具有疏水和光谱选择性的太阳电池用玻璃及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有疏水效果和光谱选择性的太阳电池用玻璃及该玻璃的制作方法，具体以所述玻璃为基片，在所述基片的其中一面上由下至上依次设有用于吸收380nm波长以下光谱的光谱选择膜层和用于减少吸附的疏水膜层。该玻璃能够有效地减少玻璃对灰尘、污渍、水汽等物质的吸附，能较长时间保持玻璃表面的清洁与干燥、长期保持较高的晶硅太阳电池组件转化输出功率；并能很好地为晶硅太阳电池组件中的EVA膜层提供光学防护，显著地延长了组件的使用寿命。本发明的制造方法适用于太阳电池用封装玻璃的大面积镀膜，且原料及制造成本低廉，生产效率高。
【专利说明】具有疏水和光谱选择性的太阳电池用玻璃及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳电池用玻璃的【技术领域】，特别是涉及一种具有疏水效果和光谱选 择性的太阳电池用玻璃及其制作方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球能源危机的日益加剧，晶硅太阳能电池作为清洁新能源，被广大科技工 作者和能源行业所看好，发展前景及商机巨大。由于晶硅太阳能发电技术中的主体一晶 硅无法长时间暴露于外界环境中，太阳电池用玻璃是目前保护晶硅的最佳封装材料之一。 随着晶硅太阳能技术的发展，目前其太阳能转换效率已达到了 20%以上，基本达到了瓶颈， 进一步提升其转换效率是该领域内所有技术人员的理想及工作目标。
[0003] 众所周知，决定晶硅太阳能光伏电池效能最重要的因素为光电组件中的晶硅技 术，其次为保护光电组件中的太阳电池用玻璃的光学特性。而提高太阳电池用玻璃的光学 特性远比开发更高转换率的晶硅来得容易，成本低得多。目前大量使用的太阳电池用玻璃 是低铁超白压花玻璃1'（如图1所示），其一面为绒面2'，一面为压花面3'，即花纹面，在用 作晶硅太阳能电池的封装玻璃时，绒面朝向外界环境，起到漫反射的作用，降低反射光能； 压花面朝向晶硅，主要功效为加强太阳电池用玻璃与EVA胶膜的粘结力。这种低铁超白压 花玻璃（市售产品）的透光率在91. 5%左右，而其反射光损失率高达5%左右，被玻璃吸收 的光能达到3%?4%。高达5%左右的反射光损失率如果能够运用来发电，将大大降低太 阳能发电的成本。近两年来，随着减反射镀膜技术的不断成熟，通过在玻璃表面镀制多孔二 氧化硅减反射膜层来降低反射损失、提高太阳电池用玻璃的透光率的技术在国内主要太阳 电池用玻璃生产厂家已得到了广泛的运用，2012年中国减反射镀膜太阳电池用玻璃的年产 能已超过了 6000万m2以上。
[0004] 由于晶硅太阳电池发电的特点（无日照的情况下，光电转换效率大幅度降低）决 定了电站的建立需要的场地极大，同时需要建造在日照时间长，全年晴日多的地理位置，因 此包括中国在内的太阳能电站大部分分布在沙漠、戈壁等地带，这些地方满足了晶硅太阳 电池发电的优良条件，但同时也具有了雨水少、风沙大等气候特点。目前市面上的减反射镀 膜太阳电池用玻璃，绝大部分表现为亲水性，其水接触角在20°?30°之间。这种减反射 镀膜太阳电池用玻璃作晶硅太阳电池的封装组件时，表面容易堆积灰尘，遇到小量降水时， 容易在组件表面堆积污垢，不但起不到提高组件光电转换效率的作用，甚至比使用普通非 镀膜太阳电池用玻璃的组件发电量更低，需要清洗后方能恢复。这就给电站运营过程了带 来了额外的清洗成本，间接的造成能光伏发电电价的上升。在当前国内光伏发电并网难的 情况下，一定程度上出现了阻力。
