雙層鍍膜光伏玻璃對雙玻組件性能的影響

光伏組件主要由太陽電池、涂錫銅帶、光伏玻璃、EVA膠膜、背板、鋁邊框、硅膠、接線盒這8部分構(gòu)成。其中，光伏玻璃作為光伏組件主要材料中成本占比較高的物料，其在技術(shù)上的提升已迫在眉睫。光伏玻璃的主要成分為SiO2，與普通建筑玻璃相比，其具有“超白”“高透”的特點。而光伏玻璃的透光率會直接影響光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率。目前，普通光伏玻璃的透光率約為91%，而利用光的干涉原理在光伏玻璃上制備一層厚度約為120nm的多孔SiO2減反射膜(即單層鍍膜)后，光伏玻璃的透光率可以達(dá)到93%左右。由于太陽電池的光譜響應(yīng)范圍為380~1100nm，單層鍍膜的光伏玻璃只能降低某一波長附近的反射率，因此并不能提高其在整個波段的透光率。針對此問題，研究人員對不同材質(zhì)的雙層及多層鍍膜光伏玻璃進(jìn)行了研究，但由于研究所用的實驗設(shè)備的精度較高且價格昂貴，因此該研究結(jié)果無法滿足大批量生產(chǎn)的需求。

光伏組件輸出功率對比實驗

01實驗結(jié)果分析

2種雙玻單晶硅光伏組件的電性能測試結(jié)果如表1所示。表12種雙玻單晶硅光伏組件的電性能參數(shù)對比從表1的測試結(jié)果可以看出：針對同種版型的雙玻單晶硅光伏組件，在測試機(jī)臺及光伏組件其他主要材料一致，且分別配置同一廠家生產(chǎn)的雙層鍍膜光伏玻璃與單層鍍膜光伏玻璃的前提下，雙層鍍膜玻璃光伏組件的最大輸出功率比單層鍍膜玻璃光伏組件的最大輸出功率高3.32W，短路電流提升了0.08A。

雙層鍍膜光伏玻璃的增效分析及其工藝流程

01玻璃透光率對光伏組件光電轉(zhuǎn)換效率的影響

太陽電池的工作原理主要是通過光生伏特效應(yīng)實現(xiàn)發(fā)電。當(dāng)太陽光照射太陽電池時，入射光的能量超過單晶硅半導(dǎo)體的禁帶寬度，在p-n結(jié)處就會產(chǎn)生電子-空穴對，若這些電子-空穴對未復(fù)合，就會在內(nèi)電場的影響下進(jìn)行移動，從而產(chǎn)生電流。光伏組件的短路電流可以通過光伏組件的短路電流密度乘以太陽電池的面積計算得到，而玻璃的透光率會直接影響光伏組件的短路電流密度，最終會影響光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率。使用透光率測試儀，對某廠家生產(chǎn)的單層鍍膜光伏玻璃和雙層鍍膜光伏玻璃的透光率分別進(jìn)行測試，并與所采用的單晶硅太陽電池的量子效率曲線進(jìn)行對比。不同波長下2種鍍膜光伏玻璃的透光率和單晶硅太陽電池的量子效率曲線如圖1所示。圖1不同波長下2種鍍膜光伏玻璃的透光率和單晶硅太陽電池的量子效率曲線從圖1可以看出：單晶硅太陽電池在380~1030nm區(qū)間的量子效率可達(dá)到90%以上，因此單晶硅太陽電池在此波段的光電轉(zhuǎn)換效率較高。而與單層鍍膜光伏玻璃相比，雙層鍍膜光伏玻璃在800～1030nm長波段的透光率較高(該波段二者差異更明顯)，從而可使長波段的太陽光盡可能到達(dá)單晶硅太陽電池表面，提高單晶硅光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率。

