CN112694835B - 一种用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液及其制备方法和应用 - Google Patents
一种用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液及其制备方法和应用,它包括以下质量分数的组分:SiO2量子点溶液0.1%‑0.5%;3‑(2‑氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷0.5%‑7.5%;余量为水。本发明以3‑(2‑氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA)和邻苯二胺(OPD)为前驱体,制备的基于SiO2量子点的复合涂布液,涂敷在太阳能电板表面,明显增加了光透射率,提高了太阳能电池的光电转化效率和工作效率。
Description
技术领域
本发明属于纳米功能材料领域,具体涉及一种用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液。
背景技术
减反膜(Anti-reflective coating)是一种应用于材料表面以减少反射的光学涂层,广泛应用于太阳能光伏玻璃表面。涂敷减反膜是提高光伏玻璃透光率的重要手段,可以消除或减少光反射的干扰,以较低的成本提高玻璃的光学质量和透光率,进而提高太阳能电池及其组件的光利用率,从而提高发电量。
SiO2因其折射率低、毒性小等常被用作溶胶-凝胶法(sol-gel)增透膜的原材料。在碱性催化下,SiO2溶胶倾向于在基底上随机堆积形成颗粒结构,所得薄膜具有较高的孔隙率和较低的折射率,保证玻璃基底单波长位置的100%透过率。而在酸性条件下,SiO2溶胶倾向于以线性链状结构生长,并有堆积、缠绕或偶发分叉现象,链状颗粒致密牢固,不易破碎,附着力强,孔隙率低,结构致密,摩擦阻力大,折射率高。但在制备过程中,常常会因反应温度、陈化时间、溶剂等控制不好而导致颗粒尺寸增大、溶胶寿命降低,影响薄膜的均匀性和透光率。而量子点粒径小、分散稳定、官能团活性强,在界面聚合过程中,很容易嵌入到复合层中,在多孔载体上形成超薄的减反膜层。此外,由于量子点特殊的光学性能,可以在某一波段范围内大大增加光的透射强度的作用。因此,提供一种基于SiO2量子点的复合涂布液尤为重要,将SiO2的粒径控制在量子点尺度,即小于10nm,能明显提高太阳能电板的光透射率。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案是:一种用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液,它包括以下质量分数的组分:
SiO2量子点溶液 0.1-0.5%;
3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA) 0.5%-7.5%;
余量为水。
所述的SiO2量子点溶液和3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA)的用量比为1:5~1:15。
优选地,所述的SiO2量子点溶液和3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA)的用量比为1:10。
所述SiO2量子点溶液由3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA)和邻苯二胺(OPD)反应制得,所述3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA)质量分数为2-5%,所述邻苯二胺(OPD)的质量分数为0.03-0.06%。
所述SiO2量子点溶液颗粒大小为1-10nm。
本发明的又一目的在于提供一种上述用于太阳能电板表面减反膜量子点复合涂布液的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA)和邻苯二胺(OPD)加入到水中,搅拌均匀成混合溶液;
(2)将步骤(1)中的混合溶液进行水热反应,冷却后得到淡橙色液体产物;
(3)将步骤(2)中的液体产物洗涤,得到氮改性的SiO2量子点溶液;
(4)将步骤(3)中SiO2量子点溶液加入到去离子水中,进行磁力搅拌和超声;
(5)向步骤(4)中的SiO2量子点溶液中加入3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA),搅拌均匀,得到用于提高太阳能电板透光率的涂布液。
所述步骤(2)中,水热反应条件是:温度是150-200℃,时间是6-10小时。
优选地,所述步骤(2)中,水热反应条件是:温度是180℃,时间是8小时。
本发明的再一目的在于提供一种上述用于太阳能电板表面减反膜量子点复合涂布液的应用,将所述用于太阳能电板表面减反膜量子点复合涂布液采用喷涂的方式涂布在太阳能电板表面,形成太阳能电板表面减反膜涂层。
所述涂层厚度是300-1000nm。
优选地,所述涂层厚度是550nm。
由于上述技术方案运用,本发明与现有技术相比具有以下优点:(1)本发明以3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA)和邻苯二胺(OPD)为前驱体,制备的基于SiO2量子点的复合涂布液,涂敷在太阳能电板表面,明显增加了光透射率,提高太阳能电池的光电转化效率和工作效率;(2)涂布液中的SiO2量子点有效改善涂层的亲水性;(3)涂布液中通过添加适量3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA)提高涂层与基体的结合力,并进一步提高透射率;(4)涂层具有增透可见光、红外光以及紫外光的透射能力;(5)涂层表现出良好的稳定性,使用寿命大大延长。
附图说明
图1为本发明实施例1中SiO2量子点可见光吸收与PL荧光谱图;
图2为本发明实施例1中太阳能电板涂敷量子点复合涂布液前后透光率对比图;
