CN108948802A - 一种透光性增强的自清洁涂层 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏材料技术领域，具体涉及一种透光性增强的自清洁涂层。涂层制备使用的涂层悬浮液的组分包括：纳米二氧化硅粒子、纳米二氧化钛粒子、金属量子点、氨基硅烷偶联剂、乙酸丁酯和乙醇；涂层悬浮液进行涂布和高温固化后形成自清洁涂层。其中，纳米二氧化硅粒子是具有多孔结构的纳米粒子；金属量子点是由ZnSe、InP、GaNP和CdTe四种量子点组成的混合物；氨基硅烷偶联剂为γ‑氨丙基三乙氧基硅烷、γ‑氨丙基三甲氧基硅烷、γ‑氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或任意多种的混合物。这种涂层可以降低灰尘污渍等在盖板玻璃表面的附着力作用，具有很好的自清洁作用，而且显著提高了涂层对光线的透过率。

Description

一种透光性增强的自清洁涂层

技术领域

本发明涉及光伏材料技术领域，具体涉及一种透光性增强的自清洁涂层。

背景技术

电力是现代工业使用的最重要的能源形式，为了提高电力能源的环保性和经济性，世界各国都在探索新型清洁能源的开发和应用。清洁能源的定义包括以下三点：第一、清洁能源不是对能源的简单分类，而是指能源利用的技术体系；第二、清洁能源不但强调清洁性，同时也强调经济性；第三、清洁能源的清洁性指的是符合一定的排放标准。目前人类已经开发利用的清洁能源的形式包括太阳能、风能，生物能、水能，地热能，氢能等。其中太阳能、风能由于开发过程对环境产生的危害最小，受到所有能源高科技企业青睐，正飞速发展。

太阳能的开发主要包括光伏技术和光热技术两种技术路线，这其中，光伏发电技术的发展最为迅猛。为了推进清洁能源的应用，中国的光伏发电装机容量很大，也是很多光伏科技企业的发源地。光伏发电最重要的组件是太阳能电池，太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。

太阳能电池发电是根据特定材料的光电性质制成的。黑体辐射出不同波长的电磁波， 如红外线、紫外线、可见光等等。当这些射线照射在不同导体或半导体上，光子与导体或半导体中的自由电子作用产生电流。射线的波长越短，频率越高，所具有的能量就越高，例如紫外线所具有的能量要远远高于红外线。太阳电池发电是一种可再生的环保发电方式，发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体，不会对环境造成污染。按照制作材料分为硅基半导体电池、CdTe薄膜电池、CIGS薄膜电池、染料敏化薄膜电池、有机材料电池等。其中硅电池又分为单晶电池、多晶电池和无定形硅薄膜电池等。对于太阳电池来说最重要的参数是转换效率，在实验室所研发的硅基太阳能电池中，单晶硅电池效率为25.0%，多晶硅电池效率为20.4%，CIGS薄膜电池效率达19.6%，CdTe薄膜电池效率达16.7%，非晶硅（无定形硅）薄膜电池的效率为10.1%。

提高太阳能电池发电效率的其中一个方式是降低反射并提高光线的透射率，从而使得更多的光线作用在内部半导体上。为了达到这种效果，需要对太阳能电池进行定期清洁；避免太阳能电池组件上的灰尘或污渍对光线形成遮挡；另外，为了提高太阳能电池的清洁性能，还可以在太阳能电池的盖板玻璃上设置自清洁涂层。

常规的太阳能电池组件表面未设有自清洁涂层，一方面是因为自清洁涂层的成本高，制备工艺难度大；另一方面是因为自清洁涂层本身对于盖板玻璃的光线透过率也存在一定程度的影响，如果不能解决自清洁涂层对光线透过率的影响，自清洁涂层将很难在太阳能电池盖板玻璃表面应用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种透光性增强的自清洁涂层，这种涂层可以降低灰尘污渍等在盖板玻璃表面的附着力，具有很好的自清洁作用，而且显著提高了涂层对光线的透过率。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：

一种透光性增强的自清洁涂层，按照质量份数，自清洁涂层制备过程使用的涂层悬浮液的组分包括：纳米二氧化硅粒子15-20份，纳米二氧化钛粒子8-10份，金属量子点3-5份，氨基硅烷偶联剂1-1.8份，乙酸丁酯8-10份，乙醇150-180份。

优选地，按照质量份数，自清洁涂层制备过程使用的涂层悬浮液的组分包括：纳米二氧化硅粒子16-18份，纳米二氧化钛粒子8.5-9.5份，金属量子点3.5-4.5份，氨基硅烷偶联剂1.3-1.6份，乙酸丁酯8.5-9.5份，乙醇160-170份。

