄膜。该透明导电层的材料可以氧化铟锡或碳纳米管。本实施例中，该柔性太阳能电池薄膜层的厚度范围为30?150μπι。
[0049]在一种优选的实施方式中，耐候层的材料为PET树脂或ETFE树脂。更优选的，耐候层的材料为ETFE树脂。相较于其他材料，乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)的使用温度范围广，在零下65°C?150°C之间，其脆化温度更是低至零下100°C，并具有很好的耐辐射性能和较高的抗剪切强度。以ETFE层作为平流层浮空器囊皮的耐候层，能够大幅提高平流层浮空器囊皮的耐候性能。同时，在ETFE耐候层上原位生长柔性太阳能电池薄膜，二者之间具有更好的结合力，有利于进一步提高囊皮的使用性能。
[0050]在一种优选的实施方式中，胶膜的材料为热塑性聚氨酯胶水、聚酯胶水或EVA胶水。这些胶水形成的胶膜具有良好的粘结性能。
[0051]在一种优选的实施方式中，在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜的步骤之前，还包括以下步骤:通过化学气相沉积法在基材表面形成石墨烯预备层;将热剥离型胶带粘结在石墨烯预备层表面上，然后刻蚀以去除基材，得到预处理胶带;将预处理胶带粘结在耐候层的欲设置柔性太阳能电池薄膜一侧的表面上，使石墨烯预备层与耐候层相邻，在95?150°C温度下热处理5?lOmin，剥离预处理胶带中的热剥离型胶带，形成具有石墨烯层的耐候层;其中，基材为铜板或铝板。在PET耐候层上形成石墨烯层时，先利用CVD法在铜板或铝板上生成石墨烯层，再通过热剥离型胶带粘结在石墨烯层上，然后刻蚀去除基材，就能够将石墨烯层“转移”至热剥离型胶带上。将热剥离型胶带粘结在耐候层上，热处理一定时间后，热剥离型胶带上的胶黏剂就会因温度升高而发生粘性下降，此时很容易将其剥离下来，使石墨烯层转移至耐候层上。本领域技术人员能够选择具体的CVD工艺和刻蚀工艺，在此不再赘述。上述过程中采用的热剥离型胶带可以上本领域惯用的热剥离型胶带，比如表面带有亚克力胶的热剥离型胶带。
[0052]在一种优选的实施方式中，在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜的步骤之前，还包括以下步骤:通过化学气相沉积法在耐候层的欲设置柔性太阳能电池薄膜一侧的表面上沉积石墨烯层。
[0053]上述两种制作工艺相当于在耐候层和柔性太阳能电池薄膜之间增加了一层石墨烯层。石墨烯具有较高的导热率，单层石墨烯材料的导热系数可以高达5300W/(m.K)，且当其厚度为0.335nm时，杨氏模量可高达ITPa，断裂强度高达130GPa。在耐候层和柔性太阳能电池薄膜之间引入石墨烯层，能够明显提高平流层浮空器囊皮的整体导热性能(能够使囊皮的导热性提高至未加石墨烯层的1.2?2.3倍)。在实际应用过程中，石墨烯层能够将照射至囊皮的太阳光热能迅速传导至整个囊皮，从而达到整体快速散热的目的，并使囊皮整体保持较为均匀的温度。这就有利于防止囊皮局部过热使其中的气体被局部加热，降低囊皮因内部气体受热不均而发生局部涨破的几率。同时，石墨烯的加入还能够提高囊皮的整体力学性能。另外，石墨烯是一种二维层状、单原子厚度的碳单子，具有大的比表面积和很高的透明度，引入石墨烯层能够有效改善整个囊皮的阻气性能。总之，以上各方面的因素均有利于提高浮空器囊皮的稳定性。
[0054]利用上述方法直接在耐候层和柔性太阳能电池薄膜之间增加了一层石墨烯层，能够从各方面提高浮空器囊皮的稳定性。在另一种实施方式中，在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜的步骤之前，还包括以下步骤:将PET或ETFE与石墨烯进行共混，得到共混料;将共混料拉膜成型，形成耐候层。
