光伏组件用光转向膜的探究

光伏组件用光转向膜的探究

谢高翔

浙江京华激光科技股份有限公司 浙江绍兴 312300

摘要：光伏组件作为光电转化系统的重要部件，其对太阳能的吸收能力直接影响着转化效率，因此，本文针对光伏组件非电池片区域无法吸收太阳能的问题，提出了一种光转向膜及其生产工艺，可有效利用电池片间隙和空白区域的太阳光。

关键词：电池片、光伏组件、光转向膜、反光层

随着全球人口的增加和对当今主流的不可再生的化石燃料的依赖与大量消耗，不仅给全球带来能源耗尽的忧虑，也带来环境污染的担心，同时迫切需求开发绿色环保的新型可再生能源。太阳能作为一种绿色环保的可再生能源，已被越来越广泛地应用。如今，基于光生伏特原理，利用太阳光产生动力的单晶硅、多晶硅光伏电池组件已非常成熟。目前常规的光伏组件，由下往上依次由背板、封装胶层、电池片阵列、封装胶层和前板等组成。一般在光伏组件纵向方向上，电池片阵列的电池片之间通过镀锡铜带焊接串联实现电流导通以达到组件功率输出的目的。

1、目的

常规电池片表面覆有2-4条2mm左右宽的焊带，约占电池面积的3-4%，此外，电池片之间也存在一定间隙（一般横向间距约为2-3mm，纵向间距大约3-5mm），而单晶硅电池片的4个角存在斜边，4个电池片中间会形成一个近似八边形空白区域，上述间隙和空白区域大约占整个组件阵列的3-5%左右。目前虽然有很多光伏组件厂家会通过在焊带上贴反光条以弥补该这阴影部分面积，但如何有效利用电池片间隙和空白区域的太阳光一直都在探索中。

2、光转向膜生产工艺

步骤1：在基材层表面进行电晕处理，使其表面张力达到50达因以上。

步骤2：在电晕处理后的基材层上涂布附着力促进剂，以进一步提高紫外光固化胶与基材层的附着力。附着力促进剂为双组份溶剂型丙烯酸类材料，涂布工作环境温度为26-30℃，湿度为40-70%RH，涂布机速45-55m/min，烘道温度分别为80℃-125℃-150℃-155℃-110℃，涂布时严格控制基材层表面涂布均匀性，基材层表面划丝、溅料、发白等缺陷。

步骤3：将涂布附着力促进剂后的基材层经过72小时以上高温熟化处理，以使涂料主剂和固化剂在一定时间内充分反应交联，达到最佳复合强度，高温熟化温度为40-50℃。

步骤4：根据光伏组件非电池片区域的形状、尺寸，采用UV拼版工艺，制作光转向膜微结构母版。

步骤5：将上述制作好的光转向膜微结构母版包覆在UV模压设备成型版轮上，包覆时根据版轮直径裁切母版周长，严格控制包覆后的版缝，一般控制版缝宽度在0.2-0.5mm以内。在基材层的附着力促进剂涂布面旋涂或滴涂紫外光固化（UV）胶，胶水材料为丙烯酸类，硬度、耐候性、延展性良好。涂布机速为10-20m/min，胶水温度为40-60℃，紫外光固化（UV）灯组为2组，紫外灯为汞灯或金属卤素灯，其固化功率密度为80-200w/cm，成型版轮模压压力为1.5-5kg/c㎡ ，模压半成品微结构层应与基材层结合牢度好。通过光转向膜微结构母版对紫外光固化胶进行模压，固化后在基材层上形成微结构。

步骤6：将上述基材层的微结构面进行电晕处理以进一步提高其表面张力。

步骤7：在基材层微结构面上的各个微结构上真空蒸镀反光层。真空蒸镀反光层材料为铝，厚度为380Å至600Å，铝纯度大于99.9%，蒸镀室真空度达到1×10 -2 至1×10 -3 Pa，镀铝送丝速度为0.4-0.8m/min，镀铝速度为300-400m/min。镀铝过程严格控制铝层厚度均匀性，避免镀铝透光点，表面划伤等缺陷。

步骤8：经过步骤7真空蒸镀高纯度反光层后基材层的非微结构面涂布乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）类热熔型胶水。热熔型胶水具有良好耐候性、不导电性。

步骤9：最后根据产品应用对象，可以对应于光伏组件尺寸横切或分切成合适的尺寸，同时裁剪掉与电池片对应区域的基材层，即基材层与光伏组件电池片相对应的区域为镂空结构，裁剪得到的光转向膜可以覆盖在非电池片的空白区域。

3、结构介绍

经过光转向膜生产工艺得到的光转向膜，应用在光伏组件中，光伏组件包括依次叠加的背板、第一封装胶层、光转向膜、电池片阵列、第二封装胶层和前板。光转向膜包括基材层，设置在基材层上的微结构层，以及覆盖在微结构层上的反光层，反光层分布在电池片阵列的各电池片间隙，以及电池片与光伏组件边框之间的间隙内。光转向膜设置在电池片阵列底部，反光层填充覆盖在光伏组件的所有间隙处，最大化提高光转化效率。为保证反光层的反光效率，反光层顶部一般与电池片的上表面齐平。因此，基材层与电池片相对应的区域为镂空结构，通过镂空设计，可以减少反光层与电池片之间的高度差。

微结构层包括若干条横向和纵向设置的微结构条，微结构条为锯齿状，包括若干个相互连贯的微结构，微结构具有包括2个侧面的横截面，反光层覆盖在微结构的侧面上。其中，位于各电池片之间的微结构条中的微结构横截面一般为等边三角形，两个侧面与底面的夹角α为60°。位于电池片与光伏组件边框之间的微结构条中的微结构横截面为直角三角，斜面面向电池片，斜面与底面的夹角β=60°。通过斜面可以将尽量多的光线反射给对应的电池片，增加电池片的光转换效率。

4、总结

采用本文介绍的生产工艺采用UV拼版、包覆版辊的方式克服了机械机密雕刻版辊高成本的缺陷，且该方式组版方式灵活多变，更有利于对应不同的光伏组件制造不同的光转向膜母版，更适用于工业应用。采用紫外光固化模压技术，模压固化温度低，成型压力小，反向微结构成型后参数、质量稳定，紫外光固化胶耐物理化学性能，耐候性能优良，更有利于光伏组件的应用。该工艺生产的光转向膜可以有效解决光伏组件非电池片区域（包括空白区域和电池片焊带区域）的光利用问题。

参考文献

[1] 李忠良,张启,高慧芳,吴金华,洪乙又,王绪丰.控制光线角度的光学膜表面微结构设计[J].光电子技术,2017.

[2] 贾积凯, 新型反光贴膜高效太阳能组件技术研发. 青海省,青海聚能电力有限公司,2017.