CN117174773A - 柔性cigs太阳能电池封装结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性CIGS太阳能电池封装结构及其制备方法，一种柔性CIGS太阳能电池封装结构，包括：从下向上依次排布的柔性底板层、第一胶膜层、柔性CIGS电池片、第二胶膜层、阻水封装层和伪装层；柔性底板层、第一胶膜层、柔性CIGS电池片、第二胶膜层、阻水封装层和伪装层通过层压的方式加工为一个整体；伪装层的下表面设有粘连材料；伪装层为带孔的面料。本发明的有益效果是：伪装层的设置，其镂空的部分完全透过太阳光给太阳能电池发电，而未镂空部分可以吸收或反射可见光，有效降低光给太阳能电池与外界环境造成颜色和温度差异问题，从而提升太阳能电池的可见光伪装性能。兼顾太阳能电池发电性能的情况下实现可见光伪装。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，具体而言涉及一种柔性CIGS太阳能电池封装结构及其制备方法。
背景技术
随着世界工业的发展，石油、天然气、煤炭等能源在一天天的枯竭，人类对新能源的不断探索，使得太阳能光伏组件利用技术得到了很大的发展。并且在意识到能源效率与提升部队效能之间的相关性后，提高能源效率和减少传统燃料应用，向可再生能源转型以逐步摆脱对传统能源和不可再生能源尤其是化石燃料的依赖成为各国军队考虑的重要问题。然而目前传统太阳能发电***主要存在以下问题：一是太阳能电池板均为刚性材料，受到外力冲击时极易开裂，不仅会导致发电***功能的伤失，还有可能因在高温下运行形成破坏性热点而发生安全事故；二是刚性太阳能电池板由于其固定的层压结构，颜色单一且容易强烈反射可见光、近红外和雷达波，使目标非常容易暴露，从而限制了它在军事上的应用。前期研究中，也有尝试使用彩色的封装胶膜来层压刚性太阳能组件，但由于胶膜的颜色是通过所添加材料的光吸收产生的，会造成太阳光的浪费；同时也有尝试在玻璃上镀由多层介电材料形成的彩色薄膜可以满足要求，但是这种方式需要通过磁控溅射工艺逐层镀膜，生产工艺比较复杂，成本高且通常只能形成单一颜色，难以形成丰富的图案。
发明内容
本发明目的在于针对现有的太阳能电池的不足，提出一种柔性CIGS太阳能电池封装结构及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种柔性CIGS太阳能电池封装结构，包括：从下向上依次排布的柔性底板层、第一胶膜层、柔性CIGS电池片、第二胶膜层、阻水封装层和伪装层；
柔性底板层、第一胶膜层、柔性CIGS电池片、第二胶膜层、阻水封装层和伪装层通过层压的方式加工为一个整体；伪装层的下表面设有粘连材料；伪装层为带孔的面料。
作为本发明进一步的方案：孔的孔径为2～10mm；孔的孔间距为2～5mm；伪装层的厚度为100～400nm。
作为本发明进一步的方案：伪装层遮盖柔性CIGS电池片的电池片主栅线。
作为本发明进一步的方案：伪装层的材质为涤纶或牛津布材料。
作为本发明进一步的方案：阻水封装层采用PET材料或PEN材料为基底，表面镀单层或多层无机薄膜材料形成阻水膜，阻水膜的表面复合氟化物高分子材料。
作为本发明进一步的方案：第一胶膜层和第二胶膜层的材质为热塑性胶膜；热塑性胶膜选自聚乙烯醇缩丁醛胶膜、聚酰胺胶膜和聚氨酯胶膜中的任一种。
作为本发明进一步的方案：第一胶膜层和第二胶膜层的材质为热固性胶膜；热固性胶膜为乙烯-醋酸乙烯共聚物胶膜。
作为本发明进一步的方案：伪装层的外周延伸超出柔性CIGS电池片的尺寸为15～20mm。
一种上述柔性CIGS太阳能电池封装结构的制备方法，包括以下步骤：
