CN110104956A - 一种太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，包括1)将乙二醇与钛酸正丁酯的混合物A加入乙二醇与水的混合物B中得混合物C；2)将混合物C升温除去水和丁醇后冷却并固液分离，将沉淀物进行水洗除去乙二醇，得改性纳米TiO2颗粒；3)将改性纳米TiO2颗粒分散在水中，加入无机磷酸盐粘结剂与纳米ZnO水分散体得混合物D；4)将混合物D涂覆在光伏玻璃表面，低温固化形成厚度为70‑100nm的膜层。所得自清洁膜层具有强亲水性、良好的透光性以及光催化降解有机物的能力，自清洁效果好，能提高光伏组件的安全性和可靠性，延长其使用寿命；制备过程固化温度低，可用于已投入使用太阳能光伏组件的升级改造，适用性广。

Description

一种太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法
技术领域
本发明属于太阳能光伏发电组件自清洁技术领域，具体涉及一种太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法。
背景技术
太阳能是指太阳光的辐射能量，作为一种储量丰富的清洁能源，其利用过程是对太阳能量的最直接应用，对环境和气候的影响都非常小，是近年来新能源领域最热门的研究方向。太阳能光伏组件是利用光生伏特效应，将太阳光中能量直接转换为电能的光电转化系统，主要部件包括铝合金框架、超白钢化玻璃(光伏盖板玻璃)、封装用EVA、电池片、TPT(背板)等。太阳能光伏组件发电量的影响因素有很多：电池片的初始转化效率及衰减、阵列安装倾角和方位角、天气、组件积灰及遮挡等。
太阳能光伏组件在户外环境中使用，由于大气污染、雾霾及风霜雨雪等天气原因，光伏玻璃表面易沉积灰尘及各类污染物，同时还会沾染大气污染物中的有机物、飞鸟的排泄物等形成污垢，这些污物随着时间的延长逐渐堆积并发生反应，对光伏组件的正常工作产生极大的影响，具体表现为：遮挡入射光线，减少入射光能；与玻璃盖板反应，破坏玻璃盖板表面结构；与铝合金框架反应，腐蚀边框，降低使用寿命；遮挡电池片，局部产生热斑效应，严重时会导致组件失效；脏污覆盖在玻璃盖板表面，热量传递路径增长，光伏组件温度上升，加速衰老。因此，需要对太阳能光伏组件表面进行清洁。
现阶段，太阳能光伏组件的清洁方法有：①高压水枪或清洗刷人工清洗：设备简单，操作无污染，但是需要耗费大量人工和清水，受地区和环境限制大，清洁效果不佳，需要反复多次进行。②智能化设备清洗：如小型爬壁式机器人等直接放置在太阳能板上进行清洗，但是除尘去垢效果较差，相隔板间无法自动转移，技术要求高，难以大规模使用。③车载移动式清洗：使用清洗车装载清洗用水和机械臂式清洗设备，方便移动且能实现水资源循环利用，但是排列紧密的光伏组件间没有供清洗车移动的通道，建筑物顶部或表面的光伏组件难以使用该方式。④光伏组件自清洁：通过物理或化学方法在盖板玻璃表面形成特殊结构或沉积薄膜，利用风吹、雨水冲刷等自然条件即可实现自我清洁，无需或很少需要人工或机械清洗，一劳永逸，是目前主要的研究方向。
在光伏组件自清洁技术中，TiO2薄膜同时具有亲水性和光催化性这两种效应，相互作用从而达到清洁效果，使光伏玻璃具有自清洁、防雾以及抗粘污的性能。目前，溶胶-凝胶法是在太阳能光伏组件的光伏玻璃表面制备TiO2薄膜最常用的方法，其是将无机钛盐或钛醇盐溶于溶剂中，经水解缩聚形成溶胶，通过成膜技术使溶胶附着在光伏玻璃上，再经干燥、高温焙烧制成膜层。该方法设备简单，成膜容易，成本低；但是缺点是工艺参数调控困难，很难达到高透光效果，需要经过高温化处理，不能用于改造已建成投入使用的太阳能光伏组件。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，无需经过高温化处理，适用性广。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，包括以下步骤：
1)取乙二醇与钛酸正丁酯按照体积比为1:0.24-0.26的比例混合均匀，得混合物A；
