CN110950546A - 一种太阳能电池玻璃板高反射涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能材料技术领域。一种太阳能电池玻璃板高反射涂层,包括依次附着于玻璃板基体上的底层高反射层、多孔陶瓷隔热层和上层高反射光亮层;上层高反射光亮层包括:有机锆化合物、纳米钛酸盐纤维粉末、纳米硅氧氮陶瓷纤维粉末、无铅玻璃粉、有机溶剂、有机粘接剂、分散剂;多孔陶瓷隔热层包括:有机锆化合物、有机钛酸盐化合物、纳米二氧化钛粉末、纳米二氧化硅粉末、造孔剂、有机溶剂、有机粘接剂、分散剂;底层高反射层包括:纳米二氧化锆、多孔球形二氧化钛粉末、纳米二氧化硅粉末、纳米氮化硼粉末、氧化锂、氧化钠、三氧化二铝、五氧化二铌、二氧化锗、无铅玻璃粉、有机溶剂、有机粘接剂、分散剂。
Description
技术领域
本发明属于太阳能材料技术领域,涉及一种阳能电池玻璃板高反射涂层及其制备方法。
背景技术
随着能源的日趋短缺及环境的恶化,人类面临的环境、能源问题极为严峻。目前在各种新能源的开发利用中,太阳能利用是一个最具前途的领域。太阳能电池是一种具有光电转换特性的半导体器件,其作用是将太阳能转化为电能,送往蓄电池中存储起来或推动负载工作。传统晶体硅太阳能电池组件的背板有一定的透水率,透过背板的水汽会使EVA树脂很快分解析出醋酸,从而导致组件内部发生电化学腐蚀,进而增加了出现PID衰减和蜗牛纹发生的概率。
为解决这一问题,近年来研究开发了双玻光伏电池组件,即由两片玻璃(前板玻璃、背板玻璃)、透明封装薄膜和太阳能电池片组成复合层,电池片之间由导线串、并联后汇集到引线端形成的光伏电池组件,其发展应用迅速,特别适用于气候环境比较苛刻的应用场合,尤其是海边、水边和较高湿度地区的光伏电站。
为有效提升组件效率,可在玻璃上涂覆白色高反射涂层,使得透过玻璃的太阳可见光、红外线、紫外线进行高反射后反射到电池片上,成为了一种有效提升组件效率的解决方案。同时高反射涂层在太阳光照射下产生温度调节效果,阻止太阳的热量在物体表面进行累积升温,同时又能自动进行热量辐射进行散热降温,从而把物体表面的热量辐射出去,达到降低物体温度的目的。因此,高反射涂层的使用性能对于促进双玻光伏电池组件产业的技术进步与发展具有极大的影响。
但目前现有的涂覆玻璃表面上的反射涂层多为单层结构,存在着反射率不佳、隔热效果差、附着力差、容易脱落、铅笔划痕硬度低等技术缺陷,并且存在着稳定性差的问题,不能很好地满足双玻光伏电池组件产业的技术发展需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种阳能电池玻璃板高反射涂层,该涂层具有良好的隔热效果、耐候性能以及耐磨性能,反射率高,附着力强,在恶劣环境当中稳定性优异,可有效满足双玻光伏电池组件在实际生产和应用中的需求,有利于促进反射涂层产业和双玻光伏电池组件产业的技术进步和发展。
本发明的技术方案如下:
一种太阳能电池玻璃板高反射涂层,包括依次附着于玻璃板基体上的底层高反射层、多孔陶瓷隔热层和上层高反射光亮层;
所述上层高反射光亮层厚度为3-20um,由以下按重量百分比计算的组分制成:有机锆化合物2-5%、纳米钛酸盐纤维粉末40-60%、纳米硅氧氮(Si-O-N)陶瓷纤维粉末8-15%、无铅玻璃粉10-16%、有机溶剂13-20%、有机粘接剂5-10%、分散剂0.1-0.5%;
所述多孔陶瓷隔热层厚度为20-60um,由以下按重量百分比计算的组分制成:有机锆化合物5-20%、有机钛酸盐化合物3-12%、纳米二氧化钛粉末40-65%、纳米二氧化硅粉末3-12%、造孔剂3-6%、有机溶剂13-20%、有机粘接剂5-10%、分散剂0.1-0.5%;
