CN106381051B - 一种光伏镀膜玻璃保护液及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光伏镀膜玻璃保护液的制备方法，包括：(1)将硅烷偶联剂、催化剂、水和溶剂以质量比为5～20：0.01～0.6：2～10：30～50混合，在回流温度下搅拌反应20～60min，反应结束后得到溶液A；(2)将有机金属酯、稳定剂和溶剂以质量比为0.5～10：1～6：20～40混合，在回流温度下搅拌反应20～60min，反应结束后得到溶液B；(3)在搅拌下将溶液A加入到溶液B中，加入溶剂稀释后，加入固化剂和成膜助剂，所述的溶液A、溶液B、溶剂、固化剂和成膜剂的质量比为40～80：20～60、70～110：0.1～5：1～10，搅拌均匀后得到保护液。还提供了一种由上述方法制备的光伏镀膜玻璃保护液及一种光伏镀膜玻璃保护液的应用。

Description

一种光伏镀膜玻璃保护液及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于新材料和新能源领域，具体涉及一种光伏镀膜玻璃保护液及其制备方法和应用。
背景技术
太阳能光伏发电是利用了光生伏特效应把太阳光能转换为电能的一种过程，是人类高效直接的利用太阳能的一种方法。从二十世纪五十年代开始制造出第一块太阳电池，到太阳电池被大规模的制造并装机，并没有经过太长的时间，太阳电池技术仍然处于高速发展的时期。
制约光伏发电发展的主要因素是发电成本太高，目前如果没有政府的补贴，光伏发电是无法直接和水电、火电竞争实现盈利的，现在还是要为这种清洁能源付出高昂的代价。所以对于光伏制造企业，完成产品成本下降、组件功率提升、质量保障提升、系统优化等各方面进步，使光伏发电成本大幅度下降，已经成为重中之重。
晶体硅太阳能电池组件一般由涂有减反射膜的太阳能玻璃盖板、太阳能电池硅片和电池背板与EVA膜粘压封装起来，再装入固定边框构成。决定晶体硅太阳能电池光电转化效率最重要的因素为光电组件中的晶硅技术，其次为保护光电组件中的光伏玻璃，由于晶硅无法长时间暴露于外界环境中，光伏玻璃是目前保护晶硅且自身透光率较高的最佳材料之一，因此光伏玻璃的光学特性是晶硅技术外一大重要变因。然而保持和提高光伏玻璃的光学特性远比开发更高转换率的晶硅来的容易，成本低得多，所以开发并生产出透光率更高的光伏玻璃，无论组件厂商还是在终端市场上的需求都是非常迫切的。
太阳能电池组件封装玻璃的可见光透过率一般为91.2～91.8％，太阳能玻璃单表面反射率约4％。若在光伏玻璃表面涂覆110-150nm厚度的减反射膜，可增加可见光透过率2.5～3.5％。
目前,大部分太阳能光伏玻璃厂家均采用滚涂工艺在太阳能光伏玻璃上涂布一层均匀的减反射涂料,在150℃左右将涂料烘干固化成膜，然后通过700℃左右的烘道大约140秒将太阳能玻璃钢化，同时将涂布在太阳能玻璃表面的减反射膜烧结在太阳能玻璃表面上。这种减反射膜是一种亲水的减反射膜。
公开号为CN 104669717 A的中国发明专利文献公开了一种减反射膜，该减反射膜包括玻璃基板及依次涂覆在玻璃基板表面的线形二氧化硅层、空心二氧化硅层和复合硅氧化物层；所述复合硅氧化物层为硅钛氧化物层、硅锆氧化物层、硅铝氧化物层、硅钛锆氧化物层、硅钛铝氧化物层、硅锆铝氧化物层和硅钛锆铝氧化物层中的一种。
公开号为CN 103489961 A的中国发明专利文献公开了一种减反射膜的制备方法，该减反射膜的制备方法包括：步骤S1：对用于制作减反射膜的硅片进行预处理；步骤S2：利用PECVD方法在硅片表面沉积形成氮化硅膜，沉积过程中，氨气和硅烷的体积比为1.75至2.25；步骤S3：对经步骤S2得到的硅片进行后处理。
