CN109581566A - 一种全方位防紫外膜以及一种太阳能板 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全方位防紫外膜，该全方位防紫外膜用于太阳能板，具有倾斜鲁棒性，针对不同地区的太阳高度角，可以在一定的入射倾角下依然保持良好的防紫外能力。另外，该全方位防紫外膜采用多层聚合物塑料，成本低，可以成膜后粘贴，不需直接镀制，操作简便。

Description

一种全方位防紫外膜以及一种太阳能板

技术领域

本发明属于光伏电池技术领域，具体涉及一种全方位防紫外膜以及一种太阳能板。

背景技术

太阳能电池背板等部件受紫外线影响会老化，因此需要进行防紫外保护。干涉膜作为一种方案，对入射角敏感，不同倾斜角下滤光特性有差异；现有太阳能装置会利用跟踪传感装置，但是限于工艺和成本，仍然有一定误差；一些低成本应用下会采用单轴跟踪甚至不跟踪，这种情况下角度偏离较大。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种全方位防紫外膜，本发明提供的全方位防紫外膜可以针对不同地区的太阳高度角，可以在一定的入射倾角下依然保持良好的防紫外能力。

本发明提供了一种全方位防紫外膜，由多层复合单元膜叠加而成，所述复合单元膜由折射率不同的单层奇数层膜和单层偶数层膜复合叠加而成，其中，第一层单层奇数层膜至最后一层单层奇数层膜的膜厚度呈线性梯度递增趋势，所述单层奇数层膜的膜厚满足式I表达式：

d_odd＝d^* _odd+αm，式I

其中，d_odd为第m层单层奇数层膜的膜厚；

d^* _odd为单层奇数层膜的基础厚度；

m为复合单元膜层数；

α为系数，为最后一层单层奇数层膜与第一层单层奇数层膜的厚度的差值与复合单元膜层数的比值，所述最后一层单层奇数层膜的厚度满足式II表达式：

X₂’＝(λ₂+△λ’)/4/n_x，式II

其中，X₂’为最后一层单层奇数层膜的厚度；

λ₂为光线入射角发生偏斜前光线反射带长波波长；

△λ’为光线入射角发生偏斜后光线反射带长波波长蓝移量；

n_x为单层奇数层膜的折射率；

第一层单层偶数层膜至最后一层单层偶数层膜的厚度呈线性梯度递增趋势，单层偶数层膜的膜厚满足式III表达式：

d_even＝d^* _even+βm，式III

其中，d_even为第m层单层偶数层膜的膜厚；

d^* _even为单层偶数层膜的基础厚度；

m为复合单元膜层数；

β为系数，为最后一层单层偶数层膜与第一层单层偶数层膜的厚度的差值与复合单元膜层数的比值；

所述最后一层单层奇数层膜的厚度满足式IV表达式：

Y₂’＝(λ₂+△λ’)/4/n_y，式IV

其中，X₂’为最后一层单层偶数层膜的厚度；

λ₂为光线入射角发生偏斜前光线反射带长波波长；

△λ’为光线入射角发生偏斜后光线反射带长波波长蓝移量；

n_y为单层偶数层膜的折射率。

优选的，所述d^* _odd满足式V表达式：

d^* _odd＝(λ₀-50)/4/n_x-α，式V

其中，λ₀光线入射角发生偏斜前光线反射带的中心波长；

n_x为单层奇数层膜的折射率；

α为系数，为最后一层单层奇数层膜与第一层单层奇数层膜的厚度的差值与复合单元膜层数的比值；

所述d^* _even满足式VI表达式：

d^* _even＝(λ₀-50)/4/n_y-β，式VI

其中，λ₀光线入射角发生偏斜前光线反射带的中心波长；

n_y为单层偶数层膜的折射率；

β为系数，为最后一层单层偶数层膜与第一层单层偶数层膜的厚度的差值与复合单元膜层数的比值。

优选的，所述复合单元膜由单层PET奇数层膜和单层PMMA偶数层膜复合叠加而成，或者由单层PET奇数层膜和单层PTFE偶数层膜复合叠加而成，或者由单层PEN奇数层膜和单层coPEN偶数层膜复合叠加而成，或者由单层PET奇数层膜和单层coPET偶数层膜复合叠加而成，或者由单层PET 奇数层膜和单层sPS偶数层膜复合叠加而成。