所述底层高反射层厚度为3-10um,由以下按重量百分比计算的组分制成:纳米二氧化锆2-5%、多孔球形二氧化钛粉末40-60%、纳米二氧化硅粉末8-15%、纳米氮化硼粉末3-6%、氧化锂1.5-3.5%、氧化钠2.5-4.0%、三氧化二铝1-3%、五氧化二铌0.1-0.5%、二氧化锗0.2-0.8%、无铅玻璃粉8-15%、有机溶剂13-20%、有机粘接剂5-10%、分散剂0.1-0.5%。
进一步的,所述有机锆化合物为异辛酸锆、2-乙基己酸锆、二氯二茂锆、六氟-乙酰丙酮锆、环戊二烯基三氯化锆、四(二甲氨基)锆中的至少一种。
进一步的,所述纳米钛酸盐纤维为K2TiO3、Na2TiO3、BaTiO3、CaTiO3、MgTiO3、ZnTiO3、FeTiO3中的至少一种,其粒径为10-50nm,长度为2-5um。
进一步的,所述有机溶剂为无水乙醇、DBE、碳酸甲酯、乙酸乙酯、NMP中的至少一种。
进一步的,所述有机粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、乙基纤维素、甲基纤维素、聚乙烯醇、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂中的至少一种。
进一步的,所述有机钛酸盐化合物为三乙醇胺酸钛(IV)、二氨四氯钛酸盐或四十八烷基正钛酸盐。
进一步的,所述分散剂为BYK-220S、BYK-154、BYK-152n、迪高TEGO750W、迪高TEGO757W、迪高TEGO676剂、迪高tegoDispers688、迪高tego670、迪高Tego650、迪高Tego651润湿分散剂、迪高TegoDispers1010中的至少一种。
进一步的,所述造孔剂为PS球形粉末、PMMA球形粉末、纳米炭黑粉末、碳纳米管粉末、偶氮二酰胺发泡剂中的至少一种。
进一步的,所述上层高反射光亮层中,纳米硅氧氮陶瓷纤维粉末粒径为10-50nm,长度为2-5um;无铅玻璃粉为佛山优合化工的产品,型号为BLC701,2000-3000目。
进一步的,所述多孔陶瓷隔热层中,纳米二氧化钛粉末为球形或近球形粉末,其粒径为20-50nm;纳米二氧化硅粉末为球形或近球形粉末,其粒径为20-100nm。
进一步的,所述底层高反射层中,纳米二氧化锆为球形、近球形或近立方形粉末,其粒径为30-50nm;多孔球形二氧化钛粉末颗粒具有核壳结构,其粒径为200-1200nm,比表面积为200-500m2/g;纳米二氧化硅粉末为球形或近球形粉末,其粒径为20-100nm;纳米氮化硼粉末为片状或圆饼状粉末,其粒径为40-60nm;无铅玻璃粉为深圳中澳科创新材料公司的产品,型号为BXG-3,其玻璃软化温度约480℃。
A.上层高反射光亮层
可将非太阳能电池片正面的太阳可见光、红外线、紫外线进行高反射后辐射到空气中,减少无用的光对太阳能电池的不利影响。
a.有机锆化合物
可在高温下快速分解为气体成分和高活性的纳米级锆氧化合物颗粒,在高温烧结过程中,纳米级锆氧化合物颗粒表面的-Zr-O-和纳米硅氧氮(Si-O-N)陶瓷纤维粉末表面的-Si-O-N-基团、纳米钛酸盐纤维粉末表面的-Ti-O-基团进一步凝聚,在界面上生成Si-O-Zr、Ti-O-Si、Ti-O-Zr、Ti-N-Si、Zr-N-Si、Zr-N-Ti等化学键。纳米硅氧氮(Si-O-N)陶瓷纤维粉末、纳米钛酸盐纤维粉末和新生态的高活性纳米级锆氧化合物颗粒形成具有三维网状结构的无机膜,该三维网状结构多层次叠加形成致密的涂层能有效阻止光线射入并形成全膜层的反射,以提高涂层的反射率,同时使其具有高强度、高耐磨性、高耐腐蚀性、高耐紫外线老化等性能。
b.无铅玻璃粉
可在高温下形成熔融状态的玻璃液体,充分填补涂层中的孔隙,其与纳米硅氧氮陶瓷纤维粉末、纳米钛酸盐纤维粉末和锆氧化合物颗粒的粘结强度高,同时可与多孔陶瓷隔热层的物质进行紧密粘接。
B. 多孔陶瓷隔热层
在太阳光照射下有效阻止太阳热量在物体表面累积升温,自动进行热量辐射散热降温,产生温度调节效果,达到降低物体温度的目的,同时进一步提高反射涂层的反射效率。