在层压机中，在柔性底板层上设置第一胶膜层，在第一胶膜层上放置柔性CIGS电池片，在柔性CIGS电池片上设置第二胶膜层，在第二胶膜层上放置阻水封装层，阻水封装层上放置伪装层，通过层压机将柔性底板层、第一胶膜层、柔性CIGS电池片、第二胶膜层、阻水封装层和伪装层制备为一个整体获得柔性CIGS太阳能电池封装结构。
作为本发明进一步的方案：柔性底板层、第一胶膜层、柔性CIGS电池片、第二胶膜层、阻水封装层和伪装层在层压机中抽真空的压力为-100～-10kPa，并且在60～180℃的条件下热压30～120分钟，进而获得柔性CIGS太阳能电池封装结构。
作为本发明进一步的方案：伪装层上的孔预先通过激光裁剪机加工而成；激光裁剪机工艺参数为激光功率10～100W，激光加工速度为0～10000mm/s；激光加工平台平整度≯3mm。
作为本发明进一步的方案：柔性CIGS电池片的材料为生长在不锈钢基底上的铜铟镓硒。
作为本发明进一步的方案：柔性底板层的材料为带高阻水涂层柔性薄膜背板或布料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：伪装层的设置，其镂空的部分完全透过太阳光给太阳能电池发电，而未镂空部分可以反射或吸收可见光，有效降低光给太阳能电池与外界环境造成颜色和温度差异问题，从而提升太阳能电池的可见光伪装性能。兼顾太阳能电池发电性能的情况下实现可见光伪装。
本发明的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。
附图说明
图1是作为对比例的不含伪装层的柔性CIGS太阳能电池封装结构的示意图；
图2是本发明的柔性CIGS太阳能电池封装结构的结构示意图。
附图标记清单：柔性底板层1，第一胶膜层2，柔性CIGS电池片3，第二胶膜层4，阻水封装层5，伪装层6。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
如图2所示，一种柔性CIGS太阳能电池封装结构，包括：从下向上依次排布的柔性底板层1、第一胶膜层2、柔性CIGS电池片3、第二胶膜层4、阻水封装层5和伪装层6。
柔性底板层1、第一胶膜层2、柔性CIGS电池片3、第二胶膜层4、阻水封装层5和伪装层6通过层压的方式加工为一个整体。伪装层6为带孔的面料。具体而言，伪装层6的材质为涤纶或牛津布材料。伪装层6的厚度为100～400nm。伪装层6的下表面设有粘连材料。粘连材料可以采用聚酯或聚氨酯类粘连材料。即伪装层6朝向阻水封装层5的一侧设有粘连材料。孔的孔径为2～10mm。孔的孔间距为2～5mm。伪装层6的孔径及孔间距的不同会直接影响柔性CIGS太阳能电池封装结构的光伏转化效率及可见光伪装性能。采用上述的孔径和圆孔可以实现较好的光伏转化效率及可见光伪装性能。作为具体的实施方式，伪装成可以设置为均匀规则形状。可以设置为圆孔、正方形，菱形等或其他不规则形状。
伪装层6的可见光颜色为符合GJB的绿色系(深绿DG0730、中绿MG1151、黄绿1560)或土色系(褐土BE1732、黄土2344、沙土2635、沙土3948)。
伪装层6遮盖柔性CIGS电池片3的电池片主栅线。由于电池片主栅线反光严重，为使表面可见光亮度减弱，特将伪装层设计为遮住电池片主栅线且两主栅线之间均匀圆孔的结构以提高柔性CIGS太阳能电池封装结构的伪装性能。电池片主栅线靠近边缘未形成完整规则形状如圆孔、正方形、菱形等部分与栅线采用结合方式形成新的不规则形状。
阻水封装层5采用PET材料或PEN材料为基底，表面镀单层或多层无机薄膜材料如SiOx、SiNx等形成阻水膜，阻水膜的表面复合氟化物高分子材料如ETFE、PVDF等。
