一種便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備的封裝結(jié)構(gòu)和封裝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備的封裝結(jié)構(gòu)和封裝方法，用以提高便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備的散熱性、防水性、抗老化性和持續(xù)高效的光電轉(zhuǎn)換效率等，所述便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備包括：上蓋板(薄膜)、粘接劑、柔性薄膜太陽能電池片、散熱層、背板。
【專利說明】
一種便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備的封裝結(jié)構(gòu)和封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在薄膜太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備的結(jié)構(gòu)主要包括:封裝膜(包括:上蓋板(薄膜)和背板)、粘接劑、柔性薄膜太陽能電池片、散熱膜等。
[0003]其中，便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備結(jié)構(gòu)中的封裝膜會直接影響太陽光到達(dá)柔性薄膜太陽能電池片表面的光子數(shù)。比如，上蓋板(薄膜)和粘接劑的透光率較高時，在同一太陽光下某一時刻達(dá)到柔性薄膜太陽能電池片表面的光子數(shù)就越多，因而在某一時刻柔性薄膜太陽能電池片產(chǎn)生電量就越多。
[0004]上述結(jié)構(gòu)中的封裝膜和粘接劑的防水性和抗損性會直接影響便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備的使用壽命。其中由于透明粘接劑的存在，在一體層壓的過程中可以使柔性薄膜太陽能電池片與封裝膜更牢固的粘在一起。比如:封裝膜的防水性和抗損性(抗老化和耐磨損等)和粘接劑的粘著性和抗老化性較高時，便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備的使用壽命將達(dá)到二十年以上(柔性薄膜太陽能電池片的光電轉(zhuǎn)換效率保持在5%以上)。
[0005]上述結(jié)構(gòu)中的散熱膜的散熱特性會直接影響柔性薄膜太陽能電池片持續(xù)高效率的進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。例如；當(dāng)散熱膜的散熱特性較高時，散熱膜會把柔性薄膜太陽能電池片進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的熱量以盡可能高的速率導(dǎo)出，使柔性薄膜太陽能電池片在最佳的工作溫度下持續(xù)高效率的進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，從而柔性薄膜太陽能電池片在短時間內(nèi)產(chǎn)生更多的電會K。
[0006]在上述結(jié)構(gòu)中都采用了超薄的封裝材料，經(jīng)一體層壓得到的柔性薄膜太陽能電池組件的厚度低于2mm。
[0007]在現(xiàn)有技術(shù)中，便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備所需散熱膜的散熱特性較差、制備材料的純度不高；柔性薄膜太陽能電池片的生產(chǎn)成本高和光電轉(zhuǎn)化效率較低，從而，便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備的光電轉(zhuǎn)化效率較低和高成本。目前，便攜式柔性太陽能電池充電設(shè)備的光電轉(zhuǎn)化效率還有待進(jìn)一步提高，成本也有待降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明實(shí)施例提供一種便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備的封裝結(jié)構(gòu)和封裝材料，用以提高便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備的光電轉(zhuǎn)化效率和使用壽命。
【附圖說明】
[0009]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0010]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下將結(jié)合本發(fā)明具體實(shí)施例及相應(yīng)的附圖對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0012]參見圖1，為本發(fā)明實(shí)施例提供的封裝后的便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:
[0013]背板I;
[0014]依次位于背板I上的第一粘接劑層2、導(dǎo)電天然石墨膜層3、柔性薄膜太陽能電池片(也可簡稱電池片)4、第二粘接劑層5、薄膜上蓋板6;
[0015]其中所述導(dǎo)電天然石墨膜層與所述柔性薄膜太陽能電池片貼合設(shè)置。上述的各結(jié)構(gòu)可以簡稱為各功能膜層，其中，各功能膜層疊層設(shè)置。
[0016]所述第一粘接劑層2和第二粘接劑層5分別用于上蓋板與電池片之間和導(dǎo)電天然石墨膜層與背板之間，第一粘接劑層的作用是使上蓋板與電池片在一體層壓過程中緊密的粘接在一起，并使便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備在潮濕的條件下可有效幫助上蓋板共同阻止潮濕氣體和水進(jìn)入充電設(shè)備內(nèi)部;第二粘接劑層的作用是使導(dǎo)電天然石墨膜層與背板在一體層壓過程中緊密的粘接在一起，防止導(dǎo)電天然石墨膜層與背板之間不能緊密粘接在一起產(chǎn)生一定的氣泡造成導(dǎo)電天然石墨膜層快速導(dǎo)出的熱量集聚在氣泡中影響散熱效果，也會有效幫助背板共同阻止潮濕氣體和水進(jìn)入充電設(shè)備內(nèi)部。
[0017]在本發(fā)明提供的上述實(shí)施例中，由于第一粘接劑層2和第二粘接劑層5為乙烯-醋酸乙烯共聚物制作而成的薄膜，在一定溫度下會熔化，溶化后的乙烯-醋酸乙烯共聚物具有一定的流動性，如果乙烯-醋酸乙烯共聚物制作而成的薄膜厚度過厚會使薄膜在高溫熔化后的流動性降低，使溶化后的液體分布不均勻，導(dǎo)致冷卻后的薄膜透光率降低;如果厚度過薄，會使上蓋板層與電池片層和導(dǎo)電天然石墨膜層與背板不能緊密粘接在一起，最終導(dǎo)致便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備使用壽命降低。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，乙烯-醋酸乙烯共聚物制作而成的薄膜最佳厚度范圍為0.2-0.3mm。
[0018]所述薄膜上蓋板為乙烯-四氟乙烯共聚物制作而成的薄膜，由于具有優(yōu)越的性能:卓越透光率，透光率可高達(dá)96%，經(jīng)過20年后仍能維持在91%，比玻璃的透光率還要好;極強(qiáng)耐候性，使用壽命能維持20-35年;超強(qiáng)防水率:滲濕率為5.3g/m2d;優(yōu)越的粘結(jié)性能，在濕度85%和85°C高溫條件下測試1000小時后能保持2500gf/cm。因此乙烯-四氟乙烯共聚物制作而成的薄膜應(yīng)用于便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備的上蓋板薄膜。又由于乙烯_四氟乙烯共聚物制作而成的薄膜的厚度會直接影響薄膜的透光率、防水率等，薄膜厚度過厚會導(dǎo)致透光率降低，防水率和耐候性提高;厚度過薄會導(dǎo)致透過率提高，防水率和耐候性降低。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)得到乙烯-四氟乙烯共聚物制作而成的薄膜最佳厚度范圍為0.1-0.2mm。
[0019]所述背板為聚氯乙烯制作而成的薄膜，薄膜的厚度會直接影響便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備的輕薄性和使用壽命，薄膜厚度過厚，防水率會提高，但便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備的厚度和重量會有所增加，與便攜式設(shè)計(jì)相違背;厚度過薄，防水率會降低，導(dǎo)致便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備使用壽命降低。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)得到聚氯乙烯制作而成的薄膜最佳厚度范圍為0.35-0.55_。
[0020]在本發(fā)明提供的上述實(shí)施例中，由于導(dǎo)電天然石墨膜可沿兩個方向均勻?qū)?，薄膜狀結(jié)構(gòu)可很好地適應(yīng)任何表面。天然石墨膜表面內(nèi)具有150-2000W/m-k范圍內(nèi)的超高導(dǎo)熱性能。
[0021]天然石墨材料的化學(xué)成分主要是單一的碳(C)元素，是一種自然元素礦物。薄膜高分子化合物可以通過化學(xué)方法高溫高壓下石墨化薄膜，因?yàn)樘荚仉m然是非金屬元素，但是卻有金屬材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，還具有像有機(jī)塑料一樣的可塑性，并且還有特殊的熱性能，化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)良的特性，因此，導(dǎo)電天然石墨膜可以為便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備有效散熱。導(dǎo)電天然石墨膜的厚度會直接影響石墨膜的散熱效果，導(dǎo)電天然石墨膜的厚度范圍為0.05-0.09mm，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)得到當(dāng)導(dǎo)電天然石墨膜的厚度為0.07mm時，石墨膜的散熱性等特能是最佳的。