[0005] 此外，用于晶硅太阳能电池组件封装的EVA胶膜，其成分为乙烯和醋酸乙烯酯的 共聚物，综合性能良好，是目前光伏组件中最常用的封装材料，但EVA自身化学结构不稳 定，耐老化性能相对较差，虽然现有技术在EVA胶膜中添加了紫外吸收剂、紫外光稳定剂、 抗氧化剂和交联剂等各种不同的添加剂来提高其耐老化性能，但仍有很多不足，在使用过 程中常出现黄变、脱层、气泡、腐蚀电极等现象，严重影响了组件的性能和使用寿命。
[0006] 有关实验数据表明，使用EVA胶膜的晶硅太阳电池组件在1000h紫外照射加湿热 试验后（试验条件：波长280nm?360nm，福射强度为0? 63W/(m2 ?)，温度为保持60°C4h 后在50°C冷凝4h循环），没有使用任何紫外吸收剂、稳定剂和交联剂的情况下，最大输出功 率、最佳工作电流和短路电流的衰减达到了 40%以上，使用了紫外吸收剂、稳定剂和交联剂 的情况下，最大输出功率、最佳工作电流和短路电流的衰减能稳定到20%以下，但衰减低于 15%是目前能够达到的极限。
[0007] 因此，发明一种能够降低反射率的具有疏水效果和光谱选择性的太阳电池用玻 璃，是本领域的发展方向之一。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，提供一种能够降低反射率的具 有疏水效果和光谱选择性的太阳电池用玻璃，以所述玻璃为基片，在所述基片的其中一面 上由下至上依次设有用于吸收380nm波长以下光谱的光谱选择膜层和用于减少吸附的疏 水膜层。
[0009] 所述基片为一面为绒面、一面为压花面的低铁超白压花玻璃，所述光谱选择膜层 和疏水膜层设在所述绒面上。
[0010] 所述基片的折射率为1. 52-1. 55。
[0011] 所述光谱选择膜层由折射率n2为1. 80-2. 00,厚度d2为65-80nm的光谱选择复合 凝胶形成。
[0012] 所述光谱选择复合凝胶包括以下组分，按摩尔比计：硅酸酯类物质：可溶性金属 盐：酸性催化剂：溶剂为（〇? 8?1. 2) : (1. 0?3. 0) : (0? 05?1. 00) : (90?150)，其中硅 酸酯类物质是正硅酸甲酯、正硅酸乙酯和硅酸异丙酯中的任意一种或其组合；可溶性金属 盐是四氯化钛、钛酸丁酯、氯化铈、硝酸铈、氯化锌、硝酸锌、氧化铈、氧化钛、氧化锌的任意 一种或其组合；酸性催化剂是盐酸、硝酸、乙酸或柠檬酸中的任意一种或其组合；溶剂为乙 醇、异丙醇、正丙醇和正丁醇中的任意一种或其组合。
[0013] 所述光谱选择复合凝胶是按以下步骤制得：
[0014] 1)、硅酸酯类物质和溶剂按照摩尔比（0. 8?1. 2) : (30?50)在40°C下混合，可溶 性金属盐和溶剂按照摩尔比（1?3) : (30?50)在40°C下混合，酸性催化剂和溶剂按照摩 尔比（0. 05?1. 00) : (30?50)在40°C下混合，分别得到硅酸酯类物质溶液、可溶性金属盐 溶液和酸性催化剂溶液，备用；
[0015] 2)、将所述硅酸酯类物质溶液、可溶性金属盐溶液和酸性催化剂溶液按体积比1 : 1 :1在40°C下混合得到混合液，将所得混合液在40°C下静置72小时充分水解-缩合、陈化 即得光谱选择复合凝胶。
[0016] 所述疏水膜层由折射率叫为1. 45?1. 60,厚度屯为80?100nm的疏水凝胶形 成。
