CN104031530A

CN104031530A - 一种太阳能光电转换涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN104031530A
Application number: CN201410316134.4A
Authority: CN
Inventors: 陈庆; 曾军堂; 廖宾
Original assignee: Chengdu New Keli Chemical Science Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Haoyi New Material Technology Co., Ltd
Priority date: 2014-07-04
Filing date: 2014-07-04
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2034-07-04
Also published as: CN104031530B

Abstract

本发明涉及一种太阳能光电转换涂料及其制备方法。所述太阳能光电转换涂料由P型导电体、N型导电体、液体环氧树脂、乳化剂、固化剂、添加剂、电极引出线组成。其具体技术方案为：将P、N型导电体研磨后进行表面改性处理，同液体环氧树脂、乳化剂、固化剂加入均质机分散处理，再通过喷雾干燥，得到水溶性环氧树脂涂料粉末。使用时，将所述涂料溶于水中，涂覆在物体表层，以电极引出线连接在涂层内、外层，在太阳光照射下，即可在涂料PN结中形成电势差，产生电能。由于涂料的弯曲柔性使得使用方便，拓宽了其应用领域，具有广泛的市场价值。

Description

一种太阳能光电转换涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种涂料，具体是一种能吸收太阳能、并转化为电能的涂料，属于节能涂料领域。

背景技术

随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，新能源和可再生能源就成为21世纪世界经济发展中最具决定性影响的技术领域之一。光伏电池是一种重要的可再生能源,既可作为独立能源, 亦可实现并网发电, 而且是零污染排放。由于不可再生能源的减少和环境污染的双重压力，使得光伏电池产业迅猛发展。

目前太阳能电池主要分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池。单晶硅太阳能电池的光电转换效率为17%左右，最高的达到24％，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。多晶硅太阳电池从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。多晶硅太阳能电池制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约15％左右。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。非晶硅太阳电池是1976年出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前国际先进水平为10％左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。

将光伏材料运用于涂料中，特别是建筑涂料，使之形成可进行光电转换的涂料是一种新的太阳能电池形式。太阳能光电转换涂料是一种具有特种功能的涂料，它能吸收太阳能，并将太阳能转化为电能。太阳能光电转换涂料由于具有弯曲柔性的特点，使得使用方便，拓宽了其应用领域，同时具有生产工艺简单、制作成本低廉、易于规模化生产等特点。

中国专利公开号CN102694043A公开了一种太阳能电池板，该发明太阳能电池板包括太阳能电池片，其上表面和下表面均铺设有一层乙烯 - 醋酸乙烯共聚物，太阳能电池片上表面的乙烯 - 醋酸乙烯共聚物之上有聚全氟乙丙烯膜，下表面的乙烯 - 醋酸乙烯共聚物之下有玻璃钢加强面板，太阳能电池板结构四周边缘间均采用密封胶条密封。该发明的太阳能电池板采用聚全氟乙丙烯膜、玻璃钢加强面板替代了钢化玻璃、聚氟乙烯复合膜，太阳能电池板的边缘采用密封胶条密封，无需使用铝合金边框，从而降低了太阳能电池板的重量，无需使用高强度的支架支承，搬运和安装较为容易。但该发明仍采用传统的硬质板结构，此类电池结构质硬，无弯曲柔性，难以应用于曲面、折面等异形基体上，大大限制了其推广使用范围。

中国专利公开号CN101280131A公开了一种可将太阳能转换为电能的光伏涂料及其制备方法，该发明利用半导体导电原理，将晶体硅研磨后与固化剂、溶剂、合成树脂按照配比配制，制成作为正极的A组分涂料和作为负极的B组分涂料，然后将A组分涂料和B组分涂料分层涂覆在物体表层，A、B组分间以合成树脂层隔开且分别以电极引出线连接，在阳光照射下涂层即可在PN结中形成电势差，提供电能。但该发明中P型导电体是在硅晶体掺入硼元素，N型导电体是在硅晶体中掺入磷、锑元素，其制作成本较高，且其采用分层涂覆的方法，工艺周期长，不利于施工，同时，没有光电转换效率和所能产生的电能，因此缺乏实用性。

因此研发一种工艺简单，低成本的,具有实用性的环保太阳能光电转换涂料在节能材料领域中具有重大意义。

发明内容

本发明针对目前太阳能光电转换涂料制作成本高、工艺复杂，实用性不足的缺陷，提供一种太阳能光电转换涂料及其制备方法。本发明将光电转换材料同环保涂料结合在一起，形成一种新型环保的太阳能光伏涂料，具有组成结构简单、低成本、效率高、实用性强的特点。本发明的技术方案如下：