优选的，所述m为200～2000。

优选的，所述m选自256或512。

优选的，所述光线入射角偏斜为光线相对于垂直入射方向偏离的角度，取值为0～45°。

本发明还提供了一种太阳能板，包括上述全方位防紫外膜。

与现有技术相比，本发明提供了一种全方位防紫外膜，该全方位防紫外膜用于太阳能板，具有倾斜鲁棒性，针对不同地区的太阳高度角，可以在一定的入射倾角下依然保持良好的防紫外能力。另外，该全方位防紫外膜采用多层聚合物塑料，成本低，可以成膜后粘贴，不需直接镀制，操作简便。

附图说明

图1为本发明提供的全方位防紫外膜的结构示意图；

图2为防紫外膜修正前的光谱特性以及入射角偏转45°之后进行修正的光谱特性图；

图3为防紫外膜修正前的光谱特性以及入射角偏转45°之后进行修正的光谱特性图；

图4为防紫外膜修正前的光谱特性以及入射角偏转45°之后进行修正的光谱特性图。

具体实施方式

本发明提供了一种全方位防紫外膜，由多层复合单元膜叠加而成，所述复合单元膜由折射率不同的单层奇数层膜和单层偶数层膜复合叠加而成，其中，第一层单层奇数层膜至最后一层单层奇数层膜的膜厚度呈线性梯度递增趋势，所述单层奇数层膜的膜厚满足式I表达式：

d_odd＝d^* _odd+αm，式I

其中，d_odd为第m层单层奇数层膜的膜厚；

d^* _odd为单层奇数层膜的基础厚度；

m为复合单元膜层数；

α为系数，为最后一层单层奇数层膜与第一层单层奇数层膜的厚度的差值与复合单元膜层数的比值，所述最后一层单层奇数层膜的厚度满足式II表达式：

X₂’＝(λ₂+△λ’)/4/n_x，式II

其中，X₂’为最后一层单层奇数层膜的厚度；

λ₂为光线入射角发生偏斜前光线反射带长波波长；

△λ’为光线入射角发生偏斜后光线反射带长波波长蓝移量；

n_x为单层奇数层膜的折射率；

第一层单层偶数层膜至最后一层单层偶数层膜的厚度呈线性梯度递增趋势，单层偶数层膜的膜厚满足式III表达式：

d_even＝d^* _even+βm，式III

其中，d_even为第m层单层偶数层膜的膜厚；

d^* _even为单层偶数层膜的基础厚度；

m为复合单元膜层数；

β为系数，为最后一层单层偶数层膜与第一层单层偶数层膜的厚度的差值与复合单元膜层数的比值；

所述最后一层单层奇数层膜的厚度满足式IV表达式：

Y₂’＝(λ₂+△λ’)/4/n_y，式IV

其中，X₂’为最后一层单层偶数层膜的厚度；

λ₂为光线入射角发生偏斜前光线反射带长波波长；

△λ’为光线入射角发生偏斜后光线反射带长波波长蓝移量；

n_y为单层偶数层膜的折射率。

本发明提供的全方位防紫外膜，由多层复合单元膜叠加而成，所述复合单元膜由折射率不同的单层奇数层膜和单层偶数层膜复合叠加而成。

其中，所述单层奇数层膜和单层偶数层膜选自折射率不同的有机聚合物材料薄膜，所述单层奇数层膜和单层偶数层膜选择力学性能以及熔点接近，并且无毒无害不污染环境的有机聚合物材料薄膜。

在本发明中，所述复合单元膜由单层PET奇数层膜和单层PMMA偶数层膜复合叠加而成，或者由单层PET奇数层膜和单层PTFE偶数层膜复合叠加而成，或者由单层PEN奇数层膜和单层coPEN偶数层膜复合叠加而成，或者由单层PET奇数层膜和单层coPET偶数层膜复合叠加而成，或者由单层 PET奇数层膜和单层sPS偶数层膜复合叠加而成。

