发明内容
针对上述太阳能电池用封装玻璃存在的问题,本发明将提供一种具有自清洁效果的减反射镀玻璃及其制备方法。这种镀膜玻璃在400~1000 nm范围内透过率相比镀膜前有2.0%以上的提升,其所镀膜层(系)有一定的机械强度、较好的稳定性,并具有显著的自清洁功效。该制备方法具有成本低、效率高、可控性强等优点。这种镀膜玻璃能适应于太阳能电池组件的实际使用环境,能较长时间的提高太阳能电池组件的转换效率、大幅减少电池的清洁维护费用,满足大规模产业化的太阳能光伏发电建站实际需求。
具体说来,发明人提供如下的技术方案:
一种具有自清洁效果的减反射镀膜玻璃,其组成包括超白玻璃基底,所述的超白玻璃基底上施镀有高折射率膜层,所述的高折射率膜层上施镀有自清洁功能膜层,其中:高折射率膜层是由氧化硅和氧化锌、氧化钛、氧化钽、氧化锆等高折射率氧化物材料中的一种或者几种组成,高折射率膜层的折射率在1.75~2.25之间,高折射率膜层的厚度在50~100 nm;自清洁功能膜层为二氧化硅-二氧化钛混合膜层,其组分摩尔比为二氧化钛20~80%、氧化硅80~20%;自清洁功能膜层的折射率在1.40 ~1.80之间;自清洁功能膜层的厚度在50~100 nm之间。
本发明所述的具有自清洁效果的减反射镀膜玻璃:其所镀膜层的自清洁功能是通过其表层的自清洁功能膜层实现的;所镀膜层的减反射功能是通过高折射率膜层和自清洁功能膜层所共同实现的。
作为优选,本发明中所述的高折射率膜层的折射率高于自清洁功能膜层的折射率。
作为优选,本发明中所述的高折射率膜层为高折射率复合溶胶均匀施镀在超白玻璃基底之上再经热处理后形成的致密膜层,高折射率复合溶胶是以硅酸酯类物质、水、可溶性金属盐为原料,醇类物质为溶剂,酸为催化剂,经多步的混合、共水解-缩聚、陈化后所得的溶胶。
作为优选,本发明中所述的高折射率复合溶胶中:硅酸酯类物质是正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或硅酸异丙酯等;醇类溶剂为乙醇或异丙醇;酸性催化剂是盐酸、硝酸、乙酸或柠檬酸等,更优选盐酸;可溶性金属盐是氯化锌或乙酸锌、二二氯氧化锆或异丙醇锆、四氯化钛或钛酸丁酯、五氟化钽或草酸钽前驱体等无机或有机盐。
作为优选,本发明中所述的自清洁功能膜层为自清洁复合溶胶均匀施镀在上述高折射率膜层之上再经热处理后形成的多孔膜层,自清洁复合溶胶是以硅酸酯类物质、硅烷偶联剂、可溶性钛酸盐、水为原料,醇类物质为溶剂,碱为催化剂,经多步的混合、共水解-缩聚、陈化后所得的溶胶。
作为优选,本发明中所述的自清洁复合溶胶中:硅酸酯类物质是正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或硅酸异丙酯等;硅烷偶联剂可以是r-氨丙基三乙氧基硅烷或y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种;醇类溶剂为乙醇或异丙醇;碱性催化剂是氨水、乙二胺或三乙醇胺等,更优选氨水;可溶性钛酸盐是四氯化钛或钛酸丁酯。
可以通过调整自清洁复合溶胶的组分及制备过程来调整自清洁功能膜层的折射率和自清洁效果,其折射率变化如图2所示。
本发明还提供了上述的一种具有自清洁效果的减反射镀膜玻璃的制备方法,包括如下步骤:
步骤一,超白玻璃基底切割、磨边、清洗、干燥;
步骤二,于清洁、稳定的环境中采用液相镀膜工艺将高折射率复合溶胶均匀施镀在超白玻璃基底之上;
步骤三,进行低温热处理,在超白玻璃基底上获得高折射率膜层前驱体;
步骤四,于清洁、稳定的环境中采用液相镀膜工艺将自清洁复合溶胶均匀施镀在高折射率膜层前驱体之上;
