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塑料    
2023年01月19日

3M 新型塑料薄膜保护太阳能板防水替代玻璃

多年来,太阳能公司一直就想生产轻型、灵活的太阳能电池板,可便宜地运输,也易于安装(展开它们就面积很大)。但是他们一直受阻,原因是缺乏性能良好又实惠的玻璃替代品。

现在,3M公司认为,他们找到了一个解决方案。本周,这家公司推出了一款塑料薄膜,说它可匹敌玻璃,因为它可保护活性材料在太阳能电池板中避免水分侵蚀,并且省钱,有利于制造商和他们的客户。

这种保护膜是一种多层的、含氟聚合物薄膜,可以替代玻璃,用作保护性封面以保护太阳能电池板,德里克·德西奥利(Derek De Scioli)说,他是3M公司可再生能源部业务开发经理。制造商用薄膜覆盖太阳能板,紧紧地密封,以保护它们免于潮湿以及其它天气因素的影响,这些都可以致命地损坏太阳能电池。

这种薄膜就使3M公司满足了需求,就是太阳能板制造商的需求,特别是生产某些薄膜太阳能电池的厂家,它们的需求就是玻璃替代品。玻璃一直是保护材料,它被选择,是因为便宜,而且可以抵御天气影响,足够耐用,可持续使用数十年。绝大多数的太阳能电池板今天制作是用玻璃作顶盖。但是,玻璃也增加了太阳能电池板的重量和体积,而且它必须仔细包装,以免摔坏,这就增加了运输成本。替代玻璃后,这种新型薄膜就不需要支撑架,支撑架是特别有用的,因为有的屋顶不能承受很大的重量。把太阳能电池板交融到屋顶中,也可克服房主在美观上的反对意见。

“柔性的太阳能电池板都具有这些完善的益处,但是,接下来,你就会遇到一个问题,就是如何封装它们。多年来,人们并不重视这个问题,”斯蒂芬·黑格渡斯(Steven Hegedus)说,他是特拉华州大学能量转换研究所的科学家。

用塑料来保护太阳能电池并不是一个新的想法。你可以看到塑壳太阳能电池,在野营装备和新奇的装置中都有,比如有非针叶木木片或木粒的背包上就有内置的太阳能充电器。但是这种类型的塑料薄膜设计不是用来抵御长期的户外裸露,比如说20至25年的裸露,这是多么漫长,太阳能电池板就应该能够持续使用这么长时间,黑格乌斯说。

其他几个公司最近开始推广塑料封盖,用于柔性的太阳能电池板,3M公司的材料具有数量级更高的性能,可以保持防水,这是使用寿命长的关键。

美国太阳能奥凡尼克公司(United SolarOvonic)是唯一一家大型的薄膜制造商,已推出灵活的太阳能板有很多年了。密西根州的这家公司采用非结晶的硅,这种材料对水分也不敏感,就像其他新兴的化合物。这家公司的非结晶硅太阳能电池板只能把大约7%的阳光,当然是指照射在板上的阳光,转化为电能,因转化率低,就使Uni-Solar公司的产品较少有人需要。Uni-Solar公司使用的含氟聚合物树脂是来自杜邦漆,被作为表面涂层,用于电池板。

太阳能电池的制备需要半导体材料,包括铜、铟、镓、硒(CIGS),效率可能两倍于非晶硅,但是它们对湿度更敏感,所以需要更好地保护,以免于水分侵蚀。许多CIGS制造商已经找到了生产工艺,来把这种化合物储存在成卷的柔韧金属箔上或塑料上。

这些公司说,他们生产这种太阳能电池板可以更快,用的就是这种卷对卷的工序;取得更高产量的重要性,在于可以降低生产成本。但是他们一直是依赖玻璃,用来作前板,这是因为缺乏合适的塑料。除了CIGS太阳能板制造商,3M公司瞄准的开发商也有开发碲化镉和有机薄膜的,德西奥利说。

明尼苏达州的3M公司在着手特别是石墨烯在电池领域的研发上开发一种更耐用的前部套管,研究结果是一种塑料薄膜,有23微米厚,远远薄于3000微米厚的玻璃,这种玻璃通常用于今天的太阳能电池板,德西奥利说。公司采用了含氟聚合物,因为这种材料不容易让水渗入,而且耐高岑溪温和紫外线。3M也设计了一种薄膜,以防止它反射太多的阳光。3M公司表示,它的薄膜能达到的效果是,水蒸气渗透速度低于每天每平方米0.0005克的水。其他的前部防护薄膜会渗过数百倍的水分。

德西奥利说,这种薄膜也可以被碾压,用的是同一种卷对卷工序,可用于储存薄膜半导体,这可以专业保洁削减生产成本。柔性的太阳能电池板也可以比玻璃板更大,因为灵活多样性不需要支架系统,更容易运输。装配大型电池板组件的时间木工刨床和费用可以大大低于拼集许多小板,他说。

避免水份渗漏、蒸发 “主要的价值是,我们的薄膜使制造商可以生产更大的组件,就用卷对卷工序。”德西奥利说。他说,虽然这种材料本身的成本并不低于玻璃,但它会降低整体成本,因为可以节省制造和安装成本。

3M公司现在制造这种薄膜是在一个示范生产线上,并计划明年量产。该公司表示,他们的客户已经排成队,但是德西奥利拒绝透露客户名称。

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