CN104944794A - 一种制备石墨烯-SiO2增透薄膜的方法 - Google Patents

一种制备石墨烯-SiO2增透薄膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯-SiO2增透薄膜的制备方法。首先将石墨烯分散液与硅溶胶混合分散，得到均一稳定的复合溶胶；用氨水-过氧化氢混合液处理光伏玻璃表面，得到镀膜基底；然后通过浸渍提拉法将光伏玻璃表面在石墨烯-硅溶胶中浸渍镀膜；最后放入马弗炉中退火。该方法生产周期短，简单易行，成本较低，成品增透效果好，机械强度高。

Description

一种制备石墨烯-SiO2增透薄膜的方法
技术领域
本发明涉及一种石墨烯-SiO2增透薄膜的制备方法，具体涉及石墨烯-硅溶胶的配制及其在光伏玻璃表面的浸渍镀膜及退火方法。
背景技术
近年来随着能源紧缺问题的凸显，世界经济的发展随之放缓，清洁能源技术，尤其是光伏发电技术得到了重视和发展。太阳能电池的飞速增长为玻璃行业带来了广泛的市场需求和良好的发展前景，在普通玻璃市场竞争激烈，利润率不尽如人意的情况下，光伏玻璃已经引起大家的注目。目前，光伏玻璃已经成为太阳能电池的重要构件，并且太阳能电池的技术改良也对光伏玻璃提出了更高的质量技术要求。
目前，太阳能电池的光电转化率较低，增加其盖板玻璃的光线透过率是间接提高太阳能电池效率的一种方法，而普通玻璃板的透过率仅为90%左右，仍有很大提升价值。对太阳能电池来说，目前其最主要的问题就是成本和效率问题，将太阳能电池本身的光-电转换效率提高1%都是举步维艰的，而平板表面玻璃尚有8%~9%的透过率可提升空间，这对相对较低的光-电转换效率来说具有非常重要的意义，不仅可以降低成本，而且更加有利于太阳能电池的产业化。
光线目前主要有以下方法可以实现对太阳能电池板的增透：采用浸蚀法这种区别于传统镀膜的纳米增透技术，通过对玻璃表面Na2O、CaO等活性组分的选择性腐蚀交换，在玻璃表面构筑得到具有特殊纳米结构的多孔SiO2膜层。通过对SiO2膜层厚度及孔隙的调控以实现入射光在传递过程中产生相消干涉，从而实现对光的减反射增透效果。但该方法成本较高，处理时间较长，严重影响生产效率，难以实现企业化量产。
Solaga采用stober法在碱性条件下制备出直径为10~20nm的二氧化硅溶胶颗粒（碱硅），在光伏玻璃表面成膜，测试发现，膜层的环境稳定性和机械性能均较差，不具备较强的实用性。此后其小组又使用溶胶凝胶法在基底上制备高折射率膜层，如氧化钛或氧化铊薄膜；在酸催化条件下再次沉积溶胶凝胶二氧化硅（酸硅）薄膜。测试表明，膜层致密性较好，其机械强度和环境稳定性均满足要求，但透过率不高，制作工艺复杂，性价比低，因而未能得到广泛应用。
光伏玻璃由于其实际工作环境的影响，要求它具备高透过率、耐脏污、成本低、生产快等特点。现在使用的增透膜的成分多为SiO2，镀膜方法多为溶胶凝胶法，使用这种方法制备的膜层具有高激光损伤阈值、制作费用低等优点，但并不利于快速镀膜，对生产工艺有一定的要求，且陈化后会降低膜的质量和透过率，难于实现其机械和光学性能的同时提高。
发明内容
针对上述不足，本发明从镀膜溶胶和镀膜工艺出发，在硅溶胶中添加石墨烯，在玻璃表面进行镀膜来增加玻璃的透过率，通过控制石墨烯-SiO2薄膜厚度、退火温度及退火时间，实现石墨烯-SiO2薄膜增透效果的最大化。
本发明的技术解决方案和步骤如下：
（1）准确称取一定量石墨烯，将其分散于去离子水或乙醇中，搅拌、超声使石墨烯均匀分散，配制成0.5~1 mg/mL石墨烯分散液；
（2）将步骤（1）制得的石墨烯分散液0.1~0.5 mL加入100 mL 硅溶胶中，充分搅拌并采用超声分散，制得镀膜所用石墨烯-硅溶胶；
（3）采用H2O2溶液和氨水配制玻璃表面处理溶液，将镀膜用的玻璃片先在其中浸泡0.5~6h，取出后用去离子水清洗，作为镀膜基底；
（4）采用浸渍提拉法将步骤（3）处理后的玻璃片以6 cm/min~10 cm/min的速度放入步骤（2）制得的溶胶中，以25 cm/min~35 cm/min的速度向上提拉出溶胶，在玻璃表面均匀镀膜；
（5）将步骤（4）制得的镀膜玻璃立即置于600℃~800℃的马弗炉中退火 1~5 min，取出冷却至室温。
进一步，步骤（1）所述的石墨烯为氧化石墨烯或还原的氧化石墨烯。
