CN105929471B - 一种低成本太阳能薄膜反射镜材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低成本太阳能薄膜反射镜材料，其包括背胶保护膜、背胶、基片薄膜、镀膜反射层以及镀膜保护层，其中所述基片薄膜的一面做敏化处理，与所述背胶牢固结合,所述基片薄膜的另一面是光滑表面与镀膜反射层结合,镀膜反射层的上表面与镀膜保护层结合，所述镀膜反射层包括三层镀膜，依次为铝层、银层、氟化镁层。太阳光通过镀膜保护层到达银层，经银层反射后透过镀膜保护层到达太阳能利用装置或器件。本发明的低成本太阳能薄膜反射镜材料有效地解决了紫外线阻断和表面的水汽阻断问题，由于不需要采用紫外光吸收剂，并且经过长期使用，其光学性能依然保持不变，从而大幅度地减少反射薄膜材料的制造成本，提高了使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，特别涉及一种低成本太阳能薄膜反射镜材料。
背景技术
目前，太阳能热利用的普及取决于太阳能热利用系统的成本。由于太阳能的低密度特点，由太阳能产生高温热，一般需要对太阳光进行聚光，目前技术比较成熟的有槽式聚光系统、碟式聚光系统和塔式聚光系统。槽式聚光系统主要用于太阳能光热发电和产生工业蒸汽，光热发电所需温度在450度以上，而工业蒸汽所需温度在100-300度之间。目前槽式聚光系统，由于其系统成本较高，导致其系统投资回收成本较长，难以被普通的工业企业所接受。
槽式聚光的系统成本主要由集热管、反射镜和跟踪器等组成。要达到高的温度，就需要高的聚光倍数，相应的聚光系统的反射镜面积就要大，而且反射镜由自重和风载所造成的变形要小，否则光线就会偏离集热管，达不到聚光集热的目的。目前反射镜有玻璃反射镜、铝基反射镜和薄膜反射镜材料，玻璃反射镜和铝基反射镜的生产需要消耗大量的化石能源，薄膜反射镜材料耗能要小得多；薄膜反射镜材料主要存在的问题是其耐候性问题，其解决成本依然很高。
反射镜镀膜材料采用银比采用铝的反射率更适合太阳光的反射，过去主要解决的是有机薄膜的表面划伤、耐候性和抗紫外等问题，但这些问题在过去的镀铝反射镜薄膜的产品上得到了部分解决，如美国专利US4307150所揭示的。现今的新材料如含氟薄膜等，其耐候性和抗紫外线能力可以使用30年，表面增硬处理材料已经很多，很容易解决薄膜表面的划伤问题。但是镀银层存在两个问题，其一是银镀层表面的有机保护薄膜大都存在或多或少的透气透水率，这样会腐蚀银层，使得银镀层表面的反射率降低，其二是银膜对紫外光(324nm)有一个透射窗口，如图6a-图9所示，图6a、图7a是反射率曲线，对应的横轴表示光波长，纵轴表示反射率，图6b、图7b、图8、图9表示的是透过率曲线，从图中可以看出，在单独镀银的情况下，反射率在银层达到一定厚度时，反射率是恒定不变的，而透过银层的紫外光的波长在324nm附近，其透过率随着银层的加厚而减少，但其成本相应地增加，而且效果并不好。透射的紫外光会使得银背面的基底有机膜和背胶产生老化，其结果是产生很多的气泡，破坏镜面的平整性。例如美国专利US6989924B1就揭示了解决办法，其主要是在银的表面增加多层的紫外线吸收薄膜，同时起到抗腐蚀和抗紫外线的目的。如图1所示，包括背胶保护膜1，在使用的时候这层保护将被去掉，背胶层2，用于将反射薄膜材料与背板(图中没有画出)粘接，镀膜基材3，可采用PET薄膜等，反射镜层4，一般使用铝或者银作为镀层材料，通过真空蒸发、或磁控溅射、或涂布等工艺完成，其厚度一般在80-120nm左右。透明保护层5，用于阻断空气和水汽对金属镀膜层的腐蚀，一般采用耐候性和气水阻断率较好的材料，例如含氟薄膜，但是这种薄膜的价格很高，而且其价格与厚度成正比。为了降低成本，这层保护膜通常由2层以上的薄膜复合组成，如图2和图3所示，透明保护层5a、5b、5c这些薄膜共同组成气水阻断和耐候性良好的保护膜。