CN102964067B - 用于太阳能光伏玻璃的SiO2增透薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于能源新材料技术领域的一种用于太阳能光伏玻璃的SiO₂增透薄膜及其制备方法。本发明采用溶胶凝胶法，以正硅酸乙酯为前驱体，采用盐酸为催化剂，加入不同含量的成孔剂，制备出SiO₂镀膜液。采用旋转涂覆法在玻璃表面涂覆上两层到三层薄膜，紧贴玻璃的一层为采用成孔剂含量较低的SiO₂镀膜液制备而成，制备后续的SiO₂薄膜依次采用更高成孔剂含量的SiO₂镀膜液制备而成。通过调整每一层镀膜液中成孔剂的含量从而制备出气孔率从内到外依次增加的SiO₂增透薄膜。本发明制备的用于太阳能光伏玻璃的增透膜与玻璃基底的结合性和牢固度好，有宽广的透过率，稳定透光率高，增透效果优良。<!--1-->

Description

用于太阳能光伏玻璃的SiO2增透薄膜及其制备方法

技术领域

本发明属于能源新材料技术领域，特别涉及一种用于太阳能光伏玻璃的SiO₂增透薄膜及其制备方法。

背景技术

随着化石能源的日趋短缺及由此引发的一系列社会和环境问题，能源和环境问题是21世纪人类可持续发展所要面对的重要课题之一，世界各国十分重视对可再生能源的开发与应用。具有普遍、无害、巨大、长久的太阳能为主的可再生可替代能源获得了巨大的发展。作为主要太阳能利用装置太阳能电池和平板太阳能集热器的必备材料，太阳能光伏玻璃的生产、加工和应用日益广泛。光伏玻璃虽然不是电池的核心部分，但却担负着防止外力和外部环境对太阳能电池精密部件造成损伤的重要作用，因此同样也是太阳能光伏产业链的重要组成部分。

在光伏领域，增加透过玻璃的光通量，就可以获得更高的转化效率。研究发现如果太阳能玻璃透过率增加5%，太阳能平板集热器的效率将会提高6-10%，光伏太阳能电池的光电转换效率将提高3-6％。提高玻璃的透光率，可以有几个途径：一、降低玻璃厚度。现在太阳能玻璃一般为3.2mm或4mm，已经很薄。再降低厚度会对玻璃刚度和强度产生很大影响。另外，降低1mm厚度也只能提高透过率0.33%。二、提高生产制造水平，降低铁等有害杂质含量，减少玻璃对光的吸收。现在太阳能玻璃的铁含量已经普遍低于0.012%，玻璃本身对光的吸收已经不大，进一步降低铁含量对光吸收的影响并不大。三、设法降低玻璃的反射率。反射率降低，从另一个角度而言也就是增加了透过率。综上所述，对目前太阳能玻璃而言，通过减反实现更高的透光率是最佳的选择。

通过减反实现更高的透光率就是在基材上蒸镀一层折射率小于基材的低折射率层，且该低折射率层的厚度为1/4波长膜层，称之为增透膜。目前，常用于减反射的镀膜材料主要有MgF₂、ZnS、TiO₂、Ta₂O₅、SiO₂和Si₃N₄等对于普通玻璃来说，理想的增透薄膜折射率为1.22-1.23。但目前的理想的可在玻璃上玻璃成膜材料中，还没有恰好此折射率的物质。最接近的MgF₂的折射率也在1.38。也就是实现完全的增透现阶段还只是理论上的可行。而且对于单层膜，即使折射率达到1.22-1.23，增透效果也不甚理想，这就需要设计多层增透膜。

发明内容

本发明的目的是制备多孔的增透膜材料来降低薄膜的折射率，并通过设计多层增透膜来进一步提高薄膜的可见光透过率。

本发明提供一种用于太阳能光伏玻璃的SiO₂增透薄膜，在玻璃基底上设置SiO₂增透薄膜，其特征在于：该增透薄膜为多层SiO₂增透薄膜，其中，从紧贴玻璃基底那一层的增透薄膜开始从内到外SiO₂增透薄膜的气孔率依次增加。