作为一种具体的实施方式，第一胶膜层2和第二胶膜层4的材质为热固性胶膜。热固性胶膜为乙烯-醋酸乙烯共聚物胶膜。作为一种可选的实施方式，第一胶膜层2和第二胶膜层4的材质为热塑性胶膜。热塑性胶膜选自聚乙烯醇缩丁醛胶膜、聚酰胺胶膜和聚氨酯胶膜中的任一种。
柔性CIGS电池片3的材质为为生长在不锈钢基底上的铜铟镓硒。柔性CIGS太阳能电池封装结构可360度卷挠。柔性底板层的材料为带高阻水涂层柔性薄膜背板或布料。
作为一种优选的实施方式，伪装层6的外周延伸超出柔性CIGS电池片3的尺寸为15～20mm。伪装层6的四周附有胶膜。胶膜的材质与第一胶膜层2和第二胶膜层4的材质可以设置为相同。伪装层6的整体尺寸比柔性CIGS电池片3的尺寸稍大，从而解决伪装层6溢胶导致颜色失真问题。
作为一种优选的实施方式，一种柔性CIGS太阳能电池封装结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，采用激光裁剪机在布料上裁剪加工圆孔获得伪装层6。
步骤2，在层压机中，在柔性底板层1上设置第一胶膜层2，在第一胶膜层2上放置柔性CIGS电池片3，在柔性CIGS电池片3上设置第二胶膜层4，在第二胶膜层4上放置阻水封装层5，在阻水封装层5上设置伪装层6，通过层压机将柔性底板层1、第一胶膜层2、柔性CIGS电池片3、第二胶膜层4、阻水封装层5和伪装层6制备为一个整体获得柔性CIGS太阳能电池封装结构。
作为一种具体的实施方式，柔性底板层1、第一胶膜层2、柔性CIGS电池片3、第二胶膜层4、阻水封装层5和伪装层6在层压机中抽真空的压力为-100～-10kPa，并且在60～180℃的条件下热压30～120分钟，进而获得柔性CIGS太阳能电池封装结构。
为解决开孔精度及边缘焦化问题，激光裁剪机工艺参数为激光功率10～100W，激光加工速度为0～10000mm/s；为解决伪装层面料形变问题，激光加工平台平整度≯3mm；激光处理好的面料清除表面多余的部分备用。
制备前，裁剪少量不同材质的布料，将同材质的两块布料(中间胶膜)，使用层压机低温层压制样，观察样品是否溢胶；并使用拉力测试仪测试样品的拉力，防止日后使用过程中出现分层情况，即根据要求准备要测试的样品，并且用配备的夹具把样品夹好，设定测试方法，拉伸速度为50mm/min，观察测试过程样品的变化，待样品出现相互分离时，记录此时的拉力。
对比例1：参考图1，柔性CIGS太阳能电池封装结构不设置伪装层。即从下向上依次排布的柔性底板层、第一胶膜层、柔性CIGS电池片、第二胶膜层和阻水封装层。第一胶膜层和第二胶膜层的材质为乙烯-醋酸乙烯共聚物。
对比例1的制备过程为：在层压机中，在柔性底板层1上设置第一胶膜层2，在第一胶膜层2上放置柔性CIGS电池片3，在柔性CIGS电池片3上设置第二胶膜层4，在第二胶膜层4上放置阻水封装层5，抽真空至压力为-30kPa，并且在140℃的条件下热压1h，进而获得柔性CIGS太阳能电池封装结构。
实施例1：参考图2，柔性CIGS太阳能电池封装结构从下向上依次排布的柔性底板层1、第一胶膜层2、柔性CIGS电池片3、第二胶膜层4、阻水封装层5和伪装层6。第一胶膜层和第二胶膜层的材质为乙烯-醋酸乙烯共聚物。实施例1的制备过程为：用激光裁剪机裁剪布料，该实施例中布料的孔径为8mm，孔间距为2mm，布料颜色为深绿色(DG0730)；在层压机中，在柔性底板层1上设置第一胶膜层2，在第一胶膜层2上放置柔性CIGS电池片3，在柔性CIGS电池片3上设置第二胶膜层4，在第二胶膜层4上放置阻水封装层5，在阻水封装层5上放置伪装层6，抽真空至压力为-30kPa，并且在140℃的条件下热压1h，进而获得柔性CIGS太阳能电池封装结构。