[0017] 所述疏水凝胶包括以下组分，按摩尔比计：硅酸酯类物质：含有疏水功能基团的 硅烷类有机物：酸性催化剂：溶剂为（〇? 8?1. 2) : (0? 5?3. 0) : (0? 05?1. 00) : (90? 150);其中硅酸酯类物质是正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或正硅酸异丙酯中的一种；含有疏水 功能基团的娃烧类有机物可以是含甲基的二甲基氣娃烧、-甲基-乙氧基娃烧、甲基二乙 氧基硅烷、十二烷基甲基氯硅氧烷等，或含乙基的乙基三乙氧基硅烷、二乙氧基二乙基硅 烷，或含氟的一氟三乙氧基硅烷等的一种或组合；酸性催化剂可以是硝酸，盐酸，乙酸或柠 檬酸中的一种或组合；溶剂为乙醇或异丙醇。
[0018] 所述疏水凝胶是按以下步骤制得：
[0019] 1)硅酸酯类物质和溶剂按照摩尔比值（0. 8?1. 2) : (90?150)在40°C下混合， 含有疏水功能基团的硅烷类有机物和溶剂按照摩尔比值（〇. 5?3):(90?150)在40°C下 混合，酸性催化剂和溶剂按照摩尔比值：（〇. 05?1. 00) : (90?150)在40°C下混合，分别得 到硅酸酯类物质溶液、含有疏水功能基团的硅烷类有机物溶液和酸性催化剂溶液，备用；
[0020] 2)将所述硅酸酯类物质溶液、含有疏水功能基团的硅烷类有机物溶液和酸性催化 剂溶液按体积比1 :1 :1在40°C下混合在得到混合液，将所得混合液40°C下静置72小时充 分水解-缩合、陈化即得疏水凝胶。
[0021] 本发明还有一个目的在于提供一种制作上述太阳电池用玻璃的方法，具体步骤 为：
[0022] 1)、低铁超白压花玻璃基片1经压延机成型后待用；
[0023]2)、采用在线纳米气凝胶镀膜方法，将光谱选择复合凝胶在360°C?460°C下均匀 施镀在经步骤1)成型后的低铁超白压花玻璃的绒面上，得到光谱选择膜层；
[0024]3)、采用在线纳米气凝胶镀膜方法，将疏水凝胶在200°C?300°C下均匀施镀在步 骤2)得到的光谱选择膜层上，得到疏水膜层。
[0025] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0026] (1)本发明提供的具有疏水效果和光谱选择性的太阳电池用玻璃利用在低铁超白 压花玻璃的绒面镀有双层减反射镀膜，其镀膜面与水的接触角大于等于110°，能够有效地 减少玻璃对灰尘、污渍、水汽等物质的吸附，能较长时间保持玻璃表面的清洁与干燥、长期 保持较高的晶硅太阳电池组件转化输出功率。
[0027] (2)本发明提供的太阳电池用玻璃使380nm以下波长的光谱透过率小于等于25% (现有玻璃此波长的光谱透过率约是38 % )，能很好地为晶硅太阳电池组件中的EVA膜层提 供光学防护，显著地延长了组件的使用寿命。
[0028] (3)在疏水膜层与低铁超白压花玻璃基底之间引入高折射率膜层形成双层光学膜 系，通过调整凝胶组分和镀膜参数，可以很好的实现镀膜玻璃的减反射效果。采用本发明提 供的太阳电池用玻璃，其在400?lOOOnm光波区间内透过率较之镀膜前有2. 5%以上的提 商，进一步提商的晶娃太阳电池组件转化输出功率。
[0029] (4)采用溶胶一凝胶法合成镀膜所需复合凝胶，根据实际情况调节凝胶组分及合 成方法，可以有效地匹配自清洁功能膜层和高折射率膜层的折射率，使其具备自清洁功能、 有效的阻挡紫外线、提高有效光谱（380nm?llOOnm波长）的透过率；
