一种太阳电池玻璃自清洁减反射光转换涂料的生产方法

一种太阳电池玻璃自清洁减反射光转换涂料的生产方法
【专利摘要】本发明涉及一种在太阳光谱紫外和可见光范围内均具有光催化功能的太阳电池玻璃自清洁减反射光转换涂料及其生产方法。涂料配方中自清洁功能主组分是氟锡铽掺杂纳米TiO2水溶胶，辅助组分是碱性纳米SiO2水溶胶和酸性纳米SiO2水溶胶。涂料镀膜后在玻璃钢化温度下形成二氧化硅为载体的氟锡铽掺杂纳米TiO2光催化剂，它们同时还作为光转换材料和减反射材料，显著提高太阳光透过率。本发明以氟硅酸镁代替高腐蚀性和高毒性的氟化物作为氟源生产氟锡铽掺杂纳米TiO2光催化剂，副产物氟化镁和二氧化硅也是良好减反射材料,生产工艺简单，安全环保，生产成本低，容易产业化推广应用。
【专利说明】一种太阳电池玻璃自清洁减反射光转换涂料的生产方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种太阳电池玻璃自清洁减反射光转换涂料及其生产方法，特别是一 种含有氟锡铽掺杂纳米二氧化钛光催化剂，在太阳光谱紫外光和可见光范围内均具有光催 化功能的太阳电池玻璃自清洁减反射光转换涂料及其生产方法，属于新能源和新材料领 域。

【背景技术】
[0002] 晶体硅太阳电池组件一般由玻璃盖板、电池硅片、电池背板和乙烯-醋酸乙烯 (EVA)共聚膜粘压封装，再装入固定边框构成。太阳电池组件封装玻璃的可见光透过率一般 为91. 6%，其单表面反射率4%。若在太阳玻璃表面涂覆一层厚度150-200nm的减反射膜，可 使太阳玻璃单表面可见光反射率降低到1%以下，增加可见光透过率2. 5%-3. 5%，使峰值波 长下可见光透过率达到95. 5%。
[0003] 商业化的太阳电池玻璃减反射涂料主要组分是纳米Si02、Ti02、MgF 2、A1203、Zr02、 稀土氧化物或其混合物的水溶胶。目前太阳电池玻璃减反射涂料生产和应用技术已基本成 熟，一般将溶胶凝胶法制备的Si0 2水性减反射涂料工程化辊涂在清洗干净的太阳电池玻璃 表面，在150-180°c下烘干固化成膜，然后在500-720 °C下将太阳电池玻璃钢化，同时也将 涂覆在玻璃表面的减反射膜烧结在太阳电池玻璃表面上。在太阳电池玻璃上涂覆减反射膜 是一种提高太阳电池光电转换效率简便易行的方法，已在太阳电池产业中得到广泛应用。
[0004] 晶体硅太阳电池在户外安装使用中，玻璃盖板逐渐为灰尘或工业污染物覆盖，降 低了太阳电池玻璃透光率，使太阳电池光电转换效率下降10% - 30%。目前太阳电池灰尘污 染主要靠人工或机械方式清理，对于工业有机污染物至今缺乏有效的清理措施。专利公开 了一些具备自清洁功能的太阳电池玻璃涂料，将其涂覆在太阳电池玻璃表面上可静电排斥 灰尘和分解有机污染物，但产品成本过高，实际测试效果不够满意，离商业化有较大距离。
[0005] 针对太阳电池玻璃盖板的灰尘污染，美国3M创新公司发明专利 CN101579672(2009-11-18)和 CN101941001 (2011-01-12)公开一种减反射防污涂料，其主 要成分是不同尺寸的纳米二氧化硅水溶胶。由于二氧化硅表面带负电荷和具有良好亲水 性，涂料在玻璃表面涂覆形成的减反射膜不仅具有良好增透作用，而且具有一定的防灰尘 污染功能。日本公司专利US20090050018 (2009-02-26)公开一种无机水性涂料，主要成分 是二氧化硅、磷酸盐和硼酸，它具有良好亲水性和和易清洁功能。
[0006] 针对工业有机污染物对太阳电池玻璃的污染，国内外许多专利公开在玻璃表面涂 覆含二氧化钛的自清洁膜，通过二氧化钛的光催化作用可将工业有机污染物分解成二氧化 碳和易除去的小分子化合物；二氧化钛在紫外光照射下使膜表面产生超亲水性，膜表面的 水接触角接近零度，附着的污染物在重力作用、自然风力或雨水冲刷下自然剥离实现自清 洁。