参见图1，图1为本发明提供的全方位防紫外膜的结构示意图。其中，图1中的虚线表示未在图中画出的剩余的膜层，由于膜层较多，因此仅在图 1中画出了全方位防紫外膜的前8层。由图1中可以看出，第一层单层奇数层膜至最后一层单层奇数层膜的膜厚度呈线性梯度递增趋势，第一层单层偶数层膜至最后一层单层偶数层膜的厚度呈线性梯度递增趋势。线性梯度递增多层膜具有选择性滤光效果，可以选择性透过特定波段的光，经特定设计可以反紫外光，透过其他波段的光；梯度递增使得反射区边界可以灵活调整。

在本发明中，第一层单层奇数层膜(最薄的单层奇数层膜)至最后一层单层奇数层膜(最厚的单层奇数层膜)的厚度呈线性梯度递增趋势，所述单层奇数层膜的膜厚满足式I表达式：

d_odd＝d^* _odd+αm，式I

其中，d_odd为第m层单层奇数层膜的膜厚，通过式I的公式，可以计算得到不同层数的单层奇数层膜的膜厚度。

d^* _odd为单层奇数层膜的基础厚度，d^* _odd满足式V表达式：

d^* _odd＝(λ₀-50)/4/n_x-α，式V

其中，λ₀光线入射角发生偏斜前光线反射带的中心波长；

n_x为单层奇数层膜的折射率；

α为系数，为最后一层单层奇数层膜(即最厚的单层奇数层膜)与第一层单层奇数层膜(即最薄的单层奇数层膜)的厚度的差值与复合单元膜层数的比值。

在本发明中，第一层单层偶数层膜(最薄的单层偶数层膜)至最后一层单层偶数层膜(最厚的单层偶数层膜)的厚度呈线性梯度递增趋势，单层偶数层膜的膜厚满足式III表达式：

d_even＝d^* _even+βm，式III

其中，d_even为第m层单层偶数层膜的膜厚；

d^* _even为单层偶数层膜的基础厚度；

m为复合单元膜层数；

β为系数，为最后一层单层偶数层膜与第一层单层偶数层膜的厚度的差值与复合单元膜层数的比值。

为了使反射系数以及光线反射的带宽能够达到最大，一般需要控制单层材料的光学厚度为n_x*X＝n_y*Y＝λ₀/4，因此这种设计中不同材料的物理厚度与其光学折射率成反比。这里的n_x为单层奇数层膜的折射率；n_y为单层偶数层膜的折射率；X为单层奇数层膜的物理厚度；Y为单层偶数层膜的物理厚度；λ₀为光线入射角发生偏斜前光线反射带的中心波长。

中心波长处的最大反射率主要受层数影响，层数越多，反射率越大；带宽主要受两种材料折射率的差影响，折射率差值越大，反射带越宽，对于常用的聚合物材料，其折射率多为1.3～2.0之间，能够实现的带宽一般是50nm 左右，通常小于100nm。

本发明提供的全方位防紫外膜采用膜层厚度递增结构，这种结构主要是为了增加光线反射的带宽，使其不受限于材料折射率差，这种拓展对于折射率普遍较为接近带宽偏窄的聚合物材料尤为重要。

对于这种扩展带宽的方式，扩展前中心波长λ₀，奇数层与偶数层的材料物理厚度以及折射率分别为(X,Y)和(n_x,n_y)，并且n_x*X＝n_y*Y＝λ₀/4，若将带宽固定为50nm左右；将其展宽之后，假设中心波长不变，分别向光线入射角发生偏斜前光线反射带长波以及短波各拓展50nm，则奇数层与偶数层的材料有最薄处(X₁,Y₁)和最厚处(X₂,Y₂)，并且有

