CN110104989A - 用于提高太阳能电池板透射性的涂布液及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于提高太阳能电池板透射性的涂布液及其制备和应用，所述的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液，其特征在于，按质量百分比计算，其原料组成及含量如下：纳米TiO2溶胶0.1‑10质量份；纳米SiO2溶胶0.05‑10质量份；石墨烯量子点分散液0.05‑0.1质量份；助稳剂0.01‑0.1质量份；水50‑600质量份；所述的纳米TiO2、纳米SiO2、石墨烯量子点的颗粒大小均为1‑30nm；所述的助稳剂为PVP。通过在太阳能电池板表面涂覆耐环境性的增透涂层，可以提高太阳能电池的光电转化效率，使太阳能电池板寿命更长在不增加成本的前提下，大大提高了其工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于形成高透射率、耐环境性能纳米涂层的纳米溶胶及其制备方法和其在形成高透射率、耐环境性能纳米涂层中的应用，属于纳米功能材料与新型材料领域。
背景技术
太阳能电池是一种利用太阳光的能量进行发电的电磁种类，相对于普通电池和可循环充电电池来说是一种绿色环保产品。太阳能电池有很多种类，都能达到一定的光电转化效率，其中单晶硅太阳能电池中转化效率最高的可达到24％。但太阳能电池存在一个很普遍的问题，制作成本和工作性能难以兼顾，加上太阳能电池需要在室外环境下进行工作，雨水和空气中的二氧化硫、雾霾、大风等因素会大大降低太阳能电池板的工作效率、稳定性及使用寿命。
纳米TiO2作为新型环保材料具有优良的耐污性，能显著地去除环境中各种污染物，引起全世界广泛的关注。纳米二氧化钛薄膜表面具有超亲水特性,又使其表面具有了防雾、易洗、易干等功能。作为自清洁涂层广泛用于玻璃(CN 02150721.X，CN 102649623 A，CN101538125 B、CN 101602933 A)、陶瓷面砖(CN 100402161 C)、家用电器(CN 1216102 C)等领域。纳米二氧化钛是一种具有光催化活性的半导体材料，在薄膜中能起到增强紫外吸收的作用。同时，石墨烯量子点的加入可以起到在某一波段范围内大大增加光的透射强度的作用。
发明内容
本发明目的是提供一种用于提高太阳能电池板透射性的涂布液及其制备和应用。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于提高太阳能电池板透射性的涂布液，其特征在于，其原料及配比包括：
所述的纳米TiO2、纳米SiO2、石墨烯量子点的颗粒大小均为1-30nm；所述的助稳剂为PVP。
优选地，所述的原料还包含水或乙醇和水组成的混合溶液1-100质量份。
优选地，所述的乙醇和水组成的混合溶液中水和乙醇的体积比1:1-2。
优选地，所述的纳米TiO2溶胶中的固含量为0.1-10％。
优选地，所述的纳米SiO2溶胶中的固含量为0.05-10％。
本发明还提供了上述的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液的制备方法，其特征在于，包括：按配比将PVP加入水中，进行磁力搅拌并进行超声，得到PVP溶液；在纳米SiO2溶胶或纳米SiO2溶胶制成的分散液中加入纳米TiO2溶胶，然后加入石墨烯量子点分散液与PVP溶液，搅拌均匀，得到用于提高太阳能电池板透射性的涂布液；所述的纳米SiO2溶胶制成的分散液的制备方法包括：将纳米SiO2溶胶放入通风橱中0.5-1.5h，得到凝胶后再放入干燥箱中干燥3-5h，研磨，放入箱式炉中以650-750℃煅烧2.5-3.5h，得到二氧化硅粉末；将二氧化硅粉末以最少20000rpm的转速搅拌同时超声分散于水或乙醇和水组成的混合溶液中，得到分散液。
优选地，所述的纳米TiO2溶胶的制备方法包括：将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，配制成0.08-0.12M钛酸四丁酯无水乙醇溶液，在磁力搅拌条件下加入去离子水，以氨水调节pH值至8-10，溶液中形成胶体，再搅拌15-25min，陈化1-2天，制备出凝胶，粉碎凝胶，加入去离子水，得到纳米TiO2水溶液，即纳米TiO2溶胶。