[0007] 用钛酸酯水解法制备的二氧化钛光催化剂的主要缺点是其反射率高，添 加在减反射涂料中将导致玻璃透光率降低，甚至使膜层失去增透性能。中国专利 CN102702806 (2012-10-03)、CN102897833 (2013-01-30)公开一种自洁增效太阳能涂料 的制备及应用，采用Ti02/Si02-合组分，形成的膜层几乎没有增透效果。韩国公司专利 US20100130348 (2010-05-27)公开一种光催化增透膜，在Ti02中掺杂W03、ZnO、Sn0 2组分， 存在增透率不高的问题。
[0008] 中国专利CN103627227 (2014-03-12)公开一种太阳能玻璃自清洁减反射涂料及 其生产方法，以无机钛盐水解制备的低反射纳米Ti〇2作为自清洁主组分，涂料或膜层中 Ti〇2光催化剂含量低时对工业有机物光催化分解效率不高，Ti〇2光催化剂含量高时又影响 涂料稳定性和膜层透光率。中国专利CN103804966 (2014-05-21)公开一种太阳能玻璃自清 洁高增透涂料及其生产方法，以稀土镧铈掺杂的纳米Ti02作为自清洁主组分，光催化剂对 可见光照射有响应，但制备工艺比较复杂和光催化剂性能不够稳定。
[0009] 为提高纳米二氧化钛光催化活性和效率，中国专利CN 101474556(2009-07-08) 公开一种氟镧共掺杂的纳米二氧化钛可见光光催化剂的制备方法，中国专利 CN102631949 (2012-08-15)公开一种氟掺杂改性的可见光响应二氧化钛光催化剂及其制 法和用途，氟掺杂过程通常以氟化铵、氟化钠、氟化氢和三氟乙酸等为氟源，这些含氟材料 具有强腐蚀性或高毒性，制备工艺中也没有考虑光催化剂的透光性能，并不适合作为太阳 电池玻璃涂料自清洁组分。
[0010] 影响太阳电池效率的污染物包括灰尘和工业有机物二方面，事实上细微灰尘对太 阳电池光电转换效率的影响更大，所以太阳电池玻璃自清洁涂料开发重点应是提高涂料对 细微灰尘的静电排斥功能和易洁性，而不是只重视对有机物的光催化分解能力。
[0011] 太阳电池玻璃自清洁减反射光转换多功能涂料各功能通常是相互抵消的，其基本 功能是减反射功能，使入射光尽量透过玻璃到达电池硅片表面；其次是自清洁功能，包括静 电排斥细微灰尘和光催化分解有机污染物，减少污染物对入射光的遮挡；最后是光转换功 能，将太阳光中紫外光或红外光转换为电池灵敏的可见光，提高光电转换效率。


【发明内容】

[0012] 本发明的目的是解决现有太阳电池玻璃自清洁减反射光转换涂料各种功能之间 相互矛盾问题，发明一种氟锡铽掺杂的二氧化钛光催化剂，同时作为自清洁材料、光转换 材料和减反射辅助材料，在保持减反射效果的前提下具备自清洁和光转换功能，稳定和提 高太阳电池玻璃透光率。
[0013] 本发明太阳电池玻璃自清洁减反射光转换涂料按质量百分比组成如下： 5%碱性纳米Si02水溶胶(平均粒径20nm) 25. 0%-50. 0% 5%酸性纳米Si02水溶胶(平均粒径10nm) 15. 0%-25. 0% 氟锡铽掺杂5%纳米Ti02水溶胶(平均粒径30nm) 5%-10% 氟化镁水溶胶(平均粒径30nm) 0. 05%-〇. 15% 硝酸铵[ΝΗ4Ν03] 0. 05%-0. 1% 硝酸[ΗΝ03] 0. 05%-0. 1% 5%表面活性剂水溶液 0. 5%-1. 0% 5%偶联剂水溶液 0. 5%-1. 0% 去离子水 余量。
[0014] 涂料配方中减反射功能主组分是碱性纳米Si02水溶胶和酸性纳米Si02水溶胶，减 反射功能辅助组分是氟锡铽掺杂纳米Ti〇 2水溶胶和氟化镁。碱性纳米Si02是由硅酸乙酯 工业品在乙醇水溶液中碱性水解制备，具有折射率低、密度小和稳定性好的优点，适合用作 减反射膜结构材料；酸性纳米Si0 2水溶胶是由硅酸乙酯工业品在乙醇水溶液中酸性水解制 备，具有附着力高和耐候性好的优点，适合用作减反射膜结构材料的粘合剂；氟锡铽掺杂纳 米Ti〇 2水溶胶由无机盐沉淀-胶溶生产，作为减反射膜改性材料；氟化镁由氟化过程中生 成的氟化氢与硝酸镁反应生成。
[0015] 涂料配方中自清洁功能主组分是氟锡铽掺杂纳米Ti02水溶胶，自清洁辅助组分是 纳米Si0 2水溶胶。涂料涂覆在太阳电池玻璃上，自清洁功能组分在玻璃钢化条件下高温固 相反应形成二氧化硅为载体的氟锡铽掺杂纳米Ti〇 2光催化剂膜。它不仅是一种良好的光 催化材料，而且是一种优良的光转换材料和减反射材料。掺杂稀土 Tb3+作为激活剂，能将紫 外光转换为太阳电池灵敏的可见光。