[0030] (5)本发明的制造过程采用镀膜工艺，适用于太阳电池用封装玻璃的大面积镀膜， 且原料及制造成本低廉，生产效率高。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1所不为低铁超白压花玻璃基片不意图；
[0032] 图2所示为本发明太阳电池用玻璃的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033] 由于晶硅太阳电池的实验数据显示，在相当长的一段时间内（一年以上），仅使用 了具有疏水效果的太阳电池用玻璃制成的晶硅光伏组件，相比于仅使用了多孔二氧化硅减 反射膜层的太阳电池用玻璃制成的晶硅光伏组件，其总发电量并没有明显差异。同时，由于 晶硅对太阳光谱的响应波峰处于500?800nm之间，380nm以下波长的紫外光谱对晶硅太阳 能电池组件的发电作用微乎其微。假如通过涂敷一种具有阻隔紫外线穿透玻璃影响EVA老 化的功能膜层，能使目前市场上所用的减反射镀膜太阳电池用玻璃同时具有在380nm以下 波长的光谱下减少透过率、在380nm以上波长的光谱下增加透过率两种特性，就能大大降 低EVA胶膜的衰减速度，也将大大提高该类产品的市场价值。
[0034] 于是，本发明提供了一种具有疏水效果和光谱选择性的太阳电池用玻璃及其制作 方法。该太阳电池用玻璃是在低铁超白压花玻璃的绒面先镀一层光谱选择膜层，再镀一层 疏水膜层，形成具有双层镀膜的减反射玻璃；该方法生产的太阳电池用玻璃，其绒面镀膜具 有疏水性（其水接触角大于等于110° )、380nm以下波长的光谱透过率g25% (目前的玻 璃此波长的光谱透过率约是38% )、380nm?llOOnm波长的光谱透过率3 94%等特点。
[0035] 制作本发明太阳电池用玻璃的方法为：采用具有较高透过率的低铁超白压花玻璃 作为基片（折射率n,)，先在其上设置一层折射率为n2厚度为d2的折射率光谱选择功能膜 层（简称光谱选择膜层），再设置一层折射率为n3厚度为d3的疏水功能膜层（简称疏水膜 层）。对通过薄膜入射玻璃的中心波长为A^的入射光，当光谱选择膜层和疏水膜层满足
【权利要求】
1. 一种具有疏水效果和光谱选择性的太阳电池用玻璃，其特征在于，以所述玻璃为基 片，在所述基片的其中一面上由下至上依次设有用于吸收380nm波长以下光谱的光谱选择 膜层和用于减少吸附的疏水膜层。
2. 根据权利要求1所述太阳电池用玻璃，其特征在于，所述基片为一面为绒面、一面为 压花面的低铁超白压花玻璃，所述光谱选择膜层和疏水膜层设在所述绒面上。
3. 根据权利要求2所述太阳电池用玻璃，其特征在于，所述基片的折射率为 1. 52-1. 55。
4. 根据权利要求1-3任一所述太阳电池用玻璃，其特征在于，所述光谱选择膜层由折 射率n2为1. 80-2. 00,厚度d2为65-80nm的光谱选择复合凝胶形成。
5. 根据权利要求4所述太阳电池用玻璃，其特征在于，所述光谱选择复合凝胶包括 以下组分，按摩尔比计：硅酸酯类物质：可溶性金属盐：酸性催化剂：溶剂为（〇. 8?1. 2):(1.0?3.0) :(0.05?1.00) : (90?150)，其中硅酸酯类物质是正硅酸甲酯、正硅酸乙酯和 硅酸异丙酯中的任意一种或其组合；可溶性金属盐是四氯化钛、钛酸丁酯、氯化铈、硝酸铈、 氯化锌、硝酸锌、氧化铈、氧化钛、氧化锌的任意一种或其组合；酸性催化剂是盐酸、硝酸、乙 酸或柠檬酸中的任意一种或其组合；溶剂为乙醇、异丙醇、正丙醇和正丁醇中的任意一种或 其组合。