[0055]该方法相当于对耐候层进行了石墨烯共混改性，在树脂材料PET或ETFE中分散石墨烯，形成石墨烯改性PET树脂或石墨烯改性ETFE树脂作为耐候层材料。相较于单纯的树脂材料作为耐候层而言，上述石墨烯改性树脂材料形成的耐候层除了具有树脂本身的耐候性以外，还能够改善囊皮的导热性能和阻气性能。
[0056]当然，在另一种实施方式中，将预备层、胶膜与承力层依次叠置并热压的步骤之前，还包括以下步骤:在热塑性聚氨酯胶水、聚酯胶水或EVA胶水中加入石墨烯，形成石墨烯改性胶水;将石墨烯改性胶水涂覆在预备层的远离耐候层一侧的表面上，形成胶膜与预备层的复合结构;或者，将石墨烯改性胶水涂覆在承力层一侧的表面上，形成胶膜与承力层的复合结构。该方法相当于在胶层中加入了石墨烯，同样能够改善囊皮的导热性能和阻气性會K。
[0057]在一种优选的实施方式中，上述热压的步骤中，热压温度为80?180°C，压力为0.1?IMPa，热压时间为10?180min。将热压的温度和压力控制在上述范围，有利于进一步提高平流层浮空器囊皮中预备层和承力层之间的粘结强度。
[0058]在一种优选的实施方式中，承力层为PBO织物层、芳纶纤维织物层或聚乙烯纤维织物层。聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维作为“21世纪的超级纤维”具有超高的比强度和比模量，芳纶纤维和聚乙烯纤维同样具有较高的比强度和比模量。以PBO织物层、芳纶纤维织物层或聚乙烯纤维织物层作为浮空器囊皮的承力层，能够提高囊皮的综合力学性能。
[0059]从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果:
[0060]本实用新型中，将囊皮的耐候层与承力层与柔性太阳能电池薄膜层进行了整合，即柔性太阳能电池薄膜与囊皮共形。使用该方法制作的囊皮可以直接接受太阳光的照射并将光能转化为电能，且由于囊皮表面积相对比较大，特别是进入到临近空间时，相对于现有技术的浮空器所携带的太阳能电池板的面积要大得多，因此可以大大提高浮空器的电能供给。同时，由于柔性太阳能电池薄膜与囊皮共形，太阳能电池的固定更加牢固，省去了太阳能电池从浮空器脱离或脱落等的后顾之忧。且由于柔性太阳能电池为薄膜结构，重量轻，大大减少浮空器的载荷。此外，更为重要的是，上述制作方法是在耐候层的一侧表面上原位生长柔性太阳能电池薄膜，这进一步省略了二者之间利用热压结合的胶层以及传统工艺中制作柔性太阳能电池薄膜的基底层，使得所形成的囊皮更轻(能够使其面密度进一步减少70?140g/m2)，能够进一步减少浮空器的载荷，提尚其在临近空间中的飞彳丁时间。
[0061 ] 实施例1
[0062]1、将36μηι厚的铜箔放在CVD炉箱内沉积石墨稀层，生长在铜箔上的石墨稀层和带有亚克力胶的热剥离型胶带粘在一起，然后用化学的方法把铜箔刻蚀掉，再将热剥离型胶带粘到ETFE树脂膜上，使石墨烯层与ETFE树脂膜接触，于100°C下加热5分钟后，热剥离型胶带脱落，形成带有石墨烯层的耐候层。