[0016] 氟锡铽掺杂纳米Ti02光催化剂具有半导体材料性质，二氧化硅为载体的光催化剂 膜层表面电阻约1〇 8,具有良好抗静电作用，可显著减少细微灰尘在膜面附着。氟锡铽掺杂 纳米Ti02光催化剂膜层具有超亲水性，可见光照射下水接触角小于7°，细微灰尘和有机污 染物容易为雨水冲洗剥离掉，具有易洁性和自清洁功能。
[0017] 自清洁功能辅助组分纳米Si02水溶胶作为光催化剂的载体，将光催化剂分散在纳 米Si02表面，大大提高了光催化剂的有效利用率。纳米Si0 2具有良好亲水性且表面带负电 荷，对细微灰尘或带负电荷粒子产生静电排斥，可增强膜层的自清洁性能。
[0018] 涂料配方中表面活性剂可选用乙氧化长链脂肪醇或十二烷基硫酸钠及其混合物， 少量加入可以增强涂料对太阳电池玻璃表面润湿性和提高辊涂镀膜的均匀性。
[0019] 涂料配方中偶联剂可选用有机硅偶联剂KH560、KH570或甲基三乙氧基硅烷，少 量加入可以调节涂料对辊涂镀膜机涂布辊的润湿性，提高辊涂镀膜的均匀性和膜层外观质 量，表面活性剂和偶联剂有机组分在太阳电池玻璃的后续钢化处理中可完全分解。
[0020] 用作涂料的溶剂的去离子水采用反渗透法或离子交换法生产，具有挥发度适中、 安全环保和价格低廉的优点。
[0021] 将本发明的太阳电池玻璃自清洁减反射光转换涂料涂覆到太阳电池玻璃盖板上， 可稳定和提高太阳电池玻璃透光率，具体的涂覆步骤为： (1) 在控制温度20°C和湿度小于RH50%的镀膜室中，将太阳电池玻璃自清洁减反射光 转换涂料用去离子水调节粘度，使涂料粘度4号杯流完时间为11-12秒； (2) 将涂料过滤后加入三辊镀膜机贮液筒中，开机循环10分钟后涂料均匀地附着在涂 布辊上，调整镀膜机转速，控制涂布辊上湿膜厚度2000nm左右； (3) 将涂料辊涂在清洗干净的太阳玻璃样片上，经80-180°C分段加热固化3-5分钟，得 到泛蓝紫色的太阳电池镀膜玻璃； (4) 优化调节三辊镀膜机的镀膜工艺参数，使太阳电池镀膜玻璃的干膜厚度控制在 140 -200nm ； (5) 将太阳电池镀膜玻璃样片在5001：-7201：玻璃钢化炉中钢化处理3-5分钟，使膜层 中自清洁材料和光转换材料在高温下活化，使有机物分解，同时将膜层高温烧结在玻璃表 面上。
[0022] 本发明太阳电池玻璃自清洁减反射光转换涂料辊涂在3. 2mm压花超白太阳电池 玻璃上，具有良好减反射效果。涂膜前超白太阳电池玻璃透光率为91. 6%，膜层在80-180°C 固化后太阳电池玻璃透光率94. 2%-94. 5%，镀膜玻璃钢化后透光率94. 7%-95. 0%，透光率的 进一步增加主要是膜层中光转换组分活化提高了紫外光透光性能贡献的。当可见光照射镀 膜玻璃时膜层显蓝色，而用近紫外光照射镀膜玻璃时有紫外光转换产生的绿色荧光。
[0023] 考察膜层自清洁性能，镀膜玻璃表面水接触角3-7°，膜层表面电阻108,紫外光照 射1小时后膜层表面油酸的降解效率92%-96%，太阳光照射1小时后膜层表面油酸的降解效 率65%-75%，具有良好自清洁效果。
[0024] 本发明的另一目的是提供一种太阳电池玻璃自清洁减反射光转换涂料的生产方 法，以氟硅酸镁代替高腐蚀性和高毒性的氟化氢作为氟源生产氟锡铽掺杂的二氧化钛水溶 胶，副产物氟化镁和二氧化硅仍是良好减反射材料，生产工艺简单，生产成本低，容易产业 化推广应用，采取的技术方案为： (1) 将硅酸乙酯在乙醇水溶液中碱性水解，控制原料的质量百分比为：99%硅酸乙酯： 94%乙醇：去离子水：10%氨水=1 :2-4 :0. 5-1. 0 :0. 01-0. 05,反应完成后加入去离子水， 在60-65°C下真空蒸馏分离乙醇，得到质量百分浓度为5%的碱性纳米Si02水溶胶，平均粒 径 20nm ; (2) 将硅酸乙酯在乙醇水溶液中酸性水解，控制原料的质量百分比为：99%硅酸乙酯： 94%乙醇：去尚子水：20%稀硝酸=1:2-4:0. 5-1.0:0. 01-0. 