用于生产用于光学和热电装置的抗反射涂层的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种通过在玻璃或塑料基材上的溶胶-凝胶技术获得抗反射涂层的 方法。这种涂层增加了该涂层施加在其上的透明基材的透射率，因此其应用于高聚光型太 阳能电池组件/高聚光型太阳能电池模块（HCPV)，在主透镜和辅助透镜二者中，在常规的 硅或在热电CSP管中都是非常有用的。此外，在塔接收器的玻璃窗中。
[0002] 因此，本发明可以限定在太阳能和热电能源装置领域内。
【背景技术】
[0003] 太阳能收集器需要一个降低光透射的光损失的外玻璃罩。为了解决这个问题并提 高系统的性能，在基材上使用具有预定厚度的涂层，该基材的透射率在〇. 90至0. 92之间变 化，从而透射光损失的变化在入射的太阳辐射的8至10%。为了减少这些损失使用通过不 同技术制备的抗反射涂层。对于具有1. 45的折射率的玻璃基材，应使用具有更低比率的涂 层或抗反射涂层，以便结果是传输损耗中的降低。
[0004] 在涂层领域溶胶-凝胶技术已是突破性进展。这种技术允许在室温从液体组分 得到的无机氧化物的复合制剂的制备，其通过化学反应取得用于涂覆基材的固体结构（薄 膜），突出其强度和良好的光学性能。
[0005] 存在几种商用涂层，其使用应用于太阳能领域中的溶胶-凝胶技术来施加。文件 EP1329433A1公开了通过使用高浓度的THtonκ浸泡或喷涂在不同的基材上并后续热处理 以燃烧TritonT?的多孔涂层的溶胶-凝胶法制备。这些涂层需要高温固化（400-600°C)以 燃烧表面活性剂并实现机械稳定性。
[0006] 文件EP1074526A2描述了通过浸泡在玻璃/氧化锡的基材上的抗反射的和流平薄 膜的溶胶-凝胶法制备。使这些涂层定向以涂覆导电的氧化锡，氧化锡应用在玻璃基材上 不会产生抗反射涂层。
[0007] 文件US5580819A描述了在固体基材上具有不同官能团的抗反射的溶胶-凝胶法 制备，固化并用电解质水溶液处理产生多孔性。这个过程允许获得为了实现多孔性而使用 电解质破坏的强有机性质的杂化溶胶-凝胶薄膜，但是这些涂层不适合户外使用。
【发明内容】
[0008] 本发明描述了通过溶胶-凝胶法制备具有抗反射性能的涂层，随后通过喷涂技术 施加到太阳能收集器上以优化其光透射，并因此提高系统效率。与制备抗反射涂层的其他 技术比较，所描述方法的主要优点是该技术的多功能性，其允许实现最佳的制剂以获得具 有良好的光化学性质且针对环境因素具有机械和化学稳定性的所期望的光学特性。
[0009] 该涂层的物理化学特性允许其通过喷涂技术施加到收集器上，喷涂技术表现了超 过其他技术（诸如浸泡）的几个优点，而浸泡目前最广泛地用于CSP管涂层，举例来说。众 所周知，喷涂施加是更简单的，其允许对小片/小件进行工作，且其是不需要更复杂的设备 或工艺（如真空或蒸发）的自动化过程。并且，通过离心法沉积技术的利用，结果是得到均 匀性较差的涂层。
[0010] 因此，本发明的第一个方面涉及一种用于获得抗反射涂层的溶胶-凝胶法，其包 含以下步骤：
[0011] a)通过混合式（I )的化合物和式（II )的化合物制备溶液
[0012]
[0013] 其中WR，R4是直链的或支链的、相同的或不同的C1-C 6烷基基团；以及R5、 R6、R#P R8是相同的或不同的，并选自直链的或支链的C1-Cj^基基团或者直链的或支链的 C1-C6烷氧基基团，并且其中1?5、1?6、1? 7或1?8中至少一个基团是烷基基团；
[0014] 在包含水、C1-C4醇和无机酸的介质中，使其在50和100°C之间的温度水解1至10 个小时，优选在60至90°C之间的温度，以及更优选为2至5个小时的时间，
[0015] b)将天然油和非离子表面活性剂加入到由（a)获得的溶液中，使之在50和KKTC 之间的温度水解1至10个小时，优选在60和90°C之间的温度以及更优选为2至5个小时。 [0016] 在本发明中"烷基"应理解为脂肪链，直链的或支链的两者之一，具有1至10个碳 原子，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、仲丁基、正戊基、正己基等。优选地， 烷基基团具有1至6个碳原子。更优选地，甲基、正-乙基、正丙基、正丁基。所述烷基基团 可以被一个或多个取代基随意取代，取代基例如是卤素、羟基、叠氮化物、羧酸或者选自氨 基、酰胺基、羧酸酯、醚、硫醇、酰胺基或甲酰胺的取代的或未取代的基团。