目前市面上的减反射膜具有以下缺陷：1、大部分减反射膜的铅笔硬度在3H左右，不能满足沙漠地区对镀膜硬度的要求；2、耐候性不好,湿冻、湿热等耐候性试验光透过率衰减达到0.5％以上，不能满足炎热潮湿的沿海地带的要求；3、耐污性较差，在生产过程中容易被手指印、硅胶、EVA胶所污染，影响膜面的外观和光透过率。
通过增加二氧化硅薄膜里的空隙率可以降低膜层的折射率，所以减反射膜膜层的孔越多，减反射效果就越好。但是膜层里孔越多越大，则膜层的硬度、附着牢度就会下降。同时，孔与孔相通，表面也会有大量的开口状孔，水汽通过这些孔侵蚀玻璃表面，玻璃表面钠钙玻璃长期处于湿热的复杂恶劣环境中会缓慢发生水解反应，反应生成硅酸凝胶和氢氧化钠，生成的硅酸凝胶附着在玻璃表面影响透光性，生成的氢氧化钠长时间滞留于膜层和玻璃基体之间会进一步腐蚀二氧化硅膜层和玻璃基体。由于表面上大量的开口状的小孔，使得空气中的灰尘，油污，镀膜过程中接触的毛毡、胶带以及组件生产过程的硅胶都会随着小孔进入减反射膜层，从而影响减反射膜的透光率。
因此，当尽可能提高膜层的减反射效果时，不可避免地降低了膜层的硬度、附着牢度、耐候性和耐污性。如何使形成的保护性涂层在不影响透光率的情况下，大大提高了膜层的硬度、附着牢度、耐候性和耐污性成为了研究的重点。
发明内容
针对现有技术中，光伏玻璃的减反射膜在减反射效果得到提高的同时，不可避免地会降低膜层的硬度、附着牢度、耐候性和耐污性，本发明提供了一种光伏镀膜玻璃保护液及其制备方法和应用。
一种光伏镀膜玻璃保护液的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅烷偶联剂、催化剂、水和溶剂以质量比为5～20：0.01～0.6：2～10：30～50混合，在回流温度下搅拌反应20～60min，反应结束后得到溶液A；
(2)将有机金属酯、稳定剂和溶剂以质量比为0.5～10：1～6：20～40混合，在回流温度下搅拌反应20～60min，反应结束后得到溶液B；
(3)在搅拌下将溶液A加入到溶液B中，加入溶剂稀释后，加入固化剂和成膜助剂，所述的溶液A、溶液B、溶剂、固化剂和成膜剂的质量比为40～80：20～60：70～110：0.1～5：1～10，搅拌均匀后得到保护液。
步骤(1)中，所述的硅烷偶联剂为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸异丙酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和乙烯基三丙氧基硅烷中的至少一种。
步骤(1)中，所述的催化剂为酸、碱或金属可溶性盐。其中，所述酸为盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、草酸、柠檬酸、乙酸、苹果酸或马来酸；所述碱为氨水、四甲基氢氧化氨、氢氧化钠、氢氧化钾、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、一丙胺、二丙胺、三丙胺、2-丙烯胺、环丙胺、丙烯酰胺、正丁胺、三乙基胺、二乙烯三胺、环乙烯亚胺、哌嗪或吗啉；所述金属可溶性盐为铅、钴、锡或铁的可溶性盐。
作为优选，步骤(1)中，硅烷偶联剂、催化剂、水和溶剂的质量比为10～20：0.01～0.6：5～10：30～40。
作为优选，步骤(1)中，所述反应的时间为20～40min。
步骤(2)中，所述有机金属酯为有机钛酸酯、有机铝酸酯或有机锆酸酯。
步骤(2)中，所述的稳定剂为二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二乙酰氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二甲酰氧基硅烷、二甲基二丙氧基硅烷或二甲基二丙酰氧基硅烷。
作为优选，步骤(2)中，所述反应的时间为20～40min。