05,反应完成后加入去尚子 7K，在60_65°C下真空蒸馏分离乙醇，得到质量百分浓度为5%的酸性纳米Si02水溶胶，平均 粒径10nm ; (3) 将5%的碱性纳米Si02水溶胶和5%的酸性纳米Si02水溶胶在搅拌下混合，控制质 量比为1 :0. 2-0. 5,搅拌反应0. 5-2小时后用质量百分浓度为20%的稀硝酸溶液调节混合 水溶胶pH 2. 0-2. 5,得到Si02减反射水溶胶； (4) 将硫酸氧钛、四氯化锡和硝酸铽溶于去离子水中配制成0. 2-0. 5mol/L的混合盐 溶液，控制原料摩尔比为：Ti0S04:SnCl4 :Tb(N03)3= 1:0. 1:0. 1，在搅拌下加入质量百分 浓度10%的氨水，使钛锡铽离子以氢氧化物形式共沉淀，调节溶液PH8-9使沉淀完全；过 滤和洗涤钛锡铽氢氧化物沉淀，将氢氧化物沉淀与过氧化氢水溶液混合，控制原料摩尔比： (Ti+ Sn +Tb):H202 = 1 :1. 5-3,在60-65°C下加热胶溶1-2小时，使氢氧化物沉淀与过氧化 氢络合完全胶溶；向以上水溶胶中加入质量百分浓度10%的氟硅酸镁水溶液，在〇. 2MPa和 100-120°C条件下水热反应4-8h，然后加入质量百分浓度10%的硝酸镁水溶液中和产生的 氟化氢，控制原料摩尔比：（Ti+ Sn +Tb):Mg2SiF6:Mg(N03)2= 1: 0. 2:0. 2,得到氟锡铽掺杂 5%纳米Ti02水溶胶、氟化镁水溶胶和二氧化娃水溶胶的混合水溶胶，平均粒径30nm ; (5) 向Si02减反射水溶胶中在搅拌下加入以上氟锡铽掺杂纳米Ti02水溶胶混合物， 控制原料摩尔比：Si0 2 :Ti02 = 1 :0. 025-0. 075,用质量百分浓度10%的氨水调节混合水溶 胶PH4-6,继续搅拌反应0. 5-1小时，使纳米Si02水溶胶与氟锡铽掺杂纳米Ti02水溶胶共 聚合，当水溶胶粘度开始明显增大时，再用质量百分浓度为20%的稀硝酸溶液调节水溶胶 pHl. 8-2. 5,得到稳定的自清洁减反射光转换水溶胶； (6) 向自清洁减反射光转换水溶胶中加入表面活性剂、偶联剂和去离子水，搅拌均匀后 陈化8-12小时，制得固体质量百分含量2%-5%的自清洁减反射光转换涂料。
[0025] 膜层厚度测试：用美国filmtrics公司产F20型薄膜厚度测定仪测定，设计膜层厚 度 140nm _180nm。
[0026] 透光率测试：依据ISO 9050-2003,采用PerkinElmer公司产Lambda950分光光度 计，测试280nm-1100nm波长范围的透光率，取4个不同位置透光率的平均值。
[0027] 盐雾老化：依据IEC 61215标准，将样品放入35°C盐雾老化箱中，用5%氯化钠溶 液喷雾，定期取出测透光率，设计96小时盐雾老化后透光率降低小于1. 0%。
[0028] 湿热老化：依据IEC 61215标准，将样品放入85°C和相对湿度85%的湿热老化箱 中，定期取出测透光率，设计1000小时湿热老化后透光率降低小于1. 0%。
[0029] 湿冻老化：依据IEC 61215标准，将样品放入湿冻老化箱中，从85°C和相对湿度 85%降至-40°C，定期取出测透光率，设计循环次数10次湿冻老化后透光率降低小于1. 0%。
[0030] 膜层硬度测试：使膜层未出现3mm以上划痕的最硬铅笔硬度，设计铅笔硬度5H。
[0031] 耐洗刷测试：用自来水、洗涤剂、棉布、海绵和塑料组合测试，定期取出测透光率， 测试前后透光率降低小于1. 0%。
[0032] 本发明参照国家标准GB/T 23764-2009《光催化自清洁材料性能测试方法》，以太 阳电池玻璃膜层表面水接触角表征污染物的易洁性；以太阳电池玻璃表面膜层表面电阻大 小表征对灰尘附着的趋势和自清洁性能；以紫外或太阳光照射下太阳电池玻璃膜层表面油 酸降解效率代表光催化活性和自清洁性能。
[0033] 表面水滴接触角测试：使用微型吸液管每次吸取2 μ L蒸馏水，滴在太阳能自清 洁减反射玻璃上，采用JC2000DM精密型接触角测量仪测定，太阳电池玻璃表面水滴接触角 37-40度，具有亲水性，而太阳电池自清洁减反射玻璃水滴接触角小于10度，具有超亲水 性。
