太阳能玻璃用纳米减反射涂料、制备方法及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种太阳能玻璃用纳米减反射涂料及其制备方法和应用，利用SiO2纳米粒子水溶胶、介孔SiO2水溶胶、TiO2纳米晶粒、ITO纳米颗粒及pH调节剂的协同作用，大大提高了可见光的透光率，同时能够将太阳光中的红外和紫外光转化为太阳能组件能够响应的可见光，进一步增加了太阳能组件的发电量，具有良好的工业应用前景。
【专利说明】太阳能玻璃用纳米减反射涂料、制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种太阳能玻璃用纳米减反射涂料及其制备方法，将其应用于太阳能 玻璃表面，能够增加日光透光率从而达到增加发电量的效果，属于光伏【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 太阳能是一种可再生资源，具有绿色无污染等优良特性，正逐步取代传统的不可 再生资源成为一种主力新能源，其中发展最为迅速的当属太阳能电池组件，即利用太阳能 电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射直接转换为电能。太阳能电池组件是由太阳能 玻璃、太阳能电池硅片、背板和EVA膜封装而成的，其中，太阳能电池硅片是实现光电转换 的核心，其能够产生的电量主要是由入射光的透光率、半导体材料的转换效率来决定的。对 于如何提高半导体材料的光电转换效率，现有技术中开展了大量的科研工作，目前，国内外 能够实现的最商光电转换效率达到25%左右（实验室条件下），关于光电转换效率的开发 工作投入较高且前景不乐观，因此，更多的研究工作转向提高透光率，即在太阳能玻璃上进 行相关技术攻坚。
【发明内容】
[0003] 为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种太阳能玻璃用纳米减反射涂 料及其制备方法和应用，能够提高太阳能电池组件的发电量。
[0004] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
[0005] 太阳能玻璃用纳米减反射涂料，其特征在于，包括如下重量份的组分：成膜剂： 100份；5 % wt的Si02纳米粒子水溶胶：30-60份；5 % wt的介孔Si02水溶胶：20-45份； 1102纳米晶粒：15-40份；ΙΤ0纳米颗粒：5-15份；pH调节剂 ：3-8份；流平剂：3-5份；去离 子水：50-150份。
[0006] 优选地，前述成膜剂选自：天然植物油、动物胶、虫胶、乙酸纤维中的一种或多种。
[0007] 优选地，前述5% wt的Si02纳米粒子水溶胶中，Si02的尺寸为20-60nm，形状为球 形或椭球形，球形或椭球形的Si0 2纳米粒子具有稳定性好、附着力高的优点，适合用作涂料 的结构材料。
[0008] 优选地，前述5% wt的介孔Si02水溶胶中，Si02粒子是：尺寸为50-100nm、内部具 有2-20nm孔径的多边形。本发明的研究发现，介孔Si0 2粒子能够将红外光、紫外光有效地 转变为可见光，提高太阳能的利用率，其多边形结构能够进一步增加可见光的折射，使得更 多的可见光透过玻璃。
[0009] 优选地，前述Ti02纳米晶粒和ΙΤ0纳米颗粒的尺寸均为30-80nm，其中，Ti0 2纳米 晶粒为锐钛矿型，锐钛矿型的Ti〇2能够进一步提高红外光和紫外光转变为可见光的效率和 速率。
[0010] 优选地，前述pH调节剂为草酸或磷酸，在合适的pH值下，涂料的减反射性能能够 达到更优。 toon] 优选地，前述流平剂为：聚丙烯酸酯、含硅丙烯酸酯或聚硅氧烷中的一种或几种。
[0012] 此外，本发明还公开了太阳能玻璃用纳米减反射涂料的制备方法，包括如下步 骤：
[0013] S1、配制5% wt的Si02纳米粒子水溶胶：在二氧化硅纳米粒子中加入去离子水，充 分搅拌后得到Si02纳米粒子水溶胶；
