太陽能玻璃用納米減反射塗料、製備方法及其應用的製作方法
2023-06-26 23:57:01 1
太陽能玻璃用納米減反射塗料、製備方法及其應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種太陽能玻璃用納米減反射塗料及其製備方法和應用，利用SiO2納米粒子水溶膠、介孔SiO2水溶膠、TiO2納米晶粒、ITO納米顆粒及pH調節劑的協同作用，大大提高了可見光的透光率，同時能夠將太陽光中的紅外和紫外光轉化為太陽能組件能夠響應的可見光，進一步增加了太陽能組件的發電量，具有良好的工業應用前景。
【專利說明】太陽能玻璃用納米減反射塗料、製備方法及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種太陽能玻璃用納米減反射塗料及其製備方法，將其應用於太陽能 玻璃表面，能夠增加日光透光率從而達到增加發電量的效果，屬於光伏【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 太陽能是一種可再生資源，具有綠色無汙染等優良特性，正逐步取代傳統的不可 再生資源成為一種主力新能源，其中發展最為迅速的當屬太陽能電池組件，即利用太陽能 電池半導體材料的光伏效應，將太陽光輻射直接轉換為電能。太陽能電池組件是由太陽能 玻璃、太陽能電池矽片、背板和EVA膜封裝而成的，其中，太陽能電池矽片是實現光電轉換 的核心，其能夠產生的電量主要是由入射光的透光率、半導體材料的轉換效率來決定的。對 於如何提高半導體材料的光電轉換效率，現有技術中開展了大量的科研工作，目前，國內外 能夠實現的最商光電轉換效率達到25%左右（實驗室條件下），關於光電轉換效率的開發 工作投入較高且前景不樂觀，因此，更多的研究工作轉向提高透光率，即在太陽能玻璃上進 行相關技術攻堅。
【發明內容】
[0003] 為解決現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種太陽能玻璃用納米減反射塗 料及其製備方法和應用，能夠提高太陽能電池組件的發電量。
[0004] 為了實現上述目標，本發明採用如下的技術方案：
[0005] 太陽能玻璃用納米減反射塗料，其特徵在於，包括如下重量份的組分：成膜劑： 100份；5 % wt的Si02納米粒子水溶膠：30-60份；5 % wt的介孔Si02水溶膠：20-45份； 1102納米晶粒：15-40份；ΙΤ0納米顆粒：5-15份；pH調節劑 ：3-8份；流平劑：3-5份；去離 子水：50-150份。
[0006] 優選地，前述成膜劑選自：天然植物油、動物膠、蟲膠、乙酸纖維中的一種或多種。
[0007] 優選地，前述5% wt的Si02納米粒子水溶膠中，Si02的尺寸為20-60nm，形狀為球 形或橢球形，球形或橢球形的Si0 2納米粒子具有穩定性好、附著力高的優點，適合用作塗料 的結構材料。
[0008] 優選地，前述5% wt的介孔Si02水溶膠中，Si02粒子是：尺寸為50-100nm、內部具 有2-20nm孔徑的多邊形。本發明的研究發現，介孔Si0 2粒子能夠將紅外光、紫外光有效地 轉變為可見光，提高太陽能的利用率，其多邊形結構能夠進一步增加可見光的折射，使得更 多的可見光透過玻璃。
[0009] 優選地，前述Ti02納米晶粒和ΙΤ0納米顆粒的尺寸均為30-80nm，其中，Ti0 2納米 晶粒為銳鈦礦型，銳鈦礦型的Ti〇2能夠進一步提高紅外光和紫外光轉變為可見光的效率和 速率。
[0010] 優選地，前述pH調節劑為草酸或磷酸，在合適的pH值下，塗料的減反射性能能夠 達到更優。 toon] 優選地，前述流平劑為：聚丙烯酸酯、含矽丙烯酸酯或聚矽氧烷中的一種或幾種。
[0012] 此外，本發明還公開了太陽能玻璃用納米減反射塗料的製備方法，包括如下步 驟：
[0013] S1、配製5% wt的Si02納米粒子水溶膠：在二氧化矽納米粒子中加入去離子水，充 分攪拌後得到Si02納米粒子水溶膠；
