一種批量制備聚光光伏模組二次光學元件增透射膜的裝置的制作方法

本發明屬于鍍膜裝置領域，該鍍膜裝置應用超聲霧化原理，運用獨特的鍍膜裝置結構設計，采用噴涂的方式實現聚光光伏模組二次光學元件增透射膜的批量制備，具體為一種批量制備聚光光伏模組二次光學元件增透射膜的裝置。

背景技術：

在聚光光伏模組中，二次光學元件(Second Optical Element，SOE)是一種非常重要的光學器件，它可以增加菲涅耳透鏡的接收角，增加聚焦光斑的均勻性，并且對光伏芯片起到很好的保護作用，能夠提高聚光光伏模組的轉化效率。因此，在透射式聚光光伏模組中，一般都會采用二次光學元件。在模組生產過程中，每個光伏芯片對應一個二次光學元件，每個模組由很多的光伏電池組成。因此，二次光學元件在聚光光伏模組中具有很大的使用量。

二次光學元件一般由光學玻璃材料制成的，在聚光光伏模組里，當光斑聚焦到二次光學元件上并傳輸到芯片上時，太陽光在二次光學表面會有一定的反射。以普通玻璃為例，在二次光學表面的反射率達到4％，這對于光伏模組而言這是一種損失。如果在二次光學元件表面鍍制一層減反射薄膜，通常為多孔的二氧化硅薄膜，則可以減少太陽光在二次光學元件表面的反射，提高透射率，從而提高聚光光伏模組的轉化效率。

但是二次光學元件的體積很小，且根據不同的光學設計，二次光學元件表面形狀也是多樣的，有棱形的二次光學元件，有球型的二次光學元件；而光斑聚焦面也有平面的，有球面的。因此，要想對二次光學元件進行批量鍍制增透射膜具有一定的難度。

技術實現要素：

針對上述存在問題或不足，本發明提供了一種批量制備聚光光伏模組二次光學元件增透射膜的裝置。基于超聲霧化原理，結合設計獨特的鍍膜裝置，采用噴涂的方式，在二次光學元件表面制備多孔二氧化硅薄膜，實現二次光學元件增透射膜的批量制備。

該批量制備聚光光伏模組二次光學元件增透射膜的裝置，包括氣源、質量流量計MFC、載氣管、超聲霧化器、前驅液、霧氣輸運管和鍍膜區域，如圖1所示。

氣源為超聲霧化鍍膜前驅物提供壓力相對于大氣0.1～0.3MPa的載氣；

MFC通過載氣管一端接氣源，另一端接超聲霧化器，用于精確控制載氣流量；

超聲霧化器由多個換能器組成，對前驅液進行霧化，通過調節換能器的工作個數來對前驅溶液的霧化量進行控制，整個超聲霧化器的上端密封，只留載氣進入和霧氣輸出兩個接口；

前驅液放置于超聲霧化器中，并被其霧化，霧化后由載氣通過霧氣輸運管帶入鍍膜區域對二次光學元件進行沉積鍍膜；

霧氣輸運管接超聲霧化器的霧氣輸出接口，另一端接鍍膜區域的霧氣分配管；

鍍膜區域由霧氣分配管、噴嘴和載樣平臺構成；霧化前驅液經霧氣輸運管進入霧氣分配管，再進入噴嘴，經噴嘴沉積到其正下方的載樣平臺；載樣平臺用于放置待鍍膜的二次光學元件。

進一步的，所述鍍膜區域的噴嘴底部內側邊緣還設有廢液收集槽，廢液收集槽由軟管連接到蠕動泵，再由蠕動泵將廢液收集槽收集的鍍膜廢液抽到廢液收集器。廢液收集槽可以將噴嘴壁上緩慢沉積的前驅液液滴進行回收，防止液滴直接滴落到被鍍膜元件上。

進一步的，所述鍍膜區域的載樣平臺下方還設置有水平傳動裝置，并由其帶動，緩慢的勻速通過噴嘴正下方對應區域，使二次光學元件勻速鍍膜。在噴嘴的下方為載樣平臺以及平臺上等待鍍膜的二次光學元件。