图3为本发明实施例2中太阳能电板涂敷量子点复合涂布液前、涂覆后3小时以及涂覆后6个月的透光率对比图;
图4为本发明实施例3中太阳能电板涂敷量子点复合涂布液前后透光率对比图。
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
本实施例提供一种用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液,它包括以下质量分数的组分:
SiO2量子点溶液 0.1%;
3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA) 1%;
余量为水。
本实施例还提供了上述用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液的制备方法和应用,包括以下步骤:
(a)将3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA)和邻苯二胺(OPD)加入到水中,搅拌均匀成混合溶液;其中,AEEA质量分数为2%,OPD的质量分数为0.03%。
(b)将步骤(a)中的混合溶液置于180℃进行水热反应8h,冷却后得到淡橙色液体产物;
(c)将步骤(b)中的液体产物洗涤后,得到氮改性的SiO2量子点溶液;
(d)将步骤(c)中的SiO2量子点溶液加入200ml去离子水中,SiO2量子点溶液质量分数是0.1%,进行磁力搅拌并进行超声;
(e)向步骤(d)中SiO2量子点溶液中加3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA),3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA)质量分数是1%,搅拌均匀,得到用于提高太阳能电板透光率的涂布液。
(f)采用喷涂的方法将步骤(e)中的涂布液涂覆在太阳能电板表面,形成涂层,涂层厚度550nm。
实施例2
本实施例提供一种用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液及其制备方法和应用,它与实施例1中的基本一致,不同的是:它包括以下质量分数的组分:
SiO2量子点溶液 0.3%;
3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA) 3%;
余量为水。
此外,步骤(a)中,3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA)质量分数为3%,邻苯二胺(OPD)的质量分数为0.06%。
实施例3
本实施例提供一种用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液及其制备方法,它与实施例1中的基本一致,不同的是:它包括以下质量分数的组分:
SiO2量子点溶液 0.5%,
3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA) 5%,
余量为水。
此外,步骤(a)中,3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA)质量分数为5%,邻苯二胺(OPD)的质量分数为0.15%。
采用实施例1中的技术方案制备的SiO2量子点大小为3nm;可见光在343nm吸收峰,激发荧光为紫色荧光,发光波长为445nm,见附图1。采用实施例2中的技术方案制备的SiO2量子点大小为3-5nm。采用实施例3中的技术方案制备的SiO2量子点大小为4-10nm。由此可知,随着涂布液中邻苯二胺(OPD)和AEEA硅烷质量分数的增加,量子点大小是增加的,原因是:随着起始物浓度增加,反应速率增加,反应产物颗粒大小也会随之增加。
由附图2-4所示,实施例1中,太阳能电板涂敷前后可见光透光率从76%增加88%,透光率平均增加了12%(附图2)。实施例2中,太阳能电板涂敷前后可见光透光率从76%增加89%,透光率平均增加了13%(附图3)。实施例3中,太阳能电板涂敷前后可见光透光率从76%增加92%,透光率平均增加了16%(附图4)。由此可知,采用SiO2量子点和AEEA硅烷制成的涂布液,对于太阳能电板表面可见光的透光率有明显提高,而且随着涂布液中SiO2量子点含量的增加,太阳能电板的透光率也是增加的,可见SiO2量子点对于提高涂布液的透光率起到非常重要的作用。
此外,附图3还比较了在太阳能电板涂覆了量子点复合涂布液3小时后和6个月后的可见光透过率,由附图3可知,将实施例2中的量子点涂布液涂覆在太阳能电池板,放置6个月后,电池板表面可见光透过率为88%,与涂覆后3小时的透光率相比,几乎没有降低,因此,本发明制备的用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液具有良好的稳定性。
对比例1
本实施例提供一种用于太阳能电板表面减反膜的涂布液,它与实施例1中的用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液组分不同的是:没有添加SiO2量子点溶液。
对比例2
本实施例提供一种用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液,它与实施例1中的用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液组分不同的是:没有添加3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA)。
实施例4
本实施例提供一种用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液及其制备方法和应用,它与实施例2中的基本一致,不同的是:SiO2量子点溶液0.3%;3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA)1.5%。
实施例5
