CN113480878A - 一种可常温固化的光伏减反射涂膜液的制备方法及光伏减反射玻璃 - Google Patents

一种可常温固化的光伏减反射涂膜液的制备方法及光伏减反射玻璃 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可常温固化的光伏减反射涂膜液的制备方法，以及涂膜液涂覆固化在玻璃基底上形成的光伏减反射玻璃，方法包括以下步骤，在醇溶剂中将烷氧基硅烷与硅烷偶联剂改性的中空二氧化硅纳米球的混合物催化水解1‑8h得到溶液A的步骤；溶液A中加入交联剂并在40‑80℃下老化至少24h得到涂膜液的步骤，本方案中在烷氧基硅烷水解形成的溶胶液的过程中加入偶联剂改性的中空二氧化硅纳米球，在偶联剂的作用，二氧化硅纳米球与溶胶液稳定结合，并以交联剂使硅溶胶中线型分子之间互连形成网状结构，以使上述涂膜液在常温下即可交联固化成膜，提高涂膜固化的便利性，且形成的膜层在耐候、疏水、减反射及粘固等性能上得到大幅提升。

Description

一种可常温固化的光伏减反射涂膜液的制备方法及光伏减反 射玻璃
技术领域
本发明涉及光学材料技术领域，具体涉及一种可常温固化的光伏减反射涂膜液的制备方法，以及以该方法制备的涂膜液涂覆固化在玻璃基底上形成的光伏减反射玻璃。
背景技术
太阳能属于一种可再生的清洁资源，受到人们越来越多的关注。如今社会对太阳能的最直接的利用手段之一就是太阳能光伏发电技术，此技术已经在全球范围内得到广泛推广。
光伏玻璃是一种保护晶硅太阳能电池且自身具有较高透射率的最佳封装材料。提高光伏玻璃的光学特性尤其是提高透射率，可以提高晶硅电池的转换效率。光伏玻璃增透膜又称光伏玻璃减反膜，是涂布在光电组件中盖板玻璃(光伏玻璃)表面的一种具有增透减反效果的防护膜层。它可以有效提高太阳光在光伏盖板玻璃上的透射率，以此来提高太阳能电池发电效率。在没有发明有效的光伏玻璃减反射涂层前，太阳能光电组件中的盖板玻璃是以裸片的形式组装的，这部分电池装机容量超过300GW，与现有涂覆膜层的组件相比大约有12千兆瓦的电力未被有效的利用。
目前镀膜玻璃主要存在的问题在于：有部分镀膜玻璃出现膜层破损脱落现象，导致发电效率也出现明显降低；光伏玻璃的透射率不能满足市场上的需求，需改进。
发明内容
为解决上述至少一个技术缺陷，本发明提供了如下技术方案：
本申请文件公开一种可常温固化的光伏减反射涂膜液的制备方法，包括以下步骤
在醇溶剂中将烷氧基硅烷与硅烷偶联剂改性的中空二氧化硅纳米球的混合物催化水解1-8h得到溶液A的步骤；
溶液A中加入交联剂并在40-80℃下老化至少24h得到涂膜液的步骤。
本方案中在烷氧基硅烷水解形成的溶胶液的过程中加入偶联剂改性的中空二氧化硅纳米球，在偶联剂的作用，二氧化硅纳米球与溶胶液稳定结合，并以交联剂使硅溶胶中线型分子之间互连形成网状结构，以使上述涂膜液在常温下即可交联固化成膜，提高涂膜固化的便利性，且形成的膜层在耐候、疏水、减反射及粘固等性能上得到大幅提升。
对于烷氧基硅烷的催化水解，可选择碱催化剂，如氨水，作为优选，所述溶液A的制备过程中以酸为催化剂进行催化，其中酸包括甲酸、冰醋酸、盐酸、硝酸、硫酸中一种或多种，优选以盐酸进行催化，对于酸的添加量，以质量计，占比烷氧基硅烷的5％-34％。
对于老化的时间，优选为1天-5天，当然可根据需要延长老化时间。
对于交联剂的加入方式，可直接滴加，作为优选，其中交联剂以溶液的形式加入，以交联剂与醇溶剂混合得到溶液B，将溶液A与溶液B混合并搅拌均匀，其中醇溶剂如低级烷醇，包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、异丁醇中的一种或者多种，优选采用乙醇、正丙醇、异丙醇等。优选，以质量计，交联剂占比烷氧基硅烷的0.1％-20％。优选，溶液A与溶液B混合后，搅拌24h后，在40-80℃的烘箱中进行老化，通过搅拌使物料混合均匀，方便进行老化操作。
对于二氧化硅纳米球的改性，如以常规方式以硅烷偶联剂对纳米球进行改性，当然优选以如下方式进行：硅烷偶联剂改性的中空二氧化硅纳米球的制备，以硅烷偶联剂与中空二氧化硅纳米球混合加入醇溶剂中，在40-100℃下搅拌2-8h以制备硅烷偶联剂改性的中空二氧化硅纳米球，该方式下，改性更为彻底。
作为优选，所述烷氧基硅烷与硅烷偶联剂改性的中空二氧化硅纳米球的质量比为8:1-1:4，优选为7:1-1:3，更优选为6:1-1:2，上述物料比例下，形成的膜层性能优异。
作为优选，所述中空二氧化硅纳米球粒径为20-90nm，壁厚为3-20nm，优选粒径为25-75nm，壁厚为5-15nm，提高膜层性能。
作为优选，所述烷氧基硅烷包括正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸异丙酯、甲氧基硅烷、乙氧基硅烷、二甲氧基硅烷、二乙氧基硅烷中的一种或多种，优选采用正硅酸乙酯。
作为优选，在烷氧基硅烷与硅烷偶联剂改性的中空二氧化硅混合水解时，其中醇溶剂为低级烷醇，包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、异丁醇中的一种或者多种，优选为乙醇、正丙醇、异丙醇，水解时，以质量计，醇溶剂与烷氧基硅烷的质量比为5：1-25：1，其中醇溶剂的浓度为大于99％。