进一步优选地，按照质量份数，自清洁涂层制备过程使用的涂层悬浮液的组分包括：纳米二氧化硅粒子17份，纳米二氧化钛粒子9份，金属量子点4份，氨基硅烷偶联剂1.5份，乙酸丁酯9份，乙醇165份。

优选地，纳米二氧化硅粒子是具有多孔结构的纳米粒子，纳米二氧化硅粒子的制备方法为：

按照质量份数，将7份十六烷基三甲基溴化铵加入到800份去离子水中，均匀分散得到溶液；然后向溶液中加入90份无水乙醇，7份氨水和100份乙醚，以600-750r/min的转速进行磁力搅拌，形成透明无色的乳液；将45份的正硅酸乙酯加入乳液中，以35-40℃的温度，密封保温搅拌反应2-4h；反应结束后，将产物过滤，洗涤，并烘干；将固形物以600-650℃的温度煅烧4-5h，得到所需具有多孔结构的二氧化硅纳米粒子。

优选地，纳米二氧化硅粒子的粒径为100-200nm。

优选地，金属量子点是由ZnSe、InP、GaNP和CdTe四种量子点组成的混合物，混合物中四种量子点的质量比为1:2:3:2。

优选地，金属量子点的粒径为40-60nm。

优选地，氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或任意多种的混合物。

该自清洁涂层应用于太阳能电池盖板玻璃的表面处理。

本发明中，太阳能电池盖板玻璃表面的自清洁涂层的制备方法包括如下步骤：

（1）按照质量份数，将乙酸丁酯加入到无水乙醇中，在分散釜中充分搅拌溶解，然后将纳米二氧化硅粒子、纳米二氧化钛粒子、金属量子点和氨基硅烷偶联剂加入到反应釜中，以45-50℃的温度和850-900r/min的转速磁力搅拌15-20min，得所需涂层悬浮液；

（2）将盖板玻璃在新制Pirhana溶液中浸泡5-10min，然后用去离子水超声洗涤20-30min，并进行等离子体处理10-15min；然后在真空洁净室内将盖板玻璃浸入到涂层悬浮液中浸渍1-1.5min，接着将盖板玻璃从涂层悬浮液中提拉出来，并自然静置3-4min，完成浸渍-提拉-静置循环3-4次；

（3）将上步骤的盖板玻璃送入到高温固化炉中，以650-700℃的温度高温固化处理3-4h，然后将盖板玻璃出炉并自然冷却，冷却后用甲醇溶剂进行冲洗，冲洗2-3次后烘干，接着将盖板玻璃送入到聚四氟乙烯水热釜中，并向水热釜中滴加8-10滴1H，1H，2H，2H-全氟癸基三乙氧基硅烷，将水热釜送入到高温反应釜中密封，高温反应釜在烘箱中以130-150℃的温度烘烤3-4h，然后将高温反应釜打开，自然冷却并静置3-5h，完成自清洁涂层的制备。

本发明具有如下的有益效果：

该型自清洁涂层是利用纳米二氧化硅的纳米二氧化钛粒子，进行镀膜和高温固化处理得到的，这种涂层具有非常优秀的自清洁性能和疏水效果，能够显著降低水滴、雾气和其他灰分污渍等在涂层表面的附着力和聚集作用，使得污渍自然滑落，提高涂层表面的清洁度。

其中该涂层使用的纳米二氧化硅粒子是具有多孔结构的粒子，这种微型空隙的存在能够显著提高光线的透光率，使得光线能够透过空隙入射到涂层，从而增强自清洁涂层的透光性，另外，该涂层中的金属量子点物质还可以在组分中对纳米二氧化钛和纳米二氧化硅发挥良好的催化作用，从而提高涂层的透明度和透光性，最终增强自清洁涂层对光线的透过率。金属量子点组分的另一个作用是增强涂层在玻璃材料表面的附着力，并提高涂层的耐磨性能。从而提升自清洁涂层在玻璃材料表面的耐久性和使用寿命。

由于，该型自清洁涂层具有非常优秀的在清洁效果，对光线透过率高，并且具有较好的耐磨性能和附着强度，因此该自清洁涂层非常适合用于太阳能电池盖板玻璃表面的自清洁处理。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

一种透光性增强的自清洁涂层，按照质量份数，自清洁涂层制备过程使用的涂层悬浮液的组分包括：纳米二氧化硅粒子15份，纳米二氧化钛粒子8份，金属量子点3份，氨基硅烷偶联剂1份，乙酸丁酯8份，乙醇150份。