[0034] 表面电阻测试：在湿度50%±5%条件下，米用LS-385型表面电阻仪测定，太阳电池 玻璃表面抗阻值?ο 11 -?ο12欧。
[0035] 光催化活性测试：用在一定时间内自清洁玻璃光催化降解有机污染物的降解效率 代表光催化活性，具体测试步骤为：配制lmg/L的油酸乙醇溶液，分次涂抹在20mm*20mm的 自清洁玻璃表面，待乙醇挥发后用电子天平测试玻璃表面纯油酸质量达到约2mg (%);将样 品放入光反应器中照射lh，称量照射完后玻璃表面油酸质量(mt);计算样品对油酸的降解 效率（m t-mQ) /m0。
[0036] 本发明的优点和有益效果体现在： (1) 本发明太阳电池玻璃自清洁减反射光转换涂料解决了各种功能之间相互抵消问 题，在保持了涂料的高透光率和耐候性能基础上增加了自清洁和光转换功能，可替代现有 的太阳电池玻璃减反射涂料； (2) 本发明太阳电池玻璃自清洁减反射光转换涂料生产方法以氟硅酸镁代替高腐蚀性 和高毒性的氟化氢作为氟源，副产物氟化镁和二氧化硅仍是良好减反射材料，原料利用率 商； (3) 本发明太阳电池玻璃自清洁减反射光转换涂料生产方法工艺简单，生产成本低，安 全环保，容易产业化推广应用。

【具体实施方式】
[0037] 本发明是采用以下方式实现的，下面结合实施例详细说明： 实施例1 本发明太阳电池玻璃自清洁减反射光转换涂料按质量百分比组成如下： 5%碱性纳米Si02水溶胶(平均粒径20nm) 50. 0% 5%酸性纳米Si02水溶胶(平均粒径10nm) 25. 0% 氟锡铽掺杂5%纳米Ti02水溶胶(平均粒径30nm) 10% 氟化镁水溶胶(平均粒径30nm) 0. 15% 硝酸铵[ΝΗ4Ν03] 0. 5% 硝酸[ΗΝ03] 0. 2% 5%表面活性剂水溶液 1.0% 5%偶联剂水溶液 1.0% 去离子水 余量。
[0038] 将以上多功能涂料辊涂在10片300mmX300mmX3· 2mm的太阳电池玻璃样片上， 经80-150°C分段加热固化3分钟，得到泛蓝紫色太阳能镀膜玻璃，测得膜层厚度约150nm， 在280nm-1100nm波长范围的平均透光率为94. 2%。将其在太阳电池玻璃钢化生产线上，在 500-720°C钢化3分钟得到的太阳能减反射膜玻璃样片，紫外光照射时玻璃表面发出绿色 荧光，测得280nm-1100nm波长范围的平均透光率为94. 7%，钢化前后透光率增加0. 5%，膜 层硬度6H，抗老化性能达到IEC 61215标准规定的指标，玻璃表面水接触角3°，表面电阻 1〇8,紫外光照射1小时后膜层表面油酸的降解效率96%，太阳光照射1小时后膜层表面油酸 的降解效率75%。
[0039] 实施例2 实施例1自清洁减反射光转换涂料的生产过程为：向装有机械搅拌器、温度计、滴液 漏斗和冷凝管的2000mL反应器中先后加入质量百分浓度为94%的乙醇1300mL、去离子 水180mL、质量百分浓度为10%的氨水2. Og和质量百分浓度为99%的硅酸乙酯360g，在 15-30°C搅拌反应4-6小时，静置陈化反应12小时，加入去离子水2000mL，在60-65°C下真 空蒸馏分离含有的乙醇，得到质量百分浓度为5%的碱性纳米Si0 2水溶胶2000g，测得水溶 胶平均粒径20nm，转入广口瓶中贮存备用。
[0040] 向以上2000mL反应器中先后加入质量百分浓度为94%的乙醇650mL、去离子 水180mL、质量百分浓度为20%的稀硝酸15g和质量百分浓度为99%的硅酸乙酯180g，在 15-30°C搅拌反应4-6小时，静置陈化反应12小时，加入去离子水lOOOmL，在60-65°C下真 空蒸馏分离含有的乙醇，得到质量百分浓度为5%的酸性纳米Si0 2水溶胶1000g，测得水溶 胶平均粒径约l〇nm，转入广口瓶中贮存备用。
[0041] 向一个5000mL反应器中加入碱性纳米Si02水溶胶2000g，在搅拌下加入酸性Si0 2 水溶胶l〇〇〇g，搅拌反应2小时后滴加质量百分浓度为20%的稀硝酸溶液约10g，调节混合 Si02水溶胶的pH 2. 0-2. 5,混合均匀后得到Si02减反射水溶胶3010g。