c.造孔剂
可在高温下分解成为CO2、CO、CH4等气体,造孔剂在产生气体和气体排出过程中膨胀,产生大量的孔隙,通过造孔剂类型、用量的选择和各组分搭配,形成的孔隙大小错落有致,并且孔隙之间相互联通。纳米二氧化钛粉末、纳米二氧化硅粉末和新生态的高活性的纳米级锆氧化合物颗粒,在造孔剂的作用下形成具有蜂窝形状的三维网状孔隙结构。该蜂窝形状的三维网状孔隙结构具有极低的热传导性能,自动进行热量辐射散热降温,在太阳光照射下有效阻止太阳的热量在物体表面进行累积升温,产生温度调节效果,达到降低物体温度的目的,同时进一步提高反射涂层的反射效率。
C. 底层高反射层
使得透过玻璃的太阳可见光、红外线、紫外线进行高反射后反射到电池片上,有效提升组件光电效率。
d.多孔球形二氧化钛粉末
具有核壳结构的多孔球形二氧化钛粉末作为反光介质,增大散射光强度,同时对反射材料颗粒度及形状的调整优化,增强底层高反射层对太阳可见光、红外线、紫外线进行高反射后反射到电池片上的反射能力,有效提升组件光电效率,从而提高太阳能电池组件的发电效率。
e.无铅玻璃粉
无铅玻璃粉的玻璃软化温度约480℃,无铅玻璃粉、氧化锂、氧化钠、三氧化二铝、五氧化二铌、二氧化锗、氮化硼与玻璃板基体的化学成分相近,在高温下与玻璃板基体的高强度结合,其热膨胀系数与基体接近,加强了底层高反射层与多孔陶瓷热层粘接的紧密性和涂层的抗冷热冲击性能。
一种所述的太阳能电池玻璃板高反射涂层的制备方法,包括以下步骤:
S1.浆料制备:将底层高反射层、多孔陶瓷隔热层和上层高反射光亮层中各组分分别加入聚四氟乙烯杯中,搅拌均匀后移至非接触式行星搅拌真空脱泡一体机中,在真空度为-0.095MPa,公转转速为60-200r/min,公转与自转速度之比为1:1-5的条件下,低速分散搅拌10-30min,在公转转速为200-2000r/min,公转与自转速度之比为1-3:1的条件下,高速分散搅拌至混合均匀,真空脱泡后制得底层高反射层浆料、多孔陶瓷隔热层浆料和上层高反射光亮层浆料;
S2.涂层涂布:采用丝网印刷、喷涂、涂片或溅射工艺,将底层高反射层浆料、多孔陶瓷隔热层浆料和上层高反射光亮层浆料依次附着于玻璃板基体上,制得生坯材料;
S3.涂层干燥:将生坯材料在100~300℃的温度条件下进行干燥排胶,脱除各层浆料中的有机溶剂、有机粘结剂和分散剂;
S4.高温烧结:将干燥排胶后的生坯材料移至玻璃钢化一体炉中进行高温烧结,烧结温度为650-730℃,烧结时间为40-150s,即得阳能电池玻璃板高反射涂层。
本发明具有如下有益效果:
本发明太阳能电池玻璃板高反射涂层为三层结构,包括上层高反射光亮层、多孔陶瓷隔热层、底层高反射层,上层高反射光亮层可将无用的太阳光进行反射到空气当中;多孔陶瓷隔热层具有极低的热传导性能,自动进行热量辐射散热降温,在太阳光照射下有效阻止太阳的热量在太阳能电池表面进行累积升温,产生温度调节效果,达到降低物体温度的目的,保护太阳能电池内部元器件,同时进一步提高反射涂层的反射效率;底层高反射层对透过玻璃的太阳可见光、红外线、紫外线进行高反射后反射到电池片上,有效提升组件光电效率,并且底层高反射层热膨胀系数与基体接近,可与玻璃板基体高强度结合,同时提高了底层高反射层与多孔陶瓷热层粘接的紧密性。本发明三层结构的设置,有效解决了单层结构涂层反射率不佳,隔热效果、附着力和稳定性差,涂层硬度低的问题。
本发明太阳能电池玻璃板高反射涂层的制备方法,各层浆料中的有机溶剂、有机粘接剂、分散剂在涂层干燥和高温烧结过程中挥发、分解,不残留在涂层当中,各层之间可通过化学键紧密贴合。
附图说明
图1为本发明太阳能电池玻璃板高反射涂层截面的结构示意图;
图2为本发明实施例1-3中多孔球形二氧化钛粉末的结构示意图;
图3为本发明对比例1-3中二氧化钛粉末的结构示意图;
