一种多功能TiO<sub>2</sub>纳米涂料制备方法

文档序号:10678943
一种多功能TiO<sub>2</sub>纳米涂料制备方法
【专利摘要】本发明提供一种多功能TiO2纳米涂料的制备方法,包括TiO2溶液制备步骤,其中以钛酸丁酯为钛源,异丙醇为溶剂,二乙醇胺为水解抑制剂来制备TiO2溶液;以及TiO2纳米溶液的分散和表面改性步骤,对获得的TiO2溶液,以硅酸钠做分散剂,硅烷做偶联剂,对TiO2的表面进行改性,来获得本发明的多功能TiO2纳米涂料。本发明制备的多功能TiO2纳米涂料可在常温下直接喷涂于基材表面,具有较强的与基材的粘结力,主要利用形成涂层的超亲水性、自清洁作用,保持光伏组件的表面清洁,还能增强光伏组件的光电转换率。
【专利说明】
一种多功能T i 02纳米涂料制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种多功能Ti02纳米涂料的制备方法,特别涉及一种用于增加光伏发 电的具有超亲水、自清洁功能的多功能Ti〇2纳米涂料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 在光伏电站的运行过程中,电站的发电量往往会受到很多因素的影响,其中组件 表面的清洁程度会严重影响组件的输出效率,如灰尘遮挡会降低组件发电量,局部灰尘遮 挡则会导致热斑效应,更严重时可能导致组件失效,降低使用寿命,一般不会超过20年。为 了提高电站的发电量,电站不仅要使用电池组件光电转换率高的组件,还应避免其他因素 带来的组件功率损失。因此,为了避免组件表面灰尘的影响,按期清洗组件成了电站运维中 的一份重要工作。然而,对于一个几十兆瓦甚至几百兆瓦的大型光伏电站来说,组件数量达 到数万甚至数十万块,这时,清洗工作非常繁重,且需要一定的成本。于是,为了降低电站的 运维成本、提高电站的发电收益,越来越多为实现光伏组件自清洁能力的产品应运而生。
[0003] 现有技术中,通常通过在光伏组件玻璃表面覆盖自清洁材料,能够使灰尘不能在 组件表面沉积和黏着,从而达到组件自清洁的效果。
[0004] 但是,大部分市面上的自清洁材料局限于单一功能,比如很多在涂布光伏组件玻 璃后,会降低组件的透光率,影响组件的发电量;有的因为配方采用二氧化硅等纳米粒子, 老化后容易形成裂纹,与基体材料分离。因此能够保证不影响组件的透光率、提升组件的发 电量又满足组件25年使用寿命的多功能自清洁产品极少。
[0005] 如专利CN104745025A所公开的一种以纳米Ti〇2粒子浆料为原料的纳米改性涂料, 通过改变材料表面纳米形貌使膜层疏水,但是在这种疏水技术下玻璃表面极易粘附油性物 质,且不易被冲洗,清洁效果不好,并且本领域一直公认,疏水基团非常容易与环境作用,在 半年内逐渐失去疏水效果,无法保证长期使用寿命。
[0006] 如专利CN103626404 A将二氧化钛/二氧化硅制备了纳米晶复合溶液,专利CN 103936292 A将二氧化钛/二氧化硅、三乙醇胺、聚乙二醇、乙二醇和三氧化二铝组成的复合 镀膜液,虽然都能自清洁玻璃、提高光透率,但是均缺少光致发光和上转换和下转换的光学 特性,没有提高光利用率从而没有使电池转换效率增加。而且没有超亲水性和分解有机物 的能力。
[0007] 专利CN103288358公开了 一种超亲水自清洁防雾的减反增透涂层及其制备虽然有 超亲水自清洁的减反增透的功能,但是缺少了分解有机物的能力,而且该专利采用溶胶凝 胶法,不仅需要经过高温化处理,还需要3层涂层还要煅烧浸入洗涤吹干等步骤,且制得的 膜层没有25年之久的可靠性和耐候性,对于现有玻璃没有实用价值。
[0008] 专利CN102898875A虽然有亲水性效果,但是没有增加光透率和分解有机物的效 果,且制造工艺繁琐。
[0009] 针对光伏组件自清洁玻璃,以上方法均需要较大的设备投入,且不易达到高透光 率效果,也不能用于改造已建成电站光伏组件。而且使用过程操作复杂,需要特殊喷涂工 艺,无法在常温下使用轻便的专业设备直接喷涂于组件玻璃表面。

【发明内容】

