一種太陽(yáng)能玻璃多功能鍍膜液及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能玻璃多功能鍍膜液及其生產(chǎn)方法，特別是一種同時(shí)具備自清潔、減反射和近紫外光轉(zhuǎn)換三重功能的太陽(yáng)能玻璃多功能鍍膜液及其生產(chǎn)方法，屬于新能源和光伏材料領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]目前晶體硅太陽(yáng)能電池實(shí)驗(yàn)室中最高光電轉(zhuǎn)換效率為25%，實(shí)際應(yīng)用中光電轉(zhuǎn)換效率20%左右，顯而易見的原因是太陽(yáng)能電池玻璃蓋板表面對(duì)太陽(yáng)光反射、太陽(yáng)能電池玻璃蓋板為灰塵或污染物覆蓋擋光和晶體硅太陽(yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)光譜響應(yīng)不匹配，國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)都在致力于探尋提高晶體硅太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的方法，特別是探尋縮小實(shí)驗(yàn)室和實(shí)際應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換效率差別的簡(jiǎn)便易行的方法。
[0004]晶體硅太陽(yáng)能電池組件一般由涂減反射膜的太陽(yáng)能玻璃蓋板、太陽(yáng)能電池晶體硅片和電池背板與EVA膜粘壓封裝，再裝入固定邊框構(gòu)成。太陽(yáng)能電池組件封裝玻璃的可見光透過率一般為91.6%，太陽(yáng)能玻璃單表面反射率4%。若在太陽(yáng)能玻璃表面涂敷一層150nm左右厚度的減反射膜，可增加可見光透過率2.5%-3.5%。太陽(yáng)能玻璃減反射涂料主要組分是納米Si02、Bi203、MgF2、Al203、Zr02、稀土氧化物或其混合物。在太陽(yáng)能玻璃表面涂敷減反射膜是提高太陽(yáng)能電池效率最簡(jiǎn)便易行的方法，已得到廣泛應(yīng)用。
[0005]晶體硅太陽(yáng)能電池在戶外安裝使用中，玻璃蓋板逐漸為灰塵或工業(yè)污染物覆蓋，降低了玻璃透光率，使太陽(yáng)能電池效率下降10% — 30%。目前太陽(yáng)能電池灰塵污染主要靠人工或機(jī)械方式清理，對(duì)于工業(yè)污染物至今缺乏有效的清理措施。國(guó)內(nèi)外專利公開了一些具備自清潔功能的太陽(yáng)能玻璃涂料，將其涂敷在太陽(yáng)能玻璃表面上可靜電排斥灰塵和分解有機(jī)污染物。針對(duì)太陽(yáng)能電池玻璃蓋板的灰塵污染，美國(guó)3M創(chuàng)新公司發(fā)明專利CN101579672 (2009-11-18)和 CN101941001 (2011-01-12)公開一種減反射防污涂料，其主要成分是不同尺寸的納米二氧化硅水溶膠。由于二氧化硅表面帶負(fù)電荷和具有良好親水性，涂料在玻璃表面涂敷形成的減反射膜不僅具有良好增透作用，而且具有一定的防灰塵污染功能。日本公司專利US20090050018 (2009-02-26)公開一種無(wú)機(jī)水性涂料，主要成分是二氧化硅、磷酸鹽和硼酸，它具有良好親水性和和易清潔功能。
[0006]針對(duì)工業(yè)污染物對(duì)太陽(yáng)能電池玻璃蓋板的污染，國(guó)內(nèi)外許多專利公開在玻璃表面涂敷含二氧化鈦的自清潔膜，通過光催化作用可將工業(yè)污染物分解成二氧化碳和易除去的小分子化合物；另外，二氧化鈦在光照射下使表面產(chǎn)生超級(jí)親水性，使玻璃表面的水接觸角接近零度，污染物不易附著，通過重力作用、自然風(fēng)力或雨水沖刷可實(shí)現(xiàn)玻璃自清潔。存在的主要缺點(diǎn)是二氧化鈦的反射率高，將其單獨(dú)作為自清潔涂料或添加在減反射涂料中總導(dǎo)致透光率降低，部分抵消了減反射涂料的增透性能。例如，中國(guó)專利CN102702806 (2012-10-03)、CN102897833 (2013-01-30)公開一種自潔增效太陽(yáng)能涂料的制備及應(yīng)用，采用Ti02/Si(^g合組分，形成的膜層幾乎沒有增透效果。韓國(guó)公司專利US20100130348 (2010-05-27)公開一種光催化增透膜，在T12中摻雜WO 3、ZnO, SnO2組分，存在增透率不高的問題。