进一步，步骤（2）所述的硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液。
进一步，步骤（3）所述的玻璃表面处理液，是体积比为1:1:3~8的25%的氨水、30%的H2O2和水配制而成的混合液。
本发明制备石墨烯-SiO2薄膜，增透效果好，可使玻璃的透过率增加3%以上，镀膜后玻璃的透过率达95%以上。本发明制备方法简单，成膜快速，组分可以调控，生产周期短，成本较低，有利于产品大量生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
称取40mg还原氧化石墨烯粉末，将其分散于40mL去离子水中，搅拌、超声使石墨烯均匀分散，制得石墨烯的分散液。用量筒量取SiO2溶胶50mL置于烧杯中，将100μL的石墨烯分散液加入溶胶中，充分搅拌并利用超声清洗器超声分散，制得镀膜所用石墨烯-SiO2溶胶；取30mL H2O2和30mL氨水加入150mL去离子水中，制得玻璃表面处理液；将玻璃片在上述溶液中浸泡2h，取出用去离子水清洗；将玻璃片以8 cm/min的速度放入石墨烯-SiO2溶胶中，以30 cm/min 的速度向上提拉出溶胶；将镀膜后的玻璃放入740℃的马弗炉中退火2min后，冷却至室温。镀膜后的玻璃的透过率最高可增加3.5%左右，达95%以上。
 实施例2
称取30 mg氧化石墨烯粉末，将其分散于40mL去离子水中，搅拌、超声使石墨烯均匀分散，制得石墨烯的分散液。用量筒量取SiO2溶胶50mL置于烧杯中，将200μL的石墨烯分散液加入溶胶中，充分搅拌并利用超声清洗器超声分散，制得镀膜所用石墨烯-SiO2溶胶；取30mL H2O2和30mL氨水加入150mL去离子水中，制得玻璃表面处理液；将玻璃片在上述溶液中浸泡2h，取出用去离子水清洗；将玻璃片以10 cm/min 的速度放入石墨烯-SiO2溶胶中，以35 cm/min的速度向上提拉出溶胶；将镀膜后的玻璃放入800℃的马弗炉中退火1min，冷却至室温。
实施例3
称取20 mg氧化石墨烯粉末，将其分散于40mL去离子水中，搅拌、超声使石墨烯均匀分散，制得石墨烯的分散液。用量筒量取SiO2溶胶50mL置于烧杯中，将500μL的石墨烯分散液加入溶胶中，充分搅拌并利用超声清洗器超声分散，制得镀膜所用石墨烯-SiO2溶胶；取30mL H2O2和30mL氨水加入150mL去离子水中，制得玻璃表面处理液；将玻璃片在上述溶液中浸泡2h，取出用去离子水清洗；将玻璃片以6 cm/min 的速度放入石墨烯-SiO2溶胶中，以25 cm/min的速度向上提拉出溶胶；将镀膜后的玻璃放入600℃的马弗炉中退火5min，冷却至室温。

Claims (4)

1.一种制备石墨烯-SiO2增透薄膜的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）准确称取一定量石墨烯，将其分散于去离子水或乙醇中，搅拌、超声使石墨烯均匀分散，配制成0.5~1 mg/mL石墨烯分散液；
（2）将步骤（1）制得的石墨烯分散液0.1~0.5 mL加入100 mL 硅溶胶中，充分搅拌并采用超声分散，制得镀膜所用石墨烯-硅溶胶；
（3）采用H2O2溶液和氨水配制玻璃表面处理溶液，将镀膜用的玻璃片先在其中浸泡0.5~6h，取出后用去离子水清洗，作为镀膜基底；
（4）采用浸渍提拉法将步骤（3）处理后的玻璃片以6 cm/min~10 cm/min的速度放入步骤（2）制得的溶胶中，以25 cm/min~35 cm/min的速度向上提拉出溶胶，在玻璃表面均匀镀膜；
（5）将步骤（4）制得的镀膜玻璃立即置于600℃~800℃的马弗炉中退火 1~5 min，取出冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的石墨烯为氧化石墨烯或还原氧化石墨烯。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的玻璃表面处理液，是体积比为1:1:3~8的25%的氨水、30%的H2O2和水配制而成的混合液。
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