[0017] 在本发明中"烷氧基"应理解为式-ORa的组，其中Ra是如上文所述的烷基。优选 地，术语烷氧基是指甲氧基、乙氧基或丙氧基。
[0018] 在本发明中"醇"应理解为含有至少一个作为碳的取代基的-OH基团的上述烷基 基团，末端的或中间的二者之一。优选地，醇是甲醇、乙醇或丙醇。
[0019] 在一个优选的实施方式中，1?1、1?2、1?3和1? 4是(：1-(；烷基，相同的或不同的二者之一。 在更优选的实施方式中，Rn R2、馬和R 4是乙基。
[0020] 在另一个优选的实施方式中，R5、R6、&或R 8中的至少一个是C ^C2烷基。在更优 选的实施方式中，^、&、&或1?8中的至少一个是甲基。
[0021] 在又一个优选的实施方式中，R5、R6、&或R 8中的至少一个是C ^C4烷氧基，相同的 或不同的二者之一。在更优选的实施方式中，^、&、&或R 8中的至少一个为乙氧基。在又 一个更优选的实施方式中，其中R5是甲基，R 6、&和R8是乙氧基。
[0022] 在另一个优选的实施方式中，在步骤（a)中使用的C1-C4醇是乙醇。
[0023] 在步骤（a)中使用的无机酸可以是本领域技术人员已知的任何无机酸，例如盐 酸、硫酸、硝酸或磷酸，但优选使用硝酸。
[0024] 步骤（b)的天然油可以是本领域技术人员已知的任何天然油，如蓖麻油、橄榄油、 向日葵油、摩洛哥坚果油、椰子油、胡桃油、杏仁油、大麻油、金盏花油、琉璃苣油等或其混合 物。但优选采用蓖麻油。
[0025] 非离子表面活性剂可以是本领域技术人员已知的任何非离子表面活 性剂，例如但不限于，以下类型的那些：Lutensol li，Basoclean' Basor〇r， Basosol，TritonK'，Brijκ
[0026] 在一个优选的实施方式中式（I)和（II)的化合物之间的摩尔比在2. 5:1至3. 5:1 之间，在步骤（a)中式（I)加 （II )的化合物和C1-C4醇之间的摩尔比在1:3至1:4之间。 式⑴加（Π )的化合物和水之间的摩尔比在1:1. 8至1:2. 2之间。式⑴加（II)的化合 物和无机酸之间的摩尔比在1:0. 1至1:0. 15之间。式（I)加（II)的化合物和表面活性 剂之间的摩尔比在1:0. 10至1:0. 15之间。式（I)加（II)的化合物和油之间的摩尔比在 1:0. 04 至 1:0. 05 之间。
[0027] 由上述方法形成的抗反射膜提高了用作基材的太阳能玻璃的透光率。作为代表性 的情况，可以指出，当该涂层在一侧上实现时透射率从91.4% (600nm处）增加至94%，或 在两侧执行时增加至97. 6 %。在玻璃的一侧上施加涂层已经呈现出在光伏电池内测量的电 流强度的5%的提高（参见图1)。强度上的这种增加与通过那个电池接收的光的增加成正 比。当涉及到太阳能集中器透镜的性能时这导致了相当大的改善。
[0028] 关于光化学稳定性，应当注意的是，如在实施例2的降解试验中看到的那样涂层 的耐久性是非常高的，其中示出涂层具有最小的针对太阳辐射的降解。在将样品对日光直 接暴露之后，只观察到在600nm波长处降低0. 50-0. 60%的透射率或者在800nm波长处小于 0. 22%，如图2所示。这相当于涂覆的基材的绝对透射率相对于其初始值平均下降0. 55%。 图2示出降解实验前和后基材的光透射的比较。
[0029] 在第二方面，本发明涉及一种根据上述方法获得的抗反射涂层且其特征在于它呈 现了介于1. 2至1. 3之间的折射率，优选地约为1. 25。
[0030] 在一个优选的实施方式中，抗反射涂层的厚度为80至200nm之间，优选地约为 160nm〇
[0031] 在第三方面，本发明涉及一种包含至少一层上述涂层的光学或热电装置。
[0032] 本发明的涂层是适用于任何使用在太阳能设备中的热电或光学装置的，而其需要 通过折射降低损失而改进效率。优选地，这些装置是从高聚光型太阳能电池组件、硅板或 CSP管中选择的。
[0033] 在第四方面，本发明涉及一种用于获得上述装置的方法，其包括以下步骤：
[0034] a)通过喷涂技术在基材上施加通过上述方法获得的抗反射涂层，
[0035] b)在90-200°C的温度固化在上一步骤中施加的薄膜10至60分钟之间的时间，优 选地在95-150°C的温度进行12至30分钟。
[0036] 优选地，进行了