n_x*X₁＝n_y*Y₁＝(λ₀-50)/4，n_x*X₂＝n_y*Y₂＝(λ₀+50)/4，

因此，可以得到单层奇数层膜的基础厚度，即d^* _odd＝(λ₀-50)/4/n_x-α。

也可以得到单层偶数层膜的基础厚度，即d^* _even＝(λ₀-50)/4/n_y-β。

在所述单层奇数层膜的基础厚度的基础上，加上各层层数与系数α的乘积即可得到各层膜厚；

在所述单层偶数层膜的基础厚度的基础上，加上各层层数与系数β的乘积即可得到各层膜厚。

在本发明中，α为系数，为最后一层单层奇数层膜与第一层单层奇数层膜的厚度的差值与复合单元膜层数的比值。

所述最后一层单层奇数层膜的厚度满足式II表达式：

X₂’＝(λ₂+△λ’)/4/n_x，式II

其中，X₂’为最后一层单层奇数层膜的厚度；

λ₂为光线入射角发生偏斜前光线反射带长波波长；

△λ’为光线入射角发生偏斜后光线反射带长波波长蓝移量；

n_x为单层奇数层膜的折射率。

根据上文分析，在对全方位防紫外膜的膜厚度进行调整之前，原有的膜结构为膜厚(X₁,Y₁)到(X₂,Y₂)之间，即单层奇数层膜的膜厚为X₁～X₂，单层偶数层膜的膜厚度为Y₁～Y₂；结构系数a＝(X₂-X₁)/m,b＝(Y₂-Y₁)/m，光线入射角发生偏斜前光线反射带的波长范围为λ₁～λ₂(λ₁及λ₂为周期结构的中心波长λ₀分别向长波及短波拓展后的值，实际反射带宽度要大于λ₂-λ₁)。针对反紫外膜，在本发明的一些具体实施方式中，一种可能的反射带范围为320～400nm。

当入射角度发生偏斜，在原有结构不变的情况下，膜系的反射特性将发生改变，反射带整体向短波方向偏移(称为蓝移)，并且蓝移短波部分蓝移量小，长波部分蓝移量大(并不成比例)。此时，反射带蓝移，上述400nm左右部分不再被反射，因此，为了使得这种情况下依然能够覆盖400nm的范围，需要将原有膜系的波长向右拓展，并且当入射偏移角度越大，蓝移越严重，需要拓展的范围就更大，因此拓展的范围需要根据我们所要考虑的最大角度偏移量决定。

因此，在本发明中，所述膜层各参数的调整流程为：

根据角度偏移量δ，计算出角度偏移后原有结构的长波部分的蓝移量Δλ, 具体计算方法本领域技术人员公知，在此不做赘述。并由此反推出需要向右拓展的量Δλ′，其中，Δλ＝Δλ′。

原先长波侧对应波长为λ₂，则调整后对应波长为λ₂+Δλ′，根据 n_x*X₂＝n_y*Y₂＝λ₂/4，n_x*X₂＇＝n_y*Y₂＇＝(λ₂+Δλ′)/4，调整后最厚膜厚为X ₂＇＝(λ₂+Δλ′)/4/n_x，Y₂＇＝(λ₂+Δλ′)/4/n_y，继而得到新的系数α＝ (X₂＇－X₁)/m，β＝(Y₂＇－Y₁)/m。

因此，所述最后一层单层奇数层膜的厚度满足式II表达式：

X₂’＝(λ₂+△λ’)/4/n_x，式II

其中，X₂’为最后一层单层奇数层膜的厚度；

λ₂为光线入射角发生偏斜前光线反射带长波波长；

△λ’为光线入射角发生偏斜后光线反射带长波波长蓝移量；

n_x为单层奇数层膜的折射率。

所述最后一层单层奇数层膜的厚度满足式IV表达式：

Y₂’＝(λ₂+△λ’)/4/n_y，式IV

其中，X₂’为最后一层单层偶数层膜的厚度；

λ₂为光线入射角发生偏斜前光线反射带长波波长；

△λ’为光线入射角发生偏斜后光线反射带长波波长蓝移量；

n_y为单层偶数层膜的折射率。

关于m的取值范围，由于m的值会影响最大反射率，因此不宜过小。在聚合物膜情形下，材料折射率差较小，较合适的范围为200～2000之间。考虑到特定的工艺条件，200左右已经可以基本满足要求，但是若要取得较好的效果，m应尽量大。对于多层共挤工艺，膜层为2ⁿ，因此选择256层或者512层。注意，这里的层数指的是一对膜层的结构，即每层膜实际由两层不同材料组合而成，以m＝256为例，实际是两种材料各256层交替的结构，总层数为512。