02雙層鍍膜光伏玻璃的透光率特性

光在不同介質(zhì)中傳播時會發(fā)生折射與反射，其反射率R可表示為：式中：n1、n2分別為光在2種不同介質(zhì)中的折射率，當(dāng)這2種介質(zhì)的折射率相近時，光的反射率就會減小。雙層鍍膜光伏玻璃的入射光線路線示意圖如圖2所示。圖2

雙層鍍膜光伏玻璃的入射光線路線示意圖圖中：n1為第1層膜的折射率；n2為第2層膜的折射率；n3為玻璃原片的折射率；R01為第1層膜與空氣之間的反射率；R12為指第2層膜與第1層膜之間的反射率；R23為指玻璃原片與第2層膜之間的反射率。對于整個雙層鍍膜光伏玻璃的反射率Rs，各參數(shù)之間存在以下關(guān)系：從式(2)可以看出：可通過調(diào)整每層膜層的反射率來獲得雙層鍍膜光伏玻璃的最小反射率，即調(diào)整每層膜層的折射率。然而，膜層的折射率除了會影響雙層鍍膜光伏玻璃的反射率以外，根據(jù)有效介質(zhì)理論，某一膜層的折射率還與該膜層的孔隙率p存在以下關(guān)系：式中：n為完全無孔材質(zhì)的折射率；np為添加孔隙后減反射膜的折射率。從式(3)可以看出：膜層的孔隙率越大，該膜層的折射率越小。而膜層的孔隙率大小與其機(jī)械強(qiáng)度密切相關(guān)，膜層的孔隙率越小，其機(jī)械強(qiáng)度越大。因此，在選取膜層的折射率時，除了要考慮雙層鍍膜光伏玻璃的透光率之外，還需要考慮膜層的機(jī)械強(qiáng)度。

03雙層鍍膜光伏玻璃的工藝流程

雙層鍍膜光伏玻璃是利用光的干涉原理在玻璃原片上鍍制雙層減反射膜，其已成為光伏組件減反增效的主要手段。與目前批量使用的單層鍍膜光伏玻璃相同，雙層鍍膜光伏玻璃也需要采用輥涂法進(jìn)行批量生產(chǎn)，該方法的主要原理是采用溶膠-凝膠法分別制備納米SiO2溶膠和多孔SiO2薄膜，即進(jìn)行雙層鍍膜光伏玻璃底層膜與表層膜的制備。因此在實際生產(chǎn)中，玻璃生產(chǎn)廠家只需對生產(chǎn)線進(jìn)行簡單改造，增加鍍膜設(shè)備及固化爐，即可實現(xiàn)雙層鍍膜光伏玻璃的生產(chǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍推廣。某玻璃生產(chǎn)廠家使用輥涂法制作雙層鍍膜光伏玻璃的工藝流程如圖3所示。圖3使用輥涂法制作雙層鍍膜光伏玻璃的工藝流程在雙層鍍膜光伏玻璃的實際制作過程中，可通過調(diào)整底層膜與表層膜的厚度來調(diào)整每層膜層的折射率。在不同波長下，不同膜層厚度時鍍膜光伏玻璃的透光率曲線如圖4所示，數(shù)據(jù)對比如表2所示。圖4不同波長下不同膜層厚度時鍍膜光伏玻璃的透光率曲線表2不同鍍膜光伏玻璃的數(shù)據(jù)對比其中：“/”前、后的數(shù)值分別表示雙層鍍膜的底層膜和表層膜的膠輥轉(zhuǎn)動速度；T為玻璃的透光率；Y為玻璃在可見光波段的透光率；ΔT為鍍膜后鍍膜光伏玻璃的透光率與玻璃原片透光率的差值，即透光率增益。從圖4和表2可以看出：當(dāng)雙層膜的膠輥轉(zhuǎn)動速度為7/7m/min時，鍍膜光伏玻璃的透光率增益最大，為2.67%。雙層膜的膠輥轉(zhuǎn)動速度為7/7m/min時，所鍍的底層膜為一層致密的納米SiO2溶膠，折射率為1.44，厚度約為78.5nm；表層膜是由多孔的SiO2薄膜構(gòu)成，折射率約為1.29，厚度約為110nm。將每層的折射率數(shù)據(jù)代入式(3)，可得到雙層膜的膠輥轉(zhuǎn)動速度為7/7m/min時所鍍底層膜的孔隙率為5.13%，表層膜的孔隙率為41.31%。