[0010]本发明所要解决的技术问题是提供一种用于增加光伏发电的具有超亲水、自清洁 功能的多功能Ti〇2纳米涂料制备方法,经过本发明方法制备过程简单,制备的多功能Ti〇2纳 米涂料具有较好的分散性,可在常温下直接喷涂于基材表面,具有较强的与基材的粘结力, 主要利用形成涂层的超亲水性和光催化效果,保持光伏组件的表面清洁,还能增强光伏组 件的光电转换率。
[0011] 本发明的一个方面在于提供一种多功能Ti〇2纳米涂料的制备方法,包括如下步 骤:
[0012] l)Ti〇2溶液制备:以钛酸丁酯为钛源,异丙醇为溶剂,二乙醇胺为水解抑制剂来制 备Ti〇2溶液,以及
[0013] 2)Ti02纳米溶液的分散和表面改性:对步骤1)中获得的Ti02溶液,以硅酸钠做分散 剂,硅烷做偶联剂,对Ti〇 2的表面进行改性,来获得本发明的多功能Ti〇2纳米涂料。
[0014] 本发明所述的多功能Ti02纳米涂料的制备方法,采用钛酸丁酯为钛源,异丙醇为 溶剂,二乙醇胺为水解抑制剂来制备Ti〇 2溶液。而后采用硅酸钠做分散剂,甲硅烷做偶联剂 在Ti〇2表面产生吸附作用,对Ti〇 2纳米材料进行表面改性,将羟基层包覆起来,避免纳米材 料间的相互作用。在常温下用简单喷涂工艺可以将本发明制备的多功能Ti〇 2纳米涂料在基 材上成膜,Ti〇2可以在短时间内和玻璃完全键合。
[0015]通过本发明所述的制备方法制备的多功能Ti〇2纳米涂料是一种功能性水基溶液, 经过在诸如玻璃的基材表面喷涂,可不经过热处理快速形成无机纳米结构的膜层。将本发 明的多功能Ti〇2纳米涂料喷涂光伏组件的玻璃板,Ti〇 2在短时间内可以和玻璃完全键合。
[0016] 优选地,上述多功能Ti〇2纳米涂料中Ti〇2为锐钛矿型纳米Ti〇2粒子。
[0017] 所述膜层具有超亲水性和光催化效果,长久有效,增加光伏组件的发电量。
[0018] 该膜层不但能增加玻璃的透光率,提高组件的发电效率,还能使光伏组件玻璃表 面拥有超亲水能力和自清洁能力,消除灰尘和有机污渍对组件的影响,将有助于提升光伏 组件的发电量。在瞬时和长期增发机制的共同影响下,发电量提升幅度3-5%。此外,由于本 发明所述的制备方法改性的Ti0 2纳米粒子可以充分吸收利用紫外线进行催化反应,从而降 低光伏组件紫外线吸收量,延缓组件背板EVA的老化,延长组件使用寿命。
[0019]优选地,通过本发明所述的制备方法制备的多功能Ti〇2纳米涂料在基材表面形成 一层厚度约为150nm的无色透明膜。
[0020] 通过本发明所述的制备方法制备的多功能Ti〇2纳米涂料喷涂于组件玻璃表面后, 以纳米粒子混合物形式和玻璃化学结合,能够大幅降低玻璃表面粗糙度,减少漫反射作用 对透光率的影响。优选地,喷涂有本发明所述多功能Ti〇 2纳米涂料的组件玻璃表面的粗糙 度为 40_60nm。
[0021] 通过本发明所述的制备方法制备的多功能Ti02纳米涂料喷涂于组件玻璃表面后, 在单位时间内能够有效地降解有机物。优选地,喷涂有本发明所述多功能Ti0 2纳米涂料的 组件玻璃表面的平均光解指数为38.3nmol/L/min。
[0022] 通过本发明所述的制备方法制备的多功能T i 〇2纳米涂料利用其中改性T i 〇2成分, 使材料膜层在应用于组件玻璃表面后,产生光致发光和上转换(UC gain)、下转换(DC gain)发光效应,即分别将红外波段能量和紫外光波段的能量转化为可见光波段能量(PL谱 线显示本发明制备的纳米材料膜层在280nm左右有强烈吸收峰),以增加有效光通量,提高 电池的光电转化效率。
[0023]作为本发明的一种优选实施方式,本发明所述制备方法中的各组分,按质量分数 计包括:
[0024]钛酸丁酯 2份~5份
[0025] 二乙醇胺 1份~3份
[0026] 异丙醇 40份~50份
[0027] 去离子水 20份~30份
[0028] 硅酸钠 4份~6份
[0029] 甲硅烷 10份~13份。
[0030] 作为本发明的一种更优选实施方式,本发明所述制备方法中的各组分,按质量分 数计包括:
[0031] 钛酸丁酯 4份
[0032] 二乙醇胺 1份
[0033] 异丙醇 50份
[0034] 去离子水 30份
[0035] 硅酸钠 4份
[0036] 甲硅烷 12份。
[0037] 作为本发明的一种优选实施方式,所述制备方法包括如下步骤:
[0038] (l)Ti02 溶液制备:
[0039]将钛酸丁酯、二乙醇胺、异丙醇按一定比例混合,搅拌均匀,制成溶液A,用搅拌器 对溶液A不断搅拌;
[0040]将异丙醇、去离子水按一定比例混合,搅拌均匀,制成溶液B,缓慢加入到搅拌中的 溶液A中,并继续搅拌1小时后得到Ti02溶液;
[0041 ] (2)Ti02纳米溶液的分散和表面改性:
[0042] 将硅酸钠与步骤1)中获得的Ti02溶液按一定比例混合,搅拌均匀,制成溶液C,继 续搅拌1小时后,将硅烷与溶液C按一定比例混合,搅拌均匀,将pH值调节到9.2,继续搅拌2 小时,制得本发明的多功能Ti0 2纳米涂料。
[0043] 本发明所述多功能Ti02纳米涂料的制备方法中,溶液B与溶液A混合时,继续加大 溶液B的比例,制得的涂料浓度会相应降低。这会造成二氧化钛浓度降低,其亲水性、自清洁 效应会相应降低,但膜层厚度的减少会增加透光率,从而增加光伏发电。
[0044] 作为本发明的一种优选的实施方式,其中寻求到了各组分的最优的浓度范围,从 而实现了既能达到良好的亲水性、自清洁效应,同时也能增加光伏发电的技术效果。
[0045] 作为本发明的一种更优选的实施方式,所述制备方法包括如下步骤:
[0046] (l)Ti02 溶液制备:
[0047]将钛酸丁酯、二乙醇胺、异丙醇按体积比4:1:(20~30)混合,搅拌均匀,制成溶液 A,用搅拌器对溶液A不断搅拌;
[0048]将异丙醇、去离子水按体积比1:(1~5)混合,搅拌均匀,制成溶液B,缓慢加入到搅 拌中的溶液A中,并继续搅拌1小时后得到Ti02溶液;
[0049] (2)Ti02纳米溶液的分散和表面改性:
[0050] 将硅酸钠与步骤1)中获得的Ti02溶液按0.5g: 100ml的比例混合,搅拌均匀,制成 溶液C,继续搅拌1小时后,将硅烷与溶液C按体积比1.5:100混合,搅拌均匀,将pH值调节到 9.2,继续搅拌2小时,制得本发明的多功能Ti0 2纳米涂料。
[0051] 作为本发明的一种更优选的实施方式,所述制备方法包括如下步骤:
[0052] (l)Ti02 溶液制备:
[0053] 将40ml钛酸丁酯,10ml二乙醇胺,300ml异丙醇混合,搅拌均匀,制成溶液A,用搅拌 器对溶液A不断搅拌;
[0054] 将200ml异丙醇和200ml~300ml去离子水混合,搅拌均匀,制成溶液B,缓慢加入到 搅拌中的溶液A中,并继续搅拌1小时后得到Ti02溶液;
[0055] (2)Ti02纳米溶液的分散和表面改性:
[0056]将4.0g~4.5g硅酸钠加入步骤1)中获得的Ti02溶液混合,搅拌均匀,制成溶液C, 继续搅拌1小时后,将12ml~13ml硅烷与溶液C混合,搅拌均匀,将pH值调节到9.2,继续搅拌 2小时,制得本发明的多功能Ti0 2纳米涂料。
[0057]作为本发明的一种最优选的实施方式,所述制备方法包括如下步骤:
[0058] (l)Ti02 溶液制备:
[0059] 将40ml钛酸丁酯,10ml二乙醇胺,300ml异丙醇混合,搅拌均匀,制成溶液A,用搅拌 器对溶液A不断搅拌;
[0060] 将200ml异丙醇和300ml去离子水混合,搅拌均匀,制成溶液B,缓慢加入到搅拌中 的溶液A中,并继续搅拌1小时后得到Ti02溶液;
[0061 ] (2)Ti02纳米溶液的分散和表面改性:
[0062]将4.2g硅酸钠加入步骤1)中获得的Ti02溶液混合,搅拌均匀,制成溶液C,继续搅 拌1小时后,将12.7ml硅烷与溶液C混合,搅拌均匀,将pH值调节到9.2,继续搅拌2小时,制得 本发明的多功能Ti0 2纳米涂料。
[0063 ]本发明的另一个方面在于提供一种由上述方法制备的多功能T i 〇2纳米涂料。
[0064]本发明所述的多功能Ti02纳米涂料是一种功能性水基溶液,经过在诸如玻璃的基 材表面喷涂,可不经过热处理快速形成无机纳米结构的膜层。例如,将本发明的多功能Ti〇2 纳米涂料喷涂光伏组件的玻璃板,Ti0 2在短时间内可以和玻璃完全键合,成膜具有超亲水 性和光催化效果,长久有效,增加光伏组件的发电量。
