本發(fā)明屬于太陽能電池
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種高吸光率太陽能吸收材料的制備方法。
背景技術(shù)：
：與煤、石油、天然氣等不可再生資源相比，太陽能有著資源豐富、清潔無污染、不受地域限制等優(yōu)點(diǎn)。利用太陽能的方式有很多，如光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換或光化學(xué)轉(zhuǎn)換等。在諸多太陽能利用方式中，最吸引人關(guān)注的是基于光電效應(yīng)的太陽能電池。近幾十年來，太陽能利用技術(shù)在科學(xué)研究、商業(yè)化生產(chǎn)、市場開拓等方面都獲得了長足發(fā)展，成為持續(xù)快速發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一。因此，提高對(duì)太陽能的有效利用率是目前材料、物理、化學(xué)等各學(xué)科及其交叉學(xué)科的重要研究方向之一。太陽能電池的研究方向是高轉(zhuǎn)換效率、低制造能耗、低成本、尋找存量豐富的原料、耐久性好且無公害等。經(jīng)過幾十年的努力，太陽能電池在轉(zhuǎn)換效率等方面取得了長足進(jìn)步。以晶體硅為代表的太陽能電池因其原料豐富、轉(zhuǎn)換效率高，已經(jīng)成為目前開發(fā)最快的太陽能電池。但硅基材料為間接帶隙半導(dǎo)體，其光吸收系數(shù)低。此外，硅基材料作為太陽能吸收材料，還存在原材料消耗大、成本高、制造工藝復(fù)雜、能源回收周期長等缺點(diǎn)。在傳統(tǒng)的太陽能半導(dǎo)體吸收材料中，電子吸收光子后從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，從而產(chǎn)生光生載流子。這樣就導(dǎo)致能量小于帶寬的光子無法被材料吸收，而能量大于帶寬的光子則只有一部分能量被材料利用，其超出帶寬的部分通過電子-聲子等相互作用轉(zhuǎn)化為熱能從而導(dǎo)致能量損失。在半導(dǎo)體材料的帶隙中引入雜質(zhì)中間帶，能夠擴(kuò)展材料對(duì)太陽光譜的利用范圍，從而更好地利用太陽光譜以減少能量損失。因此，采用適當(dāng)?shù)姆椒〒饺牒线m的元素，在受主半導(dǎo)體帶隙中引入雜質(zhì)能帶，能夠提高吸光率并減少載流子的非輻射復(fù)合。目前，國際上普遍采用離子注入或激光退火的方法摻雜特定元素，來誘導(dǎo)母體化合物雜質(zhì)帶的產(chǎn)生，進(jìn)而制備出中間帶太陽能電池。其中，激光退火法僅適用于表層，作用距離有限(僅數(shù)十納米左右)，且其成本相對(duì)較高；而離子注入法制備過程復(fù)雜，難以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，限制了其工業(yè)化應(yīng)用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種制備方法簡單且生產(chǎn)成本低的高吸光率太陽能吸收材料的制備方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種高吸光率太陽能吸收材料的制備方法，該方法具體包括以下步驟：(1)按照以下組分及重量份含量進(jìn)行備料：硅酸鹽10-15份、氧化鎢11-13份、鈦源20-25份、助劑1-4份、溶劑12-33份、穩(wěn)定液3-8份、有機(jī)硅樹脂12-18份；(2)將硅酸鹽、氧化鎢、鈦源、助劑及溶劑混合后，回流反應(yīng)3-5h，冷卻后加入穩(wěn)定液，并進(jìn)行超聲反應(yīng)10-30min；(3)通入氮?dú)膺M(jìn)行曝氣反應(yīng)1-2h；(4)加入有機(jī)硅樹脂，先進(jìn)行水浴微沸反應(yīng)2-3h，再進(jìn)行高溫高壓反應(yīng)1-2h，即得到所述的高吸光率太陽能吸收材料。