上述用于太阳能光伏玻璃的SiO₂增透薄膜的多层SiO₂增透薄膜可以为2层或者3层。

本发明还提供一种用于太阳能光伏玻璃的SiO₂增透薄膜的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

⑴玻璃清洗

首先将玻璃基底清洗干净；

⑵SiO₂溶胶镀膜液制备

将分析纯的正硅酸乙酯、去离子水、无水乙醇、浓盐酸按体积比（20~30）∶（200~300）∶1∶（6~15）混合，在磁力搅拌器上搅拌，再加入不同含量的成孔剂，所述成孔剂为聚乙二醇，继续搅拌，最后陈化，形成成孔剂含量不同的SiO₂溶胶镀膜液；

⑶膜层镀制

将步骤⑴得到的玻璃基底置于匀胶机上进行旋转镀膜，在玻璃基底上使用不同含量成孔剂的镀膜液镀制多层SiO₂薄膜，其中，从紧贴玻璃基底那一层开始从内到外所用镀膜液中成孔剂的含量是依次增加的，每制备一层首先要干燥处理，再置于箱式电阻炉内热处理，即以一定的升温速率升到高温保温一段时间，然后自然降温。

步骤（1）中，玻璃清洗可采用以下方法：先采用氨水、双氧水和去离子水的混合溶液煮沸处理，其中，所述氨水、双氧水、去离子水的体积比为1∶（1~4）∶（3~８），煮沸时间为5~20min；再采用盐酸、双氧水和去离子水的混合溶液煮沸处理，所述盐酸、双氧水、去离子的体积比为1∶（1~3）∶（4~10），煮沸时间为5~20min，最后用去离子水冲洗干净。

上述方法中，添加成孔剂前磁力搅拌时间为2~8h，添加成孔剂后继续搅拌的时间为0.5~2h，陈化时间为10~30h。

上述方法中，所述成孔剂为聚乙二醇-200、聚乙二醇-400、聚乙二醇-600、聚乙二醇-1000、聚乙二醇-2000、聚乙二醇-10000、聚乙二醇-20000中的一种或几种，所添加的聚乙二醇的含量为2.5~30g/L。

上述方法中，旋转镀膜制备紧贴玻璃基底那一层SiO₂薄膜时采用一级匀胶程序，制备后续的SiO₂薄膜时采用二级匀胶程序，所述一级匀胶程序转速为500~1000rod/min，时间为5~20s；二级匀胶程序转速为1000~4000rod/min，时间为15~45s。

上述方法中，所述匀胶成膜后的干燥处理为在60~180℃烘箱内干燥10~30min。

上述方法中，所述镀薄膜层数为2~3层。

上述方法中，所述热处理的升温速率为1~20℃，热处理温度为500~600℃，保温时间为0.5~3h。

本发明的有益效果是：

本发明采用溶胶凝胶法，以正硅酸乙酯为前驱体，采用盐酸为催化剂，加入不同含量的成孔剂，制备出SiO₂镀膜液。采用旋转涂覆法在玻璃表面涂覆上两层到三层薄膜，紧贴玻璃的一层为采用成孔剂含量较低的SiO₂镀膜液制备而成，制备后续的SiO₂薄膜依次采用更高成孔剂含量的SiO₂镀膜液制备而成。通过调整每一层镀膜液中成孔剂的含量从而制备出气孔率从内到外依次增加的SiO₂增透薄膜。本发明制备的用于太阳能光伏玻璃的增透膜与玻璃基底的结合性和牢固度好，有宽广的透过率，稳定透光率高，增透效果优良。