在本发明中，所述光线入射角偏斜为光线相对于垂直入射方向偏离的角度，取值为0～45°。即入射角的偏斜这里注意考虑太阳高度角，即主要考虑阳光入射时相对垂直入射方向偏离的角度，这个角度与季节、时刻、维度等都有关。综合考虑各项因素，本发明所述的光线入射角偏斜考虑到45°的偏角即可。

在本发明中，所述全方位防紫外膜的制备方法为：

将单层奇数层膜和单层偶数层膜分别成膜后粘贴，得到复合单元膜；

然后将复合单元膜按照比例进行切割，得到不同比例的复合单元膜；

将不同比例的复合单元膜进行拉伸后，叠加复合，得到全方位防紫外膜；

或者，将复合单元膜按照比例进行切割，得到不同比例的复合单元膜；

将不同比例的复合单元膜拉伸至相同的面积后，叠加复合，再拉伸，得到全方位防紫外膜。

本发明还提供了一种太阳能板，包括上述全方位防紫外膜。

本发明提供了一种全方位防紫外膜，该全方位防紫外膜用于太阳能板，具有倾斜鲁棒性，针对不同地区的太阳高度角，可以在一定的入射倾角下依然保持良好的防紫外能力。另外，该全方位防紫外膜采用多层聚合物塑料，成本低，可以成膜后粘贴，不需直接镀制，操作简便。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的全方位防紫外膜以及太阳能板进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

复合单元膜m的层数为256，奇数层材料为PET，偶数层材料为PMMA；

当不考虑修正，其结构为：

d_PET＝41.7+0.060m，d_max＝57.1nm

d_PMMA＝50.02+0.0553m，d_max＝64.19nm

其中，41.7的计算过程为D_min＝λ_min/4n_PET；其中，λ_min＝275nm，n _PET＝1.65。

50.02的计算过程为D_min＝λ_min/4n_PMMA；其中，λ_min＝298nm，n_PMMA＝1.49。

修正后，结构为

d’_PET＝41.7+0.0910m，d’_max＝64.99nm

d’_PMMA＝50.02+0.0872m，d’_max＝72.52nm

其中，0.0910的计算过程为α＝(d_max-d_min)/m(m为层数)；

0.0872的计算过程为α＝(d_max-d_min)/m(m为层数)。

该结构的防紫外膜修正前的光谱特性以及入射角偏转45°之后进行修正的光谱特性参见图2，图2为防紫外膜修正前的光谱特性以及入射角偏转 45°之后进行修正的光谱特性图。

由图2可知，经过修正后得到的全方位防紫外膜在45°的入射倾角下依然保持良好的防紫外能力。

实施例2

复合单元膜m的层数为512，奇数层材料为PET，偶数层材料为PMMA；

不考虑修正，结构为：

d_PET＝41.7+0.0316m，d_max＝57.87nm

d_PMMA＝50.02+0.0293m，d_max＝65.02nm

其中，41.7的计算过程为如实施例1；

50.02的计算过程为如实施例2。

修正后，结构为

d’_PET＝41.7+0.0455m，d’_max＝64.99nm

d’_PMMA＝50.02+0.0439m，d’_max＝72.52nm

其中，0.0910的计算过程为α＝(d_max-d_min)/m(m为层数)；

0.0872的计算过程为α＝(d_max-d_min)/m(m为层数)。

该结构的防紫外膜修正前的光谱特性以及入射角偏转45°之后进行修正的光谱特性参见图3，图3为防紫外膜修正前的光谱特性以及入射角偏转 45°之后进行修正的光谱特性图。

由图3可知，经过修正后得到的全方位防紫外膜在45°的入射倾角下依然保持良好的防紫外能力。

实施例3

复合单元膜m的层数为256，奇数层材料为PET，偶数层材料为PTFE；

不考虑修正，结构为：

d_PET＝41.7+0.0571m，d_max＝56.32nm

d_PTFE＝55.56+0.0579m，d_max＝70.37nm

其中，41.7的计算过程为如实施例1；

55.56的计算过程为D_min＝λ_min/4n_PMMA；其中，λ_min＝331nm，n_PMMA＝1.49。

修正后，结构为

d’_PET＝41.7+0.0847m，d’_max＝63.39nm

d’_PTFE＝50.02+0.094m，d’_max＝78.7nm

其中，0.0847的计算过程为α＝(d_max-d_min)/m(m为层数)；

0.094的计算过程为α＝(d_max-d_min)/m(m为层数)。

该结构的防紫外膜修正前的光谱特性以及入射角偏转45°之后进行修正的光谱特性参见图4，图4为防紫外膜修正前的光谱特性以及入射角偏转 45°之后进行修正的光谱特性图。