步骤五,进行低温热处理,在高折射率膜层前驱体之上获得自清洁功能膜层前驱体;
步骤六,进行高温热处理,获得所述的具有自清洁效果的减反射镀膜玻璃。
作为优选,本发明中所述的液相镀膜工艺包括喷涂、辊涂、淋涂等较成熟的单面镀膜工艺。
作为优选,本发明中进行低温热处理的过程为:温度15~35℃、相对湿度20~60%环境条件下,30~120s的表干处理,以及温度80~200℃、20~300s的预固化处理。
作为优选,本发明中进行高温热处理的过程为:温度为650~750℃、60~600s的钢化处理。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明所述的具有自清洁效果的减反射镀膜玻璃,其上的自清洁功能膜层为TiO2-SiO2混合膜层,其中TiO2含量在20~80%可调,可以很好的保证镀膜玻璃的自清洁效果;
在自清洁功能膜层与玻璃基底间引入高折射率膜层形成双层光学膜系,通过调整溶胶组分和镀膜参数,可以很好的实现镀膜玻璃的减反射效果,甚至优于单层多孔SiO2减反射膜层;
采用溶胶凝胶法合成镀膜所需复合凝胶,根据实际情况调节溶胶组分及合成方法,可以有效的匹配自清洁功能膜层和高折射率膜层的折射率;
制造过程采用镀膜工艺,适用于太阳能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。
采用本发明所述内容获得的镀膜超白玻璃,其在400~1000nm光波区间内透过率较之镀膜前有2%以上的提高,同时其在紫外线照射下有较好的亲水性,并能加速其表面所附着有机物分解。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,更具体地说明本发明的内容。
在本发明中,若非特指,所有的份、百分比均为重量单位,所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法,如无特别说明,均为本领域的常规方法。
实施例中的制备方法包括:
步骤一,将厚度为3.2 ~6.0 mm新鲜超白压花玻璃原片进行切割、磨边、清洗并干燥;
步骤二,采用辊涂镀膜镀膜工艺将高折射率复合溶胶均匀施镀在超白压花玻璃的绒面;
步骤三,经温度25℃、相对湿度40%环境条件下,30~60s的表干处理,以及温度160℃、180s的预固化处理获得高折射率膜层前驱体;
步骤四,采用喷涂镀膜或淋涂镀膜工艺将自清洁复合溶胶均匀施镀在高折射率膜层前驱体之上;
步骤五,经温度25℃、相对湿度40%环境条件下,30~60s的表干处理,以及温度160℃、180s的预固化处理获得自清洁功能膜层前驱体;
步骤六,进行高温热处理,获得所述的具有自清洁效果的减反射镀膜玻璃,高温热处理过程为温度为650~750℃、60~600s的钢化处理,具体时间视玻璃厚度而定。
制备过程中所施镀的高折射率复合溶胶是以正硅酸乙酯、可溶性金属盐、水为原料,盐酸为催化剂,经多步的混合、共水解-缩聚、陈化后所得的溶胶。
制备过程中所施镀的自清洁复合溶胶是以正硅酸乙酯、硅烷偶联剂、钛酸丁酯、水为原料,氨水为催化剂,经多步的混合、共水解-缩聚、陈化后所得的溶胶。
实施例1
如图1所示,一种具有自清洁效果的减反射镀膜玻璃,其组成包括超白玻璃基底1,所述的超白玻璃基底上施镀有高折射率膜层2,所述的高折射率膜层上施镀有自清洁功能膜层3,其中:
超白玻璃基底1为厚度为3.2mm、透过率为91.4%的超白压花玻璃;
高折射率膜层由纳米氧化硅SiO2颗粒和纳米氧化锆ZrO2颗粒组成,膜层孔隙率小于10%,膜层折射率约为1.81,膜层厚度约为75nm;