作为优选，所述交联剂包括聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛、氧化锡锑、铝溶胶中的一种或者多种，优选为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛、铝溶胶、氧化锡锑。
对于硅烷偶联剂的选择，可选择如3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、二乙氧基二甲基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种，优选为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，3-氨丙基三乙氧基硅烷或者辛基三乙氧基硅烷，以质量计，优选，硅烷偶联剂的添加量为烷氧基硅烷的1％-10％。
本申请公开一种光伏减反射玻璃，以光伏玻璃为基底，所述基底至少一面上设置有减反射涂层，减反射涂层为上述所制备的涂膜液涂覆在基底面上固化成型，涂膜液涂覆在基底上后常温干燥即可，优选涂层的厚度为40-300nm，进一步优选为50-150nm。
该膜层与基底的粘固性强，机械稳定性大幅提升，常温干燥固化的方式提高了便利性及生产效率，成型后的减反射玻璃在疏水、减反射等性能上表现优异，当然也可根据需要进行加热以提高固化速度。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明对涂膜液的组分及制备方法等进行改进，常温下即可固化成膜，且成型的膜层疏水、减反射、粘固等性能大幅提升，膜层固化在玻璃基底后稳定性强。
附图说明
图1：涂布前后，实施例1-4中光伏玻璃的透射率对比；
图2：涂布前后，对比例1-2中光伏玻璃的透射率对比；
图3：涂布后的光伏玻璃经过双85测试后，实施例1-4中光伏玻璃的透射率对比；
图4：涂布后的光伏玻璃经过双85测试后，对比例1-2中光伏玻璃的透射率对比；
图5：涂布后的光伏玻璃经过盐雾测试后，实施例1-4中光伏玻璃的透射率对比；
图6：涂布后的光伏玻璃经过盐雾测试后，对比例1-2中光伏玻璃的透射率对比；
图7：涂布后的光伏玻璃经过高低温测试后，实施例1-4中光伏玻璃的透射率对比；
图8：涂布后的光伏玻璃经过高低温测试后，对比例1-2中光伏玻璃的透射率对比；
图9：实施例1-4中光伏玻璃涂层疏水性检测图；
图10：对比例1-2中光伏玻璃涂层疏水性检测图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
按照表1中物料比例添加，具体方法如下：
1、涂膜液的制备
步骤(1)合成硅烷偶联剂改性的中空二氧化硅纳米球；将3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷与中空二氧化硅纳米小球混合均匀后，继续添加辛基三乙氧基硅烷搅拌均匀后，加入到乙醇溶剂中，在60℃下搅拌6小时；
步骤(2)溶液A：将正硅酸乙酯与步骤(1)中制备的改性的中空二氧化硅纳米小球按质量比4:1的比例进行混合，加入到4/5的总乙醇溶剂中，在盐酸的催化剂下搅拌3小时；
步骤(3)溶液B：将氧化锡锑溶于剩余的乙醇溶剂中搅拌6小时，得溶液B；
步骤(4)将步骤(2)中得到的溶液A与步骤(3)得到的溶液B混合后室温下搅拌24小时，然后在60℃烘箱中老化3天，即得涂膜液胶体。
2、玻璃板涂覆膜层
将太阳能电池上的光伏玻璃基底(型号30*30*3mm、厂家：旗滨)用深圳远岸的玻璃清洗液进行预处理，预处理后用清水进行清洁，清洁后自然干燥；
将上述制备的光伏减反射涂膜液装入到涂布设备中；将装置放到处理好的光伏玻璃基底上，以200mm/min的涂布速度进行镀膜，将镀好的膜自然干燥，膜层厚度为105nm。
实施例2
按照表1中物料比例添加，具体步骤依据实施例1进行，各步骤中参数参见表2。
实施例3
按照表1中物料比例添加，具体步骤依据实施例1进行，各步骤中参数参见表2。
实施例4
按照表1中物料比例添加，具体步骤依据实施例1进行，各步骤中参数参见表2。
表1、物料添加比例
Figure BDA0003182282240000041
其中：份：按照质量计；
正硅酸乙酯：含量99％；
偶联剂1：3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，含量99％；
偶联剂2：辛基三乙氧基硅烷，含量97％；
乙醇：含量99％；
异丙醇：含量99％；
盐酸：含量3.34％，以去离子稀释购买来的高浓度盐酸至含量为3.34％；
交联剂1：氧化锡锑，含量20％；
交联剂2：聚乙烯吡咯烷酮，含量10％；
纳米球：中空二氧化硅纳米球，粒径75nm，壁厚15nm。
表2、步骤中参数设定
Figure BDA0003182282240000051
此外，对于乙醇还可根据需要选择添加，如在步骤2中加3/5等。
对比例1
与实施例1相比，区别在于，物料中为未改性过的中空二氧化硅纳米球。