[0014] S2、配制5% wt的介孔Si02水溶胶：在介孔二氧化硅粒子中加入去离子水，充分搅 拌后得到介孔Si02水溶胶，并与步骤S1得到的Si0 2纳米粒子水溶胶混合均匀，静置待用；
[0015] S3、将Ti02纳米晶粒和ΙΤ0纳米颗粒按前述的重量份投入步骤S2制得的混合水 溶胶中充分搅拌，形成混合液，再用pH调节剂将混合液的pH调节至6. 5-7. 5 ;
[0016] S4、将成膜剂和流平剂按前述的重量份加入步骤S3制得的混合液中，充分搅拌均 匀，最后再向其中加入一定量的去离子水，使其呈流动态，制得了太阳能玻璃用纳米减反射 涂料。
[0017] 最后，本发明还公开了该涂料的应用，包括如下步骤：
[0018] A1、按前述的方法制备涂料；
[0019] A2、将涂料均匀涂覆于玻璃表面，厚度为100-230nm，让其自然干燥或入烘箱烘干 固化；
[0020] A3、固化后，于600-800°C下进一步强化热处理3-10min，得到具有减反射涂层的 太阳能玻璃。
[0021] 本发明的有益之处在于：本发明的太阳能玻璃用纳米减反射涂料，利用Si02纳米 粒子水溶胶、介孔Si0 2水溶胶、Ti02纳米晶粒、ΙΤ0纳米颗粒及pH调节剂的协同作用，大大 提高了可见光的透光率，同时能够将太阳光中的红外和紫外光转化为太阳能组件能够响应 的可见光，进一步增加了太阳能组件的发电量，具有良好的工业应用前景。
【具体实施方式】
[0022] 以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。
[0023] 实施例1
[0024] (1)、配制5% wt的Si02纳米粒子水溶胶：在二氧化硅纳米粒子中加入去离子水， 充分搅拌后得到Si02纳米粒子水溶胶；
[0025] (2)、配制5% wt的介孔Si02水溶胶：在介孔二氧化硅粒子中加入去离子水，充分 搅拌后得到介孔Si02水溶胶，并与之前配制的Si0 2纳米粒子水溶胶混合均匀，静置待用；其 中，Si02纳米粒子水溶胶为30份，介孔Si0 2水溶胶为20份；
[0026] (3)、将15份Ti02纳米晶粒和10份ΙΤ0纳米颗粒投入之前制得的混合水溶胶中 充分搅拌，形成混合液，再用pH调节剂将混合液的pH调节至6. 5 ;
[0027] (4)、将100份成膜剂和3份流平剂加入之前制得的混合液中，充分搅拌均勻，最后 再向其中加入50重量份的去离子水，使其呈流动态，便制得了太阳能玻璃用纳米减反射涂 料；
[0028] (5)、将制得的涂料均匀涂覆于玻璃表面，厚度为150nm，让其自然干燥固化后，于 700°C下进一步强化热处理5min，得到具有减反射涂层的太阳能玻璃。
[0029] 其中，成膜剂选自：天然植物油、动物胶、虫胶、乙酸纤维中的一种或多种；在5% wt的Si02纳米粒子水溶胶中，优选Si02的尺寸为20-60nm，形状为球形或椭球形；在5 % wt 的介孔Si02水溶胶中，Si02粒子是：尺寸为50-100nm、内部具有2-20nm孔径的多边形；Ti0 2 纳米晶粒和ITO纳米颗粒的尺寸均为30-80nm，其中，Ti02纳米晶粒为锐钛矿型；pH调节剂 为草酸或磷酸；流平剂为：聚丙烯酸酯、含硅丙烯酸酯或聚硅氧烷中的一种或几种。
[0030] 实施例2
[0031] 实施例2的实施步骤基本同实施例1，区别之处在于各组分的重量份和实施条件 有细微差别，具体如下：
[0032] (1)、配制5% wt的Si02纳米粒子水溶胶：在二氧化硅纳米粒子中加入去离子水， 充分搅拌后得到Si02纳米粒子水溶胶；
[0033] (2)、配制5% wt的介孔Si02水溶胶：在介孔二氧化硅粒子中加入去离子水，充分 搅拌后得到介孔Si02水溶胶，并与之前配制的Si0 2纳米粒子水溶胶混合均匀，静置待用；其 中，Si02纳米粒子水溶胶为50份，介孔Si0 2水溶胶为45份；
