CN111620568B - 玻璃制备方法以及光伏玻璃板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制备空心微珠掺杂的玻璃的方法，所述方法包括以下步骤：S1：将第一玻璃粉、分散剂、发泡剂混合成均匀的浆料，浆料经离心、雾化后在烘箱中干燥，得到微珠坯体；S2：将所述微珠坯体烧结，得到空心玻璃微珠；S3：将第二玻璃粉与所述空心玻璃微珠混合均匀后进行熔融、淬火、退火，得到掺有空心微珠的玻璃；其中，所述熔融的温度低于空心玻璃微珠的熔融温度。在S1中加入长余辉材料的情况下，得到的掺有长余辉空心微珠的玻璃。这种玻璃能够吸收紫外光起到发光中心的作用，且在夜间也能持续发光，当其应用到光伏组件中时，可以使光伏组件在夜间也处于工作状态。

Description

玻璃制备方法以及光伏玻璃板
技术领域
本发明涉及玻璃技术领域，尤其涉及一种紫外光激发的长余辉空心微珠掺杂的玻璃及其制备方法以及包括该玻璃的光伏玻璃板。
背景技术
针对全球性日益凸显的资源问题与环境问题，各个国家都开始重视可持续发展。太阳的辐射功率约为3.8×1020MW，地面上所接收到的太阳能约为1.8×1018KWh，而太阳的预测寿命约为40亿年，因此，太阳能几乎是无限的。
太阳能电池是直接将太阳能转化为电能的一种光伏系统。而受限于太阳能资源，太阳能电池仅在白天正常工作，而在夜晚，由于缺乏光照资源，太阳能电池难以继续工作，使得太阳能电池的应用场景受到了极大的限制。
因此，本领域迫切需要一种技术方案，使得太阳能电池在夜晚也能处于工作状态。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种紫外光激发的长余辉空心微珠掺杂的玻璃及其制备方法。长余辉空心微珠能够吸收紫外光起到发光中心的作用，且在夜间也能持续发光，使得光伏组件在夜间也处于工作状态。
本发明的一方面提供一种制备空心微珠掺杂的玻璃的方法，所述方法包括以下步骤：
S1：将第一玻璃粉、分散剂、发泡剂混合成均匀的浆料，浆料经离心、雾化后在烘箱中干燥，得到玻璃微珠坯体；
S2：将所述玻璃微珠坯体烧结，得到空心玻璃微珠；
S3：将所述空心玻璃微珠与第二玻璃粉与混合均匀后进行熔融处理，所述熔融处理的温度低于空心玻璃微珠的熔融温度；熔融处理后进行淬火、退火处理，得到掺有空心玻璃微珠的玻璃。
可选地，本发明所述的方法还包括在步骤S1中加入长余辉材料。
可选地，所述长余辉材料选自包括Eu、Dy、Tb中的至少一种元素的化合物。
优选地，所述长余辉材料选自Eu2O3、Dy2O3、Tb2O3中的至少一种。
可选地，在步骤S1中，所述第一玻璃粉与所述长余辉材料的质量比为450:1-10。
可选地，在步骤S1中，所述发泡剂选自炭黑或偶氮化合物，且以第一玻璃粉的质量计，所述发泡剂的添加比例为5-20％。
可选地，在步骤S2中，在200-600℃的温度范围内将微珠坯体进行烧结。
可选地，在步骤S3中，所述第二玻璃粉为光伏玻璃粉，所述光伏玻璃粉优选具有1000-1500℃的熔融温度。
可选地，在步骤S1中，所述分散剂选自水、甲醇、乙醇、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮的一种或多种，且以第一玻璃粉的质量计，第一玻璃粉与分散剂的比例为1:1-5。
本发明还提供一种掺有长余辉空心微珠的光伏玻璃板，所述掺有长余辉空心微珠的玻璃板通过本发明所述的方法制备得到，光伏玻璃板包括分散在玻璃板内的长余辉空心微珠。
本发明利用长余辉材料对光伏组件的玻璃进行改性，在保证光伏组件在可见光区有效的光学吸收的同时，利用分散在玻璃中的长余辉空心微珠吸收紫外光，并起到发光中心的作用，持续释放可见光，使光伏组件在夜晚也能持续工作。
本发明公开的制备方法简单可控，制备得到的空心微珠掺杂玻璃在保证优异的可见光透过率的同时，空心结构的引入还能够有效降低玻璃的导热系数，降低组件受外界高温环境的影响。
本发明将长余辉发光材料与太阳能电池结合，利用长余辉发光材料白天受光激发，夜晚持续发光的特性，能够有效解决太阳能电池夜晚难以工作的问题。
附图说明
图1是本申请实施例所提供的空心微珠掺杂的玻璃的方法的流程图；
图2是本申请本实施例提供的长余辉空心微珠掺杂玻璃的结构示意图；
图3是紫外光进入长余辉空心微珠后的传播路径示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例来说明本发明的技术方案。
如图1所示，图1示出本发明制备空心微珠掺杂的玻璃的方法的示意图。该方法包括以下步骤：
S1：将第一玻璃粉、分散剂、发泡剂混合成均匀的浆料，浆料经离心、雾化后在烘箱中干燥，得到玻璃微珠坯体；