优选地，所述的纳米SiO2溶胶的制备方法包括：将蒸馏水和无水乙醇按照体积比1：8-20混合，用0.01-0.1M盐酸溶液调节pH至5-6，得到醇溶液，将正硅酸四乙酯溶于无水乙醇中，在恒温磁力搅拌下滴入所述的醇溶液中，得纳米SiO2溶胶。
优选地，所述的石墨烯量子点分散液的制备方法包括：将间苯二胺与柠檬酸加入乙醇，通过水热法生成，水热温度为80-180℃，水热时间为8h，得到石墨烯量子点分散液；所述的间苯二胺、柠檬酸和乙醇的用量比为100mg：40-45mg：30-40ml。
本发明还提供了上述的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液的应用方法，其特征在于，包括：通过刮刷、喷涂或其它涂布方式将所述的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液直接涂覆到太阳能电池板的表面，自然风干或热风吹干，形成纳米涂层。
优选地，所述的纳米涂层的厚度为100-1000nm。
本发明的技术原理如下：
为了解决增透膜寿命和提高耐环境性能等技术问题，本发明提供了用于提高太阳能电池板透射性的涂布液，适用于在太阳能电池板上形成提高光的透射率、耐环境性能的纳米涂层。该纳米涂层采用TiO2和SiO2溶胶二元薄膜，提高涂层的亲水性和界面结合能力。
本发明的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液涂覆形成的涂层中，由于SiO2不仅可以提高TiO2薄膜的光催化活性和亲水性，主要是由于硅的添加增加了TiO2薄膜的表面酸度。并且SiO2可以增加光的透射率。在二元系统的氧化物中，SiO2改性的TiO2具有最高的表面酸性，表面酸性的提高不仅可以在表面形成更好的吸附位。同时薄膜表面的羟基含量增加，使水在复合薄膜表面的润湿角下降，亲水能力增强。此外，在SiO2-TiO2二元系统中，不同配位态间的钛、硅原子的相互作用和替代，可稳定Ti-O结构，抑制TiO2锐钛矿相向金红石相的转变以及晶粒的长大，晶粒的细化使其具有更大的比表面积，进而使吸附能力增强，亲水性进一步改善。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
由本发明所制备的提高透射率、耐环境性能的纳米涂层，可以现有的各种涂抹方法，包括刮刷、喷涂或涂布法等方法，在外界环境中可以有较好的自清洁性和良好的亲水性。通过在太阳能电池板表面涂覆耐环境性的增透涂层，可以提高太阳能电池的光电转化效率，使太阳能电池板寿命更长在不增加成本的前提下，大大提高了其工作效率。
本发明涉及的一种适用于太阳能电池板的能提高透射率、耐环境性能的纳米涂层及其涂覆工艺，通过在太阳能电池板上涂覆一种纳米涂层实现提高增透率、耐环境性能。其具有以下特点：(1)通过添加SiO2改善TiO2涂层的亲水性及光的透射率；(2)通过添加适量PVP，提高涂层的稳定性及涂层与集体的结合力；(3)涂覆液可稳定存储，不发生团聚现象；(4)涂覆工艺方法简单，操作方便，成本低廉、绿色环保，且易于批量生产。
本发明涂层具有增透可见光、红外光以及紫外光的透射能力并且大大提高自清洁、耐沾污等性能，使用时间大大延长。表现出良好的稳定性和耐沾污性。该发明使用的涂覆工艺技术简单，便于操作。
附图说明
图1为石墨烯量子点可见光与紫外光激发对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种用于提高太阳能电池板透射性的涂布液，其原料及配比包括：
乙醇和水按体积比1：1组成的混合溶液2质量份。
所述的纳米TiO2、纳米SiO2、石墨烯量子点的颗粒大小均为2-30nm；所述的助稳剂为PVP(聚乙烯吡咯烷酮，平均分子量1300000，K88-96,阿拉丁试剂(上海)限公司)。
所述的TiO2溶胶采用溶胶-凝胶法制备：
将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，配制成46ml的0.1M钛酸四丁酯无水乙醇溶液，在磁力搅拌条件下加入30ml去离子水，以浓度为1mol/L的氨水调节pH值至10，溶液中形成胶体，再搅拌20min，陈化1天，制备出凝胶，粉碎凝胶，加入20ml去离子水，得到颗粒大小为2-8nm的纳米TiO2溶胶，其固含量为0.1％。
所述的SiO2溶胶采用溶胶凝胶法制备：
将蒸馏水和无水乙醇按照体积比1：1混合，用0.1M盐酸溶液调节pH至6，得到醇溶液，将10ml硅酸四乙酯溶于20mL无水乙醇中，在60℃恒温磁力搅拌下慢慢滴入5mL所述的醇溶液中，得到颗粒大小为10-20nm的纳米SiO2溶胶，其固含量为0.1％。