[0034] (3)、将30份Ti02纳米晶粒和15份ΙΤ0纳米颗粒投入之前制得的混合水溶胶中 充分搅拌，形成混合液，再用pH调节剂将混合液的pH调节至7 ;
[0035] (4)、将100份成膜剂和5份流平剂加入之前制得的混合液中，充分搅拌均勻，最后 再向其中加入150重量份的去离子水，使其呈流动态，便制得了太阳能玻璃用纳米减反射 涂料；
[0036] (5)、将制得的涂料均匀涂覆于玻璃表面，厚度为200nm，让其自然干燥固化后，于 800°C下进一步强化热处理lOmin，得到具有减反射涂层的太阳能玻璃。
[0037] 实施例3
[0038] 实施例3的实施步骤基本同实施例1，区别之处在于各组分的重量份和实施条件 有细微差别，具体如下：
[0039] (1)、配制5% wt的Si02纳米粒子水溶胶：在二氧化硅纳米粒子中加入去离子水， 充分搅拌后得到Si02纳米粒子水溶胶；
[0040] (2)、配制5% wt的介孔Si02水溶胶：在介孔二氧化硅粒子中加入去离子水，充分 搅拌后得到介孔Si02水溶胶，并与之前配制的Si0 2纳米粒子水溶胶混合均匀，静置待用；其 中，Si02纳米粒子水溶胶为60份，介孔Si0 2水溶胶为30份；
[0041] (3)、将40份Ti02纳米晶粒和5份ITO纳米颗粒投入之前制得的混合水溶胶中充 分搅拌，形成混合液，再用pH调节剂将混合液的pH调节至7. 5 ;
[0042] (4)、将100份成膜剂和4份流平剂加入之前制得的混合液中，充分搅拌均勻，最后 再向其中加入150重量份的去离子水，使其呈流动态，便制得了太阳能玻璃用纳米减反射 涂料；
[0043] (5)、将制得的涂料均匀涂覆于玻璃表面，厚度为200nm，让其自然干燥固化后，于 800°C下进一步强化热处理3min，得到具有减反射涂层的太阳能玻璃。
[0044] 实施例4
[0045] 实施例4的实施步骤基本同实施例1，区别之处主要在于涂料组分中不含有介孔 Si02水溶胶，具体如下：
[0046] (1)、配制5% wt的Si02纳米粒子水溶胶：在二氧化硅纳米粒子中加入去离子水， 充分搅拌后得到Si02纳米粒子水溶胶；
[0047] (2)、将40份Ti02纳米晶粒和5份ΙΤ0纳米颗粒投入之前制得的50份Si02纳米 粒子水溶胶中，充分搅拌，形成混合液，再用pH调节剂将混合液的pH调节至7 ;
[0048] (3)、将100份成膜剂和4份流平剂加入之前制得的混合液中，充分搅拌均勻，最后 再向其中加入120重量份的去离子水，使其呈流动态，便制得了太阳能玻璃用纳米减反射 涂料；
[0049] (4)、将制得的涂料均匀涂覆于玻璃表面，厚度为100nm，让其烘箱烘干固化后，于 700°C下进一步强化热处理lOmin，得到具有减反射涂层的太阳能玻璃。
[0050] 实施例5
[0051] 实施例5的实施步骤基本同实施例1，区别之处主要在于涂料组分中不含有Ti02 纳米晶粒，具体如下：
[0052] (1)、配制5% wt的Si02纳米粒子水溶胶：在二氧化硅纳米粒子中加入去离子水， 充分搅拌后得到Si02纳米粒子水溶胶；
[0053] (2)、配制5% wt的介孔Si02水溶胶：在介孔二氧化硅粒子中加入去离子水，充分 搅拌后得到介孔Si02水溶胶，并与之前配制的Si0 2纳米粒子水溶胶混合均匀，静置待用；其 中，Si02纳米粒子水溶胶为60份，介孔Si0 2水溶胶为30份；
[0054] (3)、将15份ΙΤ0纳米颗粒投入之前制得的混合水溶胶中充分搅拌，形成混合液， 再用pH调节剂将混合液的pH调节至7. 5 ;
[0055] (4)、将100份成膜剂和3份流平剂加入之前制得的混合液中，充分搅拌均勻，最后 再向其中加入80重量份的去离子水，使其呈流动态，便制得了太阳能玻璃用纳米减反射涂 料；
[0056] (5)、将制得的涂料均匀涂覆于玻璃表面，厚度为160nm，让其自然干燥固化后，于 800°C下进一步强化热处理8min，得到具有减反射涂层的太阳能玻璃。