1.玻璃板基材,2.底层高反射层,3.多孔陶瓷隔热层,4.上层高反射光亮层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明,实施例仅是本发明的优选实施方式,不是对本发明的限定。
如图1所示,本发明太阳能电池玻璃板高反射涂层,包括依次附着于玻璃板基体1上的底层高反射层2、多孔陶瓷隔热层3和上层高反射光亮层4。
实施例
下表为本发明太阳能电池玻璃板高反射涂层实施例1-3的配方表(单位:%)。
一种所述的太阳能电池玻璃板高反射涂层的制备方法,包括以下步骤:
S1.浆料制备:将底层高反射层2、多孔陶瓷隔热层3和上层高反射光亮层4中各组分分别加入聚四氟乙烯杯中,搅拌均匀后移至非接触式行星搅拌真空脱泡一体机中,在真空度为-0.095MPa,公转转速为60-200r/min,公转与自转速度之比为1:1-5的条件下,低速分散搅拌10-30min,在公转转速为200-2000r/min,公转与自转速度之比为1-3:1的条件下,高速分散搅拌至混合均匀,真空脱泡后制得底层高反射层浆料、多孔陶瓷隔热层浆料和上层高反射光亮层浆料;
S2.涂层涂布:采用丝网印刷、喷涂、涂片或溅射工艺,将底层高反射层浆料、多孔陶瓷隔热层浆料和上层高反射光亮层浆料依次附着于玻璃板基体1上,制得生坯材料;
S3.涂层干燥:将生坯材料在100~300℃的温度条件下进行干燥排胶,脱除各层浆料中的有机溶剂、有机粘结剂和分散剂;
S4.高温烧结:将干燥排胶后的生坯材料移至玻璃钢化一体炉中进行高温烧结,烧结温度为650-730℃,烧结时间为40-150s,即得阳能电池玻璃板高反射涂层。
对比例
下表为本发明太阳能电池玻璃板高反射涂层对比例1-3的配方表(单位:%),制备方法为本领域常规的混合、涂布以及高温固化。
测试本发明太阳能电池玻璃板高反射涂层实施例1-3和对比例1-3的各项性能,测试结果见下表。
可见,本发明涂层具有较高的太阳光反射率、硬度和附着力,耐中性盐雾性能和耐辐照性能良好。
实施例1-3选用的多孔球形二氧化钛粉末的结构示意图如图2所示,对比例1-3选用二氧化钛粉末的结构示意图如图3所示,可见,采用具有核壳结构的多孔性球形二氧化钛粉末作为反光介质,可增大散射光强度,增强涂层对太阳可见光、红外线、紫外线的反射能力,有效提升组件光电效率,从而提高太阳能电池组件的发电效率。
本发明涂层具有良好的隔热效果、耐候性能以及耐磨性能,反射率高,附着力强,在恶劣环境当中稳定性优异,可有效满足双玻光伏电池组件在实际生产和应用中的需求,有利于促进反射涂层产业和双玻光伏电池组件产业的技术进步和发展。
Claims (10)
1.一种太阳能电池玻璃板高反射涂层,其特征在于,包括依次附着于玻璃板基体上的底层高反射层、多孔陶瓷隔热层和上层高反射光亮层;
所述上层高反射光亮层厚度为3-20um,由以下按重量百分比计算的组分制成:有机锆化合物2-5%、纳米钛酸盐纤维粉末40-60%、纳米硅氧氮(Si-O-N)陶瓷纤维粉末8-15%、无铅玻璃粉10-16%、有机溶剂13-20%、有机粘接剂5-10%、分散剂0.1-0.5%;
所述多孔陶瓷隔热层厚度为20-60um,由以下按重量百分比计算的组分制成:有机锆化合物5-20%、有机钛酸盐化合物3-12%、纳米二氧化钛粉末40-65%、纳米二氧化硅粉末3-12%、造孔剂3-6%、有机溶剂13-20%、有机粘接剂5-10%、分散剂0.1-0.5%;