所述的石墨烯量子点分散液的制备方法为：
将100mg的间苯二胺与42mg柠檬酸加入35ml的乙醇，通过水热法生成，水热温度为80℃，水热时间为8h，得到颗粒大小为5-10nm的石墨烯量子点(GQD)分散液，石墨烯量子点可见光与紫外光激发对比图如图1所示。图中，左边比色皿是石墨烯量子点经水稀释40倍过后在可见光下呈淡黄色(未稀释前制备得到的石墨烯量子点溶液呈褐绿色)，右边比色皿是石墨烯量子点被波长为365nm的紫外光激发产生亮绿色的萤光。
上述的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液的制备方法，具体步骤为：(1)将5g纳米SiO2溶胶放入通风橱中1h，得到凝胶后再放入干燥箱中干燥4h，研磨，放入箱式炉中以700℃煅烧3h，得到二氧化硅粉末。将所得的SiO2粉末以最少20000rpm的转速搅拌同时超声分散于100g乙醇和水按体积1：1组成的混合溶液中，得到分散液；
(2)将0.5g的PVP加入50ml的去离子水中进行磁力搅拌3h,并进行超声分散1h，得到分布均匀的PVP溶液。
(3)、按上述的原料组成配比，在步骤(1)中所得的分散液中加入5g纳米TiO2溶胶，然后加入2.5g绿色GQD分散液与步骤(2)得到的PVP溶液，搅拌均匀，得到清澈的混合溶液，即用于提高太阳能电池板透射性的涂布液。
将上述所得的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液采用涂布法的方式直接地涂覆在太阳能电池板的表面，涂覆完成后自然风干，形成的用于增强光的透射率、耐环境性能的纳米涂层厚度约300nm。
采用仪器台式透光率测试仪(型号：SDR851)，测定没有涂覆用于提高光的透射率、耐环境性能的纳米涂层的空白太阳能电池板和实例一所得的用于提高光的透射率、耐环境性能的纳米涂层的太阳能电池板的透光率，测试结果见表1。
表1.太阳能电池板透光率测试对比
| 检测项目 | 透光率(％) |
| 空白太阳能电池板 | 86 |
| 纳米涂层的太阳能电池板 | 90 |
从上表1中看出实施例1所得的用于提高光的透射率、耐环境性能的纳米涂层的太阳能电池板的透光率比空白太阳能电池板的透光率平均增加了4％，由此表明了实例一所制备的用于提高透射率、耐环境性能的纳米溶胶明显提高了可见光的透射率，所制备的用于提高透射率、耐环境性能的纳米涂层具有很好的增透性。
实施例2
一种用于提高太阳能电池板透射性的涂布液，其原料及配比包括：
所述的纳米TiO2、纳米SiO2、石墨烯量子点的颗粒大小均为2-30nm；所述的助稳剂为PVP(聚乙烯吡咯烷酮，平均分子量1300000，K88-96,阿拉丁试剂(上海)限公司)。
所述的TiO2溶胶采用溶胶-凝胶法制备：
将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，配制成20ml的0.1M钛酸四丁酯无水乙醇溶液，在磁力搅拌条件下加入20ml去离子水，以浓度为1mol/L的氨水调节pH值至10，溶液中形成胶体，再搅拌20min，陈化1天，制备出凝胶，粉碎凝胶，加入20ml去离子水，得到颗粒大小为2-8nm的纳米TiO2溶胶，其固含量为5％；
所述的SiO2溶胶采用溶胶凝胶法制备：
将蒸馏水和无水乙醇按照体积比1：1混合，用0.1M盐酸溶液调节pH至6，得到醇溶液，将10ml硅酸四乙酯溶于20mL无水乙醇中，在60℃恒温磁力搅拌下慢慢滴入5mL所述的醇溶液中，得到颗粒大小为10-20nm的纳米SiO2溶胶，其固含量为5％。
所述的石墨烯量子点的制备方法为：
将100mg的间苯二胺与42mg柠檬酸加入35ml的乙醇，通过水热法生成，水热温度为180℃，水热时间为8h，得到颗粒大小为5-10nm的石墨烯量子点(GQD)，石墨烯量子点经水稀释40倍过后在可见光下呈淡黄色(未稀释前制备得到的石墨烯量子点溶液呈褐绿色)，石墨烯量子点被波长为365nm的紫外光激发产生亮绿色的萤光。
上述的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液的制备方法，具体步骤为：
(1)、将2.5g所得的纳米SiO2溶胶放入通风橱中1h，得到凝胶后再放入干燥箱中干燥4h，研磨，放入箱式炉中以700℃煅烧3h，得到二氧化硅粉将所得的SiO2粉末以最少20000rpm的转速搅拌同时超声分散于250g去离子水中，得到分散液；