[0065 ] 优选地,本发明所述的多功能T i 〇2纳米涂料中T i 〇2为锐钛矿型纳米T i 〇2粒子。上述 膜层不但能增加玻璃的透光率,提高组件的发电效率,还能使光伏组件玻璃表面拥有超亲 水能力和自清洁能力,消除灰尘和有机污渍对组件的影响,将有助于提升光伏组件的发电 量。在瞬时和长期增发机制的共同影响下,发电量提升幅度3-5%。此外,由于本发明所述的 多功能Ti0 2纳米涂料中的改性Ti02纳米粒子可以充分吸收利用紫外线进行催化反应,从而 降低光伏组件紫外线吸收量,延缓组件背板EVA的老化,延长组件使用寿命。优选地,所述多 功能Ti〇2纳米涂料在基材表面形成一层厚度约为150nm的无色透明膜。
[0066]本发明所述多功能Ti02纳米涂料喷涂于组件玻璃表面后,以纳米粒子混合物形式 和玻璃化学结合,能够大幅降低玻璃表面粗糙度,减少漫反射作用对透光率的影响。优选 地,喷涂有本发明所述多功能Ti02纳米涂料的组件玻璃表面的粗糙度为40-60nm。
[0067] 本发明所述多功能Ti02纳米涂料喷涂于组件玻璃表面后,在单位时间内能够有效 地降解有机物。优选地,喷涂有本发明所述多功能Ti0 2纳米涂料的组件玻璃表面的平均光 解指数为 38.3nmol/L/min〇
[0068] 本发明所述多功能Ti02纳米涂料利用其中改性Ti02成分,使材料膜层在应用于组 件玻璃表面后,产生光致发光和上转换(UC gain)、下转换(DC gain)发光效应,即分别将红 外波段能量和紫外光波段的能量转化为可见光波段能量(PL谱线显示本发明制备的多功能 Ti02纳米涂料膜层在280nm左右有强烈吸收峰),以增加有效光通量,提高电池的光电转化 效率。
[0069]本发明的第三个方面在于提供一种本发明所述多功能Ti02纳米涂料的使用方法, 包括在常温下将本发明所述多功能Ti〇2纳米涂料直接喷涂于组件玻璃表面,所述多功能 Ti〇2纳米涂料与玻璃直接进行反应固化成膜。
[0070] 本发明所述多功能Ti02纳米涂料喷涂在玻璃表面后,自动与玻璃基板键合,使之 永久、牢固地"长"在组件玻璃表面。上述方法操作简单,节约人力成本,通过上述方法制得 的薄膜透明度好、质量高、性能稳定、与基材的粘结力很强、耐候性很强,能保持25年以上的 使用寿命。
[0071] 优选地,所述喷涂可以通过专业喷枪进行。
[0072] 优选地,可以通过以下两种喷涂方式喷涂光伏组件:光伏组件厂喷涂和光伏电站 现场喷涂。
[0073] 本发明的第四个方面在于提供一种喷涂有本发明所述多功能Ti02纳米涂料的光 伏组件玻璃。
[0074] 优选地,喷涂有本发明所述多功能Ti02纳米涂料的所述组件玻璃表面的粗糙度为 40_60nm〇
[0075] 优选地,喷涂有本发明所述多功能Ti02纳米涂料的所述组件玻璃表面的平均光解 指数为 38 · 3nmol/L/min〇
[0076] 喷涂有本发明所述多功能Ti02纳米涂料的所述组件玻璃,产生光致发光和上转换 (UC gain)、下转换(DC gain)发光效应,即分别将红外波段能量和紫外光波段的能量转化 为可见光波段能量(PL谱线显示本发明所述多功能Ti0 2纳米涂料的膜层在280nm左右有强 烈吸收峰),以增加有效光通量,提高电池的光电转化效率。
[0077]发明优点
[0078] 1、通过本发明方法制得的水性多功能Ti02纳米涂料,具有较好的分散性,储存时 不会产生沉积现象,可在常温下直接喷涂于基材表面,喷涂时具有较好的均匀性;喷涂光伏 组件的玻璃板后,Ti02在短时间内可以和玻璃完全键合,具有较强的与基材的粘结力,耐擦 洗,耐久性好,不会因为时间问题或与环境作用而剥离基材。
[0079] 2、通过本发明方法制得的多功能Ti02纳米涂料形成的膜层,具有超强亲水性和自 清洁功能,使得基材表面的污染物可以被轻易冲洗;
[0080] 3、通过本发明方法制得的多功能Ti02纳米涂料形成的膜层具有光催化效果,能有 效地降解基材表面的有机物,保持光伏组件的表面清洁;
[0081] 4、通过本发明方法制得的多功能Ti02纳米涂料形成的膜层,可以降低基材表面粗 糙度,增强基材表面透光率,并且利用光致发光和上转换、下转换光特性,能够有效增强光 电转换率;以及
[0082] 5、本发明的制备方法操作简单,节约成本,通过本发明方法制得的薄膜透明度好、 质量高、性能稳定,与基材的粘结力很强、耐候性很强,能保持25年以上的使用寿命。