实施例2：参考图2，柔性CIGS太阳能电池封装结构从下向上依次排布的柔性底板层1、第一胶膜层2、柔性CIGS电池片3、第二胶膜层4、阻水封装层5和伪装层6。第一胶膜层和第二胶膜层的材质为乙烯-醋酸乙烯共聚物。实施例2的制备过程为：用激光裁剪机裁剪布料，该实施例中布料的孔径为8mm，孔间距为2mm，布料颜色为黄绿色(YG1560)；在层压机中，在柔性底板层1上设置第一胶膜层2，在第一胶膜层2上放置柔性CIGS电池片3，在柔性CIGS电池片3上设置第二胶膜层4，在第二胶膜层4上放置阻水封装层5，在阻水封装层5上放置伪装层6，抽真空至压力为-30kPa，并且在140℃的条件下热压1h，进而获得柔性CIGS太阳能电池封装结构。
实施例3：参考图2，柔性CIGS太阳能电池封装结构从下向上依次排布的柔性底板层1、第一胶膜层2、柔性CIGS电池片3、第二胶膜层4、阻水封装层5和伪装层6。第一胶膜层和第二胶膜层的材质为乙烯-醋酸乙烯共聚物。实施例3的制备过程为：用激光裁剪机裁剪布料，该实施例中布料的孔径为8mm，孔间距为2mm，布料颜色为黄土色(YE2344)；在层压机中，在柔性底板层1上设置第一胶膜层2，在第一胶膜层2上放置柔性CIGS电池片3，在柔性CIGS电池片3上设置第二胶膜层4，在第二胶膜层4上放置阻水封装层5，在阻水封装层5上放置伪装层6，抽真空至压力为-30kPa，并且在140℃的条件下热压1h，进而获得柔性CIGS太阳能电池封装结构。
实施例4：参考图2，柔性CIGS太阳能电池封装结构从下向上依次排布的柔性底板层1、第一胶膜层2、柔性CIGS电池片3、第二胶膜层4、阻水封装层5和伪装层6。第一胶膜层和第二胶膜层的材质为乙烯-醋酸乙烯共聚物。实施例4的制备过程为：用激光裁剪机裁剪布料，该实施例中布料的孔径为8mm，孔间距为2mm，布料颜色为沙土色(SE3948)；在层压机中，在柔性底板层1上设置第一胶膜层2，在第一胶膜层2上放置柔性CIGS电池片3，在柔性CIGS电池片3上设置第二胶膜层4，在第二胶膜层4上放置阻水封装层5，在阻水封装层5上放置伪装层6，抽真空至压力为-30kPa，并且在140℃的条件下热压1h，进而获得柔性CIGS太阳能电池封装结构。
实施例5：参考图2，柔性CIGS太阳能电池封装结构从下向上依次排布的柔性底板层1、第一胶膜层2、柔性CIGS电池片3、第二胶膜层4、阻水封装层5和伪装层6。第一胶膜层和第二胶膜层的材质为乙烯-醋酸乙烯共聚物。实施例5的制备过程为：用激光裁剪机裁剪布料，该实施例中布料的孔径为8mm，孔间距为2mm，布料颜色为三色迷彩(深绿、黄绿、沙土)，迷彩斑点为大斑点；在层压机中，在柔性底板层1上设置第一胶膜层2，在第一胶膜层2上放置柔性CIGS电池片3，在柔性CIGS电池片3上设置第二胶膜层4，在第二胶膜层4上放置阻水封装层5，在阻水封装层5上放置伪装层6，抽真空至压力为-30kPa，并且在140℃的条件下热压1h，进而获得柔性CIGS太阳能电池封装结构。
实施例6：参考图2，柔性CIGS太阳能电池封装结构从下向上依次排布的柔性底板层1、第一胶膜层2、柔性CIGS电池片3、第二胶膜层4、阻水封装层5和伪装层6。第一胶膜层和第二胶膜层的材质为乙烯-醋酸乙烯共聚物。实施例6的制备过程为：用激光裁剪机裁剪布料，该实施例中布料的孔径为8mm，孔间距为4mm，布料颜色为三色迷彩(深绿、黄绿、沙土)，迷彩斑点为大斑点；在层压机中，在柔性底板层1上设置第一胶膜层2，在第一胶膜层2上放置柔性CIGS电池片3，在柔性CIGS电池片3上设置第二胶膜层4，在第二胶膜层4上放置阻水封装层5，在阻水封装层5上放置伪装层6，抽真空至压力为-30kPa，并且在140℃的条件下热压1h，进而获得柔性CIGS太阳能电池封装结构。