本实施例中，纳米二氧化硅粒子是具有多孔结构的纳米粒子，纳米二氧化硅粒子的制备方法为：

按照质量份数，将7份十六烷基三甲基溴化铵加入到800份去离子水中，均匀分散得到溶液；然后向溶液中加入90份无水乙醇，7份氨水和100份乙醚，以600r/min的转速进行磁力搅拌，形成透明无色的乳液；将45份的正硅酸乙酯加入乳液中，以35℃的温度，密封保温搅拌反应2h；反应结束后，将产物过滤，洗涤，并烘干；将固形物以600℃的温度煅烧4h，得到所需具有多孔结构的二氧化硅纳米粒子。

纳米二氧化硅粒子的粒径为100-200nm。

金属量子点是由ZnSe、InP、GaNP和CdTe四种量子点组成的混合物，混合物中四种量子点的质量比为1:2:3:2。

金属量子点的粒径为40-60nm。

氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

该自清洁涂层应用于太阳能电池盖板玻璃的表面处理。

本实施例中，太阳能电池盖板玻璃表面的自清洁涂层的制备方法包括如下步骤：

（1）按照质量份数，将乙酸丁酯加入到无水乙醇中，在分散釜中充分搅拌溶解，然后将纳米二氧化硅粒子、纳米二氧化钛粒子、金属量子点和氨基硅烷偶联剂加入到反应釜中，以45℃的温度和850r/min的转速磁力搅拌15min，得所需涂层悬浮液；

（2）将盖板玻璃在新制Pirhana溶液中浸泡5min，然后用去离子水超声洗涤20min，并进行等离子体处理10min；然后在真空洁净室内将盖板玻璃浸入到涂层悬浮液中浸渍1min，接着将盖板玻璃从涂层悬浮液中提拉出来，并自然静置3min，完成浸渍-提拉-静置循环3次；

（3）将上步骤的盖板玻璃送入到高温固化炉中，以650℃的温度高温固化处理3h，然后将盖板玻璃出炉并自然冷却，冷却后用甲醇溶剂进行冲洗，冲洗2次后烘干，接着将盖板玻璃送入到聚四氟乙烯水热釜中，并向水热釜中滴加8滴1H，1H，2H，2H-全氟癸基三乙氧基硅烷，将水热釜送入到高温反应釜中密封，高温反应釜在烘箱中以130℃的温度烘烤3h，然后将高温反应釜打开，自然冷却并静置3h，完成自清洁涂层的制备。

实施例2

一种透光性增强的自清洁涂层，按照质量份数，自清洁涂层制备过程使用的涂层悬浮液的组分包括：纳米二氧化硅粒子20份，纳米二氧化钛粒子10份，金属量子点5份，氨基硅烷偶联剂1.8份，乙酸丁酯10份，乙醇180份。

本实施例中，纳米二氧化硅粒子是具有多孔结构的纳米粒子，纳米二氧化硅粒子的制备方法为：

按照质量份数，将7份十六烷基三甲基溴化铵加入到800份去离子水中，均匀分散得到溶液；然后向溶液中加入90份无水乙醇，7份氨水和100份乙醚，以750r/min的转速进行磁力搅拌，形成透明无色的乳液；将45份的正硅酸乙酯加入乳液中，以40℃的温度，密封保温搅拌反应4h；反应结束后，将产物过滤，洗涤，并烘干；将固形物以650℃的温度煅烧5h，得到所需具有多孔结构的二氧化硅纳米粒子。

纳米二氧化硅粒子的粒径为100-200nm。

金属量子点是由ZnSe、InP、GaNP和CdTe四种量子点组成的混合物，混合物中四种量子点的质量比为1:2:3:2。

金属量子点的粒径为40-60nm。

氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷。

该自清洁涂层应用于太阳能电池盖板玻璃的表面处理。

本实施例中，太阳能电池盖板玻璃表面的自清洁涂层的制备方法包括如下步骤：

（1）按照质量份数，将乙酸丁酯加入到无水乙醇中，在分散釜中充分搅拌溶解，然后将纳米二氧化硅粒子、纳米二氧化钛粒子、金属量子点和氨基硅烷偶联剂加入到反应釜中，以50℃的温度和900r/min的转速磁力搅拌20min，得所需涂层悬浮液；