取乙二醇与水按照体积为1:1.9-2.1的比例混合均匀，得混合物B；
持续搅拌条件下，按照混合物A与混合物B的体积比为1:3的比例，将混合物A与混合物B混合均匀，得混合物C；
2)将步骤1)所得混合物C升温至105℃-110℃保温2.5-3.0h以除去体系中的水，再升温至120℃-125℃保温1.5-2.0h以除去体系中反应产生的丁醇，后冷却至室温并进行固液分离，将所得沉淀物进行水洗除去乙二醇，得改性纳米TiO2颗粒；
3)将步骤2)所得改性纳米TiO2颗粒分散在水中，并加入无机磷酸盐粘结剂和纳米ZnO水分散体，混合均匀得混合物D；所述混合物D中，纳米TiO2的质量百分含量为7.0％-7.5％，纳米TiO2与无机磷酸盐粘结剂的质量比为1:0.50-0.55，纳米ZnO的用量为无机磷酸盐粘结剂质量的10％-12％；
4)将步骤3)所得混合物D涂覆在光伏玻璃表面，在40℃-50℃条件下固化5-8h，使光伏玻璃表面形成厚度为70-100nm的膜层，即为自清洁膜层。
步骤1)中，混合物A与混合物B混合过程中，控制体系温度为0℃-5℃。控制体系温度的方式可采用冰浴。
步骤2)中，所述升温速率为4℃-6℃/min。
步骤2)中，所述固液分离是指离心分离；所述离心分离的转速为6000-8000rpm。
步骤2)中，所述水洗是指将所得沉淀物重复分散在水中后再离心分离，所述离心分离的转速为6000-8000rpm；重复次数至少为3次，以除去乙二醇。如过程中需要干燥，干燥方式选用真空干燥，温度不超过40℃。
步骤2)所得改性纳米TiO2颗粒的平均粒径为7.0-12.0nm，其中锐钛矿型TiO2占75％以上。进一步的，所得改性纳米TiO2颗粒中锐钛矿型TiO2占75％-80％；
步骤3)中，所述无机磷酸盐粘结剂是由以下方法制备的：将Al(OH)3加入质量浓度为48％-52％的磷酸中，控制H3PO4与Al(OH)3的摩尔比为1:0.40-0.45，将体系在120℃-125℃条件下反应25-30min，冷却至室温，即得。
步骤3)中，所述纳米ZnO水分散体是将纳米ZnO与六偏磷酸钠分散在水中制成的；所述六偏磷酸钠的用量为纳米ZnO质量的质量5.0％-6.0％。
所述纳米ZnO水分散体的制备方法为：将六偏磷酸钠加入水中搅拌溶解后，加入纳米ZnO颗粒，先用5000-6000rpm的转速剪切搅拌10-15min，再超声混合10-15min，得纳米ZnO水分散体，备用。所得纳米ZnO水分散体中，纳米ZnO的质量百分含量为1.7％-2.5％。
步骤4)中，所述涂覆的方法为喷涂、旋涂、滚涂或刷涂。
所述喷涂是采用表面喷涂机对光伏玻璃进行镀膜处理，喷枪内芯直径为0.6-0.9mm，供气气压为0.5-0.7MPa，出气量为250-300L/min，喷枪口距离光伏玻璃表面的距离为14-18cm，喷涂速度为0.14-0.16m/s。
本发明的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，先以乙二醇为有机分散剂、钛酸正丁酯为前驱体，采用溶胶凝胶法制备强亲水易分散的改性纳米TiO2颗粒。首先将钛酸正丁酯与乙二醇混合发生醇解，然后在水解和缩聚过程中，通过阶段性升温保温的方法，依次将反应体系中的水和产生的丁醇蒸发除去，促使反应加速进行并反应充分，按照醇解、水解、再醇解的顺序，最后通过固液分离除去乙二醇，制备得到的改性纳米TiO2颗粒表面通过6个-O-呈空间放射状键合6个-CH2CH2OH，纳米TiO2颗粒最外围存在大量的-OH基团，具有强亲水性，易于在水中分散制备水分散体，且纳米TiO2颗粒之间不易团聚。经检测，该方法制备所得改性纳米TiO2颗粒的平均粒径为7.0-12.0nm，其中锐钛矿型TiO2占75％以上，具有良好的光催化性能。