[0063]2、在上述带有石墨烯层的耐候层上形成柔性太阳能电池(柔性太阳能电池与石墨烯层相接触)，具体如下:(I)在耐候层的石墨烯层的一侧镀金属Mo层以形成底电极，具体采用磁控溅镀的方式进行；(2)采用电沉积的方法在该底电极上形成CIS前驱体，通过热处理工艺将该CIS前驱体形成为光吸收层。该电沉积法采用二电极系统，以铂网为阳极，该底电极为阴极，以氯化铜(CuCl2)、三氯化铟(InCl3)、亚砸酸(H2SeO3)的水溶液为电沉积液，电镀添加剂为柠檬酸钠，在不搅拌的情况下恒电势沉积，形成CIS前驱体。该热处理工艺为将电沉积的CIS前驱体放入管式炉中，在惰性气体如氩气(Ar)保护气氛下，以8?15°C/min的升温速度升温至430?500°C的温度范围并保温25?40分钟的时间范围，保温结束后停止加热，随炉自然慢冷;冷却到低于45?55°C的温度范围时，关闭氩气，开炉取样，得到形成于底电极上的CIS光吸收层；(3)在光吸收层上依次制备缓冲层、窗口层、透明导电层、上电极及减反射膜，从而形成柔性太阳能电池薄膜层;缓冲层的材料为CdS，窗口层的材料为本征ZnO薄膜;透明导电层的材料为氧化铟锡。最终形成预备层备用。
[0064]3、在预备层中的柔性太阳能电池一侧的表面上涂布热塑性聚氨酯胶水，固化后形成表面上具有胶膜的预备层备用。
[0065]4、将上述带有胶膜的预备层与PBO膜叠置，热压形成平流层浮空器囊皮。其中，热压温度为80 °C，压力为Impa。
[0066]所形成的平流层浮空器囊皮中，耐候层的厚度为20μπι，石墨烯层的厚度为7nm，柔性太阳能电池薄膜层的厚度为50μπι，ΡΒ0膜的厚度为200μπι，胶膜的厚度为8μπι。
[0067]对比例I
[0068]制作方法同实施例1，不同之处在于:先以PI膜为基底层，在其一侧表面上制备柔性太阳能电池，形成太阳能电池膜。再通过胶膜将耐候层、太阳能电池膜、PBO膜进行热压，形成平流层浮空器囊皮。
[0069]经测试，相较于对比例I中制得的囊皮，实施例1中制得的囊皮，其面密度减少了90g/m2，导热率提高了 2倍。
[0070]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种囊皮，其特征在于，所述囊皮包括依序相邻设置的耐候层(10)、柔性太阳能电池薄膜(20)、胶膜(30)及承力层(40)，所述柔性太阳能电池薄膜(20)为通过原位生长的方法形成于所述耐候层(10)表面。2.根据权利要求1所述的囊皮，其特征在于，所述柔性太阳能电池薄膜(20)依序包括底电极、光吸收层、缓冲层、窗口层、透明导电层、上电极及减反射膜，且所述底电极与所述耐候层(1)相接触，所述减反射膜与所述胶膜(30)相接触。3.根据权利要求1或2所述的囊皮，其特征在于，所述耐候层(10)为PET树脂层或ETFE树脂层。4.根据权利要求3所述的囊皮，其特征在于，所述胶膜(30)为热塑性聚氨酯胶膜、聚酯胶膜或EVA胶膜。5.根据权利要求4所述的囊皮，其特征在于，所述耐候层(10)和所述柔性太阳能电池薄膜(20)之间还设置有石墨烯层(50)。6.根据权利要求5所述的囊皮，其特征在于，所述石墨烯层(50)的厚度为0.35?lOOnm。7.根据权利要求1或2所述的囊皮，其特征在于，所述耐候层(10)为石墨烯改性PET树脂层或石墨烯改性ETFE树脂层。8.根据权利要求1或2所述的囊皮，其特征在于，所述胶膜(30)为石墨烯改性热塑性聚氨酯胶膜、石墨烯改性聚酯胶膜或石墨烯改性EVA胶膜。9.根据权利要求1所述的囊皮，其特征在于，所述承力层(40)为PBO织物层、芳纶纤维织物层或聚乙烯纤维织物层。10.根据权利要求9所述的囊皮，其特征在于，所述耐候层(10)的厚度为10?50μπι，和/或所述承力层(40)的厚度为80?200μπι。
【文档编号】B32B9/04GK205705550SQ201620244596
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】不公告发明人
【申请人】东莞前沿技术研究院
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