CN111725334B - 光伏组件用镀膜液、其制备方法及光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光伏材料技术领域，提供了一种光伏组件用镀膜液、其制备方法及光伏组件。本发明所提供的光伏组件用镀膜液包含醇溶剂及分散于醇溶剂中的二氧化硅纳米颗粒和二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒；所述二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒为壳层包覆内核的核壳结构，所述内核为二氧化钒，所述壳层为二氧化硅层，所述二氧化硅层的表面具有二氧化硅枝杈晶。采用本发明的镀膜液对光伏组件进行镀膜，可使光伏组件自动调节高低温环境下对近红外光的透过率，具有自主温度调控特性；同时还使光伏组件具有优异的防水性能，有利于延长光伏组件的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于光伏材料技术领域，特别涉及一种光伏组件用镀膜液、其制备方法及光伏组件。
背景技术
随着太阳能电池效率的不断提高，目前单节太阳能电池片的光电转换效率已经逼近理论效率，通过电池片研发、工艺的改进已经难以大幅提高光电转换效率，与此同时，光伏组件的设计已成为制约太阳能电池发展的关键因素之一。如何降低光伏组件在应用中的功率衰减日益成为一个具有高度产业价值的问题。
在光伏组件系统中，一方面，由于太阳光的辐射，能量被光伏组件吸收，从而导致系统温度的上升；另一方面，伴随着组件系统的运行，对组件的工作温度也起到了促进作用，尤其当光伏组件在部分阴影条件下工作时，其中未被阴影遮挡的区域与被遮挡区域同时在PN结反向偏压状态下工作时，这个时候，未被遮挡区域可以视为一个等效负载，组件系统中未被遮挡区域形成的电能被其消耗，并转化为热能，形成热斑。热斑现象引起的高温不仅仅会促使光伏组件老化等不可逆伤害，甚至局部的高温还会引发火灾。因此，除了避免光伏组件发生热斑现象外，如何实现智能地有效地降低光伏组件的工作温度尤为重要。
目前针对光伏组件散热的问题，国内外所采用的主要是空气冷却和水冷却两种方法。对于风冷，一方面，风机的引入带来了电能的消耗，另一方面，目前风机产品的使用寿命较短，且易遭受极端环境损坏，一旦风机不在工作，光伏组件又将面临高温的威胁。相较于空冷，尽管水冷散热效果更好，且能利用部分热量，然而与风机相同，水冷系统的引入带来了电能的消耗。此外，水冷系统一般具有较多的管路与连接点，面对极端环境，水冷系统的使用寿命更短，可靠性也更低。因此，目前实际应用于光伏系统散热的方法存在诸多不足。
此外，水汽对光伏组件所造成的腐蚀、漏电以及安全事故等隐患也进一步阻碍了光伏产业的发展。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种光伏组件用镀膜液、其制备方法及光伏组件。
为解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种光伏组件用镀膜液，包含醇溶剂及分散于醇溶剂中的二氧化硅纳米颗粒和二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒；所述二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒为壳层包覆内核的核壳结构，所述内核为二氧化钒，所述壳层为二氧化硅层，所述二氧化硅层的表面具有二氧化硅枝杈晶。
相对于现有技术而言，本发明至少具有如下有益效果：
本发明所提供的光伏组件用镀膜液中包含了二氧化硅纳米颗粒和二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒，所述二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒为核壳结构，内核为二氧化钒，壳层为二氧化硅层，所述二氧化硅层的表面具有二氧化硅枝杈晶。
一方面，二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒内核中的二氧化钒具有如下特性：随着环境温度的升高，二氧化钒的晶体结构会由单斜结构转变为四方金红石结构，单斜结构的二氧化钒具有较高的近红外透过率，而四方金红石结构的二氧化钒具有较高的近红外反射率。因而，当采用本发明所提供的镀膜液在光伏组件表面形成镀膜后，在低温环境下，镀膜层具有较高的近红外透过率，有助于系统对近红外光的利用；而在高温环境下，镀膜层具有较低的近红外透过率，有助于系统温度的降低，从而实现了镀膜层的近红外自动调控特性，进而也使得镀膜后的光伏组件具有根据工作环境温度自我调节光透过率的功能，避免局部高温损坏。
另一方面，二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的壳层表面具有枝杈晶结构，采用本发明所提供的镀膜液在光伏组件表面形成镀膜后，当外部环境中的水汽经由镀膜层进入到光伏组件内部时，受到镀膜层中交织的枝杈晶结构的阻碍，因此，镀膜层能够有效提高光伏组件的防水性能。而且，枝杈晶结构也增加了镀膜层的孔隙率，有利于光学透过率的提高。