[0057] 实施例6
[0058] 实施例6的实施步骤基本同实施例1，区别之处主要在于涂料组分中不含有介孔 Si02水溶胶和Ti02纳米晶粒，具体如下：
[0059] (1)、配制5% wt的Si02纳米粒子水溶胶：在二氧化硅纳米粒子中加入去离子水， 充分搅拌后得到Si02纳米粒子水溶胶；
[0060] (2)、将15份ΙΤ0纳米颗粒投入60份Si02纳米粒子水溶胶中充分搅拌，形成混合 液，再用pH调节剂将混合液的pH调节至6. 5 ;
[0061] (3)、将100份成膜剂和5份流平剂加入之前制得的混合液中，充分搅拌均勻，最后 再向其中加入100重量份的去离子水，使其呈流动态，便制得了太阳能玻璃用纳米减反射 涂料；
[0062] (4)、将制得的涂料均匀涂覆于玻璃表面，厚度为100nm，让其自然干燥固化后，于 600°C下进一步强化热处理lOmin，得到具有减反射涂层的太阳能玻璃。
[0063] 实施例7
[0064] 实施例7的实施步骤基本同实施例1，区别之处主要在于不使用pH调节剂对涂料 的pH值进行调节，具体如下：
[0065] (1)、配制5% wt的Si02纳米粒子水溶胶：在二氧化硅纳米粒子中加入去离子水， 充分搅拌后得到Si02纳米粒子水溶胶；
[0066] (2)、配制5% wt的介孔Si02水溶胶：在介孔二氧化硅粒子中加入去离子水，充分 搅拌后得到介孔Si02水溶胶，并与之前配制的Si0 2纳米粒子水溶胶混合均匀，静置待用；其 中，Si02纳米粒子水溶胶为60份，介孔Si0 2水溶胶为30份；
[0067] (3)、将40份Ti02纳米晶粒和5份ΙΤ0纳米颗粒投入之前制得的混合水溶胶中充 分搅拌，形成混合液；
[0068] (4)、将100份成膜剂和4份流平剂加入之前制得的混合液中，充分搅拌均勻，最后 再向其中加入150重量份的去离子水，使其呈流动态，便制得了太阳能玻璃用纳米减反射 涂料；
[0069] (5)、将制得的涂料均匀涂覆于玻璃表面，厚度为200nm，让其自然干燥固化后，于 800°C下进一步强化热处理3min，得到具有减反射涂层的太阳能玻璃。
[0070] 实施例8
[0071] 实施例8的实施步骤基本同实施例1，区别之处主要在于不做强化热处理，具体 如下：
[0072] (1)、配制5% wt的Si02纳米粒子水溶胶：在二氧化硅纳米粒子中加入去离子水， 充分搅拌后得到Si02纳米粒子水溶胶；
[0073] (2)、配制5% wt的介孔Si02水溶胶：在介孔二氧化硅粒子中加入去离子水，充分 搅拌后得到介孔Si02水溶胶，并与之前配制的Si0 2纳米粒子水溶胶混合均匀，静置待用；其 中，Si02纳米粒子水溶胶为50份，介孔Si0 2水溶胶为45份；
[0074] (3)、将30份Ti02纳米晶粒和15份ΙΤ0纳米颗粒投入之前制得的混合水溶胶中 充分搅拌，形成混合液，再用pH调节剂将混合液的pH调节至7 ;
[0075] (4)、将100份成膜剂和5份流平剂加入之前制得的混合液中，充分搅拌均勻，最后 再向其中加入150重量份的去离子水，使其呈流动态，便制得了太阳能玻璃用纳米减反射 涂料；
[0076] (5)、将制得的涂料均匀涂覆于玻璃表面，厚度为200nm，让其自然干燥固化后，得 到具有减反射涂层的太阳能玻璃。
[0077] 实施例9
[0078] 实施例9的实施步骤基本同实施例1，区别之处在于Ti02纳米晶粒不采用实施例 1-8所采用的锐钛矿型，而采用金红石型，具体如下：
[0079] (1)、配制5% wt的Si02纳米粒子水溶胶：在二氧化硅纳米粒子中加入去离子水， 充分搅拌后得到Si02纳米粒子水溶胶；
[0080] (2)、配制5% wt的介孔Si02水溶胶：在介孔二氧化硅粒子中加入去离子水，充分 搅拌后得到介孔Si02水溶胶，并与之前配制的Si0 2纳米粒子水溶胶混合均匀，静置待用；其 中，Si02纳米粒子水溶胶为60份，介孔Si0 2水溶胶为30份；