[0014] S2、配製5% wt的介孔Si02水溶膠：在介孔二氧化矽粒子中加入去離子水，充分攪 拌後得到介孔Si02水溶膠，並與步驟S1得到的Si0 2納米粒子水溶膠混合均勻，靜置待用；
[0015] S3、將Ti02納米晶粒和ΙΤ0納米顆粒按前述的重量份投入步驟S2製得的混合水 溶膠中充分攪拌，形成混合液，再用pH調節劑將混合液的pH調節至6. 5-7. 5 ;
[0016] S4、將成膜劑和流平劑按前述的重量份加入步驟S3製得的混合液中，充分攪拌均 勻，最後再向其中加入一定量的去離子水，使其呈流動態，製得了太陽能玻璃用納米減反射 塗料。
[0017] 最後，本發明還公開了該塗料的應用，包括如下步驟：
[0018] A1、按前述的方法製備塗料；
[0019] A2、將塗料均勻塗覆於玻璃表面，厚度為100-230nm，讓其自然乾燥或入烘箱烘乾 固化；
[0020] A3、固化後，於600-800°C下進一步強化熱處理3-10min，得到具有減反射塗層的 太陽能玻璃。
[0021] 本發明的有益之處在於：本發明的太陽能玻璃用納米減反射塗料，利用Si02納米 粒子水溶膠、介孔Si0 2水溶膠、Ti02納米晶粒、ΙΤ0納米顆粒及pH調節劑的協同作用，大大 提高了可見光的透光率，同時能夠將太陽光中的紅外和紫外光轉化為太陽能組件能夠響應 的可見光，進一步增加了太陽能組件的發電量，具有良好的工業應用前景。
【具體實施方式】
[0022] 以下結合具體實施例對本發明作具體的介紹。
[0023] 實施例1
[0024] (1)、配製5% wt的Si02納米粒子水溶膠：在二氧化矽納米粒子中加入去離子水， 充分攪拌後得到Si02納米粒子水溶膠；
[0025] (2)、配製5% wt的介孔Si02水溶膠：在介孔二氧化矽粒子中加入去離子水，充分 攪拌後得到介孔Si02水溶膠，並與之前配製的Si0 2納米粒子水溶膠混合均勻，靜置待用；其 中，Si02納米粒子水溶膠為30份，介孔Si0 2水溶膠為20份；
[0026] (3)、將15份Ti02納米晶粒和10份ΙΤ0納米顆粒投入之前製得的混合水溶膠中 充分攪拌，形成混合液，再用pH調節劑將混合液的pH調節至6. 5 ;
[0027] (4)、將100份成膜劑和3份流平劑加入之前製得的混合液中，充分攪拌均勻，最後 再向其中加入50重量份的去離子水，使其呈流動態，便製得了太陽能玻璃用納米減反射塗 料；
[0028] (5)、將製得的塗料均勻塗覆於玻璃表面，厚度為150nm，讓其自然乾燥固化後，於 700°C下進一步強化熱處理5min，得到具有減反射塗層的太陽能玻璃。
[0029] 其中，成膜劑選自：天然植物油、動物膠、蟲膠、乙酸纖維中的一種或多種；在5% wt的Si02納米粒子水溶膠中，優選Si02的尺寸為20-60nm，形狀為球形或橢球形；在5 % wt 的介孔Si02水溶膠中，Si02粒子是：尺寸為50-100nm、內部具有2-20nm孔徑的多邊形；Ti0 2 納米晶粒和ITO納米顆粒的尺寸均為30-80nm，其中，Ti02納米晶粒為銳鈦礦型；pH調節劑 為草酸或磷酸；流平劑為：聚丙烯酸酯、含矽丙烯酸酯或聚矽氧烷中的一種或幾種。
[0030] 實施例2
[0031] 實施例2的實施步驟基本同實施例1，區別之處在於各組分的重量份和實施條件 有細微差別，具體如下：
[0032] (1)、配製5% wt的Si02納米粒子水溶膠：在二氧化矽納米粒子中加入去離子水， 充分攪拌後得到Si02納米粒子水溶膠；
[0033] (2)、配製5% wt的介孔Si02水溶膠：在介孔二氧化矽粒子中加入去離子水，充分 攪拌後得到介孔Si02水溶膠，並與之前配製的Si0 2納米粒子水溶膠混合均勻，靜置待用；其 中，Si02納米粒子水溶膠為50份，介孔Si0 2水溶膠為45份；
[0034] (3)、將30份Ti02納米晶粒和15份ΙΤ0納米顆粒投入之前製得的混合水溶膠中 充分攪拌，形成混合液，再用pH調節劑將混合液的pH調節至7 ;