由图4可知，经过修正后得到的全方位防紫外膜在45°的入射倾角下依然保持良好的防紫外能力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种全方位防紫外膜，其特征在于，由多层复合单元膜叠加而成，所述复合单元膜由折射率不同的单层奇数层膜和单层偶数层膜复合叠加而成，其中，第一层单层奇数层膜至最后一层单层奇数层膜的膜厚度呈线性梯度递增趋势，所述单层奇数层膜的膜厚满足式I表达式：

d_odd＝d^* _odd+αm， 式I

其中，d_odd为第m层单层奇数层膜的膜厚；

d^* _odd为单层奇数层膜的基础厚度；

m为复合单元膜层数；

α为系数，为最后一层单层奇数层膜与第一层单层奇数层膜的厚度的差值与复合单元膜层数的比值，所述最后一层单层奇数层膜的厚度满足式II表达式：

X₂’＝(λ₂+△λ’)/4/n_x， 式II

其中，X₂’为最后一层单层奇数层膜的厚度；

λ₂为光线入射角发生偏斜前光线反射带长波波长；

△λ’为光线入射角发生偏斜后光线反射带长波波长蓝移量；

n_x为单层奇数层膜的折射率；

第一层单层偶数层膜至最后一层单层偶数层膜的厚度呈线性梯度递增趋势，单层偶数层膜的膜厚满足式III表达式：

d_even＝d^* _even+βm， 式III

其中，d_even为第m层单层偶数层膜的膜厚；

d^* _even为单层偶数层膜的基础厚度；

m为复合单元膜层数；

β为系数，为最后一层单层偶数层膜与第一层单层偶数层膜的厚度的差值与复合单元膜层数的比值；

所述最后一层单层奇数层膜的厚度满足式IV表达式：

Y₂’＝(λ₂+△λ’)/4/n_y， 式IV

其中，X₂’为最后一层单层偶数层膜的厚度；

λ₂为光线入射角发生偏斜前光线反射带长波波长；

△λ’为光线入射角发生偏斜后光线反射带长波波长蓝移量；

n_y为单层偶数层膜的折射率。

2.根据权利要求1所述的全方位防紫外膜，其特征在于，所述d^* _odd满足式V表达式：

d^* _odd＝(λ₀-50)/4/n_x-α， 式V

其中，λ₀光线入射角发生偏斜前光线反射带的中心波长；

n_x为单层奇数层膜的折射率；

α为系数，为最后一层单层奇数层膜与第一层单层奇数层膜的厚度的差值与复合单元膜层数的比值；

所述d^* _even满足式VI表达式：

d^* _even＝(λ₀-50)/4/n_y-β， 式VI

其中，λ₀光线入射角发生偏斜前光线反射带的中心波长；

n_y为单层偶数层膜的折射率；

β为系数，为最后一层单层偶数层膜与第一层单层偶数层膜的厚度的差值与复合单元膜层数的比值。

3.根据权利要求1所述的全方位防紫外膜，其特征在于，所述复合单元膜由单层PET奇数层膜和单层PMMA偶数层膜复合叠加而成，或者由单层PET奇数层膜和单层PTFE偶数层膜复合叠加而成，或者由单层PEN奇数层膜和单层coPEN偶数层膜复合叠加而成，或者由单层PET奇数层膜和单层coPET偶数层膜复合叠加而成，或者由单层PET奇数层膜和单层sPS偶数层膜复合叠加而成。

4.根据权利要求1所述的全方位防紫外膜，其特征在于，所述m为200～2000。

5.根据权利要求1所述的全方位防紫外膜，其特征在于，所述m选自256或512。

6.根据权利要求1所述的全方位防紫外膜，其特征在于，所述光线入射角偏斜为光线相对于垂直入射方向偏离的角度，取值为0～45°。

7.一种太阳能板，其特征在于，包括权利要求1～6任意一项所述的全方位防紫外膜。