优选地，在本发明所提供的光伏组件用镀膜液中，所述二氧化硅纳米颗粒和所述二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的摩尔比为1：40～40：1；优选1：1～40：1。通过对二氧化硅纳米颗粒和二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的摩尔比的优选，可使镀膜层实现最适宜的近红外调控能力和最佳的防水性能。
优选地，在本发明所提供的光伏组件用镀膜液中，所述二氧化硅纳米颗粒和所述二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的粒径各自独立地为200～300纳米。粒径为200～300纳米的二氧化硅纳米颗粒和二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒较为易于制备和获得，并且在将其用于制备光伏组件用镀膜液的过程中具有较为稳定的物化性质。
优选地，在本发明所提供的光伏组件用镀膜液中，所述醇溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇中的至少一种。醇溶剂可使二氧化硅纳米颗粒和二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒在镀膜液中均匀分散混合，有利于镀膜操作以及镀膜层的均匀可靠性。
本发明的第二方面提供了第一方面所述的光伏组件用镀膜液的制备方法，包括如下步骤：S1：制备二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒：将二氧化钒纳米颗粒和硅前驱体溶解于醇溶剂中，加入分散系，搅拌后置于水热反应釜内，在150～300℃下反应12～16小时，得到包含二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的分散系；所述二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒为壳层包覆内核的核壳结构，所述内核为二氧化钒，所述壳层为二氧化硅层，所述二氧化硅层的表面具有二氧化硅枝杈晶；S2：制备光伏组件用镀膜液：将所述包含二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的分散系与包含二氧化硅纳米颗粒的镀膜液混合，或向所述包含二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的分散系中加入二氧化硅纳米颗粒，得到光伏组件用镀膜液。本发明所提供的光伏组件用镀膜液的制备方法，步骤简便易行，工艺可控。
在本发明所提供的光伏组件用镀膜液的制备方法中，所述硅前驱体选自甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯中的至少一种。
在本发明所提供的光伏组件用镀膜液的制备方法中，所述分散系选自下述溶剂组合中的一种或几种：乙二酸和氨水、柠檬酸和氨水、乙二酸和碳酸氢钠。分散系的加入可以调节体系pH值，充分地分散反应体系。
本发明的第三方面提供了一种光伏组件，包括透光基板及设于所述透光基板上的镀膜层，所述镀膜层采用本发明的第一方面所述的光伏组件用镀膜液镀膜形成。
在本发明所提供的光伏组件中，所述镀膜层包含二氧化硅纳米颗粒和二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒；所述二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒为壳层包覆内核的核壳结构，所述内核为二氧化钒，所述壳层为二氧化硅层，所述二氧化硅层的表面具有二氧化硅枝杈晶。
在本发明所提供的光伏组件中，所述二氧化硅纳米颗粒和二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的摩尔比为1：40～40：1；优选1：1～40：1。
本发明所提供的光伏组件采用了本发明第一方面的镀膜液进行镀膜，因而也具有如下特点：在可见光区具有较高的透过率；在近红外区，低温条件下具有较高的透过率，高温条件下具有较高的反射率。本发明所提供的光伏组件在具有优异的光学吸收性能的同时，可自动地调节高低温环境下对近红外光的吸收，具有自主温度调控特性；同时还具有优异的防水性能，有利于延长光伏组件的使用寿命。
附图说明
图1为根据本发明一实施方式的二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的结构示意图；
图2为根据本发明一实施方式的光伏组件镀膜层的SEM图。
具体实施方式