[0022]天然導(dǎo)電石墨膜中的C元素可以通過電池片的襯底進(jìn)入電池片的光電功能層(吸收層)，進(jìn)入到光電功能層中的C元素形成正四價的碳(C+4)調(diào)節(jié)光電功能層的禁帶寬度，進(jìn)而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率，此時的C+4離子正好承擔(dān)起了傳統(tǒng)以鈉鈣玻璃為襯底的正一價的鈉離子在光電功能層的作用。
[0023]通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得到:便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備中添加天然導(dǎo)電石墨膜的峰值功率比未添加散熱膜的峰值功率提高了 2 %。
[0024]以下說明峰值功率提高了2%的機(jī)理:
[0025]在發(fā)生光伏效應(yīng)的柔性薄膜太陽能電池中，兩種極性相反的半導(dǎo)體組成了p-n結(jié)(p-n junct1n)，形成內(nèi)建電場(built-1n electric field)，驅(qū)動電子進(jìn)入電路，在電路中形成電壓和電流。由于在柔性薄膜太陽能電池中存在內(nèi)電阻R，所以柔性薄膜太陽能電池在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生熱量。
[0026]溫度對開路電壓(opencircuit voltage，Voc)、短路電流(short circuitcurrent，I sc)和峰值功率的關(guān)系:決定開路電壓大小的是半導(dǎo)體的禁帶寬度和費(fèi)米能級，由于溫度越高，其費(fèi)米能級越靠近價帶，所以溫度越高其開路電壓越小，也就是說，溫度-開路電壓二者的曲線大概是一個斜率為負(fù)值的直線，這個在太陽能組件認(rèn)證的過程中叫做檢測太陽能電池組件的電壓溫度系數(shù)。由于電壓溫度系數(shù)為210-212mv/°C，即溫度每升高I0C，柔性薄膜太陽能電池的開路電壓降低210-212mv;柔性薄膜太陽能電池的短路電流隨溫度的升高而升高；柔性薄膜太陽能電池的峰值功率隨溫度的升高而降低(直接影響到效率)，即溫度升高1°C，柔性薄膜太陽能電池的峰值功率損失率約為0.132-0.145%。
[0027]由此可見，便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)電天然石墨膜層把柔性薄膜太陽能電池運(yùn)行時產(chǎn)生的熱量快速的導(dǎo)出，可以有效降低柔性薄膜太陽能電池運(yùn)行時的溫度，因此柔性薄膜太陽能電池可以在最佳工作溫度范圍產(chǎn)生更多的電量。天然導(dǎo)電石墨膜中的C+4離子可以通過電池片的襯底進(jìn)入光電功能層調(diào)節(jié)光電功能層的禁帶寬度，進(jìn)而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0028]導(dǎo)電天然石墨膜為在柔性薄膜太陽能電池片襯底的背面通過噴墨印刷的方法和卷對卷工藝預(yù)先制備一層石墨烯材料，再把印刷有石墨烯層的電池片襯底通過特制高溫高壓的烘爐進(jìn)行烘烤，最終形成一定厚度的導(dǎo)電天然石墨膜層。其中通過改變噴墨打印設(shè)備的瞬時噴墨量、卷對卷的傳輸速率和石墨烯材料的濃度就可以改變導(dǎo)電天然石墨膜的厚度。在高溫高壓下烘烤可有助于石墨烯薄膜石墨化和成型，且在一定程度的彎曲下不容易膜層斷裂。最后用制備有導(dǎo)電天然石墨膜襯底的正面制備柔性薄膜太陽能電池。
[0029]上述制備導(dǎo)電天然石墨膜的石墨烯的制備要經(jīng)歷兩個過程，第一個過程是，先由原材料325目天然鱗片石墨制備氧化石墨烯;第二個過程是，利用氧化石墨烯通過還原法得到石墨烯。具體操作如下所示:
[0030](I)氧化石墨烯的制備:在冰浴條件下，將硝酸鈉加入98%濃硫酸中，勻速攪拌15min，325目天然鱗片石墨和高錳酸鉀緩慢加入上述溶液中，并升溫至35 °C，勻速攪拌Ih，逐滴加入蒸餾水，反應(yīng)30min，將溫度升至95 °C再反應(yīng)30min，自然冷卻后加入30 %雙氧水，溶液呈金黃色。依次用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的鹽酸、蒸餾水進(jìn)行離心洗滌，直至上清液PH值接近中性，將沉淀裝入透析袋中，浸入蒸餾水透析5-7天，直至用lmol/L氯化鋇溶液檢測蒸餾水中無硫酸根離子為止。將氧化石墨中加入適量蒸餾水超聲剝離2h，所得溶液冷凍干燥，即得到金黃色絮狀氧化石墨烯粉末。
[0031](2)氧化石墨烯還原制備石墨烯:將氧化石墨分散于水溶液中，得到棕黃色的懸浮液，再超聲分散lh，得到穩(wěn)定的分散液。然后移入燒瓶中，升溫至80°C，滴加水合肼，反應(yīng)24h后過濾，將得到的產(chǎn)物依次用甲醇和蒸餾水沖洗3-5次，得到不同溶度的石墨烯溶液。
