一种在野外太阳能电池板上制备含氟自清洁涂层的方法与流程

本发明涉及表面涂层技术领域，尤其是指一种在野外太阳能电池板上制备含氟自清洁涂层的方法。

背景技术：

太阳能电池是将太阳光能转化为电能的装置。一些商用的太阳能电池为了保护其内部结构，表面装有钢化玻璃板。处于偏远地区的太阳能电池发电厂因为缺乏人手、淡水等原因不能经常清洗太阳能电池的表面，而表面落灰导致太阳能电池效率下降可达50%以上（berginmh,ghoroic,dixitd,etal.largereductionsinsolarenergyproductionduetodustandparticulateairpollution[j].environmentalscience&technologyletters,2017:acs.estlett.7b00197.）。近年来，太阳能电池表面自清洁技术得到了长足发展（difeif,binghaid,shiminw,etal.researchprogressofself-cleaningtechnologiesonsolarpanels[j].materialsreview,2015.），其中在太阳能电池表面构建含氟高分子涂层是一种较为成熟且低成本的技术。

但是，大部分商用含氟高分子涂料都需要较高的固化温度，如pvdf、fep和pfa的固化温度分别高达155-170^oc、250-280^oc和300-310^oc（fengz,xuh,yanf.preparationofflamesprayedpoly(tetrafluoroethylene-co-hexafluoropropylene)coatingsandtheirtribologicalpropertiesunderwaterlubrication[j].appliedsurfaceence,2008,255(5p1):2408-2413.），为了使干燥后的含氟高分子涂层在钢化玻璃板表面熔化、交联并固化，就必须通过直接加热、热风机加热或者辐射（红外、激光等）加热使太阳能电池板的表面达到上述温度。在野外的太阳能电池板上，这是极难实现的。若将太阳能电池板表面整体加热，很容易因为高温损坏内部元件；局部加热则会在钢化玻璃表面产生额外的应力，有使太阳能电池破裂的危险。若不进行高温固化，则涂层粒子间充满了含空气的缝隙并对光产生漫反射，使涂层呈现乳白色半透明状，且机械强度极低，容易被无纺布擦除，无法应用。

硅酸乙酯是一种常见的二氧化硅前驱物，在水汽条件下，其可水解交联为透明硅胶，脱水后得到透明二氧化硅涂层，常用于在玻璃表面制备增透层（朱从善,汤加苗.二氧化硅增透膜的制备方法[j].）。在硅酸乙酯的制备阶段，也可将硅酸乙酯预聚为小分子链，聚合度越高则对应的sio2含量也越高；如“硅酸乙酯28”的聚合度为1，“聚硅酸乙酯40”的平均聚合度为4.6（王宇晖,张鑫.聚硅酸乙酯水解的配方计算[j].有机硅材料,2016,30(01):20-23.），后者具有较高的沸点，不易在加热条件下逸出。

技术实现要素：

针对在野外太阳能电池板表面难以实现含氟高分子固化温度的问题，本发明目的在于提供一种在野外太阳能电池板上制备含氟自清洁涂层的方法，一种较低温度下制备含氟高分子涂层的方法。

本发明目的通过以下方案实现：一种在野外太阳能电池板上制备含氟自清洁涂层的方法，包括如下步骤：

（1）将含氟高分子的乳液与聚硅酸乙酯混合并迅速搅拌均匀形成混合乳液；

（2）立即将上述乳液涂布于太阳能电池的表面，并倾斜沥去多余的液体，此时乳液分层形成水层在下、聚硅酸乙酯层在上的结构，表面平整；

（3）在加热或光照加热条件下固化涂层，形成含氟自清洁涂层。

本发明机理为：随着水分的蒸发，低聚硅酸乙酯填补在氟高分子间的缝隙中，消除了空气缝隙形成的漫反射，使膜层呈透明状；水解并互相交联，提供一定的机械强度，最终得到透明并具有一定机械强度的含氟自清洁涂层。

在上述方案基础上，步骤（1）中，所述的含氟高分子乳液是聚偏氟乙烯（pvdf）、聚全氟乙丙烯（fep）或全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物（pfa）的乳液，或者它们的混合物。

优选的，所述含氟高分子乳液为60%固含量的fep乳液与60%固含量的pfa乳液的1：1混合液。

在上述方案基础上，步骤（1）中，所述的聚硅酸乙酯聚合度至少为4（对应sio2含量>39.4%），在光照加热条件下不挥发。

优选的，步骤（1）所述聚硅酸乙酯为聚硅酸乙酯40。

步骤（3）中所述加热温度为80℃。

该方法无需将涂层加热至含氟高分子的熔化温度以上，完全不损害已经装配完毕的太阳能电池，便于在野外的太阳能电池表面修饰自清洁涂层。

附图说明

图1为在玻璃片上仅涂布fep乳液涂层和本发明涂层的照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

一种在野外太阳能电池板上制备含氟自清洁涂层，按如下步骤制备：

（1）室温下将30ml水，10mlfep乳液（固含量60%）和10ml聚硅酸乙酯40混合并快速搅拌5min，形成混合乳液；

（2）立即将上述乳液1h内涂布于太阳能电池的表面，先将太阳能电池板水平放置，所得乳液滴加于太阳能电池板上，每平方分米施加0.5ml，并以无纺布快速涂布均匀；倾斜60度静置太阳能电池板45min以沥去多余的乳液；

（3）将太阳能电池板转移至烘箱中，在80℃加热保温5h后取出，在太阳能电池板上形成fep自清洁涂层。

图1为在玻璃片上仅涂布fep乳液涂层和本发明涂层的照片比较，本发明涂层表面光洁平整，具有自洁效果。

实施例2.

一种在野外太阳能电池板上制备fep与pfa自清洁涂层，按如下步骤制备：

（1）室温下将30ml水，将5mlfep乳液（固含量60%）、5mlpfa乳液（固含量60%）和10ml聚硅酸乙酯40混合并快速搅拌5min，形成混合乳液，本乳液必须于制成后1h内使用完毕；

（2）立即将上述乳液涂布于太阳能电池的表面，先将太阳能电池板水平放置，将所得乳液滴加于太阳能电池板上，每平方分米施加0.5ml，并以无纺布快速涂布均匀；倾斜60度静置太阳能电池板45min以沥去多余的液体；

（3）将太阳能电池板转移至烘箱中，80℃保温5h后取出，形成含氟自清洁涂层。

实施例3

一种在野外太阳能电池板上制备fep与pfa自清洁涂层，按如下步骤制备：

（1）室温下将30ml水，将5mlfep乳液（固含量60%）、5mlpfa乳液（固含量60%）和10ml聚硅酸乙酯40混合并快速搅拌5min，形成混合乳液，本乳液必须于制成后1h内使用完毕；

（2）在晴朗无风的天气中，立即将上述乳液涂布于太阳能电池的表面，先将太阳能电池板水平放置，将所得乳液滴加于太阳能电池板上，每平方分米施加0.5ml，并以无纺布快速涂布均匀；倾斜60度静置太阳能电池板45min以沥去多余的液体；

（3）光照加热条件下固化涂层，形成含氟自清洁涂层，至少48h内不得接触太阳能电池表面以待涂层干燥。

fep、pfa与聚硅酸乙酯间比例与性能的关系见下表1：

。