CN103267737A - 一种光伏玻璃中微量铁质量含量的快速检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏玻璃中微量铁质量含量的快速检测方法。取光伏玻璃原片，测试其在700~1100nm区域内的稳定吸收，计算其中1050nm和770nm处的吸光度之差，根据二价铁质量含量与吸光度差值的线性关系计算出其中二价铁的质量含量；测试其在350~1050nm区域内的透过率曲线，记录其中1000nm以及380nm处的透过率，根据二价铁和三价铁比值的公式计算出三价铁的质量含量；二价铁与三价铁质量含量之和即为光伏玻璃中的总铁质量含量。本方法测试结果与其它方法测试结果的总铁质量含量相对误差小于1%，具有操作简单、快速准确的特点。

Description

一种光伏玻璃中微量铁质量含量的快速检测方法

技术领域

本发明涉及玻璃中铁含量检测方法领域，尤其涉及一种光伏玻璃中微量铁质量含量的快速检测方法。

技术背景

光伏玻璃又称超白高透低铁玻璃，是太阳能电池封装的必须材料。铁在光伏玻璃中属于杂质，直接影响玻璃的光学性能。杂质铁的存在使玻璃着色，增大了对太阳光的吸收，也就降低了玻璃的透光率；其中二价铁能强烈地吸收红外线，三价铁能强烈地吸收紫外线。低的杂质铁含量则带来高的太阳光透过率，间接提高了电池的光电转换效率。

为了更好地控制光伏玻璃的透光率，就需要测量出其中二价铁、三价铁和总铁含量。目前常规的化学分析方法，需要将玻璃多次破碎、缩分、烘干，然后用酸处理变成溶液后才能分析。过程复杂，工作量大，并且需要严格控制溶样条件，且大多数情况下所测数据为总铁含量；如需测试其中二价铁含量，则溶样需在密闭不透光的环境中进行，保持玻璃中的二价铁不被空气中的氧气氧化，实际操作较难。此外，一些现代化仪器分析方法，如穆斯堡尔谱、X射线荧光光谱等，由于设备昂贵、实验室条件要求高，难以普及。

因此，通过研究得到一种快速检测光伏玻璃中二价铁、三价铁及总铁含量的方法，对于指导工业化生产、提高产品质量将具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种光伏玻璃中微量铁质量含量的快速检测方法，可以单独检测其中的二价铁及三价铁质量含量。无需经过溶样环节，大大提高检测效率。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

本发明的有益效果是：本发明的光伏玻璃中微量铁质量含量快速检测方法，无需经过样品破碎、溶解过程，大大提高了效率；同时，只需采用分光光度计测定特定波长的吸光度和透过率，经计算即可分别得到二价铁和三价铁的质量含量，仪器要求简单，操作简便、快捷；整个测试过程不超过30min；与其它方法测试结果的总铁质量含量相对误差小于1%，是一种可行和有效的快速检测方法。

具体实施方式

本发明的光伏玻璃中微量铁质量含量快速检测方法，主要包括以下步骤：

1、检测二价铁质量含量。

其中，二价铁质量含量的检测是利用光伏玻璃除铁以外的其他元素对任何波长的吸收都是均匀的特点，采用分光光度计测试光伏玻璃在700～1100nm区域内的稳定吸收，计算出光伏玻璃在1050nm及770nm处的吸光度之差。对于同一厚度的光伏玻璃，根据二价铁的质量含量越高则吸光度之差越大的线性方程，便可计算出二价铁的质量含量。

线性方程如下：

Fe²²(wt%)＝a(K₁₀₅₀-K₇₇₀)+b      公式（1）

其中：Fe²⁺(wt%)为光伏玻璃中二价铁的质量含量；

K₁₀₅₀为折算成1mm厚度的光伏玻璃在1050nm处的吸光度；

K₇₇₀为折算成1mm厚度的光伏玻璃在770nm处的吸光度；

a和b为参数。

不同厚度光伏玻璃的吸光度折算方法如下：

$T={\left(\frac{T_d}{92}\right)}^{\frac{1}{d}}\×92$ 公式（2）

$K=\ln \frac{T}{d}$ 公式（3）

$K_d=\ln \frac{T_d}{d}$ 公式（4）

其中：d为光伏玻璃厚度，单位mm；

T为折算成1mm厚度时的透过率；

T_d为光伏玻璃厚度为dmm时的透过率；

K为折算成1mm厚度时的吸光度；

K_d为光伏玻璃厚度为dmm时的的吸光度。

根据公式（2）、（3）、（4）可得：

$K=\frac{K_d}{d}+\frac{1-d}{d}\ln \frac{d}{92}$ 公式（5）

则公式（1）可改写为：

${\mathrm{Fe}}^{2+}(\mathrm{wt}\%)=a\left(\frac{K_{d1050}-K_{d770}}{d}\right)+b$ 公式（6）

其中：K_d1050为厚度为d mm的光伏玻璃在1050nm处的吸光度；

K_d770为厚度为d mm的光伏玻璃在770nm处的吸光度。

公式（6）中参数a和b通过对化学分析方法测得的二价铁质量含量以及吸光度之差进行线性回归得到，其中，a为5.312，b为-0.003，因此，公式（6）可改写为：

${\mathrm{Fe}}^{2+}(\mathrm{wt}\%)=5.312\left(\frac{K_{d1050}-K_{d770}}{d}\right)-0.003$ 公式（7）