所述底层高反射层厚度为3-10um,由以下按重量百分比计算的组分制成:纳米二氧化锆2-5%、多孔球形二氧化钛粉末40-60%、纳米二氧化硅粉末8-15%、纳米氮化硼粉末3-6%、氧化锂1.5-3.5%、氧化钠2.5-4.0%、三氧化二铝1-3%、五氧化二铌0.1-0.5%、二氧化锗0.2-0.8%、无铅玻璃粉8-15%、有机溶剂13-20%、有机粘接剂5-10%、分散剂0.1-0.5%。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池玻璃板高反射涂层,其特征在于,所述有机锆化合物为异辛酸锆、2-乙基己酸锆、二氯二茂锆、六氟-乙酰丙酮锆、环戊二烯基三氯化锆、四(二甲氨基)锆中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池玻璃板高反射涂层,其特征在于,所述纳米钛酸盐纤维为K2TiO3、Na2TiO3、BaTiO3、CaTiO3、MgTiO3、ZnTiO3、FeTiO3中的至少一种,其粒径为10-50nm,长度为2-5um。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池玻璃板高反射涂层,其特征在于,所述有机溶剂为无水乙醇、DBE、碳酸甲酯、乙酸乙酯、NMP中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池玻璃板高反射涂层,其特征在于,所述有机粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛、乙基纤维素、甲基纤维素、聚乙烯醇、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池玻璃板高反射涂层,其特征在于,所述有机钛酸盐化合物为三乙醇胺酸钛(IV)、二氨四氯钛酸盐或四十八烷基正钛酸盐。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池玻璃板高反射涂层,其特征在于,所述造孔剂为PS球形粉末、PMMA球形粉末、纳米炭黑粉末、碳纳米管粉末、偶氮二酰胺发泡剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池玻璃板高反射涂层,其特征在于,所述多孔陶瓷隔热层中,纳米二氧化钛粉末为球形或近球形粉末,其粒径为20-50nm;纳米二氧化硅粉末为球形或近球形粉末,其粒径为20-100nm。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池玻璃板高反射涂层,其特征在于,所述底层高反射层中,纳米二氧化锆为球形、近球形或近立方形粉末,其粒径为30-50nm;多孔球形二氧化钛粉末颗粒具有核壳结构,其粒径为200-1200nm,比表面积为200-500m2/g;纳米二氧化硅粉末为球形或近球形粉末,其粒径为20-100nm;纳米氮化硼粉末为片状或圆饼状粉末,其粒径为40-60nm。
10.一种权利要求1-9任一项所述的太阳能电池玻璃板高反射涂层的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.浆料制备:将底层高反射层、多孔陶瓷隔热层和上层高反射光亮层中各组分分别加入聚四氟乙烯杯中,搅拌均匀后移至非接触式行星搅拌真空脱泡一体机中,在真空度为-0.095MPa,公转转速为60-200r/min,公转与自转速度之比为1:1-5的条件下,低速分散搅拌10-30min,在公转转速为200-2000r/min,公转与自转速度之比为1-3:1的条件下,高速分散搅拌至混合均匀,真空脱泡后制得底层高反射层浆料、多孔陶瓷隔热层浆料和上层高反射光亮层浆料;
S2.涂层涂布:采用丝网印刷、喷涂、涂片或溅射工艺,将底层高反射层浆料、多孔陶瓷隔热层浆料和上层高反射光亮层浆料依次附着于玻璃板基体上,制得生坯材料;
S3.涂层干燥:将生坯材料在100~300℃的温度条件下进行干燥排胶,脱除各层浆料中的有机溶剂、有机粘结剂和分散剂;
S4.高温烧结:将干燥排胶后的生坯材料移至玻璃钢化一体炉中进行高温烧结,烧结温度为650-730℃,烧结时间为40-150s,即得阳能电池玻璃板高反射涂层。
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