为了能够更清楚理解本发明的目的、特点和优势，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。所用材料未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而非对本发明及其应用的限制。
根据本发明的第一方面，本发明的部分实施方式提供一种光伏组件用镀膜液，包含醇溶剂及分散于醇溶剂中的二氧化硅纳米颗粒和二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒；二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒为壳层包覆内核的核壳结构，内核为二氧化钒，壳层为二氧化硅层，所述二氧化硅层的表面具有二氧化硅枝杈晶。
在本发明的部分实施方式中，二氧化硅纳米颗粒和二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的摩尔比为1：40～40：1
在本发明的部分实施方式中，二氧化硅纳米颗粒和二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的摩尔比为1：1～40：1，以使本发明的镀膜液具有最适宜的近红外调控能力和最佳的防水性能。
在本发明的部分实施方式中，二氧化硅纳米颗粒和二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的粒径各自独立地为200～300纳米。上述粒径范围内的二氧化硅纳米颗粒和二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒易于制备，且物化性质较为稳定。
在本发明的部分实施方式中，用于分散二氧化硅纳米颗粒和二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的醇溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇中的至少一种。醇溶剂可使二氧化硅纳米颗粒和二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒在镀膜液中均匀分散混合，有利于镀膜操作以及镀膜层的均匀可靠性。
图1为本实施方式中二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的结构示意图，如图所示，该结构为壳层包覆内核的核壳结构，内核为二氧化钒，壳层为二氧化硅层，二氧化硅层的表面具有二氧化硅枝杈晶。
根据本发明的第二方面，本发明的部分实施方式提供一种光伏组件用镀膜液的制备方法，包括如下步骤：
S1：制备二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒：将二氧化钒纳米颗粒和硅前驱体溶解于醇溶剂中，加入分散系，搅拌后置于水热反应釜内，在150～300℃下反应12～16小时，得到包含二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的分散系；所述二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒为壳层包覆内核的核壳结构，所述内核为二氧化钒，所述壳层为二氧化硅层，所述二氧化硅层的表面具有二氧化硅枝杈晶；
S2：制备光伏组件用镀膜液：将所述包含二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的分散系与包含二氧化硅纳米颗粒的镀膜液混合，或向所述包含二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的分散系中加入二氧化硅纳米颗粒，得到光伏组件用镀膜液。
在本发明的部分实施方式中，步骤S1中所使用的二氧化钒纳米颗粒可通过商业渠道购买，也可采用本领域内常规的湿化学方法制备。
在本发明的部分实施方式中，所述硅前驱体选自甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯中的至少一种。
在本发明的部分实施方式中，所述分散系可选自下述溶剂组合中的至少一种：乙二酸和氨水、柠檬酸和氨水、乙二酸和碳酸氢钠。
本发明的实施方式所提供的光伏组件用镀膜液的制备方法，步骤简便易行，工艺可控。
根据本发明的第三方面，本发明的部分实施方式提供一种光伏组件，包括透光基板及设于所述透光基板上的镀膜层，所述镀膜层采用本发明的第一方面所述的光伏组件用镀膜液镀膜形成。
本发明的部分实施方式中，采用本发明的镀膜液对光伏组件进行镀膜的方法，可以为本领域内常规的浸渍提拉法、刮涂法或旋涂法，在保护气氛下，在光伏组件的玻璃表面或透明背板表面涂覆进行镀膜。