[0042] 向反应器中分别加入0. 5mol/L的硫酸氧钛溶液500ml (0. 25mol)、0. 5mol/L的四 氯化锡溶液50ml (0· 025mol)和0· 5mol/L的硝酸铽溶液50ml (0· 025mol)，在搅拌下加入 质量百分浓度为10%的稀氨水约115mL，使钛锡铽离子以氢氧化物形式共沉淀，反应液pH 8-9时沉淀完全。真空过滤生成的沉淀，用去离子水洗沉淀，用氯化钡溶液检验，水洗至洗水 中不含有硫酸根离子为至。
[0043] 将锡铽掺杂二氧化钛沉淀分散在300mL去离子水中，加入质量百分浓度为20%的 稀硝酸酸化，再加入质量百分浓度为20%的过氧化氢水溶液102g (0. 6mol)，在60-70°C水 浴上加热1-2小时，使其与过氧化氢络合胶溶，生成锡铽掺杂纳米Ti02水溶胶；向以上水溶 胶中加入质量百分浓度10%的氟硅酸镁水溶液164g (0. 06mol)，在0. 2MPa和100-120°C条 件下水热反应4-8h，然后加入质量百分浓度10%的硝酸镁水溶液89g (0. 06mol)中和生成 的氟化氢，得到氟锡铽掺杂5%纳米Ti02水溶胶、氟化镁水溶胶和二氧化硅水溶胶的混合水 溶胶，平均粒径30nm。
[0044] 向Si02减反射水溶胶中在搅拌下加入以上混合水溶胶，用质量百分浓度10%的氨 水调节混合水溶胶PH4-6,继续搅拌反应0. 5-1小时，使纳米Si02水溶胶与氟锡铽掺杂纳米 Ti02水溶胶共聚合，当水溶胶粘度开始明显增大时，再用质量百分浓度为20%的稀硝酸溶液 调节水溶胶PHI. 8-2. 5,得到稳定的自清洁减反射光转换水溶胶。
[0045] 向自清洁减反射光转换水溶胶中加入5%6501表面活性剂水溶液40g、5%KH560偶 联剂水溶液40g和去离子水100g，搅拌均匀后陈化8-12小时，制得固体质量百分含量5%的 自清洁减反射光转换涂料约4000g。
[0046] 实施例3 本发明太阳电池玻璃自清洁减反射光转换涂料按质量百分比组成如下： 本发明太阳电池玻璃自清洁减反射光转换涂料按质量百分比组成如下： 5%碱性纳米Si02水溶胶(平均粒径20nm) 50. 0% 5%酸性纳米Si02水溶胶(平均粒径10nm) 10. 0% 氟锡铽掺杂5%纳米Ti02水溶胶(平均粒径30nm) 5% 氟化镁水溶胶(平均粒径30nm) 0. 05% 硝酸铵[ΝΗ4Ν03] 0. 5% 硝酸[ΗΝ03] 0. 2% 5%表面活性剂水溶液 1.0% 5%偶联剂水溶液 1.0% 去离子水 余量。
[0047] 将以上自清洁高增透涂料辊涂在10片300mmX300mmX3. 2mm的太阳电池玻璃样 片上，经80-150°C分段加热固化3分钟，得到泛蓝紫色太阳能镀膜玻璃，测得膜层厚度约 150nm，在280nm-l 100nm波长范围的平均透光率为94. 5%，将其在太阳电池玻璃钢化生产线 上，在500-720°C钢化3分钟得到的太阳能减反射膜玻璃样片，紫外光照射时玻璃表面发出 强绿色荧光，测得280nm-1100nm波长范围的平均透光率为95%，钢化前后透光率增加0. 5%， 膜层硬度6H，抗老化性能达到IEC 61215标准规定的指标，玻璃表面水接触角7°，表面电 阻1〇8,紫外光照射1小时后膜层表面油酸的降解效率92%，太阳光照射1小时后膜层表面 油酸的降解效率65%。
[0048] 实施例4 实施例3自清洁减反射光转换涂料的生产过程为：向装有机械搅拌器、温度计、滴液 漏斗和冷凝管的2000mL反应器中先后加入质量百分浓度为94%的乙醇1300mL、去离子 水180mL、质量百分浓度为10%的氨水2. 0g和质量百分浓度为99%的硅酸乙酯360g，在 15-30°C搅拌反应4-6小时，静置陈化反应12小时，加入去离子水2000mL，在60-65°C下真 空蒸馏分离含有的乙醇，得到质量百分浓度为5%的碱性纳米Si02水溶胶2000g，测得水溶 胶平均粒径20nm，转入广口瓶中贮存备用。