为了阻断紫外线，需要在5b、5c的材料中添加紫外线吸收剂，但是紫外线吸收剂，在使用了一段时间后，会使得薄膜表面发黄，并影响薄膜的透光性，使得反射镜的光学性能下降，而且这样做的成本依然很高，有的甚至超过了玻璃反射镜的成本。美国专利US8398252揭示了防止镀银层在生产和以后使用时被腐蚀的方法，主要是在镀银层的背面镀一层10nm钛(Ti)或铬(Cr)，再在Ti上镀一层5nm厚的氟化钇(YF3)，以便银层在氟化钇上容易沉积成致密的银层，银层上面镀5nm厚的氟化钇，然后再镀85nm厚的氟化镁(MgF2)，并在氟化镁上镀其他的透明化合物，用以阻氧气和水气等对银层有腐蚀作用的气体。但Ti或Cr层对紫外光的透过率仍然很高，难以完全隔断紫外光对背面的基底有机膜和背胶产生老化，而且银表面的阻隔层完全靠真空镀膜的方法难以达到好的效果，这是因为真空镀膜的膜厚一般是纳米级的，而且一般的镀膜层是有一定的透气性的，即这些镀膜层对于气体来说并不是致密的。在室外使用的条件下，在温度湿度不断变化的条件下，银层依然会发生腐蚀，从而降低反射镜的性能。美国专利US7612937B2提出将铜镀在银的背面来隔断紫外线，但是，仍然有部分紫外线透过，因为铜并不是紫外线的最好隔断材料。
本发明的目的在于解决上述薄膜反射镜材料存在的缺陷，提供一种成本低廉、使用寿命长，能够有效阻断紫外线并加强表面的水汽阻断问题的太阳能薄膜反射镜材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低廉、使用寿命长、紫外线阻断效果好并能加强表面的水汽阻断的太阳能薄膜反射镜材料。
本发明的技术方案是：一种低成本太阳能薄膜反射镜材料，其包括以下组成：
背胶；
形成在背胶下表面的背胶保护膜；
形成在该背胶上表面的基片薄膜；
形成在该基片薄膜上表面的镀膜反射层；
形成在该镀膜反射层上表面的镀膜保护层；
优选地，所述镀膜反射层包括三层镀膜，形成在基片薄膜上表面的镀膜依次为铝层、银层、氟化镁层。
优选地，所述镀膜反射层还包括钛层和氟化钇层，所述钛层形成在所述铝层上表面，在该钛层上再镀所述银层，在所述银层上镀有氟化钇层，再在该氟化钇层上镀一层氟化镁层。
优选地，所述镀膜反射层还包括二氧化钛层，所述二氧化钛层形成在所述氟化镁层上。
优选地，所述镀膜保护层包括两层膜，在所述镀膜反射层上通过热复合有一层含氟透明薄膜或聚甲基丙烯酯甲酯类薄膜，在该含氟透明薄膜或聚甲基丙烯酯甲酯类薄膜再镀有一层氧化硅层。
优选地，所述铝层、银层、氟化镁层、钛层、氟化钇层以及二氧化钛层的膜层厚度为0.1nm-300nm。
优选地，所述氟化镁层厚度为80nm-90nm，所述银层厚度为80nm-90nm，所述铝层厚度为60nm-80nm。
优选地，所述银层厚度为50nm，所述铝层厚度为60nm。
优选地，所述基片薄膜的下表面做敏化处理，与所述背胶牢固结合,所述基片薄膜的上表面为光滑表面，与镀膜反射层结合，所述镀膜保护层与镀膜反射层通过热复合、超声复合或胶粘剂粘接。
优选地，所述镀膜保护层与镀膜层通过胶粘剂粘接，其胶粘剂是乙烯－乙酸乙烯酯共聚物或乙烯－醋酸乙烯酯共聚物或其他耐紫外线照射材料。
综上所述，本发明的有益效果在于：本发明的低成本太阳能反射薄膜材料通过三层镀膜层材料种类和厚度的选择有效地解决了紫外线的阻断和加强表面的水汽阻断问题，由于不需要采用紫外光吸收剂，并且经过长期使用，其光学性能依然保持不变，从而大幅度地减少反射薄膜材料的制造成本，提高了使用寿命。
下面通过实施例来更详细说明本发明。
附图说明
图1为现有的镀铝或镀银反射薄膜的组成示意图；
图2为现有的表面保护膜由两层复合组成的镀铝或镀银反射薄膜的组成示意图；
图3为现有的表面保护膜由三层复合组成的镀铝或镀银反射薄膜的组成示意图；