本发明的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，将上述所得改性纳米TiO2颗粒分散在水中后，加入无机磷酸盐粘结剂和纳米ZnO水分散体，混合制备混合物D；所得混合物D即为本发明制备自清洁膜层的铸膜液。其中，改性纳米TiO2颗粒具有强亲水性和光催化性能，赋予自清洁膜层强亲水性和光催化降解有机物的能力；无机磷酸盐粘结剂具有低温固化性能和粘结性，将纳米颗粒牢牢粘附在基底玻璃表面，增强纳米颗粒在基底玻璃上的附着力；纳米ZnO水分散体中的纳米ZnO颗粒作为无机磷酸盐粘结剂的固化剂使用，一方面大幅降低磷酸盐粘结剂的固化温度，另一方面不会给自清洁膜层成膜后的透光性带来负面影响，反而有助于提高自清洁膜层的光催化降解性能和抑菌性。
本发明的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，将所得混合物D(也就是铸膜液)涂覆在光伏玻璃表面，在40℃-50℃条件下固化5-8h，使光伏玻璃表面形成厚度为70-100nm的膜层，即为自清洁膜层。该固化温度比较低，在太阳能光伏组件正常工作的表面温度范围内，不会对光伏组件产生影响，因此该制备方法可以用在光伏组件的前期制造阶段，即先对单独的光伏玻璃进行镀膜处理使其表面具有自清洁膜层，再用带自清洁膜层的光伏玻璃进行太阳能光伏组件的组装后投入使用；也可以用在后期已安装组件的改造阶段，即对已经安装使用的太阳能光伏组件的盖板玻璃表面进行镀膜处理，在其表面形成自清洁膜层，改善其工作性能。
实验结果表明，本发明的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，在光伏玻璃表面进行镀膜处理，所得自清洁膜层厚度在70-100nm之间时，透光率达到93.85％以上，相比于基底玻璃至少提高1.22％，具有良好的减反增透效果，能提高光伏玻璃透光率。所得自清洁膜层表面的水接触角降低至4.29°以下，具有超强亲水性，水滴落在镀膜玻璃表面后能快速均匀铺展开，与膜层表面达到最大接触面积，在重力作用下更容易带走表面灰尘和污物，这样用更少的清水或者仅用雨水就可以将光伏组件表面的灰尘和污物清除，自清洁效果好。所得自清洁膜层的光降解指数高，具有良好的光催化分解有机物的能力，能够将附着在光伏组件表面的有机污染物分解，避免热斑产生，从而提高组件的安全性和可靠性，延长光伏组件的使用寿命。
本发明的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，在光伏玻璃表面进行镀膜处理，所得自清洁膜层在经过沙尘实验后，膜面完整，无皱起、脱落现象，表面残留极少量沙尘，透光率下降幅度小，水接触角增大幅度小；本发明制备所得自清洁膜层具有良好的机械强度、耐沙尘摩擦和抗沙尘污染性能，在风吹条件下，沙尘不易在玻璃表面铺展、堆积，自清洁效果好。经过紫外老化实验和高低温湿热循环实验后，本发明所得自清洁膜层的透光率变化值小，仍在太阳能光伏组件要求的范围内；水接触角增幅也有限，仍在强亲水范围内。本发明制备所得自清洁膜层具有良好的抗紫外老化性和耐湿热循环性，适应户外恶劣工作环境，可靠性高，使用寿命长。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。
具体实施方式中，所用的水均为去离子水。
所用纳米ZnO为六方晶系市售商品，平均粒径为10nm，D90≤14nm。
实施例1
本实施例的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，包括以下步骤：
1)取乙二醇与钛酸正丁酯按照体积比为1:0.24的比例混合均匀，得混合物A；
取乙二醇与水按照体积为1:1.9的比例混合均匀，得混合物B；
在冰浴及持续搅拌条件下，按照混合物A与混合物B的体积比为1:3的比例，将混合物A与混合物B混合均匀，得混合物C；
2)将步骤1)所得混合物C以5℃的速率升温至105℃保温3.0h以除去体系中的水，再以5℃的速率升温至120℃保温2.0h以除去体系中反应产生的丁醇，后冷却至室温并进行离心分离，离心分离的转速为8000rpm，得沉淀物；
将所得沉淀物重复分散在水中进行水洗并离心分离，重复3次以除去乙二醇，得改性纳米TiO2颗粒；
经检测，所得改性纳米TiO2颗粒的平均粒径为8.5nm，其中锐钛矿型TiO2占76.4％；