(2)、将0.05g的PVP加入50ml的去离子水中进行磁力搅拌3h,并进行超声分散1h，得到分布均匀的PVP溶液。
(3)、在步骤(1)所得的分散液中加入2.5g纳米TiO2溶胶，然后加入0.05g绿色GQD分散液与步骤(2)得到的PVP溶液，搅拌均匀，得到清澈的混合溶液，即用于提高太阳能电池板透射性的涂布液。
将上述所得的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液采用涂布法的方式直接地涂覆在太阳能电池板的表面，涂覆完成后自然风干，形成的用于增强光的透射率、耐环境性能的纳米涂层厚度约900nm。
采用仪器台式透光率测试仪(型号：SDR851)，测定没有涂覆用于提高光的透射率、耐环境性能的纳米涂层的空白太阳能电池板和实例一所得的用于提高光的透射率、耐环境性能的纳米涂层的太阳能电池板的透光率以及耐环境性能，测试结果见表2。
表2.太阳能电池板透光率测试对比
| 检测项目 | 透光率(％) |
| 空白太阳能电池板 | 86 |
| 纳米涂层的太阳能电池板 | 92 |
从上表1中看出实例一所得的用于提高光的透射率、耐环境性能的纳米涂层的太阳能电池板的透光率比空白太阳能电池板的透光率平均增加了4％，由此表明了实例一所制备的用于提高透射率、耐环境性能的纳米溶胶明显提高了可见光的透射率，所制备的用于提高透射率、耐环境性能的纳米涂层具有很好的增透性。
实施例3
一种用于提高太阳能电池板透射性的涂布液，其原料及配比包括：
所述的纳米TiO2、纳米SiO2、石墨烯量子点的颗粒大小均为2-30nm；所述的助稳剂为PVP(聚乙烯吡咯烷酮，平均分子量1300000，K88-96,阿拉丁试剂(上海)限公司)。
所述的TiO2溶胶采用溶胶-凝胶法制备：
将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，配制成20ml的0.1M钛酸四丁酯无水乙醇溶液，在磁力搅拌条件下加入20ml去离子水，以浓度为1mol/L的氨水调节pH值至10，溶液中形成胶体，再搅拌20min，陈化1天，制备出凝胶，粉碎凝胶，加入20ml去离子水，得到颗粒大小为2-8nm的纳米TiO2溶胶，其固含量为10％；
所述的SiO2溶胶采用溶胶凝胶法制备：
将蒸馏水和无水乙醇按照体积比1：1混合，用0.1M盐酸溶液调节pH至6，得到醇溶液，将10ml硅酸四乙酯溶于20mL无水乙醇中，在60℃恒温磁力搅拌下慢慢滴入10mL所述的醇溶液中，得到颗粒大小为10-20nm的纳米SiO2溶胶，其固含量为10％。
所述的石墨烯量子点分散液的制备方法为：
将100mg的间苯二胺与42mg柠檬酸加入35ml的乙醇，通过水热法生成，水热温度为180℃，水热时间为8h，得到颗粒大小为5-10nm的石墨烯量子点(GQD)分散液，石墨烯量子点经水稀释40倍过后在可见光下呈淡黄色(未稀释前制备得到的石墨烯量子点溶液呈褐绿色)，石墨烯量子点被波长为365nm的紫外光激发产生亮绿色的萤光。
上述的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液的制备方法，具体步骤为：将0.1g的PVP加入100ml的去离子水中进行磁力搅拌3h,并进行超声分散1h，得到分布均匀的PVP溶液。按上述的原料组成配比，在10g所得的纳米SiO2溶胶中加入10g纳米TiO2溶胶，然后加入0.1gGQD分散液与PVP溶液，搅拌均匀，得到清澈的混合溶液，即用于提高太阳能电池板透射性的涂布液。
将上述所得的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液采用涂布法的方式直接地涂覆在太阳能电池板的表面，涂覆完成后自然风干，形成的用于提高透射率、耐环境性能的纳米涂层厚度约900nm。
采用仪器台式透光率测试仪(型号：SDR851)，测定没有涂覆用于提高光的透射率、耐环境性能的纳米涂层的空白太阳能电池板和实例一所得的用于提高光的透射率、耐环境性能的纳米涂层的太阳能电池板的透光率，测试结果见表3。
表3.太阳能电池板透光率测试对比
| 检测项目 | 透光率(％) |
| 空白太阳能电池板 | 86 |
| 纳米涂层的太阳能电池板 | 94 |
从上表1中看出实施例1所得的用于提高光的透射率、耐环境性能的纳米涂层的太阳能电池板的透光率比空白太阳能电池板的透光率平均增加了8％，由此表明了实施例1所制备的用于提高透射率、耐环境性能的纳米溶胶极大地提高了可见光的透射率，所制备的用于提高透射率、耐环境性能的纳米涂层具有很好的增透性。