[0081] (3)、将40份金红石型的Ti02纳米晶粒和5份ΙΤ0纳米颗粒投入之前制得的混合 水溶胶中充分搅拌，形成混合液，再用pH调节剂将混合液的pH调节至7. 5 ;
[0082] (4)、将100份成膜剂和4份流平剂加入之前制得的混合液中，充分搅拌均勻，最后 再向其中加入150重量份的去离子水，使其呈流动态，便制得了太阳能玻璃用纳米减反射 涂料；
[0083] (5)、将制得的涂料均匀涂覆于玻璃表面，厚度为200nm，让其自然干燥固化后，于 800°C下进一步强化热处理3min，得到具有减反射涂层的太阳能玻璃。
[0084] 为了更好地阐述本发明，采用透光率测试仪对实施例1-9制备得到的具有减反射 涂层的太阳能玻璃进行透光率测试，并将其应用于同一规格的太阳能电池组件上进行发电 量测试，为了方便比较，我们统一测试太阳能电池的比功率发电量，即在一段时间内太阳能 电池在户外实际光照条件下的总累积发电量与太阳能电池额定功率的比值，测试结果见表 1〇
[0085]
【权利要求】
1. 太阳能玻璃用纳米减反射涂料，其特征在于，包括如下重量份的组分： 成膜剂：100份； 5% wt的Si02纳米粒子水溶胶：30-60份； 5% wt的介孔Si02水溶胶：20-45份； Ti02纳米晶粒：15-40份； ITO纳米颗粒：5-15份； pH调节剂：3-8份； 流平剂：3-5份； 去尚子水：50-150份。
2. 根据权利要求1所述的太阳能玻璃用纳米减反射涂料，其特征在于，所述成膜剂选 自：天然植物油、动物胶、虫胶、乙酸纤维中的一种或多种。
3. 根据权利要求1所述的太阳能玻璃用纳米减反射涂料，其特征在于，所述5% wt的 Si02纳米粒子水溶胶中，Si02的尺寸为20-60nm，形状为球形或椭球形。
4. 根据权利要求1所述的太阳能玻璃用纳米减反射涂料，其特征在于，所述5% wt的 介孔3102水溶胶中，Si02粒子是：尺寸为50-100nm、内部具有2-20nm孔径的多边形。
5. 根据权利要求1所述的太阳能玻璃用纳米减反射涂料，其特征在于，所述Ti02纳米 晶粒和ITO纳米颗粒的尺寸均为30-80nm，其中，Ti0 2纳米晶粒为锐钛矿型。
6. 根据权利要求1所述的太阳能玻璃用纳米减反射涂料，其特征在于，所述pH调节剂 为草酸或磷酸。
7. 根据权利要求1所述的太阳能玻璃用纳米减反射涂料，其特征在于，所述流平剂为： 聚丙烯酸酯、含硅丙烯酸酯或聚硅氧烷中的一种或几种。
8. 太阳能玻璃用纳米减反射涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 配制5% wt的Si02纳米粒子水溶胶：在二氧化娃纳米粒子中加入去离子水，充分搅 拌后得到Si02纳米粒子水溶胶； 52、 配制5% wt的介孔Si02水溶胶：在介孔二氧化硅粒子中加入去离子水，充分搅拌后 得到介孔Si02水溶胶，并与步骤S1得到的Si0 2纳米粒子水溶胶混合均匀，静置待用； 53、 将Ti02纳米晶粒和ITO纳米颗粒按权利要求1所述的重量份投入步骤 S2制得的混合水溶胶中充分搅拌，形成混合液，再用pH调节剂将混合液的pH调节至 6. 5-7. 5 ； 54、 将成膜剂和流平剂按重量份加入步骤S3制得的混合液中，充分搅拌均匀，最后再 向其中加入一定量的去离子水，使其呈流动态，制得了太阳能玻璃用纳米减反射涂料。
9. 如权利要求1-7任一项所述的涂料的应用，其特征在于，包括如下步骤： A1、按权利要求8所述的方法制备涂料； A2、将涂料均匀涂覆于玻璃表面，厚度为100-230nm，让其自然干燥或入烘箱烘干固 化； A3、固化后，于600-800°C下进一步强化热处理3-10min，得到具有减反射涂层的太阳 能玻璃。
【文档编号】C09D101/12GK104194626SQ201410437127
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】朱胜武 申请人:张家港彩蝶新材料有限公司