3)制备无机磷酸盐粘结剂：将Al(OH)3加入质量浓度为48％的磷酸中，控制H3PO4与Al(OH)3的摩尔比为1:0.45，将体系在120℃条件下反应30min，冷却至室温，得无机磷酸盐粘结剂，备用；
制备纳米ZnO水分散体：将六偏磷酸钠加入水中搅拌溶解后，加入纳米ZnO颗粒，先用5000rpm的转速剪切搅拌15min，再30kHz超声分散15min，得纳米ZnO水分散体，备用；所得纳米ZnO水分散体中，纳米ZnO的质量百分含量为1.75％；所述六偏磷酸钠的用量为纳米ZnO质量的质量5.0％；
将步骤2)所得改性纳米TiO2颗粒重新分散在水中，用5000rpm的转速剪切搅拌15min，再加入无机磷酸盐粘结剂和纳米ZnO水分散体，然后采用30kHz超声分散15min，混合均匀得混合物D；所述混合物D中，纳米TiO2的质量百分含量为7.0％，纳米TiO2与无机磷酸盐粘结剂的质量比为1:0.50，纳米ZnO的用量为无机磷酸盐粘结剂质量的10％；
4)用表面喷涂机将步骤3)所得混合物D喷涂在光伏玻璃表面进行镀膜处理，所用喷枪内芯直径为0.6mm，供气气压为0.6MPa，出气量为250L/min，喷枪口距离光伏玻璃表面的距离为15cm，喷涂速度为0.15m/s；喷涂后，在40℃条件下固化8h，使光伏玻璃表面形成厚度为70-100nm的膜层，即为自清洁膜层。
实施例2
本实施例的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，包括以下步骤：
1)取乙二醇与钛酸正丁酯按照体积比为1:0.25的比例混合均匀，得混合物A；
取乙二醇与水按照体积为1:2.0的比例混合均匀，得混合物B；
在冰浴及持续搅拌条件下，按照混合物A与混合物B的体积比为1:3的比例，将混合物A与混合物B混合均匀，得混合物C；
2)将步骤1)所得混合物C以5℃的速率升温至110℃保温2.5h以除去体系中的水，再以5℃的速率升温至125℃保温1.5h以除去体系中反应产生的丁醇，后冷却至室温并进行离心分离，离心分离的转速为8000rpm，得沉淀物；
将所得沉淀物重复分散在水中进行水洗并离心分离，重复3次以除去乙二醇，得改性纳米TiO2颗粒；
经检测，所得改性纳米TiO2颗粒的平均粒径为8.9nm，其中锐钛矿型TiO2占78.2％；
3)制备无机磷酸盐粘结剂：将Al(OH)3加入质量浓度为50％的磷酸中，控制H3PO4与Al(OH)3的摩尔比为1:0.45，将体系在125℃条件下反应25min，冷却至室温，备用；
制备纳米ZnO水分散体：将六偏磷酸钠加入水中搅拌溶解后，加入纳米ZnO颗粒，先用5500rpm的转速剪切搅拌15min，再30kHz超声分散15min，得纳米ZnO水分散体，备用；所得纳米ZnO水分散体中，纳米ZnO的质量百分含量为2.1％；所述六偏磷酸钠的用量为纳米ZnO质量的质量6.0％；
将步骤2)所得改性纳米TiO2颗粒重新分散在水中，先用5500rpm的转速剪切搅拌15min，再加入无机磷酸盐粘结剂和纳米ZnO水分散体，然后采用30kHz超声分散15min，混合均匀得混合物D；所述混合物D中，纳米TiO2的质量百分含量为7.4％，纳米TiO2与无机磷酸盐粘结剂的质量比为1:0.55，纳米ZnO的用量为无机磷酸盐粘结剂质量的10％；
4)用表面喷涂机将步骤3)所得混合物D喷涂在光伏玻璃表面进行镀膜处理，所用喷枪内芯直径为0.6mm，供气气压为0.7MPa，出气量为300L/min，喷枪口距离光伏玻璃表面的距离为18cm，喷涂速度为0.15m/s；喷涂后，在50℃条件下固化5h，使光伏玻璃表面形成厚度为70-100nm的膜层，即为自清洁膜层。
实施例3
本实施例的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，包括以下步骤：
1)取乙二醇与钛酸正丁酯按照体积比为1:0.26的比例混合均匀，得混合物A；
取乙二醇与水按照体积为1:2.1的比例混合均匀，得混合物B；
在冰浴及持续搅拌条件下，按照混合物A与混合物B的体积比为1:3的比例，将混合物A与混合物B混合均匀，得混合物C；