【附图说明】
[0083 ]图1为实施例1中本发明所述多功能Ti02纳米涂料的制备方法的步骤;
[0084]图2为喷涂本发明制备的多功能Ti02纳米涂料膜层后玻璃表面粗糙度改善情况; [0085]图3为喷涂本发明制备的多功能Ti02纳米涂料后玻璃透光率上升情况;
[0086] 图4为本发明制备的多功能Ti02纳米涂料光致发光效应检测图谱;
[0087] 图5为喷涂有本发明制备的多功能Ti02纳米涂料的玻璃的亲水角检测情况;
[0088]图6为本发明制备的多功能Ti02纳米涂料中的改性Ti02纳米粒子分解有机物原理 图。
【具体实施方式】
[0089]实施例1本发明多功能Ti02纳米涂料的制备方法 [0090] 1.1试验步骤:
[0091 ]表1本发明多功能Ti02纳米涂料的制备方法中的各组分的用量
[0093]表1显示了本实施例中组1~3的多功能Ti02纳米涂料的各组分的用量。以组3为 例,按照下列步骤制备本实施例中组3的多功能Ti〇2纳米涂料。
[0094] (1)初级Ti02溶液的制备:
[0095] 制备环境25 Γ。
[0096] 将40ml钛酸丁酯,10ml二乙醇胺,300ml异丙醇混合,混合,搅拌均匀,制成溶液A, 用搅拌器对溶液A搅拌1个小时;
[0097] 将200ml异丙醇和300ml去离子水混合,搅拌均匀,制成溶液B,缓慢加入到搅拌中 的溶液A中,容器维持搅拌状态;
[0098] 混合完后继续搅拌1小时得到Ti02初级溶液。
[0099] (2)Ti02纳米溶液的分散和表面改性:
[0?00] a.加入娃酸钠分散剂
[0101]取4.2g硅酸钠,加入到步骤1得到的搅拌中的Ti02初级溶液中,并继续搅拌1小时。 [0102] b.加入硅烷偶联剂
[0103] 取12.7ml甲硅烷,缓慢加入到搅拌中的Ti02初级溶液中。检测溶液的pH值,并用盐 酸和氢氧化钠调节溶液的Ti0 2pH值到9.2。之后继续搅拌2小时,制得本发明的多功能Ti02纳 米涂料。
[0104] 取制备好的多功能Ti02纳米涂料,喷涂到样品玻璃板,进行以下实施例的喷涂效 果试验。经过喷涂效果试验,组1~组3的多功能Ti0 2纳米涂料具有相似的喷涂效果试验结 果,在本说明书中将不进行赘述。以下实施例以组3得到的多功能Ti02纳米涂料的喷涂效果 试验结果对本发明进行说明。
[0105] 实施例2本发明制备的多功能Ti02纳米涂料对光伏组件转换效率的影响测试
[0106] 2.1透光率检测试验
[0107] 2.1.1试验材料:根据实施例1制备的多功能Ti02纳米涂料、组件超白压花玻璃、商 业Ti02类自清洁产品
[0108] 2.1.2试验步骤:
[0109] 1)粗糙度测试
[0110] 2)透光率对比实验仪器GST3气浮式分光光度仪
[0111] 2.1.4结果
[0112] 1)玻璃表面粗糙度降低
[0113] 喷涂后表面改善情况见图2。如图2所示,喷涂前基底(玻璃)表面的粗糙度为200~ 300nm,使用本发明制备的多功能T i 〇2纳米涂料喷涂后,粗糙度减小至40-60nm,从而减少漫 反射影响,增加透光率。
[0114] 主要是由于本发明制备的多功能Ti02纳米涂料喷涂于组件表面后,以纳米粒子混 合物形式和玻璃化学结合,能够大幅降低玻璃表面粗糙度,减少漫反射作用对透光率的影 响。
[0115] 2)自清洁玻璃透光率增加
[0116] 增透测试结果见图3。如图3所示,玻璃喷涂了现有技术中的Ti02类自清洁产品后, 玻璃的透射率大大降低(降低幅度达1 〇 %左右),而喷涂本发明制备的多功能T i 02纳米涂料 的自清洁玻璃,能够大幅降低玻璃表面粗糙度,从而使得组件超白压花玻璃的透射率提高 约1%〇
[0117] 2.2光致发光试验
[0118] 2.2.1试验材料:
[0119] 根据实施例1制备的多功能Ti02纳米涂料、组件超白压花玻璃。
[0120] 2 · 2 · 2试验步骤:用F-4600FL Spectrophotometer焚光光谱仪检测,用360nm紫外 光照射涂有SSG的超白压花玻璃,发现在420nm出有峰值,其余是光滑曲线,说明有光致发光 效应.