[0049] 向以上2000mL反应器中先后加入质量百分浓度为94%的乙醇2600mL、去离子水 72mL、质量百分浓度为20%的稀硝酸10g和质量百分浓度为99%的硅酸乙酯72g，在15-30°C 搅拌反应4-6小时，静置陈化反应12小时，加入去离子水400mL，在60-65°C下真空蒸馏分 离含有的乙醇，得到质量百分浓度为5%的酸性纳米Si0 2水溶胶400g，测得水溶胶平均粒径 约10nm，转入广口瓶中贮存备用。
[0050] 向一个5000mL反应器中加入碱性纳米Si02水溶胶2000g，在搅拌下加入酸性Si0 2 水溶胶400g，搅拌反应2小时后滴加质量百分浓度为20%的稀硝酸溶液约10g，调节混合 Si02水溶胶的pH 2. 0-2. 5,混合均匀后得到Si02减反射水溶胶2410g。
[0051] 向一个5000mL反应器中加入以上制得的碱性纳米Si02水溶胶2000g，在搅拌下 加入以上制得的酸性Si0 2水溶胶1000g，搅拌反应2小时后滴加质量百分浓度为20%的稀 硝酸溶液约l〇g，调节混合Si02水溶胶的pH 2. 0-2. 5,混合均匀后得到Si02减反射水溶胶 3010g。
[0052] 向反应器中分别加入0. 5mol/L的硫酸氧钛溶液500ml (0. 125mol)、0. 5mol/L的 四氯化锡溶液50ml (0· 0125mol)和0· 5mol/L的硝酸铽溶液50ml (0· 0125mol)，在搅拌下 加入质量百分浓度为10%的氨水约60mL，使钛锡铽离子以氢氧化物形式共沉淀，当反应液 pH 8-9时沉淀完全。真空过滤生成的沉淀，用去离子水洗沉淀，用氯化钡溶液检验，水洗至 洗水中不含硫酸根离子为至。
[0053] 将锡铽掺杂二氧化钛沉淀分散在150mL去离子水中，加入质量百分浓度为20%的 稀硝酸酸化，再加入质量百分浓度为20%的过氧化氢水溶液51g (0. 3mol)，在60-70°C水浴 上加热1-2小时，使其与过氧化氢络合胶溶生成锡铽掺杂纳米Ti02水溶胶；向以上溶胶中 加入质量百分浓度10%的氟硅酸镁水溶液82g (0. 03mol)，在0. 2MPa和100-120°C条件下 水热反应4-8h，然后加入质量百分浓度10%的硝酸镁水溶液45g (0. 03mol)中和生成的 氢氟酸，得到氟锡铽掺杂5%纳米Ti02水溶胶、氟化镁水溶胶和二氧化硅水溶胶的混合水溶 胶，平均粒径30nm。
[0054] 向Si02减反射水溶胶中在搅拌下加入以上混合水溶胶，用质量百分浓度10%的稀 氨水调节混合水溶胶PH4-6,继续搅拌反应0. 5-1小时，使纳米Si02水溶胶与氟锡铽掺杂纳 米Ti02水溶胶共聚合，当水溶胶粘度开始明显增大时，再用质量百分浓度为20%的稀硝酸 溶液调节水溶胶PHI. 8-2. 5,得到稳定的自清洁减反射光转换水溶胶；向自清洁减反射光 转换水溶胶中加入5%6501表面活性剂水溶液40g、5%KH560偶联剂水溶液40g和去离子水 500g，搅拌均匀后陈化8-12小时，制得固体质量百分含量3. 5%的自清洁减反射光转换涂料 约 4000g 。
【权利要求】
1. 一种太阳电池玻璃自清洁减反射光转换涂料，在太阳光谱紫外和可见光范围内均具 有光催化功能，其特征在于自清洁功能主组分是氟锡铽掺杂纳米Ti〇 2水溶胶，辅助组分是 碱性纳米Si02水溶胶和酸性纳米Si02水溶胶，涂料按质量百分比组成如下： 5%碱性纳米Si02水溶胶(平均粒径20nm) 25. 0%-50. 0% 5%酸性纳米Si02水溶胶(平均粒径10nm) 15. 0%-25. 0% 氟锡铽掺杂5%纳米Ti02水溶胶(平均粒径30nm) 5%-10% 氟化镁水溶胶(平均粒径30nm) 0. 05%-〇. 15% 硝酸铵[ΝΗ4Ν03] 0. 05%-0. 1% 硝酸[ΗΝ03] 0. 05%-0. 1% 5%表面活性剂水溶液 0. 5%-1. 0% 5%偶联剂水溶液 0. 5%-1. 0% 去离子水 余量。
2. 按权利要求1所述太阳电池自清洁减反射光转换涂料，其特征在于涂料镀膜后在玻 璃钢化温度下形成二氧化硅为载体的氟锡铽掺杂光催化剂，同时还作为光转换材料和减反 射材料，显著提高太阳光透过率。