采用溶胶凝胶法，以聚乙二醇为造孔剂，制备的多孔增透膜可以降低折射率，明显提高可见光的透过率。

通过设计多层膜，使1到2层或1到3层的气孔率逐渐增加，可以进一步提高增透膜的透过率，可见光透过率可达99.1%。

附图说明

图1为本发明的用于太阳能光伏玻璃的SiO₂增透薄膜示意图；

图中标号：

1-玻璃基体；2-第一层增透膜；3-第二层增透膜；4-第三层增透膜。

具体实施方式

采用溶胶凝胶法，正硅酸乙酯、去离子水、无水乙醇为原料，盐酸为催化剂，聚乙二醇为制孔剂，制备气孔率依次增加的SiO₂薄膜。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例制备的用于太阳能光伏玻璃的SiO₂增透薄膜，在玻璃基底上设有两层SiO₂增透薄膜，其中，从紧贴玻璃基底那一层的增透薄膜开始从内到外SiO₂增透薄膜的气孔率依次增加。

一种用于太阳能光伏玻璃的SiO₂增透薄膜的制备方法，该方法步骤如下：

⑴玻璃清洗

首先将选择好的玻璃基底清洗，先采用氨水、双氧水和去离子水的混合溶液煮沸处理，其中，氨水、双氧水和去离子水体积比为1∶2∶5，煮沸10min；再采用盐酸、双氧水和去离子水的混合溶液煮沸处理，其中，盐酸、双氧水和去离子水体积比为1∶1∶6，煮沸10min；最后用去离子水冲洗干净。

⑵溶胶制备

将分析纯的正硅酸乙酯、去离子水、无水乙醇、浓盐酸按体积比25∶250∶1∶7混合，在磁力搅拌器上搅拌4h，再分别加入2.5g/L、5g/L的聚乙二醇-600，继续搅拌1h，最后陈化24h，从而配置出三种含有不同质量聚乙二醇-600的镀膜液。

⑶膜层镀制

将步骤⑴得到的玻璃基底置于匀胶机上进行旋转镀膜，旋转镀膜（制备紧贴玻璃基底的第一层SiO₂薄膜时）先采用一级匀胶程序，再采用二级匀胶程序（制备第二层SiO₂薄膜时）。一级匀胶程序采用转速800rod/min，时间10s，二级匀胶程序采用转速2000rod/min，时间30s。先旋涂聚乙二醇-600含量为2.5g/L的镀膜液，旋涂完毕后置于150℃的真空烘箱内干燥30min，再置于箱式电阻炉内，以3℃/min的升温速度升至500℃保温1h，自然冷却至室温，再旋涂聚乙二醇-600含量为5g/L的镀膜液，旋涂完毕后置于150℃的真空烘箱内干燥30min，再置于箱式电阻炉内，以3℃/min的升温速度升至500℃保温1h，自然冷却至室温。

所制备的增透膜与玻璃基底的结合性和牢固度好，有宽广的透过率，稳定透光率高，可见光透过率达到98.5%。

实施例2

本实施例制备的用于太阳能光伏玻璃的SiO₂增透薄膜，在玻璃基底上设有三层SiO₂增透薄膜（如图1所示），其中，从紧贴玻璃基底那一层的增透薄膜开始从内到外SiO₂增透薄膜的气孔率依次增加。

一种用于太阳能光伏玻璃的SiO₂增透薄膜的制备方法，该方法步骤如下：

⑴玻璃清洗

首先将选择好的玻璃基片清洗，先采用氨水、双氧水和去离子水的混合溶液煮沸处理，其中，氨水、双氧水和去离子水的体积比为1∶2∶5，煮沸20min，再采用盐酸、双氧水和去离子水的混合溶液煮沸处理，其中，盐酸、双氧水和去离子水的体积比为1∶1∶6，煮沸处理20min，最后用去离子水冲洗干净。

⑵溶胶制备

将分析纯的正硅酸乙酯、去离子水、无水乙醇、浓盐酸按体积比25∶250∶1∶7混合，在磁力搅拌器上搅拌数4时，再分别加入5g/L、10g/L、20g/L的聚乙二醇-200，继续搅拌1h，最后陈化24h，从而配置出三种含有不同质量聚乙二醇-200的镀膜液。