步骤(3)中，所述的固化剂为氨水、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、丙胺、二丙胺、三丙胺、2-丙烯胺、环丙胺、丙烯酰胺、正丁胺、三乙基胺、二乙烯三胺、环乙烯亚胺、哌嗪或吗啉。
步骤(3)中，所述的成膜助剂为N甲基吡咯烷酮、乙二醇、丙二醇、丙三醇、戊二醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、乙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇苯醚醋酸酯或丙二醇苯醚醋酸酯。
步骤(1)～(3)中，所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、丙酮和丁酮中的至少一种。
本发明还提供了一种光伏镀膜玻璃保护液，所述光伏镀膜玻璃保护液由上述方法制备得到。
本发明还提供了一种光伏镀膜玻璃保护液的应用，包括：在减反射镀膜玻璃表面涂布或喷涂一层厚度为5～20nm的光伏镀膜玻璃保护液，在150～200℃下进行固化，形成保护性膜层。所述光伏镀膜玻璃保护液由上述方法制备得到，所述固化的时间为2～3min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)利用本发明制备光伏镀膜玻璃保护液形成的保护性膜层具有5H以上的铅笔硬度，能够在风沙大的沙漠地区长时间工作而不脱落；
(2)利用本发明制备光伏镀膜玻璃保护液形成的保护性膜层具有优异的耐候性，耐盐雾、耐酸碱、耐紫外、耐高温高压、耐湿冻、耐湿热、PCT老化(高压加速老化)等性能都优于目前普遍使用的减反射镀膜；
(3)本发明的工艺简单，不需要增加过多的设备和成本，而且对原减反射镀膜玻璃膜层的透光率影响很小。
具体实施方式：
实施例1
制备光伏镀膜玻璃保护液，包括：
(1)将正硅酸乙酯、质量分数为0.5％的硝酸水溶液和乙醇以质量比为15：7：38混合，在90℃下搅拌反应30min，反应结束后得到溶液A；
(2)将有机钛酸酯Tyzor AA75、二甲基二乙酰氧基硅烷和乙醇以质量比为6：3：31混合，在90℃下搅拌反应30min，反应结束后得到溶液B；
(3)在搅拌下将溶液A加入到溶液B中，加入乙醇稀释后，加入2-氨基-2-甲基-1-丙醇和丙二醇甲醚，所述的溶液A、溶液B、乙醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇和丙二醇甲醚的质量比为60：40：90：1.5：8.5，搅拌均匀后得到保护液。
在减反射镀膜玻璃表面用提拉法涂布一层厚度为5～15nm的保护液，用无水乙醇擦去背面的保护液，在180℃的烘箱中固化2min，形成保护性膜层。
测试本实施例所得膜层的各项性能，如下表所示：
检测项目 镀膜玻璃 镀膜玻璃保护涂层
透光率增加值 2.5％ 2.5％
附着力测试 较差 优秀
铅笔硬度 >2H >5H
耐污性 良 优秀
盐雾试验 良 优秀
湿热老化 较差 优秀
湿冻循环老化 良 优秀
实施例2
制备光伏镀膜玻璃保护液，包括：
(1)将甲基三乙氧基硅烷、质量分数为0.5％的硝酸水溶液和乙醇以质量比为16：7：37混合，在90℃下搅拌反应20min，反应结束后得到溶液A；
(2)将有机钛酸酯Tyzor AA75、二甲基二乙酰氧基硅烷和乙醇以质量比为6：3：31混合，在90℃下搅拌反应20min，反应结束后得到溶液B；
(3)在搅拌下将溶液A加入到溶液B中，加入乙醇稀释后，加入2-氨基-2-甲基-1-丙醇和丙二醇甲醚，所述的溶液A、溶液B、乙醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇和丙二醇甲醚的质量比为60：40：90：1.5：8.5，搅拌均匀后得到保护液。