[0121] 2.2.3 结果
[0122] 本发明制备的多功能Ti02纳米涂料光致发光在中科院理化所测试图谱见图4.如 图4所示,采用360nm紫外光激发,穿过本发明制备的多功能Ti0 2纳米涂料后光衰减的图谱, 图中看出在420nm蓝光位置出现了峰值。证明了本发明制备的多功能Ti02纳米涂料吸收紫 外能量后,一部分能量转换成了蓝光能量。
[0123] 纳米级的Ti02具有光致发光和上转换(UC gain)、下转换(DC gain)光特性可以有 效提高光利用率,使电池转换效率增加。这是由于硅太阳电池的光谱响应主要在300-llOOnm之间,且主要集中于可见光范围内,而太阳光谱实际上是分布在一个较宽范围内,且 长波(红外)和短波(紫外)部分占比分别接近5%和50%。因此,为了更好的匹配光伏电池的 光谱响应曲线,本发明制备的多功能Ti0 2纳米涂料利用其中改性Ti02成分,使材料膜层在应 用于组件表面后,产生光致发光和上转换(UC gain)、下转换(DC gain)发光效应,即分别将 红外波段能量和紫外光波段的能量转化为可见光波段能量(PL谱线显示本发明制备的多功 能Ti0 2纳米涂料膜层在280nm左右有强烈吸收峰),以增加有效光通量,提高电池的光电转 化效率。
[0124] 2.3功率增发效应
[0125] 2.3.1.试验方法
[0126] 根据南德TUV认证中心在标准测试条件下进行测试
[0127] 编号:Ν〇·70·406·15·189·01
[0128] 测试温度:25°C辐射照度:1000W/m2光谱分布:AMI. 5G
[0129] 2.3.2试验材料:
[0130] 根据实施例1制备的多功能Ti〇2纳米涂料、太阳能组件(购自天合光能(Trina solar)公司)、太阳模拟器
[0131] 2.3.3试验步骤:
[0132] ①将制备的多功能Ti02纳米涂料喷涂在4组光伏组件的正表面,然后在标准测试 条件下进行测试
[0133] ②得出IV曲线,Voc,Vmp,Isc,Imp,Pmp,FF等各个参数,对比其电池和组件效率测 试。
[0134] 2.3.4结果
[0135] 根据南德TUV认证中心的测试结果,喷涂本发明制备的多功能Ti02纳米涂料后,太 阳能组件平均功率瞬时提高了 1.39%。进一步说明了通过上述提高透光率和光致发光效应 的途径,本发明制备的多功能Ti02纳米涂料能快速提高光伏组件的转换效率。
[0136] 实施例3本发明多功能Ti02纳米涂料的光解指数测试试验
[0137] 3.1试验方法
[0138] 南德TUV认证中心进行测试
[0139] 编号:Νο·70·406·15·189·02-01
[0140] 3.2试验材料:
[0141 ]根据实施例1制备的多功能Ti02纳米涂料、3块样品组件超白压花玻璃
[0142] 3.3试验步骤:根据JC/T2168-2013《自洁净镀膜玻璃》标准,对喷涂根据实施例1制 备的多功能Ti〇2纳米涂料的光伏组件玻璃进行亚甲基蓝试验,以测试光解指数。在3.0 ± 0.10mW/m2的紫外线下照射六次,每次持续20分钟
[0143] 3.4结果
[0144] 根据JC/T2168-2013《自洁净镀膜玻璃》标准定义,光解指数表征光催化多功能 Ti〇2纳米涂料光催化性能的数值,即光催化多功能Ti〇2纳米涂料在单位时间内降解有机物 能力的特征值。按照标准要求,自洁净度膜玻璃光解指数应不小于7nmol/L/min。
[0145] 表2喷涂本发明多功能Ti02纳米涂料的玻璃和对照玻璃的静态接触角测试结果
[0147] 根据南德TUV认证中心的测试结果(参见表2),3块本发明制备的多功能1^02纳米 涂料样品玻璃的光解指数分别为41. lnmol/L/min、36.4nmol/L/min、37.5nmol/L/min,平均 值为38.3nmol/L/min,远高于标准要求(不小于7nmol/L/min)。说明本发明喷涂了根据实施 例1制备的多功能Ti0 2纳米涂料的光伏组件玻璃在单位时间内能够有效地降解有机物。
[0148] 在光照下,纳米Ti02可与空气中的水汽和氧气发生化学反应,生成强氧化能力的-OH高活性基团。在不消耗多功能Ti0 2纳米涂料自身的情况下,可以引发绝大多数有机化合 物分子发生氧化反应,生成〇)2和出0。分解有机物体现在分解玻璃表面的鸟粪、工业污染废 气、汽车尾气等。
[0149] 这是因为纳米Ti02的带隙能约为3.2eV,相当于约387.5nm光子的能量。当受到波 长小于387.5nm的紫外光的照射时,价层电子会被激发到导带,而产生具有很强活性的电 子-空穴对:
[_] Ti02-Ti02 (h+e1)