雙層鍍膜光伏玻璃的耐候性

光伏組件的質(zhì)保期為25年，其于戶外長期使用時需滿足不同氣候環(huán)境下的使用要求。與單層鍍膜光伏玻璃相比，雙層鍍膜光伏玻璃擁有一層致密的SiO2底層膜，能夠更好地阻止空氣中的水汽到達(dá)光伏玻璃內(nèi)部，從而減少了光伏玻璃中Na2SiO3的水解反應(yīng)生成的金屬氫氧化物破壞鍍膜層的情況發(fā)生。通過環(huán)境測試對雙層鍍膜光伏玻璃的耐候性進(jìn)行分析。分別對單層鍍膜光伏玻璃和雙層鍍膜光伏玻璃進(jìn)行48h的高壓蒸煮試驗(PCT)，PCT48h前、后2種鍍膜光伏玻璃的SEM圖分別如圖5、圖6所示。圖5PCT48h前2種鍍膜光伏玻璃的SEM圖圖6PCT48h后2種鍍膜光伏玻璃的SEM圖從圖5、圖6可以看出：與PCT48h前相比，PCT48h后單層鍍膜光伏玻璃的表面有密集的堆砌結(jié)構(gòu)，大部分孔隙已被玻璃水解后的物質(zhì)填充；而雙層鍍膜光伏玻璃的表面仍比較光滑，孔隙仍有封閉的結(jié)構(gòu)。為了分析PCT48h前、后膜層中的成分差異，使用X射線熒光光譜儀分別對單層鍍膜光伏玻璃和雙層鍍膜光伏玻璃進(jìn)行測試。PCT48h前、后2種鍍膜光伏玻璃膜層中的元素分析結(jié)果分別如圖7、圖8所示。圖7PCT48h前2種鍍膜光伏玻璃膜層中的元素分析圖8

PCT48h后2種鍍膜光伏玻璃膜層中的元素分析從圖7、圖8可以看出：除Si、O元素外，2種鍍膜光伏玻璃膜層中還存在Na、Ca、Mg元素。主要原因在于玻璃原片是由Na2SiO3、CaSiO3、MgSiO3等構(gòu)成，這些物質(zhì)在水蒸氣侵蝕下會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成NaOH、Ca(OH)2、Mg(OH)2，而這些堿性物質(zhì)會腐蝕膜層中的SiO2，并生成游離的金屬元素堵塞膜層中的孔隙。從圖7、圖8還可以看出：PCT48h后，單層鍍膜光伏玻璃膜層中的Ca、Mg金屬元素的含量分別增加了2.90%和1.57%，雙層鍍膜光伏玻璃膜層中的Ca、Mg金屬元素的含量分別增加了0.34%和0.24%。單層鍍膜光伏玻璃膜層中的Ca、Mg金屬元素的含量遠(yuǎn)高于雙層鍍膜光伏玻璃膜層中的，從而使更多的金屬元素堆積在膜層表面，導(dǎo)致膜層被破壞，鍍膜光伏玻璃的透光率也會隨之下降，從而影響了光伏組件整體的光電轉(zhuǎn)換效率。

研究結(jié)果表明：與目前批量使用的單層鍍膜光伏玻璃相比，72版型雙玻單晶硅光伏組件采用雙層鍍膜光伏玻璃時可使其最大輸出功率提高3.32W。雙層鍍膜光伏玻璃的透光率增益最大時，其底層