一种太阳能光电转换涂料及其制备方法，其特征在于其各组分按重量份计为：

P型导电体 30～50

N型导电体 30～50

液体环氧树脂 25～30

乳化剂 5～10

固化剂 4～6

HLB改性剂 1～3

上述的一种太阳能光电转换涂料的各组分中，所述的P型导电体为为富勒烯、砷化镓、掺杂金属元素的硅中的一种。

上述的一种太阳能光电转换涂料的各组分中，所述的N型导电体为亲油性石墨烯材料，其HLB值为3～7。

上述的一种太阳能光电转换涂料的各组分中，所述的液体环氧树脂为含有醚基、羟基、叔胺基亲水基团的环氧树脂。所述的乳化剂为聚氧乙烯芳基醚、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基酯中的一种。所述的固化剂为聚酰胺、聚氨基甲酸酯、丙烯酸乙酯中的一种。所述的HLB改性剂为硅烷偶联剂。

本发明一种太阳能光电转换涂料的具体制备步骤如下：

1）将30～50重量份的P型导电体、30～50重量份的N型导电体分别进行研磨处理，使其粒径达到10μm；

2）将步骤1）所述的30～50重量份P型导电体用1～3重量份的HLB改性剂进行表面改性处理，使其HLB值在15～20之间；

3）将步骤2）所述的30～50重量份的P型导电体、30～50重量份的N型导电体和25～30重量份的液体环氧树脂、5～10重量份的乳化剂、4～6重量份的固化剂加入到均质机中，进行分散处理，得到各组分分散均匀的涂料乳液；

4）将步骤3）所述的分散处理后的涂料乳液立即进行喷雾干燥处理，干燥后即得到太阳能光电转换涂料粉末。

上述的一种太阳能光电转换涂料的具体制备步骤2）所述的离心分离处理所使用设备为离心分离机。

上述的一种太阳能光电转换涂料的具体制备步骤3）所述的喷雾干燥处理所使用的设备为喷雾干燥机。

本发明中将能进行光电转换的P、N型导电体进行表面改性处理后，使其在涂层中因为HLB值的不同，分子发生迁移，自动分为上下两层，其中N型导电体HLB值在3～7之间，具有亲油性，在水乳性涂料涂覆在物体表层后，会向涂层上方溢出，P型导电体HLB值在15～20之间，具有亲水性，在水乳性涂料涂覆在物体表层后，会向涂层下方运动，这样就使N型导电体分布在涂层的上方，P型导电体分布在涂层的下方，在涂层内形成PN结，使用电极引出线连接涂层的上下表面后，在太阳光照射下，PN结会形成电势差，从而提供100W/m²～160W/m²的电能。

本发明突出的特点和有益效果在于：

1.本发明所述太阳能涂料为水溶性粉末柔性涂料，易于在曲面、折面等异形面基体上，特别是建筑物的屋顶或墙面上施工应用，使用方便，应用范围广泛。

2.本发明将P、N型导电体进行表面改性处理，使其在涂层中能够自动分层，形成PN结，在太阳光照射下，形成电动势，提供电能。

3.本发明使用的光电转换材料为石墨烯材料和半导体材料，具有低成本、效率高，可达到17%~20%的特点，可提供100W/m²～160W/m²的电能，具有实际应用价值。

4.本发明生产过程简单，生产成本低廉，环保，易于运输和贮存，易于工业化生产，具有市场应用价值，特别是应用于太阳能建筑一体化领域。

表一,本发明太阳能光电转换涂料相关性能指标。

表二,传统单晶硅电池板和多晶薄膜电池与本发明太阳能光电涂料性能特点上的比较。

种类	单晶硅电池板	多晶薄膜电池	太阳能涂料
				效率	17%~24.7%	10%~19.5%	17%~20%
特点	硅元素来源广，单晶硅太阳能电池转换效率高，技术最为成熟，大规模应用和工业生产中占据主导地位。但单晶硅电池制作工艺复杂，环境污染严重，成本价格高，进一步推广很难。	多晶薄膜电池效率较高，成本也较单晶硅低，性能良好，工艺简单，各类材料还有独特的优点。但由于环境问题、来源问题等而受到限制，如硫/碲化镉电池中镉有剧毒；铜铟硒薄膜电池中铟和硒均是稀有元素。	太阳能涂料原料来源易得，工艺简单，生产周期短，成本低；光伏转换材料经研磨细化后均匀分散在树脂中，太阳光照射下形成反射和散射，光伏材料光接触面积增大，光利用率提高，从而转换效率得到提高；具有环保、装饰、供能等功能，易于储存运输，施工方便，易于实现工业化推广使用，具有市场应用价值。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。