在步骤S1中，第一玻璃粉用作玻璃基体的原料，其需要具有耐高温的特性。通常，第一玻璃粉需要具有1600℃以上的熔融温度。第一玻璃粉是商业化产品，可在市场上购得。
在步骤S1中，对分散剂没有特别的要求，只需能将第一玻璃粉均匀分散即可。作为示例，分散剂可以选自水、乙醇、甲醇、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮。从成本与环保的角度，分散剂为水时最佳。为了使第一玻璃粉能够分散均匀且易于搅拌和混合，以第一玻璃粉的质量计，第一玻璃粉与分散剂的比例为1:1-5。第一玻璃粉与分散剂的比例可以根据不同的材料和搅拌条件进行选择。
发泡剂能够使玻璃微珠烧结后，在玻璃微珠内形成气腔，从而形成空心玻璃微珠。气腔是烧结过程中形成的，因此，发泡剂应该是在烧结下产生气体的物质。发泡剂可以选自炭黑或偶氮化合物，优选炭黑。因为炭黑在有氧的条件下烧结后，会在玻璃熔体里产生二氧化碳气体，形成空心玻璃微珠的气受腔。相对于偶氮化合物在烧结过程中产生二氧化碳或二氧化氮的方案，采用炭黑作为发泡剂的安全性更高。优先地，以第一玻璃粉的质量计，所述发泡剂的添加比例为5-20％。
将第一玻璃粉、分散剂、发泡剂混合成均匀的浆料后，将浆料经离心、雾化，得到玻璃微珠坯体。离心和雾化均为本领域常用工艺，在此不再详细描述。
可选地，在步骤S1的一个实施例中，还可以加入长余辉材料，且所述长余辉材料在紫外光的激发下释放长余辉。长余辉发光材料是一种受激发后能产生长达几十个小时可见光的磷光材料。目前，长余辉材料的发光时间已经能达到24h以上，例如Eu掺杂Al2O3。鉴于其独特的性能，长余辉发光材料在交通、医疗、生物、能源、艺术等领域均有广泛的应用。在本发明中，利用长余辉材料对光伏玻璃进行改性，在保证光伏组件在可见光区有效的光学吸收的同时，利用分散在玻璃中的长余辉空心微珠白天吸收紫外光，并起到发光中心的作用，持续释放可见光，使光伏组件在夜晚也能持续工作。此外，紫外光的有效吸收也能有效避免紫外光加速光伏组件的老化，有助于延长光伏组件的使用寿命。与此同时，空心结构的引入还能够有效降低玻璃的导热系数，降低组件受外界高温环境的影响。
长余辉材料可以选自包括Eu、Dy、Tb中的至少一种元素的化合物。优选地，长余辉材料选自Eu2O3、Dy2O3、Tb2O3中的至少一种。
长余辉材料在形成浆料的步骤中加入。例如，将第一玻璃粉、长余辉材料、分散剂、发泡剂混合成均匀的浆料，浆料经离心、雾化后在烘箱中干燥，得到微珠坯体。如果第一玻璃粉与长余辉材料的质量比过大，会导致长余辉材料在玻璃中的含量过小，从而导致玻璃在夜间发出的余辉过少，无法实现光伏玻璃在夜间持续工作的目的；而如果第一玻璃粉与长余辉材料的质量比过小(即，长余辉材料的浓度过大)，则会导致玻璃的透光率降低幅度过大，最终导致光伏组件的效率降低。优选地，第一玻璃粉与所述长余辉材料的质量比为450:1-10。
S2：将所述玻璃微珠坯体烧结，得到空心玻璃微珠；
烧结可以使发泡剂燃烧并产生空心玻璃微珠的气腔。在烧结过程中，发泡剂炭黑或烧结在200-600℃的温度下进行。在这个温度下，可以使发泡剂燃烧并在玻璃熔体中产生气腔，从而得到空心玻璃微珠。
S3：将空心玻璃微珠与第二玻璃粉与混合均匀后进行熔融处理，所述熔融处理的温度低于空心玻璃微珠的熔融温度；熔融处理后进行淬火、退火处理，得到掺有空心玻璃微珠的玻璃。
本步骤是制备掺有空心玻璃微珠的琉璃的重要步骤。将所述空心玻璃微珠与第二玻璃粉与混合均匀后进行熔融处理。进行该熔融处理时的温度需要低于空心玻璃微珠的熔融温度。这样，才能使第二玻璃粉达到熔融温状态，但又不至于使空心玻璃微珠与第二玻璃粉的熔体融合在一起，最终使得空心玻璃微珠能够完整地保留在最后形成的玻璃中，得到得到掺有空心玻璃微珠的玻璃。
优选地，第二玻璃粉是光伏玻璃粉。由于光伏玻璃材料制备得到的玻璃板具有很高的透光率，非常适合用作光伏电池的组件。第二玻璃粉优选具有1000-1500℃的熔融温度。根据第二玻璃粉的不同的成分，第二玻璃粉可能具有不同的熔融温度。无论如何，由步骤S2得到的空心玻璃微珠的熔融温度需要高于第二玻璃粉的熔融温度，以使空心玻璃微珠能够以独立的微珠的形式掺杂在第二玻璃粉熔融后形成的熔融体中而不至于与第二玻璃粉熔融后形成的熔融体相互融为一体。。
熔融处理后的淬火和退火处理可以按照本领域常用的工艺进行。作为一个示例，退火处理的工艺条件是：将得到的玻璃样品，加热到600℃，保温3min后，缓慢冷却。
在一个具体的实施方案中，所述方法包括以下步骤：
(1)长余辉空心微珠制备：