图4为本发明的一种成本低太阳能薄膜反射镜材料的组成示意图；
图5为本发明的成本低太阳能薄膜反射镜材料的另一组成示意图。
图6a为太阳能薄膜反射镜材料中镀银厚度为80nm的反射率曲线。
图6b为太阳能薄膜反射镜材料中镀银厚度为80nm的透射率曲线。
图7a为太阳能薄膜反射镜材料中镀银厚度为100nm的反射率曲线。
图7b为太阳能薄膜反射镜材料中镀银厚度为100nm的透射率曲线。
图8为太阳能薄膜反射镜材料中镀银厚度为120nm的透射率曲线。
图9为太阳能薄膜反射镜材料中镀银厚度为200nm的透射率曲线。
图10a为太阳能薄膜反射镜材料中镀铝厚度为40nm再镀银厚度80nm的反射率波长曲线。
图10b为太阳能薄膜反射镜材料中镀铝厚度为40nm再镀银厚度80nm的透射率波长曲线。
图11a为太阳能薄膜反射镜材料中镀铝厚度为40nm再镀银厚度60nm的反射率波长曲线。
图11b为太阳能薄膜反射镜材料中镀铝厚度为40nm再镀银厚度60nm的透射率波长曲线。
图12a为太阳能薄膜反射镜材料中镀铝厚度为60nm再镀银厚度50nm的反射率波长曲线。
图12b为太阳能薄膜反射镜材料中镀铝厚度为60nm再镀银厚度50nm的透射率波长曲线。
其中：图6a至图12b中横轴表示的是光波长，纵轴表示的是反射率或透射率。
具体实施方式
下面以实施例结合附图4-5的方式对本发明进行进一步说明。
如图4至图5所示，其示出了本发明的太阳能薄膜反射镜材料的具体组成，太阳能薄膜反射镜材料包括背胶保护膜1、背胶2、基片薄膜3、镀膜反射层以及镀膜保护层，其中背胶保护膜1粘贴在背胶2的下表面，基片薄膜3形成在背胶2的上表面，镀膜反射层形成在基片薄膜3的上表面，镀膜保护层形成在该镀膜反射层的上表面。背胶2采用丙烯酸压敏胶，基片薄膜3采用PET薄膜,基片薄膜3的下表面3a进行了敏化处理以便与背胶2牢固结合，基片薄膜的上表面3b的表面是光滑的。背胶保护膜在使用时是被去掉的，露出的背胶与其他固定基板粘接。镀膜保护层与镀膜反射层之间可以通过热复合，或超声复合，或用胶粘剂粘接，胶粘剂可以是耐紫外线照射的材料，如乙烯－乙酸乙烯(醋酸乙烯)酯共聚物(EVA)等胶黏剂。
镀膜反射层依次包括铝层、银层、氟化镁层三层结构，在该三层结构内还可以增加钛层和氟化钇层，铝层、银层、氟化镁层等所有通过真空镀膜的膜层的厚度在0.1nm-300nm之间。优选氟化镁层厚度在80nm-90nm为最佳，既有较好的保护作用又使得反射效率在大角度时降低较少。优选银层厚度在80nm-90nm为最佳，铝层厚度在60nm-80nm为最佳。
本发明的太阳能薄膜反射镜材料具体制备过程为：首先通过真空磁控溅射首先将一层60nm厚的铝层4a镀在基片薄膜的上表面3b的表面作为紫外线隔断层，接着镀一层10nm厚的钛层在该铝层上(图中未示出)，以使得接下来的镀银层更加致密，镀银层4b的厚度为80nm，成为反射层，在银层4b上再镀一层5nm厚的氟化钇(图中未示出)，接着再镀一层85nm厚的氟化镁层4c，作为保护层，之后通过热复合将一层25微米的含氟透明薄膜5附着在氟化镁层4c的表面，作为镀膜保护层，为了加强镀膜保护层表面的抗划伤性及进一步提高其水汽阻断性能，在含氟透明薄膜5的表面通过真空磁控溅射再镀一层氧化硅层5b。
如图10a、图11a和图12a所示，其反映了镀银厚度减少和镀铝厚度增加时，反射率基本恒定，如图10b、图11b和图12b所示，反映了铝层厚度增加，透过的324nm波长及其附近波长的紫外光透过率显著减少的情况，镀铝厚度为60nm左右，镀银厚度在50nm左右时，达到了较理想的效果，此时反射率最高，而紫外光的透射率最低，基本完全阻断。当镀银层达到80nm厚时，增加不到千分之一，反射率已达到最大值，再增加银层的厚度，对反射率再无贡献。图12b反映了这时的紫外线已经完全阻断，图12a反映了此时的太阳光反射率与厚银层反射镜的反射效果相同。太阳光透过镀膜保护层到达银层，经银层反射后透过镀膜保护层到达太阳能利用装置或器件。