实施例1至6的结构相同。实施例1至5的不同在于伪装层颜色的不同。而实施例6与实施例5的不同在于孔间距的不同。
表1为柔性CIGS太阳能电池封装结构的电池性能表。
经过测试本发明的实施例1至6的柔性CIGS太阳能电池封装结构的色度、光泽度及可见光亮度对比符合军用要求且太阳能电池光电转化效率降低在允许的范围以内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种柔性CIGS太阳能电池封装结构，其特征在于，包括：从下向上依次排布的柔性底板层、第一胶膜层、柔性CIGS电池片、第二胶膜层、阻水封装层和伪装层；
所述柔性底板层、所述第一胶膜层、所述柔性CIGS电池片、所述第二胶膜层、所述阻水封装层和所述伪装层通过层压的方式加工为一个整体；所述伪装层的下表面设有粘连材料；所述伪装层为带孔的面料。
2.根据权利要求1所述的柔性CIGS太阳能电池封装结构，其特征在于，
所述孔的孔径为2～10mm；所述孔的孔间距为2～5mm；所述伪装层的厚度为100～400nm。
3.根据权利要求1所述的柔性CIGS太阳能电池封装结构，其特征在于，
所述伪装层的材质为涤纶或牛津布材料。
4.根据权利要求1所述的柔性CIGS太阳能电池封装结构，其特征在于，
所述阻水封装层采用PET材料或PEN材料为基底，表面镀单层或多层无机薄膜材料形成阻水膜，阻水膜的表面复合氟化物高分子材料。
5.根据权利要求1所述的柔性CIGS太阳能电池封装结构，其特征在于，
所述第一胶膜层和所述第二胶膜层的材质为热塑性胶膜；所述热塑性胶膜选自聚乙烯醇缩丁醛胶膜、聚酰胺胶膜和聚氨酯胶膜中的任一种。
6.根据权利要求1所述的柔性CIGS太阳能电池封装结构，其特征在于，
所述第一胶膜层和所述第二胶膜层的材质为热固性胶膜；所述热固性胶膜为乙烯-醋酸乙烯共聚物胶膜。
7.根据权利要求1所述的柔性CIGS太阳能电池封装结构，其特征在于，
所述伪装层的外周延伸超出所述柔性CIGS电池片的尺寸为15～20mm。
8.一种权利要求1至7任意一项所述的柔性CIGS太阳能电池封装结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在层压机中，在所述柔性底板层上设置所述第一胶膜层，在所述第一胶膜层上放置所述柔性CIGS电池片，在所述柔性CIGS电池片上设置所述第二胶膜层，在所述第二胶膜层上放置所述阻水封装层，所述阻水封装层上放置所述伪装层，通过所述层压机将所述柔性底板层、所述第一胶膜层、所述柔性CIGS电池片、所述第二胶膜层、所述阻水封装层和所述伪装层制备为一个整体获得所述柔性CIGS太阳能电池封装结构。
9.根据权利要求8所述的柔性CIGS太阳能电池封装结构的制备方法，其特征在于，
所述柔性底板层、所述第一胶膜层、所述柔性CIGS电池片、所述第二胶膜层、所述阻水封装层和所述伪装层在层压机中抽真空的压力为-100～-10kPa，并且在60～180℃的条件下热压30分钟-120分钟，进而获得所述柔性CIGS太阳能电池封装结构。
10.根据权利要求8所述的柔性CIGS太阳能电池封装结构的制备方法，其特征在于，
所述伪装层上的孔预先通过激光裁剪机加工而成；所述激光裁剪机工艺参数为激光功率10～100W，激光加工速度为0～10000mm/s；激光加工平台平整度≯3mm。
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