[0151] 这些电子-空穴对迀移到表面后,可以参加氧化还原反应,加快光降解反应。这些 反应包括:所产生的电子-空穴可将吸附在Ti〇2颗粒表面的羟基和水分子氧化为oh-自由 基:
[0152] Ti4++0H+h+-Ti4+0H ·
[0153] Ti4+-H2〇+h+-Ti4+OH · +H+
[0154] 缔合在四价钛离子表面的0H-自由基为强氧化剂,能够氧化相邻的有机物,也可以 扩散到液相中氧化有机物。许多有机物也可被空穴所氧化。吸附在Ti0 2表面的氧气可以通 过捕获电子,形成过氧负离子而阻止电子与空穴的复合,继而提高其氧化反应活性:
[0155] 〇2+e ->〇2
[0156] 过氧化氢能够单独与过氧离子作用或捕获电子而产生羟基自由基。
[0157] H2〇2^20H ·
[0158] H2O2+O2--OH ·+0H-+〇2
[0159] H2〇2+e--OH ·+0H-
[0160] 图6为本发明的多功能Ti02纳米涂料中的所述Ti02纳米粒子分解有机物原理图。 [0161 ]实施例4本发明多功能Ti02纳米涂料的亲水角测试试验
[0162] 4.1试验方法
[0163] 南德TUV认证中心依据JC/T2168-2013进行了亲水角测试。
[0164] 编号:70·406·15·189·02-00。
[0165] 4.2试验材料:
[0166] 根据实施例1制备的多功能Ti02纳米涂料、4块组件超白压花玻璃
[0167] 4.3试验步骤:
[0168] ①将根据实施例1制备的多功能Ti02纳米涂料喷涂在3块样品组件超白压花玻璃 上,另一块正常样品玻璃作为对照试验玻璃;
[0169] ②用CCD仪器设备观察亲水角度,选取每块样品上的5个不同点重复进行了测试。
[0170] 4.4 结果
[0171] 根据南德TUV认证中心的测试结果(参见表3),喷涂本发明制备的多功能Ti02纳米 涂料后,玻璃的平均静态接触角为6.1 °,与对照玻璃的静态接触角2 3 . 1 °相比,减小了 73.6%〇
[0172] 表3喷涂本发明多功能Ti02纳米涂料的玻璃和对照玻璃的静态接触角测试结果
[0174]测试情况见图5。说明本发明喷涂了本发明方法制备的多功能Ti02纳米涂料的光 伏组件玻璃表面,在光的照射下,水滴的亲水角大幅下降,呈现出超强亲水性。在重力作用 下,更易带走大片的污染物。这样用更少的清水或雨水就可以将玻璃表面的灰尘、沙土清 除。
[0175] 在紫外光照射下,Ti02价带电子被激发到导带,在表面生成电子空穴对,电子与Ti4 +反应,空穴则与表面桥氧反应,使表面氧虚空,从而近处的Ti4+转向Ti3+,Ti3+适于游离水吸 附。此时,空气中的水解离子吸附在氧空位中,成为化学吸附水(表面形成羟基),化学吸附 水可进一步吸附空气中的水分,形成物理水吸附层,即在Ti 3+缺陷周围形成高度亲水的微区 (Ti-ΟΗ),而表面剩余区域仍保持疏水性,这样在Ti02表面构成了分布均匀的纳米尺寸分离 的亲水微区,类似于二维的毛细管现象。由于水滴的尺寸远远大于亲水微区的面积,故宏观 上Ti0 2表面表现出亲水特性,从而侵润表面;停止紫外光照射。化学吸附的羟基被空气中的 氧取代,重又回到疏水状态,在停止光照后,其表面超亲水性可维持数小时到一周左右,随 后慢慢恢复到照前的疏水状态,再用紫外光照,又表现为亲水。
[0176] 此外,喷涂本发明制备的多功能Ti02纳米涂料后,玻璃基板在微观上变的更为平 整,灰尘颗粒相对粘附面积减少,更容易滑落下来。
[0177] 同时,纳米Ti〇2半导体在光照射下电子和空穴分离,具有一定导电性,配合抗静电 剂成分,具有抗静电吸附能力。可以从源头上最大限度的阻止灰尘在玻璃表面的附着,阻止 玻璃变脏,变被动为主动,是真正意义上的自洁玻璃。
[0178] 以上所述仅是本发明的优选实施例而已,并非对本发明做任何形式上的限制,虽 然本发明已以优选实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人 员,在不脱离本发明技术方案的范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修 饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实 质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围 内。
【主权项】