本实施例提供一种用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液及其制备方法和应用,它与实施例2中的基本一致,不同的是:SiO2量子点溶液0.3%;3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEEA)4.5%。
实施例6
本实施例提供一种用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液及其制备方法和应用,它与实施例1中的基本一致,不同的是:步骤(f)中,涂层厚度400nm。
实施例7
本实施例提供一种用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液及其制备方法和应用,它与实施例1中的基本一致,不同的是:步骤(f)中,涂层厚度800nm。
表1对比例1-2和实施例4-7中的量子点复合涂布液性能对比
与实施例1相比,对比例1中的涂布液没有SiO2量子点溶液,只有AEEA硅烷,此时太阳能电池板的透光率几乎没有变化,由此可见,SiO2量子点溶液对于太阳能电池板的透光率的增加有明显作用。而对比例2中的涂布液只有SiO2量子点溶液,没有AEEA硅烷,由表1可知,透光率是86%,与涂覆之前的透光率相比,增加了10%,但该涂布液与基材的结合力弱,长时间工作下容易脱落。
与实施例2相比,实施例4中SiO2量子点溶液与AEEA硅烷的比例是1:5,此时涂布液中AEEA硅烷含量较少,涂层与基材的结合力较弱;实施例5中SiO2量子点溶液与AEEA硅烷的比例是1:15,此时,AEEA硅烷含量太高溶液粘性太强,影响涂层均匀性。
与实施例1相比,实施例6中的涂层厚度是400nm,实施例7中的涂层厚度是800nm,二者的透光率均低于实施例1中的88%,原因是涂层厚度影响反射光强度,在合理厚度时,膜层上下表面的反射光强度相等,位相相反,产生相消干涉,增加透光率,而厚度过高或过低均会影响光的透射率。因此,存在最佳的涂层厚度。
上述实施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士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作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液,其特征在于,它包括以下质量分数的组分:SiO2量子点溶液 0.1%-0.5%;3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷0.5%-7.5%;余量为水;SiO2量子点溶液和3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷的用量比为1:10;
其中,SiO2量子点溶液通过如下依次进行的工序制备而成:
(a)将3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷和邻苯二胺加入到水中,搅拌均匀成混合溶液;
(b)将步骤(a)中的混合溶液进行水热反应,冷却后得到淡橙色液体产物;
(c)将步骤(b)中的液体产物洗涤,得到氮改性的SiO2量子点溶液。
2.根据权利要求1所述的用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液,其特征在于,所述SiO2量子点溶液由3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷和邻苯二胺反应制得,所述3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷质量分数为2%-5%,所述邻苯二胺的质量分数为0.03%-0.06%。
3.根据权利要求1所述的用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液,其特征在于,所述SiO2量子点溶液颗粒大小均为1-10nm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(a)将3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷和邻苯二胺加入到水中,搅拌均匀成混合溶液;
(b)将步骤(a)中的混合溶液进行水热反应,冷却后得到淡橙色液体产物;
(c)将步骤(b)中的液体产物洗涤,得到氮改性的SiO2量子点溶液;
(d)将步骤(c)的SiO2量子点溶液加入到去离子水中,进行磁力搅拌和超声;
(e)向步骤(d)中的SiO2量子点溶液中加入3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷,搅拌均匀,得到用于提高太阳能电池板透射性的涂布液。
5.根据权利要求4所述的用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液的制备方法,其特征在于,所述步骤(b)中水热反应条件:温度是150~200℃,时间是6~10小时。
6.根据权利要求5所述的用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液的制备方法,其特征在于,所述步骤(b)中水热反应条件:温度是180℃,时间是8小时。
7.根据权利要求1-3任一项所述的用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液的应用,其特征在于,将所述用于太阳能电板表面减反膜量子点复合涂布液采用喷涂的方式涂布在太阳能电板表面,形成太阳能电板表面减反膜涂层。
8.根据权利要求7所述的用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液的应用,其特征在于,所述涂层厚度是300-1000nm。
9.根据权利要求8所述的用于太阳能电板表面减反膜的量子点复合涂布液的应用,其特征在于,所述涂层厚度是550nm。
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