所述的硅酸鹽包括四甲基硅酸銨或硅酸銨中的一種或兩種。所述的鈦源包括鈦酸正丁酯、鈦酸銨或鈦酸乙酯中的一種或多種。所述的助劑包括聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇中的一種或兩種。所述的溶劑包括正庚烷、正己烷或正丁醇中的一種或多種，所述的穩(wěn)定液為乙酰丙酮。步驟(2)所述的回流反應(yīng)中，回流流速為10-15mL/min，反應(yīng)溫度為50-70℃。步驟(2)所述的超聲反應(yīng)中，超聲頻率為0.1-1.1MHz。步驟(3)所述的曝氣反應(yīng)中，氮?dú)獾耐ㄈ胨俾蕿?0-35mL/min。步驟(4)所述的水浴微沸反應(yīng)中，水浴采用全浸式水浴，微沸溫度為90-95℃。步驟(4)所述的高溫高壓反應(yīng)中，反應(yīng)溫度為130-150℃，反應(yīng)壓力為9-13MPa。本發(fā)明中，先將硅酸鹽、氧化鎢、鈦源、助劑及溶劑混合后進(jìn)行回流反應(yīng)，使鈦源水解并與硅酸鹽反應(yīng)生成鈦金屬硅酸，同時(shí)氧化鎢變成鎢鹽；再加入穩(wěn)定液并進(jìn)行超聲反應(yīng)，使鈦金屬硅酸能夠穩(wěn)定存在；之后通入氮?dú)膺M(jìn)行曝氣反應(yīng)，使鈦金屬硅酸充分分散，與鎢鹽均勻混合，并通過高分子助劑進(jìn)行表面界面力連接，形成氧化硅基吸收材料；最后加入有機(jī)硅樹脂，先通過水浴微沸反應(yīng)，使有機(jī)硅樹脂與氧化硅基吸收材料粘結(jié)在一起，再通過高溫高壓反應(yīng)，使氧化硅基吸收材料與有機(jī)硅樹脂發(fā)生穩(wěn)定的鍵合反應(yīng)，并與其內(nèi)部的硅離子鍵合形成更為穩(wěn)定的鍵鏈，最終制得高吸光率太陽能吸收材料。本發(fā)明將鎢元素和鈦元素作為雜質(zhì)元素，先通過鍵鏈的方式將其固定在氧化硅基吸收材料中，再通過高溫高壓反應(yīng)使其與有機(jī)硅樹脂內(nèi)部的硅離子鍵合形成更為穩(wěn)定的鍵鏈。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：1)采用摻雜鎢元素和鈦元素的氧化硅基吸收材料，能夠擴(kuò)展材料對(duì)太陽光譜的利用范圍，從而更好地利用太陽光譜以減少能量損失；利用有機(jī)硅樹脂與其進(jìn)行高溫粘合，不僅具有良好的粘結(jié)效果，保證材料的穩(wěn)固性，同時(shí)還能夠提高材料中氧化硅的含量，進(jìn)一步提高材料的吸光率；2)先利用氮?dú)馐狗磻?yīng)能夠充分進(jìn)行，之后通過水浴微沸反應(yīng)提取溶劑及氨氣氣體，在微沸條件下，溶劑加熱揮發(fā)，氨氣在沸騰過程中快速釋放，以保證制得的材料中具有足夠的氧化硅濃度，并達(dá)到較高的吸光性能；3)通過超聲反應(yīng)與曝氣反應(yīng)，將硅酸鹽與鎢元素和鈦元素充分混合，并通過曝氣反應(yīng)和水浴微沸反應(yīng)，將氨氣及溶劑脫除，起到加稠效果；4)制備方法簡單，工藝條件溫和，重復(fù)性好，生產(chǎn)成本低，能滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求，且材料的高溫循環(huán)性能好，防腐性佳。