1. 一种多功能Ti〇2纳米涂料的制备方法,包括如下步骤: 1. Ti02溶液制备:以钛酸丁酯为钛源,异丙醇为溶剂,二乙醇胺为水解抑制剂来制备 Ti02溶液,以及 2. Ti02纳米溶液的分散和表面改性:对步骤1)中获得的Ti02溶液,以硅酸钠做分散剂, 硅烷做偶联剂,对Ti0 2的表面进行改性,来获得本发明的多功能Ti02纳米涂料。2. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法中的各组分,按质量分 数计包括: 钛酸丁酯2份~5份 二乙醇胺1份~3份 异丙醇 40份~50份 去离子水20份~30份 娃酸钠 4份~6份 甲硅烷 10份~13份。3. 根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法中的各组分,按质量分 数计包括: 钛酸丁酯4份 二乙醇胺1份 异丙醇 50份 去离子水30份 硅酸钠 4份 甲硅烷 12份。4. 根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤: (1) Ti02溶液制备: 将钛酸丁酯、二乙醇胺、异丙醇按一定比例混合,搅拌均匀,制成溶液A,用搅拌器对溶 液A不断搅拌; 将异丙醇、去离子水按一定比例混合,搅拌均匀,制成溶液B,缓慢加入到搅拌中的溶液 A中,并继续搅拌1小时后得到Ti02溶液; (2) Ti02纳米溶液的分散和表面改性: 将硅酸钠与步骤1)中获得的Ti02溶液按一定比例混合,搅拌均匀,制成溶液C,继续搅拌 1小时后,将硅烷与溶液C按一定比例混合,搅拌均匀,将pH值调节到9.2,继续搅拌2小时,制 得本发明的多功能Ti02纳米涂料。5. 根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤: (1) Ti02溶液制备: 将钛酸丁酯、二乙醇胺、异丙醇按体积比4:1:(20~30)混合,搅拌均匀,制成溶液A,用 搅拌器对溶液A不断搅拌; 将异丙醇、去离子水按体积比1:(1~5)混合,搅拌均匀,制成溶液B,缓慢加入到搅拌中 的溶液A中,并继续搅拌1小时后得到Ti02溶液; (2) Ti02纳米溶液的分散和表面改性: 将硅酸钠与步骤1)中获得的Ti02溶液按0.5g: 100ml的比例混合,搅拌均匀,制成溶液C, 继续搅拌1小时后,将硅烷与溶液C按体积比1.5 :100混合,搅拌均匀,将pH值调节到9.2,继 续搅拌2小时,制得本发明的多功能Ti02纳米涂料。6. 根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤: (1) Ti02溶液制备: 将40ml钛酸丁酯,10ml二乙醇胺,300ml异丙醇混合,搅拌均勾,制成溶液A,用搅拌器对 溶液A不断搅拌; 将200ml异丙醇和200ml~300ml去离子水混合,搅拌均匀,制成溶液B,缓慢加入到搅拌 中的溶液A中,并继续搅拌1小时后得到Ti02溶液; (2) Ti02纳米溶液的分散和表面改性: 将4.0g~4.5g硅酸钠加入步骤1)中获得的Ti02溶液混合,搅拌均匀,制成溶液C,继续搅 拌1小时后,将12ml~13ml硅烷与溶液C混合,搅拌均匀,将pH值调节到9.2,继续搅拌2小时, 制得本发明的多功能T i 〇2纳米涂料。7. 根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤: (1) Ti02溶液制备: 将40ml钛酸丁酯,10ml二乙醇胺,300ml异丙醇混合,搅拌均勾,制成溶液A,用搅拌器对 溶液A不断搅拌; 将200ml异丙醇和300ml去离子水混合,搅拌均匀,制成溶液B,缓慢加入到搅拌中的溶 液A中,并继续搅拌1小时后得到Ti02溶液; (2) Ti02纳米溶液的分散和表面改性: 将4.2g硅酸钠加入步骤1)中获得的Ti02溶液混合,搅拌均匀,制成溶液C,继续搅拌1小 时后,将12.7ml硅烷与溶液C混合,搅拌均匀,将pH值调节到9.2,继续搅拌2小时,制得本发 明的多功能Ti02纳米涂料。8. -种根据权利要求1~7制备的多功能Ti〇2纳米涂料;优选地,所述多功能Ti〇2纳米涂 料中的Ti02粒子为锐钛矿型纳米Ti0 2粒子。9. 一种喷涂有根据权利要求8所述的多功能Ti02纳米涂料的组件玻璃;优选地,所述组 件玻璃表面的粗糙度为40-60nm〇10. 根据权利要求9所述的组件玻璃,其特征在于,所述组件玻璃表面的平均光解指数 为38·3nmol/L/min〇
【文档编号】C09D1/00GK106046863SQ201610258617
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】赵志伟
【申请人】北京莱恩创科新材料科技有限公司
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