6. 根据权利要求5所述太阳电池用玻璃，其特征在于，所述光谱选择复合凝胶是按以 下步骤制得： 1) 、硅酸酯类物质和溶剂按照摩尔比（〇. 8?1. 2) : (30?50)在40°C下混合，可溶性金 属盐和溶剂按照摩尔比（1?3) : (30?50)在40°C下混合，酸性催化剂和溶剂按照摩尔比 (0. 05?1. 00) : (30?50)在40°C下混合，分别得到硅酸酯类物质溶液、可溶性金属盐溶液 和酸性催化剂溶液，备用； 2) 、将所述硅酸酯类物质溶液、可溶性金属盐溶液和酸性催化剂溶液按体积比1 :1 :1 在40°C下混合得到混合液，将所得混合液在40°C下静置72小时充分水解-缩合、陈化即得 光谱选择复合凝胶。
7. 根据权利要求1-6任一所述太阳电池用玻璃，其特征在于，所述疏水膜层由折射率 h为1. 45?1. 60,厚度屯为80?100nm的疏水凝胶形成。
8. 根据权利要求7所述太阳电池用玻璃，其特征在于，所述疏水凝胶包括以下组分， 按摩尔比计：硅酸酯类物质：含有疏水功能基团的硅烷类有机物：酸性催化剂：溶剂为 (0? 8?1. 2) : (0? 5?3. 0) : (0? 05?1. 00) : (90?150);其中硅酸酯类物质是正硅酸甲 酯、正硅酸乙酯或正硅酸异丙酯中的一种；含有疏水功能基团的硅烷类有机物可以是含甲 基的二甲基氣娃烧、-甲基-乙氧基娃烧、甲基二乙氧基娃烧、十_烧基甲基氣娃氧烧等， 或含乙基的乙基三乙氧基硅烷、二乙氧基二乙基硅烷，或含氟的一氟三乙氧基硅烷等的一 种或组合；酸性催化剂可以是硝酸，盐酸，乙酸或柠檬酸中的一种或组合；溶剂为乙醇或异 丙醇。
9. 根据权利要求8所述太阳电池用玻璃，其特征在于，所述疏水凝胶是按以下步骤制 得： 1)硅酸酯类物质和溶剂按照摩尔比值（〇. 8?1. 2) : (90?150)在40°C下混合，含有 疏水功能基团的硅烷类有机物和溶剂按照摩尔比值（〇. 5?3) : (90?150)在40°C下混合， 酸性催化剂和溶剂按照摩尔比值：（0. 05?1. 00) : (90?150)在40°C下混合，分别得到硅 酸酯类物质溶液、含有疏水功能基团的硅烷类有机物溶液和酸性催化剂溶液，备用； 2)将所述硅酸酯类物质溶液、含有疏水功能基团的硅烷类有机物溶液和酸性催化剂溶 液按体积比1 :1 :1在40°C下混合在得到混合液，将所得混合液40°C下静置72小时充分水 解-缩合、陈化即得疏水凝胶。
10. -种制作权利要求1-9任一所述太阳电池用玻璃的方法，具体步骤为： 1) 、低铁超白压花玻璃基片1经压延机成型后待用； 2) 、采用在线纳米气凝胶镀膜方法，将光谱选择复合凝胶在360°C?460°C下均匀施镀 在经步骤1)成型后的低铁超白压花玻璃的绒面上，得到光谱选择膜层； 3) 、采用在线纳米气凝胶镀膜方法，将疏水凝胶在200°C?300°C下均匀施镀在步骤2) 得到的光谱选择膜层上，得到疏水膜层。
【文档编号】H01L31/054GK104362208SQ201410680515
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】李军明, 李勇, 赵恩录, 陈福, 王志平, 张文玲, 高炜, 冯建业, 黄俏, 续芯如 申请人:秦皇岛玻璃工业研究设计院, 中国建材检验认证集团秦皇岛有限公司