[0007]針對(duì)晶體硅太陽(yáng)能電池對(duì)紫外光響應(yīng)性差的問題，可設(shè)計(jì)在晶體硅太陽(yáng)能電池板表面引入摻有轉(zhuǎn)光材料的轉(zhuǎn)光層，把太陽(yáng)光譜中280nm-450nm的近紫外光轉(zhuǎn)換為晶體硅太陽(yáng)能電池響應(yīng)靈敏的可見光，以提高晶體硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。例如，中國(guó)專利CN101787272 (2010-07-28)公開一種摻雜稀土離子的納米熒光顆粒材料，可用于太陽(yáng)能電池的玻璃蓋板或密封材料中實(shí)現(xiàn)光轉(zhuǎn)換。中國(guó)專利CN103183479 (2013-07-03)公開一種具有光轉(zhuǎn)化作用的減反射薄膜的制備方法，將稀土銪離子摻雜到納米二氧化硅溶膠中，可提高透光率0.5%-4.0%。中國(guó)專利CN103058529 (2013-04-24)公開一種光波轉(zhuǎn)換-減反射雙功能溶膠材料及其薄膜的制備方法，將稀土鋱或銪離子摻雜到納米二氧化硅或二氧化鈦溶膠中，提拉法涂敷在玻璃表面形成膜，經(jīng)過550°C退火處理后得到雙功能復(fù)合薄膜，其光電轉(zhuǎn)換效率提高2.5%-7.4%。
[0008]現(xiàn)有專利中的太陽(yáng)能玻璃涂料通常只有減反射、光轉(zhuǎn)換和自清潔單一功能或具有自清潔減反射雙功能或具有光轉(zhuǎn)換減反射雙功能，而且各功能之間通常是相互抵消的，限制了太陽(yáng)能玻璃透光率和晶體硅太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有晶體硅太陽(yáng)能玻璃涂料減反射功能、光轉(zhuǎn)換功能和自清潔功能之間相互抵消問題，發(fā)明一種由減反射組分、自清潔組分、潛伏型光轉(zhuǎn)換組分、鍍膜調(diào)節(jié)劑和溶劑水組成，同時(shí)具備自清潔、減反射和近紫外光轉(zhuǎn)換三重功能的太陽(yáng)能玻璃多功能鍍膜液，以進(jìn)一步提高和穩(wěn)定太陽(yáng)能玻璃透光率和晶體硅太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率。
[0010]本發(fā)明的太陽(yáng)能玻璃多功能鍍膜液按質(zhì)量百分比組成如下:
5%納米S12水溶膠A (平均粒徑20nm)25.0%-50.0%
5%納米S12水溶膠B (平均粒徑1nm)15.0%-25.0%
5%鑭鈰摻雜納米Bi2O3水溶膠(平均粒徑20nm)2.5%-10.0%
硝酸鑭{La (NO 3) 3.6H20]0.014%-1.4%
硝酸鈰[Ce (NO 3) 3.6H20]0.005%-0.55%
硝酸鋱[Tb (NO 3) 3.6H20]0.006%-0.076%
磷酸二氫銨[NH4H2PO 4]0.2%-0.6%
磷酸[H3PO 4]0.1%-0.2%
草酸[H2C2O 4.2Η20]0.1%-1.5%
抗壞血酸[C6H6O6]0.01%-0.50%
5%表面活性劑水溶液0.5%-2.0%
5%偶聯(lián)劑水溶液0.5%-2.0%
去離子水余量。
[0011]涂料配方中減反射組分包括不同尺寸的納米S12水溶膠A和納米S1 2水溶膠B，其中，平均粒徑20nm的納米S12 A是由硅酸乙酯工業(yè)品在乙醇水溶液中堿性水解制備，具有折射率低、密度小和穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，適合用作減反射膜結(jié)構(gòu)材料；平均粒徑1nm的納米S12水溶膠B是由硅酸乙酯工業(yè)品在乙醇水溶液中酸性水解制備，具有附著力高和耐候性好的優(yōu)點(diǎn)，適合用作減反射膜結(jié)構(gòu)材料的粘合劑。
[0012]涂料配方中自清潔組分包括鑭鈰摻雜納米Bi2O3和納米S1 2。本發(fā)明鑭鈰摻雜納米Bi2O3是由無(wú)機(jī)鉍鹽水解法生產(chǎn)的低折射率納米Bi203，用鑭和鈰摻雜離子作為納米Bi2O3自清潔增效劑，可使其在可見光照射下也能高效分解有機(jī)物，從而大大降低涂料中納米Bi2O3加入量，維持涂料減反射性能不降低，克服了通常的納米Bi 203只有在紫外光照射下才能分解有機(jī)物和透光率低的缺點(diǎn)。此外，鑭鈰摻雜納米Bi2O3高溫處理后具有半導(dǎo)體材料性質(zhì)，膜層表面電阻下降到108，具有良好抗靜電作用，顯著減少灰塵在膜面附著。納米S12粒子表面帶有大量負(fù)電荷，可以靜電排斥通常帶負(fù)電荷的灰塵。附著的少量灰塵和有機(jī)污染物容易為重力作用、自然風(fēng)力或雨水沖刷除去，從而實(shí)現(xiàn)自清潔功能。含鑭鈰摻雜納米Bi2O3的納米S1 J莫層具有超級(jí)親水性，可見光照射下水接觸角小于10°，灰塵和有機(jī)污染物容易為雨水沖洗祛除干凈，具有易潔性和自清潔功能。
[0013]涂料配方中潛伏型光轉(zhuǎn)換組分包括硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸鋱、磷酸二氫銨、磷酸和抗壞血酸，這些組分自身為近紫外光照射不產(chǎn)生熒光，即沒有近紫外光的光轉(zhuǎn)換功能。研宄發(fā)現(xiàn)將含有納米二氧化硅、鑭鈰鋱稀土離子、磷酸和抗壞血酸還原劑的水溶膠成膜后，在500°C以上高溫灼燒時(shí)可生成二氧化硅包覆的磷酸鹽型熒光材料[LanyCexTbyPO4,x=0.02-0.5，y=0.02-0.05]。將其在近紫外光照射下產(chǎn)生綠色強(qiáng)熒光，具有良好近紫外光的光轉(zhuǎn)換性能。摻