進一步的，所述超聲霧化器、前驅液、霧氣輸運管和鍍膜區域設置于相對密閉的空間中，并連接排風扇，以防止有機物的揮發對環境的影響。

進一步的，所述載樣平臺至少1個，并根據二次光學元件形狀設計出相應的放樣位置，且放樣位置≥1。

進一步的，所述前驅液為二氧化硅納米顆粒的有機溶液或減反射膜鍍膜溶液。

進一步的，所述載氣為氮氣或空氣。

上述批量制備聚光光伏模組二次光學元件增透射膜的裝置，其使用方法如下：

步驟1、打開鍍膜區域的排風扇，將配置好的前驅液倒入超聲霧化器內，并連接好所有管路，確認氣源處于待機狀態。

步驟2、將二次光學元件放置在載樣平臺上，并將載樣平臺安置在水平傳動裝置上，并調節好水平傳動裝置的運行速度等相關參數。

步驟3、開啟MFC并調節到鍍膜方案設定的流量，通氣排空輸運管道中的原有氣體；然后開啟超聲霧化器，并根據前驅液的種類調節起霧量，直至噴嘴口出霧量穩定。

步驟4、開啟水平傳動裝置，按照設定速度，帶著載樣平臺緩慢掃過噴嘴正下方，在二次光學元件表面上沉積成一層均勻液膜。

步驟5、將完成液膜沉積后的二次光學元件及載樣平臺一起放入加熱爐中，對液膜進行固化，最終形成一層致密多孔的薄膜，固化溫度150℃～450℃根據前驅液進行調整。

綜上所述，本發明的設計具有以下優點：

(1)本發明實現了聚光光伏模組二次光學元件表面的批量鍍膜。

(2)應用本發明的鍍膜裝置和鍍膜方法對聚光光伏模組二次光學元件表面鍍制一層薄膜，以減少聚焦光斑在二次光學元件表面的反射率，增加透射率，從而提高聚光光伏模組的轉換效率，具有很好的工業化應用價值。

(3)本發明采用超聲起霧的方法，通過選擇和調節超聲起霧器的振動頻率可以對前驅液的液滴粒徑進行很好的控制，并形成粒徑均勻的前驅液氣霧，從而有利于在二次光學元件表面形成均勻的液膜。

(4)本發明中的超聲起霧器由多個換能器組成，通過啟動和關閉超聲換能器的個數可以對起霧量進行有效控制。

(5)本發明采用MFC對載氣流量進行精確控制，配合超聲換能器對起霧量的控制，可以對鍍膜區的氣霧量進行有效控制，從而很好的控制沉積速率。

(6)本發明采用獨特的噴嘴分氣路設計，很好的控制橫向鍍膜的均勻性。

(7)本發明中載樣平臺及二次光學元件在水平傳動裝置的帶動下緩慢掃過鍍膜區域，這樣的設計進一步提升了鍍膜的均勻性。

(8)本發明中載樣平臺可以根據二次光學元件的形狀而加工出特定的空位，能夠很好的固定被鍍膜的二次光學元件；還可根據二次光學元件的形狀設計出相應的放樣空位，并且放樣空位可以不相同，具有極大的靈活性。每個載樣平臺上可以同時放置批量的二次光學元件，且載樣平臺可使用多個配合水平傳送裝置，從而實現二次光學元件增透射膜的批量化制備，并可用于工業化生產。

(9)在噴嘴的底部設有廢液收集槽，能夠收集噴嘴壁上沉積的廢液，防止廢液滴落到二次光學元件的表面。

(10)相對密閉的設計，并連接排風扇，可以對尾氣進行處理，以防止有機物的揮發對環境的影響，利于環保。

附圖說明

圖1為實施例結構示意圖；

圖2為實施例鍍膜區域橫切面示意圖；

圖3為實施例鍍膜區域縱切面示意圖；

圖4為球形、3/4球形、半球形二次光學元件及放樣平臺示意圖；

圖5為棱形平頂、棱形曲面頂二次光學元件及放樣平臺示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的詳細說明。

(1)鍍膜準備

打開鍍膜區域的排風扇。

將配置好的前驅液即二氧化硅納米顆粒的有機溶液倒入潔凈的超聲霧化器內，并連接好所有管路，確認氣源處于待機狀態。

將經過超聲清洗的300個二次光學元件為一組放置在一個載樣平臺上；載樣平臺共計10個，安置在水平傳動裝置上，并調節好水平傳動裝置的運行速度，從而實現薄膜的連續鍍制。

(2)液膜沉積

開啟MFC并調節到5L/min的流量，通氣5分鐘排空輸運管道中的原有氣體。

開啟超聲霧化器，待噴嘴口出霧量穩定；然后開啟水平傳動裝置，按照設定速度，帶著10個載樣平臺勻速掃過噴嘴口正下方區域，在二次光學元件表面上沉積成一層均勻液膜。

(3)薄膜固化

將完成液膜沉積后的10組二次光學元件與載樣平臺一起放入加熱爐中，對液膜進行固化，形成最終的多孔二氧化硅薄膜，固化溫度為300℃，時間10分鐘。

(4)完成鍍膜

鍍膜完成后，依次關閉水平傳動裝置電源，關閉超聲起霧器電源，關閉氣源；然后倒出剩余前驅液，將超聲起霧器洗凈復原；最后關閉排風扇電源。

經過上面的過程，得到薄膜厚度為110±10nm的多孔二氧化硅減反射膜層，該膜層在300～1700nm的光譜范圍內的減反射效果即增透射效果>2％，能極好的提高二次光學元件的光學性能。且每個載樣平臺同時放置300個二次光學元件，并結合10組載樣平臺循環使用，從而可以實現二次光學元件增透射膜的批量制備。每個載樣平臺放置的二次光學元件數量可以根據噴嘴口調整，并結合多組載樣平臺實現更大批量的制備。

以上示例介紹了本發明的使用方法及流程，在具體使用中，需要根據不同的前驅液調節氣流、起霧量、鍍膜時間、固化溫度等參數，從而形成性能良好的二次光學元件增透射膜。