聚对二甲苯涂层及其低工作温度晶硅光伏组件上的应用研究

【摘要】：太阳能光伏组件的输出功率具有明显的温度特性，组件的最大输出功率（Pm）随温度的上升而下降，呈现出负温度系数特性，衰减率约为-0.5%/℃。全球光伏发电系统由数量巨大的单块光伏组件所组成，组件温度升高造成了太阳能的巨大浪费。本论文通过在光伏组件电池片和背板上涂覆超薄绝缘涂层聚对二甲苯，并用铝背板代替常规背板的方法设计了兼具绝缘性与良好散热性的光伏组件。 首先，我们研究了用Gorham化学气相沉积法方法（CVD）沉积Parylene-C薄膜，在太阳能电池片上进行Parylene的真空涂覆。用FTIR-ATR表征了薄膜的化学结构。用SEM观察薄膜的微观形貌，Parylene-C薄膜按电池片背部原先的形貌进行外延生长，具有致密的包覆性能。DSC和TGA分析了薄膜热性能，其熔融温度范围约为260~290℃，249℃附近才开始分解，不会对Parylene-C薄膜在组件层压后的性能有影响。 再次，研究了用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）沉积Parylene-N薄膜。通过改变射频电源功率、对二甲苯单体流量、沉积时间三个参数，来研究PECVD制备的Parylene-N薄膜的性能，并得到了以下结论：1．在一定的气体流量和沉积时间下，随着功率增加，parylene沉积速率逐渐增加；在高输入能量下，沉积速率降低。随着输入能量的增加，会提高直流击穿强度；当功率增加至100W以上，会导致薄膜的击穿强度降低。输入功率越高，薄膜的疏水性越好，反之，亲水性好。2．在一定输入功率下和沉积时间下，随着单体流量的增加，会增加对二甲苯单体自由基之间的碰撞几率，提高了parylene的聚合速率与沉积速率。随着单体气流的增加，射频电源加载在单体上的能量减小，减弱了分子链的交联反应，结构致密性变差，击穿强度也随着降低。对二甲苯单体流量越小，薄膜疏水性越好，反之，亲水性好。3．在一定输入功率和气体流量下，薄膜厚度与沉积时间呈现出一个线性正比变化趋势。随着沉积时间的增长，等离子体会对聚合完成的薄膜继续交联，使沉积时间较长的薄膜具有稍高的击穿强度。用等离子体裂解代替高温裂解单体，可在一个腔体中进行基材表面清洗、改性与沉积过程，不仅薄膜直流击穿强度和CVD法相当，且原料成本很低。 最后，自行设计一种为电池片与铝背板都经Parylene-C CVD涂覆的设计，另一种为电池片经Parylene-C CVD涂覆和纯铝背板的设计的低温组件。对所设计的低工作温度组件进行了室内测试和户外温度测试。所组装的低工作温度组件满足了EVA与背板粘结力要求与绝缘性能要求。从稳态模拟曝晒实验、红外热像图和背板实时温度监控三部分实验，论证了我们所设计的低工作温度光伏组件具有比常规组件更好的散热降温性能。我们观测到，当太阳辐照度低于300W/m2时，低工作温度组件最大功率损失较常规光伏组件将减少约0~0.5%，当辐照度逐渐攀升至800W/m2以上时，低工作温度组件最大功率损失较常规组件减少约0.5~1.4%，并且风速越大，铝背板组件的降温效果也越明显。所设计的地工作温度组件既保证绝缘性能，又提高了组件散热性能，减少了组件的功率损耗。 【关键词】：聚对二甲苯涂层 等离子体聚合 化学气相沉积 超薄绝缘涂层 低工作温度组件
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 晶硅光伏组件介绍10-13
• 1.1.1 太阳能电池的发展10-11
• 1.1.2 太阳能光伏发电系统的工作原理11-12
• 1.1.3 晶硅光伏组件基本结构12-13
• 1.2 光伏组件发热对输出功率的影响13-18
• 1.2.1 光伏组件的输出特性13-14
• 1.2.2 光伏组件的温度特性14-15
• 1.2.3 光伏组件的发热与散热15-18
• 1.3 低工作温度光伏组件的研究现状18-19
• 1.4 本课题研究目的与意义19
• 1.5 本课题实验设计理论依据及设计方案19-21
• 1.5.1 多层复合材料等效导热系数估算19-20
• 1.5.2 课题的实验设计思路20-21
• 1.6 本课题的主要研究内容及创新点21-22
• 第二章 聚对二甲苯薄膜制备及表征22-49
• 2.1 聚对二甲苯薄膜简介22-24
• 2.2 化学气相沉积法(CVD)制备聚对二甲苯薄膜24-29
• 2.2.1 实验设计24
• 2.2.2 主要实验原料与分析设备24-25
• 2.2.3 Parylene-C 薄膜的 CVD 制备及表征方法25-26
• 2.2.4 CVD 制备的 Parylene-C 薄膜表征26-29
• 2.3 等离子体增强化学气相沉积法制备聚对二甲苯薄膜29-47
• 2.3.1 等离子体聚合沉积法介绍29-30
• 2.3.2 PECVD 制备聚对二甲苯薄膜实验设计30-32
• 2.3.3 主要实验原料与分析设备32
• 2.3.4 Parylene-N 薄膜的 PECVD 制备及表征方法32-34
• 2.3.5 PECVD 辉光放电特性研究34-37
• 2.3.6 射频电源功率对 Parylene-N 薄膜沉积的影响37-41
• 2.3.7 对二甲苯单体流量对 Parylene-N 薄膜沉积的影响41-45
• 2.3.8 沉积时间对 Parylene-N 薄膜沉积的影响45-47
• 2.4 本章小结47-49
• 第三章 低工作温度光伏组件的制造与性能49-66
• 3.1 低工作温度光伏组件的设计49-50
• 3.2 低工作温度光伏组件的制造过程50-51
• 3.2.1 主要原材料与设备50
• 3.2.2 低工作温度光伏组件的制造50-51
• 3.3 光伏组件背部等效导热系数理论值51-53
• 3.4 低工作温度光伏组件的室内性能测试53-59
• 3.4.1 主要测试仪器与设备53
• 3.4.2 晶硅光伏组件的测试方法与标准53-55
• 3.4.3 室内性能测试结果分析55-59
• 3.5 低工作温度光伏组件的户外温度测试59-64
• 3.5.1 主要测试仪器与设备59
• 3.5.2 户外温度测试方法59-60
• 3.5.3 户外温度测试结果分析60-64
• 3.6 本章小结64-66
• 第四章 结论与展望66-68
• 参考文献68-73
• 攻读硕士学位期间发表的学术研究成果73-74
• 致谢74

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