生產(chǎn)環(huán)境因素對光伏玻璃透過率的影響及控制

董天鵬 王將

（江西彩虹光伏有限公司 上饒 334000）

0 引言

隨著全球人口的增加及科技的進步，人類對能源的需求量急劇增加，然而自上世紀80年代至今全球存在著能源短缺、環(huán)境污染和生態(tài)危機三大難題。面對以上問題，未來能源結(jié)構(gòu)必然是向多元化、清潔化和高效化方向發(fā)展。聯(lián)合國開發(fā)署就世界發(fā)展前景發(fā)表的報告指出，太陽能是最具開發(fā)潛力的可再生能源。

硅基太陽電池是目前光伏市場上最成熟的光伏器件，光伏鍍膜玻璃是其重要組成部分。由于晶硅基光伏材料的禁帶寬度為1.11～1.13 eV，吸收開端為1000～1100 nm，因此，光伏鍍膜玻璃就必須在380～1100 nm波長范圍內(nèi)具有足夠高的透過率，以保證更多太陽光被硅吸收。提高光伏蓋板玻璃的透光率的方法有很多，常見的有：降低原片玻璃中的含鐵量，減少鐵離子對光的吸收［1］；對蓋板玻璃進行壓花處理，提高光線在玻璃和硅板之間的反射和散射路徑，增加硅板對光的吸收［2］；對光伏玻璃進行鍍膜，利用相消干涉原理，減少其對太陽光的反射，提高太陽光的利用率［3］。

不同組成的鍍膜液、不同鍍膜工藝都會對成品光伏鍍膜玻璃的透過率產(chǎn)生很大影響。隨著光伏玻璃鍍膜市場的逐漸成熟，對成品光伏玻璃的透過率要求越來越高，其中鍍膜間的空氣相對濕度一直沒有得到廣泛的關注，也應被列入技術控制參數(shù)中。然而，大部分公司鍍膜間濕度控制僅基于操作經(jīng)驗，對影響的機理少有研究，這使得控制的有效范圍難以確定。

1 問題發(fā)現(xiàn)

在日常生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)不同批次，使用相同鍍膜液生產(chǎn)的成品光伏鍍膜玻璃膜層表面有所不同。如我司某批次為A客戶生產(chǎn)的成品光伏鍍膜玻璃表面上有輕微印記，而同日為B客戶所做成品光伏鍍膜玻璃膜面完好，且發(fā)現(xiàn)A客戶批次的透過率略低于對照的B客戶批次。對玻璃原片質(zhì)量、鍍膜工序和鋼化工序進行逐一排查，對比鍍膜工藝的相關數(shù)據(jù)記錄，各工藝參數(shù)均在正常范圍（鍍膜間空氣相對濕度40%～55%），不同產(chǎn)品批次鍍膜間空氣相對濕度如表1所示。因此，認為是鍍膜間空氣相對濕度直接影響到了成品光伏鍍膜玻璃的膜層表面形貌和透過率。

表1 不同產(chǎn)品批次鍍膜間空氣相對濕度

2 實驗與討論

對于以上存在的問題，設計了在不同空氣相對濕度環(huán)境下進行鍍膜實驗來驗證。在同一條生產(chǎn)線，同一鍍膜間，控制其他鍍膜工藝不變，通過除濕機控制鍍膜間的空氣相對濕度，在相對濕度較高（50%～55%）的環(huán)境中和相對濕度較低（40%～45%）的環(huán)境中進行鍍膜生產(chǎn)對比。不同空氣相對濕度環(huán)境下生產(chǎn)的成品光伏鍍膜玻璃的透過率如圖1所示。

圖1 不同空氣相對濕度下成品光伏鍍膜玻璃的透過率曲線

由圖1可以看出，低濕度環(huán)境下得到的成品光伏鍍膜玻璃在450～950 nm波長的透過率要明顯高于高濕度下得到的成品光伏鍍膜玻璃的透過率，光譜波峰顯著，幾乎覆蓋了整個可見光區(qū)域，僅在近紅外段略低于高濕度下得到的成品光伏鍍膜玻璃的透過率。這可能是高濕度下得到的成品光伏鍍膜玻璃的膜層表面較粗糙，對短波長光產(chǎn)生顯著散射而降低了透過率，而近紅外段波長較長，受到影響較小，造成長波段透過率的提高。低濕度下得到的成品光伏鍍膜玻璃平均透過率為94.33%，也高于高濕度下得到的成品光伏鍍膜玻璃平均透過率。

在不同空氣相對濕度的環(huán)境下生產(chǎn)的成品光伏鍍膜玻璃的45°的掃描電鏡照片如圖2所示。

圖2 不同空氣相對濕度下成品光伏鍍膜玻璃的45°掃描電鏡照片

圖2（a）是高濕度下生產(chǎn)的成品光伏鍍膜玻璃45°掃描電鏡照片，可以看出減反射膜層厚度由約120 nm的多孔SiO2組成，孔洞在膜層縱向分布均勻，膜層表面不規(guī)則的分布了若干50～100 nm微孔；圖2（b）是低濕度下生產(chǎn)的成品光伏鍍膜玻璃45°掃描電鏡照片，可以看出減反射膜層厚度由約120 nm的多孔SiO2組成，孔洞在膜層縱向分布均勻，但膜層表面均勻且致密，未出現(xiàn)任何微孔。圖2（c）是圖2（a）的截面圖，圖2（d）是圖2（b）的截面圖。對比兩張掃描電鏡照片可以得出，高濕度環(huán)境得到的成品光伏鍍膜玻璃在微觀上存在不規(guī)則的微孔，宏觀上表現(xiàn)為輕微印記，不同濕度環(huán)境下得到的成品光伏鍍膜玻璃的電鏡照片結(jié)果也與其透過率數(shù)據(jù)相對應。這與文獻報道中，溶膠-凝膠成膜形貌會顯著受到極性分子的影響是一致的。一般來說，極性溶劑分子越少，成膜越均勻致密［4］。

3 結(jié)論

在較高空氣相對濕度的環(huán)境中，水蒸氣分壓較高，空氣中水分子就會吸附在鍍膜后的玻璃表面，有機溶劑（酒精、異丙醇等）的揮發(fā)、成膜過程留下50～100 nm的微孔中，而且膜層SiO2和水分子的結(jié)合能力遠高于其與有機溶劑的結(jié)合力，因此在進入鋼化爐前，膜層表面的水分很難揮發(fā)。在鋼化過程中，由于水分子的存在，膜層表面發(fā)生不均勻團聚，部分微孔不能完全閉合，在最終的成品光伏鍍膜玻璃表面留下少量的微孔。因此，要制備較高透過率的光伏鍍膜玻璃，鍍膜間空氣相對濕度必須要作為一項重要的關鍵工藝參數(shù)進行控制，空氣相對濕度嚴格控制在40%～45%為宜。