在减反射镀膜玻璃表面用提拉法涂布一层厚度为10～20nm的保护液，用无水乙醇擦去背面的保护液，在150℃的烘箱中固化2min，形成保护性膜层。
测试本实施例所得膜层的各项性能，如下表所示：
检测项目 镀膜玻璃 镀膜玻璃保护涂层
透光率增加值 2.5％ 2.4％
附着力测试 较差 优秀
铅笔硬度 >2H >4H
耐污性 良 优秀
盐雾试验 良 优秀
湿热老化 较差 优秀
湿冻循环老化 良 优秀
实施例3
制备光伏镀膜玻璃保护液，包括：
(1)将正硅酸乙酯、质量分数为0.5％的硝酸水溶液和乙醇以质量比为15：7：38混合，在90℃下搅拌反应40min，反应结束后得到溶液A；
(2)将有机钛酸酯Tyzor AA75、二甲基二乙酰氧基硅烷和乙醇以质量比为6：6：28混合，在90℃下搅拌反应40min，反应结束后得到溶液B；
(3)在搅拌下将溶液A加入到溶液B中，加入乙醇稀释后，加入2-氨基-2-甲基-1-丙醇和丙二醇甲醚，所述的溶液A、溶液B、乙醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇和丙二醇甲醚的质量比为60：40：90：1.5：8.5，搅拌均匀后得到保护液。
在减反射镀膜玻璃表面用提拉法涂布一层厚度为10～20nm的保护液，用无水乙醇擦去背面的保护液，在200℃的烘箱中固化2min，形成保护性膜层。
测试本实施例所得膜层的各项性能，如下表所示：
检测项目 镀膜玻璃 镀膜玻璃保护涂层
透光率增加值 2.5％ 2.4％
附着力测试 较差 优秀
铅笔硬度 >2H >5H
耐污性 良 优秀
盐雾试验 良 优秀
湿热老化 较差 优秀
湿冻循环老化 良 优秀
实施例4
制备光伏镀膜玻璃保护液，包括：
(1)将正硅酸乙酯、质量分数为0.5％的硝酸水溶液和乙醇以质量比为15：7：38混合，在90℃下搅拌反应60min，反应结束后得到溶液A；
(2)将有机钛酸酯Tyzor PI2、二甲基二乙酰氧基硅烷和乙醇以质量比为6：3：31混合，在90℃下搅拌反应60min，反应结束后得到溶液B；
(3)在搅拌下将溶液A加入到溶液B中，加入乙醇稀释后，加入2-氨基-2-甲基-1-丙醇和丙二醇甲醚，所述的溶液A、溶液B、乙醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇和丙二醇甲醚的质量比为60：40：90：1.5：8.5，搅拌均匀后得到保护液。
在减反射镀膜玻璃表面用提拉法涂布一层厚度为10～20nm的保护液，用无水乙醇擦去背面的保护液，在180℃的烘箱中固化3min，形成保护性膜层。
测试本实施例所得膜层的各项性能，如下表所示：
检测项目 镀膜玻璃 镀膜玻璃保护涂层
透光率增加值 2.5％ 2.5％
附着力测试 较差 良
铅笔硬度 >2H >5H
耐污性 良 良
盐雾试验 良 优秀
湿热老化 较差 优秀
湿冻循环老化 良 优秀
实施例5
制备光伏镀膜玻璃保护液，包括：
(1)将乙烯基三乙氧基硅烷、水、二醋酸二丁基锡、异丙醇以质量比为15：9：0.5：35.5混合，在90℃下搅拌反应120min，反应结束后得到溶液A；
(2)将有机铝酸酯ACA-K30、二甲基二乙酰氧基硅烷和异丙醇以质量比为1：5：34混合，在90℃下搅拌反应120min，反应结束后得到溶液B；
(3)在搅拌下将溶液A加入到溶液B中，加入异丙醇稀释后，加入环乙烯亚胺和丙二醇，所述的溶液A、溶液B、异丙醇、环乙烯亚胺和丙二醇的质量比为60：40：91：0.5：8.5，搅拌均匀后得到保护液。
在减反射镀膜玻璃表面用提拉法涂布一层厚度为10～20nm的保护液，用无水乙醇擦去背面的保护液，在180℃的烘箱中固化3min，形成保护性膜层。
测试本实施例所得膜层的各项性能，如下表所示：
检测项目 镀膜玻璃 镀膜玻璃保护涂层
透光率增加值 2.5％ 2.4％
附着力测试 较差 良
铅笔硬度 >2H >4H