分别称取450g耐高温玻璃粉Li2O-Al2O3-SiO2(熔融温度高于1600℃)、1g长余辉材料(长余辉材料为组分为Eu2O3的稀土原料)、40g碳黑(用作发泡剂)，将上述物料加到500ml聚偏氟乙烯(PVDF)的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液组成的分散剂(起到粘结与分散的作用)中，充分混合均匀后获得长余辉玻璃粉浆料。浆料经离心、雾化后在高温烘箱中，在200℃下干燥50min。
(2)采用不同尺寸的筛子从小到大，逐步筛选，选取尺寸为80-120微米的微珠坯体，称取200g，并转移至高温炉，在一定送料风速条件下(气体流速调至外接鼓泡器中气泡连续鼓泡)，高温烧结，获得耐高温空心玻璃微珠。
(3)长余辉空心微珠掺杂玻璃制备：
称取光伏玻璃粉(成分为：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O等)95g和步骤(2)得到的耐高温空心玻璃微珠5g，混合均匀后，经1500℃高温熔融2h，在600℃的温度下退火后得到长余辉空心微珠掺杂玻璃。
长余辉空心微珠掺杂的玻璃
如图2和图3所示，图2示出了长余辉空心微珠掺杂玻璃的结构示意图。长余辉空心微珠2均匀的分散在玻璃1中，其中长余辉空心微珠2的光谱相应方位主要在紫外光区。在白天，太阳光3照射在玻璃1上，玻璃1中的长余辉空心微珠2的空心结构使得紫外入射光4透过空心玻璃微珠的圆周壁5在气腔的内部界面上多次反射吸收，有助于提高长余辉空心微珠对紫外光的有效吸收。与此同时，长余辉空心微珠受到紫外光的激发，产生余辉，起到发光中心的作用，将吸收的紫外光缓慢转换为可见光，增强光伏组件对太阳光的利用。在夜间，长余辉空心微珠持续发光，使得光伏组件在夜间也能处于工作状态。此外，紫外光的有效吸收也能有效避免紫外光加速组件的老化，有助于光伏组件使用寿命的延长。与此同时，空心结构的引入还能够有效降低玻璃的导热系数，降低组件受外界高温环境的影响。
本发明提供了一种制备掺有空心玻璃微珠的玻璃，并将该玻璃用于光伏太阳能电池。将光伏太阳能电池与长余辉发光材料结合，利用长余辉发光材料白天受光激发，夜晚持续发光的特性，能够有效解决太阳能电池夜晚难以工作的问题。

Claims (11)

1.一种制备空心微珠掺杂的玻璃的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：将第一玻璃粉、分散剂、发泡剂混合成均匀的浆料，浆料经离心、雾化后在烘箱中干燥，得到玻璃微珠坯体；
S2：将所述玻璃微珠坯体烧结，得到空心玻璃微珠；
S3：将所述空心玻璃微珠与第二玻璃粉混合均匀后进行熔融处理，所述熔融处理的温度低于空心玻璃微珠的熔融温度；熔融处理后进行淬火、退火处理，得到掺有空心玻璃微珠的玻璃；
所述方法还包括在步骤S1中加入长余辉材料，以使得到的所述空心玻璃微珠能持续释放可见光。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述长余辉材料选自包括Eu、Dy、Tb中的至少一种元素的化合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述长余辉材料选自Eu2O3、Dy2O3、Tb2O3中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一玻璃粉具有1600℃以上的熔融温度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述第一玻璃粉与所述长余辉材料的质量比为450:1-10。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述发泡剂选自炭黑或偶氮化合物，且以第一玻璃粉的质量计，所述发泡剂的添加比例为5-20%。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，在200-600℃的温度范围内将微珠坯体进行烧结。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述第二玻璃粉为光伏玻璃粉。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述光伏玻璃粉具有1000-1500℃的熔融温度。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述分散剂选自水、甲醇、乙醇、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮的一种或多种，且以第一玻璃粉的质量计，第一玻璃粉与分散剂的比例为1:1-5。
11.一种光伏玻璃板，其特征在于，所述光伏玻璃板通过权利要求1至10任一项所述的方法制备得到。
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