[0035] (4)、將100份成膜劑和5份流平劑加入之前製得的混合液中，充分攪拌均勻，最後 再向其中加入150重量份的去離子水，使其呈流動態，便製得了太陽能玻璃用納米減反射 塗料；
[0036] (5)、將製得的塗料均勻塗覆於玻璃表面，厚度為200nm，讓其自然乾燥固化後，於 800°C下進一步強化熱處理lOmin，得到具有減反射塗層的太陽能玻璃。
[0037] 實施例3
[0038] 實施例3的實施步驟基本同實施例1，區別之處在於各組分的重量份和實施條件 有細微差別，具體如下：
[0039] (1)、配製5% wt的Si02納米粒子水溶膠：在二氧化矽納米粒子中加入去離子水， 充分攪拌後得到Si02納米粒子水溶膠；
[0040] (2)、配製5% wt的介孔Si02水溶膠：在介孔二氧化矽粒子中加入去離子水，充分 攪拌後得到介孔Si02水溶膠，並與之前配製的Si0 2納米粒子水溶膠混合均勻，靜置待用；其 中，Si02納米粒子水溶膠為60份，介孔Si0 2水溶膠為30份；
[0041] (3)、將40份Ti02納米晶粒和5份ITO納米顆粒投入之前製得的混合水溶膠中充 分攪拌，形成混合液，再用pH調節劑將混合液的pH調節至7. 5 ;
[0042] (4)、將100份成膜劑和4份流平劑加入之前製得的混合液中，充分攪拌均勻，最後 再向其中加入150重量份的去離子水，使其呈流動態，便製得了太陽能玻璃用納米減反射 塗料；
[0043] (5)、將製得的塗料均勻塗覆於玻璃表面，厚度為200nm，讓其自然乾燥固化後，於 800°C下進一步強化熱處理3min，得到具有減反射塗層的太陽能玻璃。
[0044] 實施例4
[0045] 實施例4的實施步驟基本同實施例1，區別之處主要在於塗料組分中不含有介孔 Si02水溶膠，具體如下：
[0046] (1)、配製5% wt的Si02納米粒子水溶膠：在二氧化矽納米粒子中加入去離子水， 充分攪拌後得到Si02納米粒子水溶膠；
[0047] (2)、將40份Ti02納米晶粒和5份ΙΤ0納米顆粒投入之前製得的50份Si02納米 粒子水溶膠中，充分攪拌，形成混合液，再用pH調節劑將混合液的pH調節至7 ;
[0048] (3)、將100份成膜劑和4份流平劑加入之前製得的混合液中，充分攪拌均勻，最後 再向其中加入120重量份的去離子水，使其呈流動態，便製得了太陽能玻璃用納米減反射 塗料；
[0049] (4)、將製得的塗料均勻塗覆於玻璃表面，厚度為100nm，讓其烘箱烘乾固化後，於 700°C下進一步強化熱處理lOmin，得到具有減反射塗層的太陽能玻璃。
[0050] 實施例5
[0051] 實施例5的實施步驟基本同實施例1，區別之處主要在於塗料組分中不含有Ti02 納米晶粒，具體如下：
[0052] (1)、配製5% wt的Si02納米粒子水溶膠：在二氧化矽納米粒子中加入去離子水， 充分攪拌後得到Si02納米粒子水溶膠；
[0053] (2)、配製5% wt的介孔Si02水溶膠：在介孔二氧化矽粒子中加入去離子水，充分 攪拌後得到介孔Si02水溶膠，並與之前配製的Si0 2納米粒子水溶膠混合均勻，靜置待用；其 中，Si02納米粒子水溶膠為60份，介孔Si0 2水溶膠為30份；
[0054] (3)、將15份ΙΤ0納米顆粒投入之前製得的混合水溶膠中充分攪拌，形成混合液， 再用pH調節劑將混合液的pH調節至7. 5 ;
[0055] (4)、將100份成膜劑和3份流平劑加入之前製得的混合液中，充分攪拌均勻，最後 再向其中加入80重量份的去離子水，使其呈流動態，便製得了太陽能玻璃用納米減反射塗 料；
[0056] (5)、將製得的塗料均勻塗覆於玻璃表面，厚度為160nm，讓其自然乾燥固化後，於 800°C下進一步強化熱處理8min，得到具有減反射塗層的太陽能玻璃。
[0057] 實施例6