（2）将盖板玻璃在新制Pirhana溶液中浸泡10min，然后用去离子水超声洗涤30min，并进行等离子体处理10-15min；然后在真空洁净室内将盖板玻璃浸入到涂层悬浮液中浸渍1.5min，接着将盖板玻璃从涂层悬浮液中提拉出来，并自然静置4min，完成浸渍-提拉-静置循环4次；

（3）将上步骤的盖板玻璃送入到高温固化炉中，以700℃的温度高温固化处理4h，然后将盖板玻璃出炉并自然冷却，冷却后用甲醇溶剂进行冲洗，冲洗3次后烘干，接着将盖板玻璃送入到聚四氟乙烯水热釜中，并向水热釜中滴加10滴1H，1H，2H，2H-全氟癸基三乙氧基硅烷，将水热釜送入到高温反应釜中密封，高温反应釜在烘箱中以150℃的温度烘烤4h，然后将高温反应釜打开，自然冷却并静置5h，完成自清洁涂层的制备。

实施例3

一种透光性增强的自清洁涂层，按照质量份数，自清洁涂层制备过程使用的涂层悬浮液的组分包括：纳米二氧化硅粒子17份，纳米二氧化钛粒子9份，金属量子点4份，氨基硅烷偶联剂1.5份，乙酸丁酯9份，乙醇165份。

本实施例中，纳米二氧化硅粒子是具有多孔结构的纳米粒子，纳米二氧化硅粒子的制备方法为：

按照质量份数，将7份十六烷基三甲基溴化铵加入到800份去离子水中，均匀分散得到溶液；然后向溶液中加入90份无水乙醇，7份氨水和100份乙醚，以650r/min的转速进行磁力搅拌，形成透明无色的乳液；将45份的正硅酸乙酯加入乳液中，以37℃的温度，密封保温搅拌反应3h；反应结束后，将产物过滤，洗涤，并烘干；将固形物以630℃的温度煅烧4.5h，得到所需具有多孔结构的二氧化硅纳米粒子。

纳米二氧化硅粒子的粒径为100-200nm。

金属量子点是由ZnSe、InP、GaNP和CdTe四种量子点组成的混合物，混合物中四种量子点的质量比为1:2:3:2。

金属量子点的粒径为40-60nm。

氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷的等质量比混合物。

该自清洁涂层应用于太阳能电池盖板玻璃的表面处理。

本实施例中，太阳能电池盖板玻璃表面的自清洁涂层的制备方法包括如下步骤：

（1）按照质量份数，将乙酸丁酯加入到无水乙醇中，在分散釜中充分搅拌溶解，然后将纳米二氧化硅粒子、纳米二氧化钛粒子、金属量子点和氨基硅烷偶联剂加入到反应釜中，以47℃的温度和890r/min的转速磁力搅拌17min，得所需涂层悬浮液；

（2）将盖板玻璃在新制Pirhana溶液中浸泡8min，然后用去离子水超声洗涤25min，并进行等离子体处理13min；然后在真空洁净室内将盖板玻璃浸入到涂层悬浮液中浸渍1.3min，接着将盖板玻璃从涂层悬浮液中提拉出来，并自然静置3.5min，完成浸渍-提拉-静置循环4次；

（3）将上步骤的盖板玻璃送入到高温固化炉中，以680℃的温度高温固化处理3.5h，然后将盖板玻璃出炉并自然冷却，冷却后用甲醇溶剂进行冲洗，冲洗3次后烘干，接着将盖板玻璃送入到聚四氟乙烯水热釜中，并向水热釜中滴加9滴1H，1H，2H，2H-全氟癸基三乙氧基硅烷，将水热釜送入到高温反应釜中密封，高温反应釜在烘箱中以140℃的温度烘烤3.5h，然后将高温反应釜打开，自然冷却并静置4h，完成自清洁涂层的制备。

性能测试

按照本实施例1-3的方法制备具有自清洁涂层的盖板玻璃，并以同规格的普通盖板玻璃作为空白对照组，测试各组玻璃样本的自清洁性能和光线透过率，其中自清洁性能分别以水雾喷射和泥浆溅射的方式进行测试，测试时将样本玻璃竖直放置，检测玻璃对于水汽和泥浆的附着效果；性能测试试验的测试结果如下：