本发明实施方式所提供的光伏组件，其镀膜层采用了本发明第一方面所提供的镀膜液进行镀膜而得到，因而在镀膜层中包含了二氧化硅纳米颗粒和二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒；所述二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒为壳层包覆内核的核壳结构，所述内核为二氧化钒，所述壳层为二氧化硅层，在二氧化硅层的表面还附着二氧化硅枝杈晶。
图2为本实施方式中的光伏组件镀膜层的SEM图，其示出了镀膜层中的枝杈晶结构微观图。
一方面，二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒内核中的二氧化钒具有如下特性：随着环境温度的升高，二氧化钒的晶体结构会由单斜结构转变为四方金红石结构，单斜结构的二氧化钒具有较高的近红外透过率，而四方金红石结构的二氧化钒具有较高的近红外反射率。因而，镀膜层在低温环境下具有较高的近红外透过率，有助于系统对近红外光的利用；镀膜层在高温环境下具有较低的近红外透过率，有助于系统温度的降低，从而使得镀膜层具有近红外自动调控特性，光伏组件也因此具有根据工作环境温度自我调节光透过率的功能，可避免局部高温损坏。
另一方面，二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的壳层为二氧化硅层，其表面还附着一层枝杈晶结构的二氧化硅，当水汽由镀膜层进入光伏组件时，受到镀膜层中交织的枝杈晶结构的阻碍，能够有效提高组件的防水性能。而且，枝杈晶结构也增加了镀膜层的孔隙率，有利于光学透过率的提高。
因此，本发明实施方式所提供的光伏组件具有如下特点：在可见光区具有较高的透过率；在近红外区，低温条件下具有较高的透过率，高温条件下具有较高的反射率。本发明所提供的光伏组件在具有优异的光学吸收性能的同时，可自动地调节高低温环境下对近红外光的吸收，具有自主温度调控特性；同时还具有优异的防水性能，有利于延长光伏组件的使用寿命。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种光伏组件用镀膜液，其特征在于，包含醇溶剂及分散于所述醇溶剂中的二氧化硅纳米颗粒和二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒；
所述二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒为壳层包覆内核的核壳结构，所述内核为二氧化钒，所述壳层为二氧化硅层，所述二氧化硅层的表面具有二氧化硅枝杈晶，所述二氧化硅纳米颗粒和所述二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的摩尔比为1：1～40：1。
2.根据权利要求1所述的光伏组件用镀膜液，其特征在于，所述二氧化硅纳米颗粒和所述二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的粒径各自独立地为200～300纳米。
3.根据权利要求1所述的光伏组件用镀膜液，其特征在于，所述醇溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇中的至少一种。
4.权利要求1至3中任一项所述的光伏组件用镀膜液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：制备二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒：
将二氧化钒纳米颗粒和硅前驱体溶解于醇溶剂中，加入分散系，搅拌后置于水热反应釜内，在150～300℃下反应12～16小时，得到包含二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的分散系；
所述二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒为壳层包覆内核的核壳结构，所述内核为二氧化钒，所述壳层为二氧化硅层，所述二氧化硅层的表面具有二氧化硅枝杈晶；
S2：制备光伏组件用镀膜液：
将所述包含二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的分散系与包含二氧化硅纳米颗粒的镀膜液混合，或向所述包含二氧化钒@二氧化硅纳米颗粒的分散系中加入二氧化硅纳米颗粒，得到光伏组件用镀膜液。
5.根据权利要求4所述的光伏组件用镀膜液的制备方法，其特征在于，所述硅前驱体选自甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的光伏组件用镀膜液的制备方法，其特征在于，所述分散系选自下述试剂组合中的一种或几种：乙二酸和氨水、柠檬酸和氨水、乙二酸和碳酸氢钠。
7.一种光伏组件，包括透光基板及设于所述透光基板上的镀膜层，其特征在于，所述镀膜层采用权利要求1至3中任一项所述的光伏组件用镀膜液镀膜形成。
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