2)将步骤1)所得混合物C以5℃的速率升温至110℃保温3.0h以除去体系中的水，再以5℃的速率升温至120℃保温1.5h以除去体系中反应产生的丁醇，后冷却至室温并进行离心分离，离心分离的转速为8000rpm，得沉淀物；
将所得沉淀物重复分散在水中进行水洗并离心分离，重复3次以除去乙二醇，得改性纳米TiO2颗粒；
经检测，所得改性纳米TiO2颗粒的平均粒径为9.1nm，其中锐钛矿型TiO2占78.0％；
3)制备无机磷酸盐粘结剂：将Al(OH)3加入质量浓度为50％的磷酸中，控制H3PO4与Al(OH)3的摩尔比为1:0.40，将体系在120℃条件下反应25min，冷却至室温，备用；
制备纳米ZnO水分散体：将六偏磷酸钠加入水中搅拌溶解后，加入纳米ZnO颗粒，先用6000rpm的转速剪切搅拌10min，再30kHz超声分散15min，得纳米ZnO水分散体，备用；所得纳米ZnO水分散体中，纳米ZnO的质量百分含量为2.4％；所述六偏磷酸钠的用量为纳米ZnO质量的质量5.0％；
将步骤2)所得改性纳米TiO2颗粒重新分散在水中，先用6000rpm的转速剪切搅拌10min，再加入无机磷酸盐粘结剂和纳米ZnO水分散体，然后采用30kHz超声分散15min，混合均匀得混合物D；所述混合物D中，纳米TiO2的质量百分含量为7.2％，纳米TiO2与无机磷酸盐粘结剂的质量比为1:0.55，纳米ZnO的用量为无机磷酸盐粘结剂质量的12％；
4)用表面喷涂机将步骤3)所得混合物D喷涂在光伏玻璃表面进行镀膜处理，所用喷枪内芯直径为0.6mm，供气气压为0.5MPa，出气量为250L/min，喷枪口距离光伏玻璃表面的距离为15cm，喷涂速度为0.15m/s；喷涂后，在45℃条件下固化6h，使光伏玻璃表面形成厚度为70-100nm的膜层，即为自清洁膜层。
本发明的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，可以用在光伏组件的前期制造阶段，即先对单独的光伏玻璃进行镀膜处理使其表面具有自清洁膜层，再用带自清洁膜层的光伏玻璃进行太阳能光伏组件的组装后投入使用。在该种情况的制备方法中，镀膜的固化操作在真空烘箱中进行。
本发明的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，也可以用在后期已安装组件的改造阶段，即对已经安装使用的太阳能光伏组件的盖板玻璃表面进行镀膜处理，在其表面形成自清洁膜层，改善其工作性能。在该种情况的制备方法中，镀膜的固化操作利用太阳能光伏组件表面自然工作温度进行(太阳能光伏组件工作时吸收太阳光能，通常表面温度在40-50℃之间)，如环境温度较低或在夜间施工，表面温度达不到固化要求，可采用热风或红外辐照方式升温保温，保温温度不超过50℃。
实验例1
本实验例模拟光伏组件的前期制造阶段，分别采用实施例1-3的制备方法对单独的光伏盖板玻璃(超白压延玻璃，市售商品)进行镀膜处理使其表面具有自清洁膜层，得到测试样品，然后进行性能检测，结果如表1所示。
其中，透光率的测试波长范围为400-1000nm，透光率取波长范围内的平均值。
测试样品在进行水接触角测试之前经紫外辐照1h，辐照强度模拟太阳光(1.0-1.1kW/m2)。纳米TiO2表面部分超强亲水性是由其在紫外光照射下表面结构的变化所致，具有自清洁膜层的太阳能光伏组件在实际工作中，太阳光照射即可完成这种变化。
自清洁膜层的光催化活性通过亚甲基蓝的降解指数来表征，纳米级TiO2在紫外光照射下，能催化分解亚甲基蓝，具有自清洁膜层的光伏玻璃在太阳光的照射下能使亚甲基蓝溶液褪色。实验参数具体为：测试溶液(亚甲基蓝水溶液)溶度0.02mmol/L，测试吸光度范围600nm-700nm，照射紫外光强度3mW/cm2，照射时间20min。
表1实施例1-3制备的自清洁膜层的基本性能检测结果
检测项目 检测方法或标准 基底玻璃 实施例1 实施例2 实施例3
自清洁膜层厚度，nm 扫描电子显微镜 0 76 84 81
透光率，％ GB/T 30984.1-2005 92.63 93.97 93.85 93.90
水接触角，° 接触角测试仪 25.89 4.29 4.10 4.24