表1：样本玻璃的性能测试结果

分析以上试验数据发现，本发明提供的自清洁涂层，自清洁效果好，能够降低水汽和泥浆等污渍在盖板玻璃表面的附着力强度，从而避免污渍的聚集和粘附，提高盖板玻璃的清洁度。另外，该自清洁涂层的透光性较好，从测试时间结果来看，使用该涂层后的盖板玻璃的透光率损失大约为5.04%，这种损失程度完全可以接受，因此，该型自清洁涂层可以适用于太阳能电池盖板玻璃表面的自清洁处理。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透光性增强的自清洁涂层，其特征在于：按照质量份数，所述自清洁涂层制备过程使用的涂层悬浮液的组分包括：纳米二氧化硅粒子15-20份，纳米二氧化钛粒子8-10份，金属量子点3-5份，氨基硅烷偶联剂1-1.8份，乙酸丁酯8-10份，乙醇150-180份。

2.根据权利要求1所述的一种透光性增强的自清洁涂层，其特征在于：按照质量份数，所述自清洁涂层制备过程使用的涂层悬浮液的组分包括：纳米二氧化硅粒子16-18份，纳米二氧化钛粒子8.5-9.5份，金属量子点3.5-4.5份，氨基硅烷偶联剂1.3-1.6份，乙酸丁酯8.5-9.5份，乙醇160-170份。

3.根据权利要求2所述的一种透光性增强的自清洁涂层，其特征在于：按照质量份数，所述自清洁涂层制备过程使用的涂层悬浮液的组分包括：纳米二氧化硅粒子17份，纳米二氧化钛粒子9份，金属量子点4份，氨基硅烷偶联剂1.5份，乙酸丁酯9份，乙醇165份。

4.根据权利要求1所述的一种透光性增强的自清洁涂层，其特征在于：所述纳米二氧化硅粒子是具有多孔结构的纳米粒子，纳米二氧化硅粒子的制备方法为：

按照质量份数，将7份十六烷基三甲基溴化铵加入到800份去离子水中，均匀分散得到溶液；然后向溶液中加入90份无水乙醇，7份氨水和100份乙醚，以600-750r/min的转速进行磁力搅拌，形成透明无色的乳液；将45份的正硅酸乙酯加入乳液中，以35-40℃的温度，密封保温搅拌反应2-4h；反应结束后，将产物过滤，洗涤，并烘干；将固形物以600-650℃的温度煅烧4-5h，得到所需具有多孔结构的二氧化硅纳米粒子。

5.根据权利要求4所述的一种透光性增强的自清洁涂层，其特征在于：所述纳米二氧化硅粒子的粒径为100-200nm。

6.根据权利要求1所述的一种透光性增强的自清洁涂层，其特征在于：所述金属量子点是由ZnSe、InP、GaNP和CdTe四种量子点组成的混合物，混合物中四种量子点的质量比为1:2:3:2。

7.根据权利要求6所述的一种透光性增强的自清洁涂层，其特征在于：所述金属量子点的粒径为40-60nm。

8.根据权利要求1所述的一种透光性增强的自清洁涂层，其特征在于：所述氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或任意多种的混合物。

9.根据权利要求1所述的一种透光性增强的自清洁涂层，其特征在于：所述自清洁涂层应用于太阳能电池盖板玻璃的表面处理。

10.根据权利要求9所述的一种透光性增强的自清洁涂层，其特征在于：所述太阳能电池盖板玻璃表面的自清洁涂层的制备方法包括如下步骤：

（1）按照质量份数，将乙酸丁酯加入到无水乙醇中，在分散釜中充分搅拌溶解，然后将纳米二氧化硅粒子、纳米二氧化钛粒子、金属量子点和氨基硅烷偶联剂加入到反应釜中，以45-50℃的温度和850-900r/min的转速磁力搅拌15-20min，得所需涂层悬浮液；

（2）将盖板玻璃在新制Pirhana溶液中浸泡5-10min，然后用去离子水超声洗涤20-30min，并进行等离子体处理10-15min；然后在真空洁净室内将盖板玻璃浸入到涂层悬浮液中浸渍1-1.5min，接着将盖板玻璃从涂层悬浮液中提拉出来，并自然静置3-4min，完成浸渍-提拉-静置循环3-4次；

（3）将上步骤的盖板玻璃送入到高温固化炉中，以650-700℃的温度高温固化处理3-4h，然后将盖板玻璃出炉并自然冷却，冷却后用甲醇溶剂进行冲洗，冲洗2-3次后烘干，接着将盖板玻璃送入到聚四氟乙烯水热釜中，并向水热釜中滴加8-10滴1H，1H，2H，2H-全氟癸基三乙氧基硅烷，将水热釜送入到高温反应釜中密封，高温反应釜在烘箱中以130-150℃的温度烘烤3-4h，然后将高温反应釜打开，自然冷却并静置3-5h，完成自清洁涂层的制备。