自清洁功能膜层由纳米氧化硅SiO2颗粒和纳米氧化钛TiO2颗粒组成,颗粒直径约20~60,膜层孔隙率约为30%,其中TiO2:SiO2含量摩尔比为1:4,膜层折射率约为1.45,膜层厚度约为95 nm。
按下述方法制备:
步骤一,将新鲜超白压花玻璃原片进行切割、磨边、清洗并干燥;
步骤二,采用辊涂镀膜镀膜工艺将高折射率复合溶胶均匀施镀在超白压花玻璃的绒面;
步骤三,经温度25℃、相对湿度40%环境条件下,45 s的表干处理,以及温度160℃、180s的预固化处理获得高折射率膜层前驱体;
步骤四,采用喷涂镀膜或淋涂镀膜工艺将自清洁复合溶胶均匀施镀在高折射率膜层前驱体之上;
步骤五,经温度25℃、相对湿度40%环境条件下,45s的表干处理,以及温度160℃、180s的预固化处理获得自清洁功能膜层前驱体;
步骤六,进行高温热处理,获得所述的具有自清洁效果的减反射镀膜玻璃,高温热处理过程为最高温度为680℃、加热总时长为130s的钢化处理。
其中,所采用高折射率复合溶胶通过如下步骤获得:1)将二二氯氧化锆、水、乙醇均匀溶解混合,搅拌下再缓慢加入硅酸乙酯,室温下以200r/min速度持续搅拌6h获得锆硅混合溶胶;2)将混合溶胶置入50℃烘箱内密封静止陈化72h,取出并多次过滤,添加乙醇、调节溶胶氧化物含量至4%,即获得所需高射率复合溶胶。
所采用自清洁复合溶胶是通过如下步骤获得:1)采用正硅酸乙酯、水和乙醇为原料,氨水为催化剂,室温下以200r/min速度持续搅拌6h,置入50℃烘箱内密封静置陈化96h后获得硅溶胶;2)以钛酸丁酯、水、乙醇为原料,室温下以200r/min速度持续搅拌6h获得钛溶胶;3)将所得硅溶胶与钛溶胶混合均匀,加入硅烷偶联剂KH550,室温下以200r/min速度持续搅拌2h,获得硅钛混合溶胶;4)将所得混合溶胶置入50℃烘箱内密封静置陈化48h,添加乙醇、调节溶胶氧化物含量至4%,既得所需自清洁复合溶胶。
实施例2
一种具有自清洁效果的减反射镀膜玻璃,其结构与实施例1相同,其中:
超白玻璃基底1为厚度为3.2m、透过率为91.4%的超白浮法玻璃;
高折射率膜层的组成、孔隙率、折射率及厚度等均与实施例相同或非常接近;
自清洁功能膜层的组成、颗粒粒径、孔隙率,及组成中TiO2:SiO2含量比、折射率、和厚度与实施例1相同。
按下述方法制备:
步骤一,将新鲜超白浮法玻璃原片进行切割、磨边、清洗并干燥;
步骤二,采用辊涂镀膜镀膜工艺将高折射率复合溶胶均匀施镀在超白浮法玻璃的非锡面;
步骤三至六,与实施例1相同。
其中,所采用高折射率复合溶胶通过如下步骤获得:1)将异丙醇锆、水、异丙醇均匀溶解混合,室温下以200r/min速度持续搅拌6h获得锆溶胶;2)向锆溶胶中添加正硅酸乙酯、水、盐酸,室温下以200r/min速度持续搅拌6h获得锆硅复合溶胶;3)将复合溶胶置入50℃烘箱内密封静止陈化72h,取出并多次过滤,添加异丙醇、调节溶胶氧化物含量至4%,即获得所需高折射率复合溶胶。
所采用自清洁复合溶胶的合成过程与实施例1相同。
实施例3
一种具有自清洁效果的减反射镀膜玻璃,其结构与实施例1相同,其中:
超白玻璃基底1为厚度为4.0mm透过率为91.4%的超白浮法玻璃;
高折射率膜层由纳米氧化硅SiO2颗粒和纳米氧化钛TiO2颗粒组成,TiO2:SiO2含量摩尔比为9:1膜层孔隙率小于10%,膜层折射率约为2.15,膜层厚度约为65nm;
自清洁功能膜层由纳米氧化硅SiO2颗粒和纳米氧化钛TiO2颗粒组成,颗粒直径约20~60,膜层孔隙率约为30%,其中TiO2:SiO2含量摩尔比为4:1,膜层折射率约为1.72,膜层厚度约为80nm。
按下述方法制备:
步骤一至五,与实施例2相同。