实施例1

1）将30重量份的砷化镓、30重量份的石墨烯分别进行研磨处理，使其粒径达到10μm。

2）将步骤1）所述的30重量份砷化镓用1重量份的硅烷偶联剂进行表面亲水处理，使其HLB值为15。

3）将步骤2）所述的30重量份的砷化镓、30重量份的石墨烯和25重量份的甘油环氧树脂、10重量份的聚氧乙烯烷基醚和5重量份的聚酰胺加入到高压均质机中，进行分散处理，得到各组分分散均匀的涂料乳液。

4）将步骤3）所述的分散处理后的涂料乳液立即采用喷雾干燥机进行喷雾干燥处理，干燥后即得到太阳能光电转换涂料粉末。

将本发明所制得的粉末涂料溶于水溶剂中，利用搅拌棒搅拌均匀，涂覆在玻璃表面，电极引出线连接在涂层的上下表面，在太阳光照射下，产生电能。

实施例2

1）将40重量份的富勒烯、40重量份的石墨烯分别进行研磨处理，使其粒径达到10μm。

2）将步骤1）所述的40重量份富勒烯用1.5重量份的硅烷偶联剂进行表面亲水处理，使其HLB值为17。

3）将步骤2）所述的40重量份的富勒烯、40重量份的石墨烯和30重量份的海因环氧树脂、10重量份的聚氧乙烯烷基酯和6重量份的聚氨基甲酸酯加入到高压均质机中，进行分散处理，得到各组分分散均匀的涂料乳液。

将本发明所制得的粉末涂料溶于水溶剂中，利用搅拌棒搅拌均匀，涂覆在房屋顶部，电极引出线连接在涂层的上下表面，在太阳光照射下，产生电能。

实施例3

1）将45重量份的含锑硅晶体、45重量份的石墨烯分别进行研磨处理，使其粒径达到10μm。

2）将步骤1）所述的45重量份含锑硅晶体用2重量份的硅烷偶联剂进行表面亲水处理，使其HLB值为16。

3）将步骤2）所述的45重量份的含锑硅晶体、45重量份的石墨烯和27重量份的E-51环氧树脂、8重量份的聚氧乙烯芳基醚和5重量份的丙烯酸乙酯加入到高压均质机中，进行分散处理，得到各组分分散均匀的涂料乳液。

将本发明所制得的粉末涂料溶于水溶剂中，利用搅拌棒搅拌均匀，涂覆在房屋外墙表面，电极引出线连接在涂层的上下表面，在太阳光照射下，产生电能。

Claims

1.一种太阳能光电转换涂料，其特征在于其材料重量份组成如下：

P型导电体 30～50

N型导电体 30～50

液体环氧树脂 25～30

乳化剂 5～10

固化剂 4～6

HLB改性剂 1～3

其中所述的P型导电体为富勒烯、砷化镓、掺杂金属元素的硅中的一种；所述的N型导电体为石墨烯材料；所述的液体环氧树脂为含有醚基、羟基、叔胺基亲水基团的环氧树脂；所述的乳化剂为聚氧乙烯芳基醚、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基酯中的一种；所述的固化剂为聚酰胺、聚氨基甲酸酯、丙烯酸乙酯中的一种；所述的HLB改性剂为硅烷偶联剂。

2. 根据权利要求1所述的一种太阳能光电转换涂料，其特征在于所述的石墨烯材料为亲油性石墨烯材料，HLB值为3～7。

3. 根据权利要求1所述的一种太阳能光电转换涂料的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：

3）将步骤2）所述的30～50重量份的P型导电体、步骤1）所述的30～50重量份的N型导电体和25～30重量份的液体环氧树脂、5～10重量份的乳化剂、4～6重量份的固化剂加入到均质机中，进行分散处理，得到各组分分散均匀的涂料乳液；

4.根据权利要求3所述的一种太阳能光电转换涂料的具体制备步骤3）所述的均质机为高压均质机。

5. 根据权利要求3所述的一种太阳能光电转换涂料的具体制备步骤4）所述的喷雾干燥处理所使用的设备为喷雾干燥机。