均方差为0.999。

2、检测三价铁质量含量，二价铁质量含量与三价铁质量含量之和为总铁质量含量。

三价铁质量含量的检测是测试光伏玻璃在350～1050nm区域内的透过率曲线，记录其中1000nm以及380nm处的透过率。光伏玻璃中二价铁和三价铁比值可根据下式求得：

$\frac{P}{1-P}=0.133\left(\frac{{\mathrm{OD}}_{1000}-0.036}{{\mathrm{OD}}_{380}-0.036}\right)$ 公式（8）

其中：P为光伏玻璃中二价铁质量含量占总铁质量含量的分数；

1-P为光伏玻璃中三价铁质量含量占总铁质量含量的分数；

OD₁₀₀₀为光伏玻璃在1000nm处的光密度；

OD₃₈₀为光伏玻璃在380nm处的光密度。

$\mathrm{OD}=\log \frac{1}{T}$ 公式（9）

其中：T为光伏玻璃的透过率。

则公式（8）可改写为：

$\frac{P}{1-P}=0.133\left(\frac{{-\log T}_{1000}-0.036}{{-\log T}_{380}-0.036}\right)$ 公式（10）

其中：T₁₀₀₀为光伏玻璃在1000nm处的透过率；

T₃₈₀为光伏玻璃在380nm处的透过率。

根据步骤（1）获得的二价铁的质量含量和公式（10）可分别计算出光伏玻璃中的三价铁的质量含量及总铁质量含量。

本方法测试结果与其它方法测试结果进行对比验证。与本方法对比的测试方法包括X射线荧光光谱法、分光光度法、原子吸收光谱法和等离子体发射光谱法。本方法与其它方法测试结果的总铁质量含量相对误差小于1%。

下面根据实施例对本发明作进一步的详述，本发明的目的和效果将变得更加明显。

实施例1

厚度为3.08mm的光伏玻璃，1050nm和770nm处的吸光度分别为0.05371和0.047978，根据公式（7）得到二价铁的质量含量为0.00689%；1000nm以及380nm处的透过率分别为0.8888及0.9026，根据公式（10）得到三价铁的质量含量为0.02907%；进而得到总铁质量含量为0.03596%。X射线荧光光谱法测试总铁质量含量为0.0360%，相对误差0.11%。

实施例2

厚度为5.90mm的光伏玻璃，1050nm和770nm处的吸光度分别为0.06313和0.05339，根据公式（7）得到二价铁的质量含量为0.00578%；1000nm以及380nm处的透过率分别为0.8681及0.9073，根据公式（10）得到三价铁的质量含量为0.01066%；进而得到总铁质量含量为0.01644%。分光光度法测试总铁质量含量为0.0166%，相对误差0.96%。

实施例3

厚度为10.00mm的光伏玻璃，1050nm和770nm处的吸光度分别为0.10126和0.08855，根据公式（7）得到二价铁的质量含量为0.00376%；1000nm以及380nm处的透过率分别为0.7949及0.8648，根据公式（10）得到三价铁的质量含量为0.01201%；进而得到总铁质量含量为0.01577%。原子吸收光谱法测试总铁质量含量为0.0157%，相对误差0.45%。

实施例4

厚度为2.00mm的光伏玻璃，1050nm和770nm处的吸光度分别为0.04869和0.04583，根据公式（7）得到二价铁的质量含量为0.00458%；1000nm以及380nm处的透过率分别为0.8918及0.9086，根据公式（10）得到三价铁的质量含量为0.01414%；进而得到总铁质量含量为0.01872%。等离子体发射光谱法测试总铁质量含量为0.0189%，相对误差0.95%。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种光伏玻璃中微量铁质量含量快速检测方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

（1）检测二价铁质量含量：由分光光度计测得光伏玻璃在1050nm及770nm处的吸光度，再测得光伏玻璃厚度，最后由下式获得二价铁的质量含量：

${\mathrm{Fe}}^{2+}(\mathrm{wt}\%)=5.312\left(\frac{K_{d1050}-K_{d770}}{d}\right)-0.003$

其中：Fe²⁺(wt%)为光伏玻璃中二价铁的质量含量；

K_d1050为厚度为d mm的光伏玻璃在1050nm处的吸光度；

K_d770为厚度为d mm的光伏玻璃在770nm处的吸光度；

d为光伏玻璃厚度，单位mm；

（2）检测三价铁质量含量及总铁质量含量，其中，总铁质量含量为二价铁质量含量与三价铁质量含量之和：根据下式可计算出光伏玻璃中二价铁质量含量占总铁质量含量的分数：

$\frac{P}{1-P}=0.133\left(\frac{-\log T_{1000}-0.036}{-\log T_{380}-0.036}\right)$

其中：T₁₀₀₀为光伏玻璃在1000nm处的透过率；

T₃₈₀为光伏玻璃在380nm处的透过率；

P为光伏玻璃中二价铁质量含量占总铁质量含量的分数；

1-P为玻璃中三价铁质量含量占总铁质量含量的分数；

最后，再根据步骤（1）获得的二价铁的质量含量和光伏玻璃中二价铁质量含量占总铁质量含量的分数可分别计算出光伏玻璃中的三价铁的质量含量及总铁质量含量。