耐污性 良 良
盐雾试验 良 优秀
湿热老化 较差 良
湿冻循环老化 良 优秀
实施例6
制备光伏镀膜玻璃保护液，包括：
(1)将正硅酸甲酯、质量分数为2％氨水水溶液、异丙醇和丁酮以质量比为15：1.5：33.5：10混合，在90℃下搅拌反应120min，反应结束后得到溶液A；
(2)将有机铝酸酯ACA-K30、二甲基二乙氧基硅烷、水和乙醇以质量比为1：5：5：29混合，在90℃下搅拌反应120min，反应结束后得到溶液B；
(3)在搅拌下将溶液A加入到溶液B中，加入异丙醇稀释后，加入丙烯酰胺和N甲基吡咯烷酮，所述的溶液A、溶液B、异丙醇、丙烯酰胺和N甲基吡咯烷酮的质量比为60：40：94.5：1.0：4.5，搅拌均匀后得到保护液。
在减反射镀膜玻璃表面用提拉法涂布一层厚度为10～20nm的保护液，用无水乙醇擦去背面的保护液，在180℃的烘箱中固化3min，形成保护性膜层。
测试本实施例所得膜层的各项性能，如下表所示：

Claims (6)

1.一种光伏镀膜玻璃保护液的应用，其特征在于，包括：在减反射镀膜玻璃表面涂布或喷涂一层厚度为5～20nm的光伏镀膜玻璃保护液，在150～200℃下进行固化，形成保护性膜层，所述光伏镀膜玻璃保护液由以下方法制备，包括以下步骤：
(1)将硅烷偶联剂、催化剂、水和溶剂以质量比为5～20：0.01～0.6：2～10：30～50混合，在回流温度下搅拌反应20～120min，反应结束后得到溶液A；
(2)将有机金属酯、稳定剂和溶剂以质量比为0.5～10：1～6：20～40混合，在回流温度下搅拌反应20～120min，反应结束后得到溶液B；
(3)在搅拌下将溶液A加入到溶液B中，加入溶剂稀释后，加入固化剂和成膜助剂，所述的溶液A、溶液B、溶剂、固化剂和成膜剂的质量比为40～80：20～60：70～110：0.1～5：1～10，搅拌均匀后得到保护液；
步骤(1)中，所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、丙酮和丁酮中的至少一种；
步骤(2)中，所述的稳定剂为二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二乙酰氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二甲酰氧基硅烷、二甲基二丙氧基硅烷或二甲基二丙酰氧基硅烷；
步骤(3)中，所述的固化剂为氨水、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、丙胺、二丙胺、三丙胺、2-丙烯胺、环丙胺、丙烯酰胺、正丁胺、三乙基胺、二乙烯三胺、环乙烯亚胺、哌嗪或吗啉。
2.根据权利要求1所述光伏镀膜玻璃保护液的应用，其特征在于，步骤(1)中，所述反应的时间为20～40min。
3.根据权利要求1所述光伏镀膜玻璃保护液的应用，其特征在于，步骤(2)中，所述反应的时间为20～40min。
4.根据权利要求1所述光伏镀膜玻璃保护液的应用，其特征在于，步骤(1)中，硅烷偶联剂、催化剂、水和溶剂的质量比为10～20：0.01～0.6：5～10：30～40。
5.根据权利要求1所述光伏镀膜玻璃保护液的应用，其特征在于，步骤(1)中，所述的硅烷偶联剂为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸异丙酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和乙烯基三丙氧基硅烷中的至少一种。
6.根据权利要求1所述光伏镀膜玻璃保护液的应用，其特征在于，步骤(2)中，所述有机金属酯为有机钛酸酯、有机铝酸酯或有机锆酸酯。
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