本发明通过在银层与基片薄膜之间增加一层铝膜作为紫外光隔断层，由于有了这一层，银层的厚度可以适当降低，使得综合镀膜成本与单层镀银(120nm)的相近，在银层的表面镀一层氟化镁层可以大幅增加水汽阻断性能，同时在镀膜保护薄膜的外侧再镀一层氧化硅层，最终使得整个反射薄膜材料在室外使用达到足够长的寿命。由于没有采用紫外光吸收剂，经过长期使用，其光学性能依然保持不变。
本发明中铝层主要是阻断透过所述银层的紫外光，因此可以用其他具有阻断紫外光的金属或化合物替代，或多层不同材料结合以达到用更好的紫外光阻断效果或者提高反射银层的质量，例如在镀铝后再镀一层钛以便银层沉积容易并且致密。所述氟化镁层主要是进一步阻断透过镀膜保护层的氧气、水气等对银层性能有影响的小分子气体，因此可以用其他一种或多种具有较好的水气阻断性能的透光化合物替代，例如在银层上先镀一层氟化钇，其厚度为5nm左右，然后再镀氟化镁，这样可以使得氟化镁层更致密，或者采用离子辅助镀膜,使得氟化镁层更致密,并且在氟化镁上可以再镀一层二氧化钛。
本发明薄膜材料的制备方法包括真空镀膜的方法，该方法包含但不限于在真空腔体内用电阻蒸发蒸发、电子枪蒸发、溅射或磁控溅射、离子辅助镀膜等工艺手段。优选真空镀膜方法采用磁控溅射方法，更有利于基片与金属层的相接界面的耐候性。还可以采用磁控溅射方法并用离子辅助镀膜，以使薄膜更致密，能够大幅度增加薄膜的耐候性。
本发明的透明镀膜保护层其作用是水气阻断，可以是一层薄膜构成，例如含氟薄膜或者聚甲基丙烯酯甲酯类薄膜，也可以是多层薄膜组成以形成性能更好或成本更低的水气阻断层。并且镀膜保护层的外表面可以增加其他功能性的膜层，例如表面抗污自洁性、抗划伤性、进一步增强薄膜的水汽阻断性等。
综上，本发明的太阳能反射薄膜材料不限于上述实施例的结构，可以进行多种变型。总之，在不脱离本发明精神范围内的所有改进都落入本发明的范围内。
Claims (7)
1.一种低成本太阳能薄膜反射镜材料，其特征在于：包括以下组成：
背胶；
形成在背胶下表面的背胶保护膜；
形成在该背胶上表面的基片薄膜；
形成在该基片薄膜上表面的镀膜反射层；
形成在该镀膜反射层上表面的镀膜保护层；
所述镀膜反射层依次包括形成在基片薄膜上表面的铝层、钛层、银层、氟化钇层、氟化镁层。
2.根据权利要求1所述的低成本太阳能薄膜反射镜材料，其特征在于，所述镀膜反射层还包括二氧化钛层，所述二氧化钛层形成在所述氟化镁层上。
3.根据权利要求1所述的低成本太阳能薄膜反射镜材料，其特征在于，所述镀膜保护层包括两层膜，在所述镀膜反射层上通过热复合有一层含氟透明薄膜或聚甲基丙烯酯甲酯类薄膜，在该含氟透明薄膜或聚甲基丙烯酯甲酯类薄膜再镀有一层氧化硅层。
4.根据权利要求2所述的低成本太阳能薄膜反射镜材料，其特征在于，所述铝层、银层、氟化镁层、钛层、氟化钇层以及二氧化钛层的膜层厚度为0 .1nm-300nm。
5.根据权利要求1所述的低成本太阳能薄膜反射镜材料，其特征在于，所述氟化镁层厚度为80nm-90nm，所述银层厚度为80nm-90nm，所述铝层厚度为60nm-80nm。
6.根据权利要求1所述的低成本太阳能薄膜反射镜材料，其特征在于，所述基片薄膜的下表面做敏化处理，与所述背胶牢固结合,所述基片薄膜的上表面为光滑表面，与镀膜反射层结合，所述镀膜保护层与镀膜反射层通过热复合、超声复合或胶粘剂粘接。
7.根据权利要求1所述的低成本太阳能薄膜反射镜材料，其特征在于，所述镀膜保护层与镀膜反射层通过胶粘剂粘接，其胶粘剂是乙烯－乙酸乙烯酯共聚物或乙烯－醋酸乙烯酯共聚物。
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