⑶膜层镀制

将步骤⑴得到的玻璃基底置于匀胶机上进行旋转镀膜，制备紧贴玻璃基底那一层SiO₂薄膜时采用一级匀胶程序，制备第二层SiO₂薄膜和第三层SiO₂薄膜时采用二级匀胶程序，一级匀胶程序转速800rod/min，时间10s，二级匀胶程序转速2000rod/min，时间30s。先旋涂聚乙二醇-200含量为5g/L的镀膜液，旋涂完毕后置于150℃的真空烘箱内干燥30min，再置于箱式电阻炉内，以3℃/min的升温速度升至500℃保温1h，自然冷却至室温，再旋涂聚乙二醇-200含量为10g/L的镀膜液，旋涂完毕后置于150℃的真空烘箱内干燥30min，再置于箱式电阻炉内，以3℃/min的升温速度升至500℃保温1h，自然冷却至室温。然后旋涂聚乙二醇-200含量为20g/L的镀膜液，旋涂完毕后置于150℃的真空烘箱内干燥30min，再置于箱式电阻炉内，以3℃/min的升温速度升至500℃保温1h，自然冷却至室温。从而制备出气孔率从内到外依次增加的SiO₂薄膜。

所制备的增透膜与玻璃基底的结合性和牢固度好，有宽广的透过率，稳定透光率高，可见光透过率达到99.1%。

由上述实施例可见，所制备的增透膜与玻璃基底的结合性和牢固度好，有宽广的透过率，稳定透光率高，能够提高太阳光的使用效率，可以进一步促进太阳能光伏玻璃的发展。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种用于太阳能光伏玻璃的SiO₂增透薄膜的制备方法，该用于太阳能光伏玻璃的SiO₂增透薄膜，在玻璃基底上设置SiO₂增透薄膜，该增透薄膜为多层SiO₂增透薄膜，其中，从紧贴玻璃基底那一层的增透薄膜开始从内到外SiO₂增透薄膜的气孔率依次增加，其特征在于，该方法包括如下步骤：

⑴玻璃清洗

首先将玻璃基底清洗干净；玻璃清洗采用以下方法：先采用氨水、双氧水和去离子水的混合溶液煮沸处理，其中，所述氨水、双氧水、去离子水的体积比为1∶(1～4)∶(3～8)，煮沸时间为5～20min；再采用盐酸、双氧水和去离子水的混合溶液煮沸处理，所述盐酸、双氧水、去离子水的体积比为1∶(1～3)∶(4～10)，煮沸时间为5～20min，最后用去离子水冲洗干净；

⑵SiO₂溶胶镀膜液制备

将分析纯的正硅酸乙酯、去离子水、无水乙醇、浓盐酸按体积比(20～30)∶(200～300)∶1∶(6～15)混合，在磁力搅拌器上搅拌，再加入不同含量的成孔剂，继续搅拌，最后陈化，形成成孔剂含量不同的SiO₂溶胶镀膜液，添加成孔剂前磁力搅拌时间为2～8h，添加成孔剂后继续搅拌的时间为0.5～2h，陈化时间为10～30h；所述成孔剂为聚乙二醇-200、聚乙二醇-400、聚乙二醇-600、聚乙二醇-1000、聚乙二醇-2000、聚乙二醇-10000、聚乙二醇-20000中的一种或几种，所添加的聚乙二醇的含量为2.5～30g/L；

⑶膜层镀制

将步骤⑴得到的玻璃基底置于匀胶机上进行旋转镀膜，在玻璃基底上使用不同含量成孔剂的镀膜液镀制多层SiO₂薄膜，其中，从紧贴玻璃基底那一层开始从内到外所用镀膜液中成孔剂的含量是依次增加的，每制备一层首先要干燥处理，再置于箱式电阻炉内热处理，然后自然降温；

其中旋转镀膜制备紧贴玻璃基底那一层SiO₂薄膜时采用一级匀胶程序，制备后续的SiO₂薄膜时采用二级匀胶程序，所述一级匀胶程序转速为500～1000rod/min，时间为5～20s；二级匀胶程序转速为1000～4000rod/min，时间为15～45s，所述匀胶成膜后的干燥处理为在60～180℃烘箱内干燥10～30min，所述热处理的升温速率为1～20℃，热处理温度为500～600℃，保温时间为0.5～3h；

镀薄膜层数为2～3层。