[0032]所述的便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備的制造方法將待層壓的柔性薄膜太陽能電池設(shè)備放置于層壓機(jī)中，通過數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)，對層壓機(jī)下腔的加熱板進(jìn)行加熱，加熱溫度為140-160°C，使乙烯-醋酸乙烯共聚物粘接劑熔化;隨后對層壓機(jī)的上腔和下腔抽真空處理，抽真空4-6分鐘，把待層壓的組件中層與層之間的空氣抽掉，防止在加熱加壓的過程中層與層之間產(chǎn)生氣泡，影響充電設(shè)備的性能;再向?qū)訅簷C(jī)上腔補(bǔ)充氣體，由于壓力會直接影響乙烯-醋酸乙烯共聚物加熱溶化后的流動性，通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)上下腔之間有10倍的壓強(qiáng)差時乙烯-醋酸乙烯共聚物加熱溶化后的流動性和粘接性最佳，并維持9-15分鐘，使各層之間在粘接劑的作用下形成一個整體;最后對上腔抽氣和下腔充氣，使上下腔體壓強(qiáng)平衡，待冷卻到一定溫度后取出層壓完成的柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備。
[0033]本申請實(shí)施例提供的一種便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備，由于采用了一種新型封裝結(jié)構(gòu)，其可以大大提高便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備的散熱性、防水性、抗老化性和持續(xù)高效的光電轉(zhuǎn)換效率，采用輕薄的封裝材料也為攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備的隨身攜帶提供了可能。
[0034]以上僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備包括: 背板，依次設(shè)置在所述背板上疊層設(shè)置的第一粘接劑層、導(dǎo)電天然石墨膜層，柔性薄膜太陽能電池片，以及第二粘接劑層，上蓋板； 其中所述導(dǎo)電天然石墨膜層與所述柔性薄膜太陽能電池片貼合設(shè)置。2.如權(quán)利要求1所述的便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)電天然石墨膜層為在柔性薄膜太陽能電池片襯底的背面通過噴墨印刷的方法和卷對卷工藝預(yù)先制備一層石墨烯材料，再經(jīng)高溫高壓制得的薄膜。3.如權(quán)利要求1或2所述的便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)電天然石墨膜層的厚度范圍為0.05?0.09mm。4.如權(quán)利要求3所述的便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)電天然石墨膜層的厚度為0.07mm。5.如權(quán)利要求1所述的便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備，其特征在于，所述上蓋板為乙烯-四氟乙烯共聚物制作而成的薄膜層。6.如權(quán)利要求5所述的便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備，其特征在于，所述乙烯-四氟乙烯共聚物制作而成的薄膜層的厚度范圍為0.1-0.2_。7.如權(quán)利要求1所述的便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備，其特征在于，所述第一粘接劑和第二粘接劑為乙烯-醋酸乙烯共聚物制作而成的膜層。8.如權(quán)利要求7所述的便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備，其特征在于，所述第一粘接劑和第二粘接劑的厚度相同，所述第一粘接劑和第二粘接劑的厚度范圍均為0.2-0.3mm。9.如權(quán)利要求1所述的便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備，其特征在于，所述背板為聚氯乙稀制作而成的膜層，所述背板厚度范圍為0.35-0.55mm。10.—種便攜式柔性薄膜太陽能電池充電設(shè)備的制造方法，其特征在于，運(yùn)用全自動層壓機(jī)對柔性薄膜太陽能電池組件進(jìn)行一體層壓，使各個單獨(dú)的薄膜層形成一個整體。 封裝層壓工藝參數(shù):溫度140-1600C ；抽真空4-6分鐘;加壓9-15分鐘。
【文檔編號】H01L31/046GK106024940SQ201610413871
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】紀(jì)保同, 高志翔, 李懷繁, 屈文山, 李萌, 李娜, 鄭琦琦, 李文宇
【申請人】紀(jì)保同