[0058] 實施例6的實施步驟基本同實施例1，區別之處主要在於塗料組分中不含有介孔 Si02水溶膠和Ti02納米晶粒，具體如下：
[0059] (1)、配製5% wt的Si02納米粒子水溶膠：在二氧化矽納米粒子中加入去離子水， 充分攪拌後得到Si02納米粒子水溶膠；
[0060] (2)、將15份ΙΤ0納米顆粒投入60份Si02納米粒子水溶膠中充分攪拌，形成混合 液，再用pH調節劑將混合液的pH調節至6. 5 ;
[0061] (3)、將100份成膜劑和5份流平劑加入之前製得的混合液中，充分攪拌均勻，最後 再向其中加入100重量份的去離子水，使其呈流動態，便製得了太陽能玻璃用納米減反射 塗料；
[0062] (4)、將製得的塗料均勻塗覆於玻璃表面，厚度為100nm，讓其自然乾燥固化後，於 600°C下進一步強化熱處理lOmin，得到具有減反射塗層的太陽能玻璃。
[0063] 實施例7
[0064] 實施例7的實施步驟基本同實施例1，區別之處主要在於不使用pH調節劑對塗料 的pH值進行調節，具體如下：
[0065] (1)、配製5% wt的Si02納米粒子水溶膠：在二氧化矽納米粒子中加入去離子水， 充分攪拌後得到Si02納米粒子水溶膠；
[0066] (2)、配製5% wt的介孔Si02水溶膠：在介孔二氧化矽粒子中加入去離子水，充分 攪拌後得到介孔Si02水溶膠，並與之前配製的Si0 2納米粒子水溶膠混合均勻，靜置待用；其 中，Si02納米粒子水溶膠為60份，介孔Si0 2水溶膠為30份；
[0067] (3)、將40份Ti02納米晶粒和5份ΙΤ0納米顆粒投入之前製得的混合水溶膠中充 分攪拌，形成混合液；
[0068] (4)、將100份成膜劑和4份流平劑加入之前製得的混合液中，充分攪拌均勻，最後 再向其中加入150重量份的去離子水，使其呈流動態，便製得了太陽能玻璃用納米減反射 塗料；
[0069] (5)、將製得的塗料均勻塗覆於玻璃表面，厚度為200nm，讓其自然乾燥固化後，於 800°C下進一步強化熱處理3min，得到具有減反射塗層的太陽能玻璃。
[0070] 實施例8
[0071] 實施例8的實施步驟基本同實施例1，區別之處主要在於不做強化熱處理，具體 如下：
[0072] (1)、配製5% wt的Si02納米粒子水溶膠：在二氧化矽納米粒子中加入去離子水， 充分攪拌後得到Si02納米粒子水溶膠；
[0073] (2)、配製5% wt的介孔Si02水溶膠：在介孔二氧化矽粒子中加入去離子水，充分 攪拌後得到介孔Si02水溶膠，並與之前配製的Si0 2納米粒子水溶膠混合均勻，靜置待用；其 中，Si02納米粒子水溶膠為50份，介孔Si0 2水溶膠為45份；
[0074] (3)、將30份Ti02納米晶粒和15份ΙΤ0納米顆粒投入之前製得的混合水溶膠中 充分攪拌，形成混合液，再用pH調節劑將混合液的pH調節至7 ;
[0075] (4)、將100份成膜劑和5份流平劑加入之前製得的混合液中，充分攪拌均勻，最後 再向其中加入150重量份的去離子水，使其呈流動態，便製得了太陽能玻璃用納米減反射 塗料；
[0076] (5)、將製得的塗料均勻塗覆於玻璃表面，厚度為200nm，讓其自然乾燥固化後，得 到具有減反射塗層的太陽能玻璃。
[0077] 實施例9
[0078] 實施例9的實施步驟基本同實施例1，區別之處在於Ti02納米晶粒不採用實施例 1-8所採用的銳鈦礦型，而採用金紅石型，具體如下：
[0079] (1)、配製5% wt的Si02納米粒子水溶膠：在二氧化矽納米粒子中加入去離子水， 充分攪拌後得到Si02納米粒子水溶膠；
[0080] (2)、配製5% wt的介孔Si02水溶膠：在介孔二氧化矽粒子中加入去離子水，充分 攪拌後得到介孔Si02水溶膠，並與之前配製的Si0 2納米粒子水溶膠混合均勻，靜置待用；其 中，Si02納米粒子水溶膠為60份，介孔Si0 2水溶膠為30份；
[0081] (3)、將40份金紅石型的Ti02納米晶粒和5份ΙΤ0納米顆粒投入之前製得的混合 水溶膠中充分攪拌，形成混合液，再用pH調節劑將混合液的pH調節至7. 5 ;