3. 按权利要求1所述太阳电池自清洁减反射光转换涂料，其特征在于涂料具有良好减 反射效果，膜层在80-180°C固化后太阳电池玻璃透光率94. 2%-94. 5%，镀膜玻璃钢化后透 光率 94. 7%-95· 0%。
4. 按权利要求1所述太阳电池自清洁减反射光转换涂料，其特征在于涂料具有良好自 清洁效果，镀膜玻璃表面水接触角3-7°，膜层表面电阻10 8,紫外光照射1小时后膜层表面 油酸的降解效率92%-96%，太阳光照射1小时后膜层表面油酸的降解效率65%-75%。
5. -种权利要求1所述太阳电池自清洁减反射光转换涂料的生产方法，其特征在于以 氟硅酸镁代替高腐蚀性和高毒性的氟化氢作为氟源生产氟锡铽掺杂的二氧化钛水溶胶，副 产物氟化镁和二氧化硅也是良好减反射材料，安全环保，生产成本低，生产过程包括以下步 骤： (1) 将硅酸乙酯在乙醇水溶液中碱性水解，控制原料的质量百分比为：99%硅酸乙酯： 94%乙醇：去离子水：10%氨水=1 :2-4 :0. 5-1. 0 :0. 01-0. 05,反应完成后加入去离子水， 在60-65°C下真空蒸馏分离乙醇，得到质量百分浓度为5%的碱性纳米Si02水溶胶，平均粒 径 20nm ; (2) 将硅酸乙酯在乙醇水溶液中酸性水解，控制原料的质量百分比为：99%硅酸乙酯： 94%乙醇：去尚子水：20%稀硝酸=1:2-4:0. 5-1.0:0. 01-0. 05,反应完成后加入去尚子 7K，在60_65°C下真空蒸馏分离乙醇，得到质量百分浓度为5%的酸性纳米Si02水溶胶，平均 粒径10nm ; (3) 将5%的碱性纳米Si02水溶胶和5%的酸性纳米Si02水溶胶在搅拌下混合，控制质 量比为1 :0. 2-0. 5,搅拌反应0. 5-2小时后用质量百分浓度为20%的稀硝酸溶液调节混合 水溶胶pH 2. 0-2. 5,得到Si02减反射水溶胶； (4) 在搅拌下向Si02减反射水溶胶中加入氟锡铽掺杂纳米Ti02混合水溶胶，控制原料 摩尔比：Si0 2 :Ti02 = 1 :0. 025-0. 075,用质量百分浓度10%的氨水调节混合水溶胶pH4-6， 继续搅拌反应〇. 5-1小时，使纳米Si02水溶胶与氟铽掺杂纳米Sn02水溶胶和氟锡铽掺杂纳 米Ti02共聚合，当水溶胶粘度开始明显增大时，再用质量百分浓度为20%的稀硝酸溶液调 节水溶胶pHl. 8-2. 5,得到稳定的自清洁减反射光转换水溶胶； (5)向自清洁减反射光转换水溶胶中加入表面活性剂、偶联剂和去离子水，搅拌均匀后 陈化8-12小时，制得固体质量百分含量2%-5%的自清洁减反射光转换涂料。
6. -种权利要求5所述太阳电池自清洁减反射光转换涂料的生产方法，其特征在于氟 锡试掺杂纳米Ti02水溶胶的过程为： (1) 将硫酸氧钛、四氯化锡和硝酸铽溶于去离子水中配制成〇. 2-0. 5mol/L的混合盐溶 液，控制原料摩尔比为：Ti0S04:SnCl4 :Tb(N03)3= 1:0. 1:0. 1，在搅拌下加入质量百分浓 度10%的氨水，使钛锡铽离子以氢氧化物形式共沉淀，调节溶液PH8-9使沉淀完全； (2) 过滤和洗涤钛锡铽氢氧化物沉淀物，将氢氧化物沉淀与过氧化氢水溶液混合，控制 原料摩尔比：（Ti+ Sn +Tb):H202 = 1:1.5-3，在60-651：下加热胶溶1-2小时使氢氧化物沉 淀与过氧化氢络合完全胶溶； (3) 向以上水溶胶中加入质量百分浓度10%的氟硅酸镁水溶液，在0. 2MPa和100-120°C 条件下水热反应4-8h，然后加入质量百分浓度10%的硝酸镁水溶液中和产生的氢氟酸，控 制原料摩尔比：（Ti+ Sn +Tb):Mg2SiF6 :Mg(N03)2= 1 :0. 2 :0. 2,得到氟锡铽掺杂5%纳米Ti02 水溶胶、氟化镁水溶胶和二氧化硅水溶胶的混合水溶胶，平均粒径30nm。
【文档编号】C09D1/00GK104140693SQ201410361217
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】李建生, 刘炳光, 王少杰 申请人:天津市职业大学