光解指数，nmol/min JC/T2168-2013 0 35.27 36.01 35.56
从表1可以看出，采用实施例1-3的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，在光伏玻璃表面进行镀膜处理，得到厚度在76-84nm的自清洁膜层，满足自清洁膜层厚度在70-100nm之间的要求；实施例1-3所得具有自清洁膜层的测试样品的透光率分别达到93.97％、93.85％和93.90％，透光率比基底玻璃的92.63％分别提高1.34％、1.22％和1.27％；在经过镀膜处理之后，采用实施例1-3所得制备方法所得具有自清洁膜层的测试样片的水接触角，从基底玻璃的25.89°，分别降低至4.29°、4.10°和4.24°，从普通亲水性达到超亲水效果；实施例1-3的制备方法制备所得自清洁膜层对亚甲基蓝的光降解指数分别达到35.17nmol/min、36.01nmol/min和35.56nmol/min，远远高于《JC/T2168-2013自洁净镀膜玻璃》所规定的7nmol/min的要求。实验结果表明，本发明的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，在光伏玻璃表面进行镀膜处理，所得自清洁膜层厚度在70-100nm之间时，具有良好的减反增透效果，能提高光伏玻璃透光率；自清洁膜层表面的水接触角不大于5°，具有超强亲水性；光降解指数高，说明本发明制备的自清洁膜层具有良好的光催化分解有机物的能力。
实验例2
太阳能光伏组件的使用场合一般是严酷的户外环境，表面自清洁膜层经常会受到大气污染、雾霾及风霜雨雪等天气因素的影响，下面对实施例1-3在单独的光伏玻璃进行镀膜处理所得自清洁膜层的可靠性进行检测。分别采用实施例1-3的制备方法对单独的光伏玻璃(超白压延玻璃，市售商品)进行镀膜处理使其表面具有自清洁膜层，得到测试样品，然后进行性能检测，结果如表2所示。
其中，对比例为采用传统的溶胶凝胶法在基底玻璃表面制备自清洁膜层，具体是以钛酸正丁酯为钛源、无水乙醇为溶剂、冰醋酸和硝酸为催化剂，将钛酸四丁酯、水、无水乙醇、冰醋酸与硝酸按照体积比为10:1:42:1.62:0.26的比例混合后，60℃搅拌均匀，冷却至室温后密封陈化24h得溶胶，利用浸渍提拉法在基底玻璃表面镀膜，先在90℃条件下干燥30min后，再升温至500℃保温2h，自然冷却至室温，在基底玻璃表面得到结晶化的TiO2薄膜，厚度为76nm，即为自清洁膜层。
沙尘实验方法参考GB/T2423.37-2006，所用沙尘为粒径200μm的石英砂，沙尘试验箱内沙尘风速10m/s，试验时间24h。
紫外老化实验参考IEC61215-2005，紫外老化箱温度60℃，将测试样品置于紫外老化箱中，紫外光照射玻璃表面，直至波长在280nm-400nm的紫外辐射量达到15kWh/m2。
高低温湿热循环实验参考IEC61215-2005，环境试验箱中湿度控制在85％RH，高温温度为80℃±2℃，保温时间20h，低温温度为-40℃±2℃，保温时间0.5h，高低温循环一次的时间为24h，总循环次数为10次。
透光率和水接触角的测试条件同实验例1。
表2实施例1-3制备的自清洁膜层的可靠性检测结果
注：表2中的“变化值”是指检测值与初始值相比的变化量，“+”指增加值，“-”指减少值。
从表2可以看出，对比例采用传统溶胶凝胶法在基底玻璃表面制备自清洁膜层，透光率仅有85.35％，这是因为传统溶胶凝胶法经高温化处理得到的TiO2颗粒粒径较大(平均粒径在25nm以上)，所得膜层薄厚不均，增加玻璃表面光反射，降低了透光率；在沙尘实验后，测试样品表面的膜层有少量脱落，局部存在沙尘铺展、堆积的现象，造成透光率明显下降、水接触角显著增大。而采用实施例1-3的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，在光伏玻璃表面进行镀膜处理，所得自清洁膜层在经过沙尘实验后，膜面完整，无皱起、脱落现象，测试样品表面残留极少量沙尘，透光率有小幅下降，下降幅度仅为2.07％-2.24％，远远低于对比例的12.28％；水接触角有所增大，增大幅度仅为3.72°-4.08°，也明显低于对比例的11.79°。实验结果表明，本发明制备所得自清洁膜层具有良好的机械强度、耐沙尘摩擦和抗沙尘污染性能，在风吹条件下，沙尘不易在玻璃表面铺展、堆积，自清洁效果好。