[0082] (4)、將100份成膜劑和4份流平劑加入之前製得的混合液中，充分攪拌均勻，最後 再向其中加入150重量份的去離子水，使其呈流動態，便製得了太陽能玻璃用納米減反射 塗料；
[0083] (5)、將製得的塗料均勻塗覆於玻璃表面，厚度為200nm，讓其自然乾燥固化後，於 800°C下進一步強化熱處理3min，得到具有減反射塗層的太陽能玻璃。
[0084] 為了更好地闡述本發明，採用透光率測試儀對實施例1-9製備得到的具有減反射 塗層的太陽能玻璃進行透光率測試，並將其應用於同一規格的太陽能電池組件上進行發電 量測試，為了方便比較，我們統一測試太陽能電池的比功率發電量，即在一段時間內太陽能 電池在戶外實際光照條件下的總累積發電量與太陽能電池額定功率的比值，測試結果見表 1〇
[0085]
【權利要求】
1. 太陽能玻璃用納米減反射塗料，其特徵在於，包括如下重量份的組分： 成膜劑：100份； 5% wt的Si02納米粒子水溶膠：30-60份； 5% wt的介孔Si02水溶膠：20-45份； Ti02納米晶粒：15-40份； ITO納米顆粒：5-15份； pH調節劑：3-8份； 流平劑：3-5份； 去尚子水：50-150份。
2. 根據權利要求1所述的太陽能玻璃用納米減反射塗料，其特徵在於，所述成膜劑選 自：天然植物油、動物膠、蟲膠、乙酸纖維中的一種或多種。
3. 根據權利要求1所述的太陽能玻璃用納米減反射塗料，其特徵在於，所述5% wt的 Si02納米粒子水溶膠中，Si02的尺寸為20-60nm，形狀為球形或橢球形。
4. 根據權利要求1所述的太陽能玻璃用納米減反射塗料，其特徵在於，所述5% wt的 介孔3102水溶膠中，Si02粒子是：尺寸為50-100nm、內部具有2-20nm孔徑的多邊形。
5. 根據權利要求1所述的太陽能玻璃用納米減反射塗料，其特徵在於，所述Ti02納米 晶粒和ITO納米顆粒的尺寸均為30-80nm，其中，Ti0 2納米晶粒為銳鈦礦型。
6. 根據權利要求1所述的太陽能玻璃用納米減反射塗料，其特徵在於，所述pH調節劑 為草酸或磷酸。
7. 根據權利要求1所述的太陽能玻璃用納米減反射塗料，其特徵在於，所述流平劑為： 聚丙烯酸酯、含矽丙烯酸酯或聚矽氧烷中的一種或幾種。
8. 太陽能玻璃用納米減反射塗料的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟： 51、 配製5% wt的Si02納米粒子水溶膠：在二氧化娃納米粒子中加入去離子水，充分攪 拌後得到Si02納米粒子水溶膠； 52、 配製5% wt的介孔Si02水溶膠：在介孔二氧化矽粒子中加入去離子水，充分攪拌後 得到介孔Si02水溶膠，並與步驟S1得到的Si0 2納米粒子水溶膠混合均勻，靜置待用； 53、 將Ti02納米晶粒和ITO納米顆粒按權利要求1所述的重量份投入步驟 S2製得的混合水溶膠中充分攪拌，形成混合液，再用pH調節劑將混合液的pH調節至 6. 5-7. 5 ； 54、 將成膜劑和流平劑按重量份加入步驟S3製得的混合液中，充分攪拌均勻，最後再 向其中加入一定量的去離子水，使其呈流動態，製得了太陽能玻璃用納米減反射塗料。
9. 如權利要求1-7任一項所述的塗料的應用，其特徵在於，包括如下步驟： A1、按權利要求8所述的方法製備塗料； A2、將塗料均勻塗覆於玻璃表面，厚度為100-230nm，讓其自然乾燥或入烘箱烘乾固 化； A3、固化後，於600-800°C下進一步強化熱處理3-10min，得到具有減反射塗層的太陽 能玻璃。
【文檔編號】C09D101/12GK104194626SQ201410437127
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月29日 優先權日:2014年8月29日
【發明者】朱勝武 申請人:張家港彩蝶新材料有限公司