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例1：一種高吸光率太陽能吸收材料的制備方法，其步驟如下：步驟1，將硅酸鹽、鈦源、氧化鎢、助劑加入至反應(yīng)釜中，并加入溶劑進(jìn)行回流反應(yīng)3h，其中，回流流速為10mL/min，回流反應(yīng)的溫度為50℃，回流過程中采用水進(jìn)行冷凝降溫；步驟2，回流后自然冷卻，然后加入穩(wěn)定液進(jìn)行超聲反應(yīng)10min，其中，超聲頻率為0.1MHz，超聲過程中采用水冷降溫；步驟3，自然冷卻后，在室溫下，以20mL/min的速率通入氮?dú)猓M(jìn)行曝氣反應(yīng)1h；步驟4，加入有機(jī)硅樹脂，在90℃下進(jìn)行全浸式水浴微沸反應(yīng)2h；步驟5，在130℃、9MPa下進(jìn)行高溫高壓反應(yīng)1h，之后自然冷卻至室溫，即可得到高吸光率太陽能吸收材料。其中，各組分的重量份含量如下：硅酸鹽10份、氧化鎢11份、鈦源20份、助劑1份、溶劑12份、穩(wěn)定液3份、有機(jī)硅樹脂12份。硅酸鹽采用四甲基硅酸銨，鈦源采用鈦酸正丁酯，助劑采用聚乙烯吡咯烷酮，溶劑采用正庚烷，穩(wěn)定液采用乙酰丙酮。實(shí)施例2：步驟1，將硅酸鹽、鈦源、氧化鎢、助劑加入至反應(yīng)釜中，并加入溶劑進(jìn)行回流反應(yīng)5h，其中，回流流速為15mL/min，回流反應(yīng)的溫度為70℃，回流過程中采用水進(jìn)行冷凝降溫；步驟2，回流后自然冷卻，然后加入穩(wěn)定液進(jìn)行超聲反應(yīng)30min，其中，超聲頻率為1.1MHz，超聲過程中采用水冷降溫；步驟3，自然冷卻后，在室溫下，以35mL/min的速率通入氮?dú)?，進(jìn)行曝氣反應(yīng)2h；步驟4，加入有機(jī)硅樹脂，在95℃下進(jìn)行全浸式水浴微沸反應(yīng)3h；步驟5，在150℃、13MPa下進(jìn)行高溫高壓反應(yīng)2h，之后自然冷卻至室溫，即可得到高吸光率太陽能吸收材料。其中，各組分的重量份含量如下：硅酸鹽15份、氧化鎢13份、鈦源25份、助劑4份、溶劑33份、穩(wěn)定液8份、有機(jī)硅樹脂18份。硅酸鹽采用硅酸銨，鈦源采用鈦酸銨，助劑采用聚乙二醇，溶劑采用正己烷，穩(wěn)定液采用乙酰丙酮。實(shí)施例3：一種高吸光率太陽能吸收材料，其制備方法的步驟如下：步驟1，將硅酸鹽、鈦源、氧化鎢、助劑加入至反應(yīng)釜中，并加入溶劑進(jìn)行回流反應(yīng)4h，其中，回流流速為13mL/min，回流反應(yīng)的溫度為60℃，回流過程中采用水進(jìn)行冷凝降溫；步驟2，回流后自然冷卻，然后加入穩(wěn)定液進(jìn)行超聲反應(yīng)20min，其中，超聲頻率為0.7MHz，超聲過程中采用水冷降溫；步驟3，自然冷卻后，在室溫下，以28mL/min的速率通入氮?dú)?，進(jìn)行曝氣反應(yīng)1h；步驟4，加入有機(jī)硅樹脂，在94℃下進(jìn)行全浸式水浴微沸反應(yīng)3h；步驟5，在140℃、11MPa下進(jìn)行高溫高壓反應(yīng)1h，之后自然冷卻至室溫，即可得到高吸光率太陽能吸收材料。其中，各組分的重量份含量如下：硅酸鹽13份、氧化鎢12份、鈦源23份、助劑3份、溶劑22份、穩(wěn)定液6份、有機(jī)硅樹脂15份。硅酸鹽采用四甲基硅酸銨，鈦源采用鈦酸乙酯，助劑采用聚乙烯吡咯烷酮，溶劑采用正丁醇，穩(wěn)定液采用乙酰丙酮。對(duì)比例：將現(xiàn)有水泥基太陽能吸收材料作為對(duì)比例，與實(shí)施例1-3制備得到的高吸光率太陽能吸收材料一起進(jìn)行性能測試，結(jié)果如下表所示：項(xiàng)目實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3對(duì)比例光吸收系數(shù)95％95％97％90％最高耐溫溫度110℃103℃132℃70.7℃波長范圍300-1200nm350-1150nm250-1300nm300-760nm抗壓強(qiáng)度55MPa51MPa58MPa25.8MPa由上表可以看出，實(shí)施例1-3制備得到的高吸光率太陽能吸收材料的光吸收系數(shù)均不低于95％，高于對(duì)比例的90％，表現(xiàn)出高吸光率，表明在鎢元素與鈦元素的作用下，材料的吸光性能得到了提高；在耐溫性能方面，由于以有機(jī)硅樹脂為主要粘結(jié)劑，并在硅、鎢、鈦元素之間發(fā)生作用，使材料的最高耐溫溫度大大提高；隨著鈦元素與鎢元素的摻雜，材料的可吸收波長范圍發(fā)生了變化，范圍變得更大，吸收率也隨之增加；由于具有穩(wěn)定的鍵鏈，高吸光率太陽能吸收材料的抗壓強(qiáng)度也得到了提升。實(shí)施例4：一種高吸光率太陽能吸收材料的制備方法，該方法具體包括以下步驟：(1)按照以下組分及重量份含量進(jìn)行備料：硅酸鹽10份、氧化鎢13份、鈦源20份、助劑4份、溶劑12份、穩(wěn)定液8份、有機(jī)硅樹脂12份；(2)將硅酸鹽、氧化鎢、鈦源、助劑及溶劑混合后，在60℃、回流流速12mL/min下回流反應(yīng)4h，冷卻后加入穩(wěn)定液，并在0.1MHz下進(jìn)行超聲反應(yīng)30min；(3)以27mL/min的速率通入氮?dú)膺M(jìn)行曝氣反應(yīng)1.5h；(4)加入有機(jī)硅樹脂，先采用全浸式水浴，在90℃下進(jìn)行水浴微沸反應(yīng)3h，再在130℃、9MPa下進(jìn)行高溫高壓反應(yīng)2h，即得到高吸光率太陽能吸收材料。其中，硅酸鹽為硅酸銨；鈦源為鈦酸正丁酯；助劑為聚乙二醇；溶劑為正庚烷；穩(wěn)定液為乙酰丙酮。實(shí)施例5：一種高吸光率太陽能吸收材料的制備方法，該方法具體包括以下步驟：(1)按照以下組分及重量份含量進(jìn)行備料：硅酸鹽15份、氧化鎢11份、鈦源25份、助劑1份、溶劑33份、穩(wěn)定液3份、有機(jī)硅樹脂18份；(2)將硅酸鹽、氧化鎢、鈦源、助劑及溶劑混合后，在70℃、回流流速15mL/min下回流反應(yīng)3h，冷卻后加入穩(wěn)定液，并在1.1MHz下進(jìn)行超聲反應(yīng)10min；(3)以35mL/min的速率通入氮?dú)膺M(jìn)行曝氣反應(yīng)1h；(4)加入有機(jī)硅樹脂，先采用全浸式水浴，在95℃下進(jìn)行水浴微沸反應(yīng)2h，再在150℃、13MPa下進(jìn)行高溫高壓反應(yīng)1h，即得到高吸光率太陽能吸收材料。其中，硅酸鹽包括四甲基硅酸銨和硅酸銨；鈦源包括鈦酸銨和鈦酸乙酯；助劑為聚乙烯吡咯烷酮；溶劑包括正庚烷和正己烷；穩(wěn)定液為乙酰丙酮。實(shí)施例6：一種高吸光率太陽能吸收材料的制備方法，該方法具體包括以下步驟：(1)按照以下組分及重量份含量進(jìn)行備料：硅酸鹽12份、氧化鎢12份、鈦源23份、助劑3份、溶劑23份、穩(wěn)定液5份、有機(jī)硅樹脂15份；(2)將硅酸鹽、氧化鎢、鈦源、助劑及溶劑混合后，在50℃、回流流速10mL/min下回流反應(yīng)5h，冷卻后加入穩(wěn)定液，并在0.7MHz下進(jìn)行超聲反應(yīng)20min；(3)以20mL/min的速率通入氮?dú)膺M(jìn)行曝氣反應(yīng)2h；(4)加入有機(jī)硅樹脂，先采用全浸式水浴，在92℃下進(jìn)行水浴微沸反應(yīng)2.5h，再在140℃、11MPa下進(jìn)行高溫高壓反應(yīng)1.5h，即得到高吸光率太陽能吸收材料。其中，硅酸鹽為四甲基硅酸銨；鈦源為鈦酸銨；助劑包括聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇；溶劑為正丁醇；穩(wěn)定液為乙酰丙酮。上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3