经过紫外老化实验和高低温湿热循环实验后，实施例1-3所得自清洁膜层的透光率变化值均很小，减少量不超过0.20％，低于对比例的0.88％和2.58％；经过老化过程的测试样品透光率仍在太阳能光伏组件要求的范围内。实施例1-3所得自清洁膜层的水接触角增幅也有限，分别为1.14°-1.25°、2.48°-2.61°，低于对比例的3.27°和6.07°；经过老化过程的测试样品水接触角仍然很小，在强亲水范围内。实验结果表明，本发明制备所得自清洁膜层具有良好的抗紫外老化性和耐湿热循环性，适应户外恶劣工作环境，可靠性高，使用寿命长。

Claims (9)

1.一种太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)取乙二醇与钛酸正丁酯按照体积比为1:0.24-0.26的比例混合均匀，得混合物A；
取乙二醇与水按照体积为1:1.9-2.1的比例混合均匀，得混合物B；
持续搅拌条件下，按照混合物A与混合物B的体积比为1:3的比例，将混合物A与混合物B混合均匀，得混合物C；
2)将步骤1)所得混合物C升温至105℃-110℃保温2.5-3.0h以除去体系中的水，再升温至120℃-125℃保温1.5-2.0h以除去体系中反应产生的丁醇，后冷却至室温并进行固液分离，将所得沉淀物进行水洗除去乙二醇，得改性纳米TiO2颗粒；
3)将步骤2)所得改性纳米TiO2颗粒分散在水中，并加入无机磷酸盐粘结剂和纳米ZnO水分散体，混合均匀得混合物D；所述混合物D中，纳米TiO2的质量百分含量为7.0％-7.5％，纳米TiO2与无机磷酸盐粘结剂的质量比为1:0.50-0.55，纳米ZnO的用量为无机磷酸盐粘结剂质量的10％-12％；
4)将步骤3)所得混合物D涂覆在光伏玻璃表面，在40℃-50℃条件下固化5-8h，使光伏玻璃表面形成厚度为70-100nm的膜层，即为自清洁膜层。
2.根据权利要求1所述的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，其特征在于：步骤1)中，混合物A与混合物B混合过程中，控制体系温度为0℃-5℃。
3.根据权利要求1所述的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述升温速率为4℃-6℃/min。
4.根据权利要求1所述的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述固液分离是指离心分离；所述离心分离的转速为6000-8000rpm。
5.根据权利要求1所述的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述水洗是指将所得沉淀物重复分散在水中后再离心分离，所述离心分离的转速为6000-8000rpm；重复次数至少为3次，以除去乙二醇。
6.根据权利要求1所述的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述无机磷酸盐粘结剂是由以下方法制备的：将Al(OH)3加入质量浓度为48％-52％的磷酸中，控制H3PO4与Al(OH)3的摩尔比为1:0.40-0.45，将体系在120℃-125℃条件下反应25-30min，冷却至室温，即得。
7.根据权利要求1所述的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述纳米ZnO水分散体是将纳米ZnO与六偏磷酸钠分散在水中制成的；所述六偏磷酸钠的用量为纳米ZnO质量的质量5.0％-6.0％。
8.根据权利要求1所述的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，其特征在于：步骤4)中，所述涂覆的方法为喷涂、旋涂、滚涂或刷涂。