综上所述，本发明的一种用于提高透射率、耐环境性能纳米涂层的纳米溶胶，体现出很强的稳定性，大大增加了涂层与基板之间的结合力，提高了涂层的使用寿命。同时表现出良好的亲水性，具有较好的自清洁性能和耐环境性能。其又能提高光的增透效果，提高太阳能电池板的工作效率，极大地节约了成本。
上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于提高太阳能电池板透射性的涂布液，其特征在于，其原料及配比包括：
所述的纳米TiO2、纳米SiO2、石墨烯量子点的颗粒大小均为1-30nm；所述的助稳剂为PVP。
2.如权利要求1所述的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液，其特征在于，所述的原料还包含水或乙醇和水组成的混合溶液1-100质量份。
3.如权利要求1所述的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液，其特征在于，所述的乙醇和水组成的混合溶液中水和乙醇的体积比1:1-2。
4.如权利要求1所述的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液，其特征在于，所述的纳米TiO2溶胶中的固含量为0.1-10％。
5.如权利要求1所述的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液，其特征在于，所述的纳米SiO2溶胶中的固含量为0.05-10％。
6.权利要求1-5中任一项所述的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液的制备方法，其特征在于，包括：按配比将PVP加入水中，进行磁力搅拌并进行超声，得到PVP溶液；在纳米SiO2溶胶或纳米SiO2溶胶制成的分散液中加入纳米TiO2溶胶，然后加入石墨烯量子点分散液与PVP溶液，搅拌均匀，得到用于提高太阳能电池板透射性的涂布液；所述的纳米SiO2溶胶制成的分散液的制备方法包括：将纳米SiO2溶胶放入通风橱中0.5-1.5h，得到凝胶后再放入干燥箱中干燥3-5h，研磨，放入箱式炉中以650-750℃煅烧2.5-3.5h，得到二氧化硅粉末；将二氧化硅粉末以最少20000rpm的转速搅拌同时超声分散于水或乙醇和水组成的混合溶液中，得到分散液。
7.如权利要求6所述的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液的制备方法，其特征在于，所述的纳米TiO2溶胶的制备方法包括：将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，配制成0.08-0.12M钛酸四丁酯无水乙醇溶液，在磁力搅拌条件下加入去离子水，以氨水调节pH值至8-10，溶液中形成胶体，再搅拌15-25min，陈化1-2天，制备出凝胶，粉碎凝胶，加入去离子水，得到纳米TiO2水溶液，即纳米TiO2溶胶。
8.如权利要求6所述的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液的制备方法，其特征在于，所述的纳米SiO2溶胶的制备方法包括：将蒸馏水和无水乙醇按照体积比1：8-20混合，用0.01-0.1M盐酸溶液调节pH至5-6，得到醇溶液，将正硅酸四乙酯溶于无水乙醇中，在恒温磁力搅拌下滴入所述的醇溶液中，得纳米SiO2溶胶。
9.如权利要求6所述的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液的制备方法，其特征在于，所述的石墨烯量子点分散液的制备方法包括：将间苯二胺与柠檬酸加入乙醇，通过水热法生成，水热温度为80-180℃，水热时间为8h，得到石墨烯量子点分散液；所述的间苯二胺、柠檬酸和乙醇的用量比为100mg：40-45mg：30-40ml。
10.权利要求1-5中任一项所述的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液的应用方法，其特征在于，包括：通过刮刷、喷涂或其它涂布方式将所述的用于提高太阳能电池板透射性的涂布液直接涂覆到太阳能电池板的表面，自然风干或热风吹干，形成纳米涂层。
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