步骤六,进行高温热处理,获得所述的具有自清洁效果的减反射镀膜玻璃,高温热处理过程为温度为680℃、加热总时长为165s的钢化处理。
其中,高折射率复合溶胶是通过如下步骤获得:1)采用酞酸丁酯、水、乙醇为原料,室温下以200r/min速度持续搅拌6h获得钛溶胶;2)向钛溶胶中加入正硅酸乙酯、水和盐酸,室温下以200r/min速度持续搅拌6h获得钛硅复合溶胶;3)将混合溶胶置入50℃烘箱内密封静止陈化72h,取出并多次过滤,添加乙醇、调节溶胶氧化物含量至4%,即获得所需高折射率复合溶胶。
自清洁复合溶胶的合成过程与实施例1相同。
实施例4
一种具有自清洁效果的减反射镀膜玻璃,其结构与实施例1相同,其中:
超白玻璃基底1为厚度为4.0mm、透过率为91.4%的超白压花玻璃;
高折射率膜层由纳米氧化硅SiO2颗粒和纳米氧化钛TiO2颗粒组成,TiO2:SiO2摩尔比为4:1,膜层孔隙率小于15%,颗粒直径约5~30 nm,膜层折射率约为2.05,膜层厚度约为65nm;
自清洁功能膜层由纳米氧化硅SiO2颗粒和纳米氧化钛TiO2颗粒组成,颗粒直径约20~60,膜层孔隙率约为30%,其中TiO2:SiO2含量摩尔比为2:1,膜层折射率约为1.65,膜层厚度约为80nm。
按照下述方法制备:
步骤一至五,与实施例1相同。
步骤六,进行高温热处理,获得所述的具有自清洁效果的减反射镀膜玻璃,高温热处理过程为温度为680℃、加热总时长为165s的钢化处理。
制备步骤中所使用的高折射率复合溶胶是通过如下步骤获得:1)采用酞酸丁酯、水、异丙醇为原料,室温下以200r/min速度持续搅拌6h获得钛溶胶;2)向钛溶胶中加入正硅酸乙酯、水和盐酸,室温下以200r/min速度持续搅拌6h获得钛硅复合溶胶;3)将混合溶胶置入50℃烘箱内密封静止陈化72h,取出并多次过滤,添加异丙醇、调节溶胶氧化物含量至4%,即获得所需高折射率复合溶胶。
制备步骤中所采用自清洁复合溶胶是通过如下步骤获得:1)采用正硅酸乙酯、水和异丙醇为原料,氨水为催化剂,室温下以200r/min速度持续搅拌6h,置入50℃烘箱内密封静置陈化96h后获得硅溶胶;2)以钛酸丁酯、水、异丙醇为原料,室温下以200r/min速度持续搅拌6h获得钛溶胶;3)将所得硅溶胶与钛溶胶混合均匀,加入硅烷偶联剂KH550,室温下以200r/min速度持续搅拌2h,获得硅钛混合溶胶;4)将所得混合溶胶置入50℃烘箱内密封静置陈化48h,添加异丙醇、调节溶胶氧化物含量至4%,既得所需自清洁复合溶胶。
采用光学薄膜设计软件对镀膜面进行透射率曲线拟合,其结果如图3所示。
参考ISO 9050标准,实际测得此有自清洁效果的太阳能电池用减反射单面镀膜玻璃在400~1000 nm波长范围内透过率为94.1 %,比未镀膜前提升2.7 %。
取此具有自清洁效果的减反射镀膜玻璃样品,尺寸为250×300 mm,镀膜面朝上完全浸没入盛有500ml、20mg/L亚甲基蓝溶液的长方形容器内,置于暗处浸泡16小时后,再移至20W紫外灯下λmax=254 nm,灯管距离液面50mm。每间隔1小时,取适量容器内溶液置于比色皿内并用分光光度计测定亚甲基蓝溶液在668nm处吸光度,以此计算亚甲基蓝降解度。每次测定完成后立即将所取溶液倒回容器。另取同尺寸超白压花玻璃基底,以相同实验条件进行测定。对比结果如图4所示。
最后,应当指出,以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然,本发明的技术方案不限于上述实施例,还可以有许多变形。凡是从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。