9.根据权利要求8所述的太阳能光伏组件表面自清洁膜层的制备方法，其特征在于：所述喷涂是采用表面喷涂机对光伏玻璃进行镀膜处理，喷枪内芯直径为0.6-0.9mm，供气气压为0.5-0.7MPa，出气量为250-300L/min，喷枪口距离光伏玻璃表面的距离为14-18cm，喷涂速度为0.14-0.16m/s。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115466420A (zh) * 2022-09-30 2022-12-13 陕西科技大学 一种自清洁反光膜及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120041918A (ko) * 2010-10-22 2012-05-03 연세대학교 산학협력단 내구성을 향상시킨 자가 세척 특성의 코팅층을 포함하는 기재 및 그 제조방법
CN102702806A (zh) * 2012-06-05 2012-10-03 西北永新集团有限公司 自洁增效太阳能涂料的制备及应用
US20130305960A1 (en) * 2011-02-03 2013-11-21 Tioxide Europe Limited Process for forming a coating layer on a substrate and coating composition therefor
CN108054227A (zh) * 2017-12-07 2018-05-18 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 一种光伏组件及光伏组件防污涂层的制备方法
CN108325511A (zh) * 2018-01-03 2018-07-27 湖北大学 一种纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶的制备方法及应用
CN109748316A (zh) * 2018-12-28 2019-05-14 深圳市欧科力科技有限公司 一种光电转换薄膜的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120041918A (ko) * 2010-10-22 2012-05-03 연세대학교 산학협력단 내구성을 향상시킨 자가 세척 특성의 코팅층을 포함하는 기재 및 그 제조방법
US20130305960A1 (en) * 2011-02-03 2013-11-21 Tioxide Europe Limited Process for forming a coating layer on a substrate and coating composition therefor
CN102702806A (zh) * 2012-06-05 2012-10-03 西北永新集团有限公司 自洁增效太阳能涂料的制备及应用
CN108054227A (zh) * 2017-12-07 2018-05-18 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 一种光伏组件及光伏组件防污涂层的制备方法
CN108325511A (zh) * 2018-01-03 2018-07-27 湖北大学 一种纳米亚稳态/锐钛矿混晶氧化钛水溶胶的制备方法及应用
CN109748316A (zh) * 2018-12-28 2019-05-14 深圳市欧科力科技有限公司 一种光电转换薄膜的制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115466420A (zh) * 2022-09-30 2022-12-13 陕西科技大学 一种自清洁反光膜及其制备方法

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