聚對二甲苯涂層及其低工作溫度晶硅光伏組件上的應(yīng)用研究

【摘要】：太陽能光伏組件的輸出功率具有明顯的溫度特性，組件的最大輸出功率（Pm）隨溫度的上升而下降，呈現(xiàn)出負溫度系數(shù)特性，衰減率約為-0.5%/℃。全球光伏發(fā)電系統(tǒng)由數(shù)量巨大的單塊光伏組件所組成，組件溫度升高造成了太陽能的巨大浪費。本論文通過在光伏組件電池片和背板上涂覆超薄絕緣涂層聚對二甲苯，并用鋁背板代替常規(guī)背板的方法設(shè)計了兼具絕緣性與良好散熱性的光伏組件。 首先，我們研究了用Gorham化學氣相沉積法方法（CVD）沉積Parylene-C薄膜，在太陽能電池片上進行Parylene的真空涂覆。用FTIR-ATR表征了薄膜的化學結(jié)構(gòu)。用SEM觀察薄膜的微觀形貌，Parylene-C薄膜按電池片背部原先的形貌進行外延生長，具有致密的包覆性能。DSC和TGA分析了薄膜熱性能，其熔融溫度范圍約為260~290℃，249℃附近才開始分解，不會對Parylene-C薄膜在組件層壓后的性能有影響。 再次，研究了用等離子體增強化學氣相沉積法（PECVD）沉積Parylene-N薄膜。通過改變射頻電源功率、對二甲苯單體流量、沉積時間三個參數(shù)，來研究PECVD制備的Parylene-N薄膜的性能，并得到了以下結(jié)論：1．在一定的氣體流量和沉積時間下，隨著功率增加，parylene沉積速率逐漸增加；在高輸入能量下，沉積速率降低。隨著輸入能量的增加，會提高直流擊穿強度；當功率增加至100W以上，會導致薄膜的擊穿強度降低。輸入功率越高，薄膜的疏水性越好，反之，親水性好。2．在一定輸入功率下和沉積時間下，隨著單體流量的增加，會增加對二甲苯單體自由基之間的碰撞幾率，提高了parylene的聚合速率與沉積速率。隨著單體氣流的增加，射頻電源加載在單體上的能量減小，減弱了分子鏈的交聯(lián)反應(yīng)，結(jié)構(gòu)致密性變差，擊穿強度也隨著降低。對二甲苯單體流量越小，薄膜疏水性越好，反之，親水性好。3．在一定輸入功率和氣體流量下，薄膜厚度與沉積時間呈現(xiàn)出一個線性正比變化趨勢。隨著沉積時間的增長，等離子體會對聚合完成的薄膜繼續(xù)交聯(lián)，使沉積時間較長的薄膜具有稍高的擊穿強度。用等離子體裂解代替高溫裂解單體，可在一個腔體中進行基材表面清洗、改性與沉積過程，不僅薄膜直流擊穿強度和CVD法相當，且原料成本很低。 最后，自行設(shè)計一種為電池片與鋁背板都經(jīng)Parylene-C CVD涂覆的設(shè)計，另一種為電池片經(jīng)Parylene-C CVD涂覆和純鋁背板的設(shè)計的低溫組件。對所設(shè)計的低工作溫度組件進行了室內(nèi)測試和戶外溫度測試。所組裝的低工作溫度組件滿足了EVA與背板粘結(jié)力要求與絕緣性能要求。從穩(wěn)態(tài)模擬曝曬實驗、紅外熱像圖和背板實時溫度監(jiān)控三部分實驗，論證了我們所設(shè)計的低工作溫度光伏組件具有比常規(guī)組件更好的散熱降溫性能。我們觀測到，當太陽輻照度低于300W/m2時，低工作溫度組件最大功率損失較常規(guī)光伏組件將減少約0~0.5%，當輻照度逐漸攀升至800W/m2以上時，低工作溫度組件最大功率損失較常規(guī)組件減少約0.5~1.4%，并且風速越大，鋁背板組件的降溫效果也越明顯。所設(shè)計的地工作溫度組件既保證絕緣性能，又提高了組件散熱性能，減少了組件的功率損耗。 【關(guān)鍵詞】：聚對二甲苯涂層 等離子體聚合 化學氣相沉積 超薄絕緣涂層 低工作溫度組件
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 晶硅光伏組件介紹10-13
• 1.1.1 太陽能電池的發(fā)展10-11
• 1.1.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理11-12
• 1.1.3 晶硅光伏組件基本結(jié)構(gòu)12-13
• 1.2 光伏組件發(fā)熱對輸出功率的影響13-18
• 1.2.1 光伏組件的輸出特性13-14
• 1.2.2 光伏組件的溫度特性14-15
• 1.2.3 光伏組件的發(fā)熱與散熱15-18
• 1.3 低工作溫度光伏組件的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4 本課題研究目的與意義19
• 1.5 本課題實驗設(shè)計理論依據(jù)及設(shè)計方案19-21
• 1.5.1 多層復合材料等效導熱系數(shù)估算19-20
• 1.5.2 課題的實驗設(shè)計思路20-21
• 1.6 本課題的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點21-22
• 第二章 聚對二甲苯薄膜制備及表征22-49
• 2.1 聚對二甲苯薄膜簡介22-24
• 2.2 化學氣相沉積法(CVD)制備聚對二甲苯薄膜24-29
• 2.2.1 實驗設(shè)計24
• 2.2.2 主要實驗原料與分析設(shè)備24-25
• 2.2.3 Parylene-C 薄膜的 CVD 制備及表征方法25-26
• 2.2.4 CVD 制備的 Parylene-C 薄膜表征26-29
• 2.3 等離子體增強化學氣相沉積法制備聚對二甲苯薄膜29-47
• 2.3.1 等離子體聚合沉積法介紹29-30
• 2.3.2 PECVD 制備聚對二甲苯薄膜實驗設(shè)計30-32
• 2.3.3 主要實驗原料與分析設(shè)備32
• 2.3.4 Parylene-N 薄膜的 PECVD 制備及表征方法32-34
• 2.3.5 PECVD 輝光放電特性研究34-37
• 2.3.6 射頻電源功率對 Parylene-N 薄膜沉積的影響37-41
• 2.3.7 對二甲苯單體流量對 Parylene-N 薄膜沉積的影響41-45
• 2.3.8 沉積時間對 Parylene-N 薄膜沉積的影響45-47
• 2.4 本章小結(jié)47-49
• 第三章 低工作溫度光伏組件的制造與性能49-66
• 3.1 低工作溫度光伏組件的設(shè)計49-50
• 3.2 低工作溫度光伏組件的制造過程50-51
• 3.2.1 主要原材料與設(shè)備50
• 3.2.2 低工作溫度光伏組件的制造50-51
• 3.3 光伏組件背部等效導熱系數(shù)理論值51-53
• 3.4 低工作溫度光伏組件的室內(nèi)性能測試53-59
• 3.4.1 主要測試儀器與設(shè)備53
• 3.4.2 晶硅光伏組件的測試方法與標準53-55
• 3.4.3 室內(nèi)性能測試結(jié)果分析55-59
• 3.5 低工作溫度光伏組件的戶外溫度測試59-64
• 3.5.1 主要測試儀器與設(shè)備59
• 3.5.2 戶外溫度測試方法59-60
• 3.5.3 戶外溫度測試結(jié)果分析60-64
• 3.6 本章小結(jié)64-66
• 第四章 結(jié)論與展望66-68
• 參考文獻68-73
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)研究成果73-74
• 致謝74

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