对比例2
与实施例1相比，区别在于，物料中无交联剂。
对实施例及对比例制备的玻璃板进行性能的检测。
试验例1-透射率的测试
检测仪器：紫外可见分光光度计，型号日立-U4100；
检测方法：将涂布了光伏减反射涂层的光伏玻璃，放到分光光度计里；
对光伏玻璃涂覆前后进行透射率的测试，如图1-2所示。
试验例2-双85测试
检测仪器：高低温湿热试验箱，型号GDS-100L；
检测方法：将涂布了光伏减反射补涂涂层的光伏玻璃，放到高低温湿热试验箱。其中程序设定恒温85℃，恒湿85％，进行120h，测试透射率如图3-4所示。
试验例3-盐雾测试
检测仪器：盐雾腐蚀试验箱，型号YWX/Q-250L；
检测方法：将涂布了光伏减反射补涂涂层的光伏玻璃，放到盐雾腐蚀试验箱。在盐雾浓度为5％，温度35℃的条件下，进行48h的盐雾测试，测试透射率如图5-6所示。
试验例4-高低温循环测试
检测仪器：高低温湿热试验箱，型号GDS-100L；
检测方法：将涂布了光伏减反射补涂涂层的光伏玻璃，放到高低温湿热试验箱。其中程序设定高温85℃，保持3h；低温-40℃保持3h；循环20次，测试透射率如图7-8所示。
试验例5-疏水检测
检测仪器：接触角测量仪，型号：SDC-200S
检测方法：打开水滴角测试仪，和与之相连接的电脑，在样品台上放上涂布了光伏减反射涂层的光伏玻璃，接着手动滴液(自动滴液)滴液标准1-2微升，然后上升样品台使光伏玻璃接到水滴。最后点击冻结后将所显示的测量尺通过点击快捷按钮左移或右移或上移或下移移至，测量尺与液滴边缘相切。然后点击下移下移测量尺将交叉点与液滴边缘重合，点击左旋按钮，将测量尺与液滴一边相交，再点击计算，即可求出接触角，如图9-10所示。
试验例6-硬度测试
检测仪器：便携式铅笔划痕实验仪，型号：QHQ-A型。
检测方法：将涂布了光伏减反射补涂涂层的光伏玻璃放到桌面上，按三点接触被测表面(两点为两轮，一点为铅笔笔芯)始终保证铅笔与被测涂膜形成45度夹角，用力水平推动铅笔硬度计运动，即可完成测试过程，以测定涂膜抵抗变形的能力。以铅笔标号进行标识，测试结果如表3所示。
表3：涂层硬度测试结果
Figure BDA0003182282240000061
从图1-10及表3的检测结果可以看出，本方案制备的膜层在透射率、硬度、耐高低温、盐雾等方面性能优异。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可常温固化的光伏减反射涂膜液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤
在醇溶剂中将烷氧基硅烷与硅烷偶联剂改性的中空二氧化硅纳米球的混合物催化水解1-8h得到溶液A的步骤；
溶液A中加入交联剂并在40-80℃下老化至少24h得到涂膜液的步骤。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：其中交联剂以溶液的形式加入，以交联剂与醇溶剂混合得到溶液B，将溶液A与溶液B混合并搅拌均匀。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：硅烷偶联剂改性的中空二氧化硅纳米球的制备，以硅烷偶联剂与中空二氧化硅纳米球混合加入醇溶剂中，在40-100℃下搅拌2-8h以制备硅烷偶联剂改性的中空二氧化硅纳米球。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述烷氧基硅烷与硅烷偶联剂改性的中空二氧化硅纳米球的质量比为8:1-1:4，优选为7:1-1:3，更优选为6:1-1:2。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述中空二氧化硅纳米球粒径为20-90nm，壁厚为3-20nm，优选粒径为25-75nm，壁厚为5-15nm。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述烷氧基硅烷包括正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸异丙酯、甲氧基硅烷、乙氧基硅烷、二甲氧基硅烷、二乙氧基硅烷中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述溶液A的制备过程中以酸为催化剂进行催化，其中酸包括甲酸、冰醋酸、盐酸、硝酸、硫酸中一种或多种。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述醇溶剂为低级烷醇，包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、异丁醇中的一种或者多种。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述交联剂包括聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛、氧化锡锑、铝溶胶中的一种或者多种。
10.一种光伏减反射玻璃，以光伏玻璃为基底，其特征在于：所述基底至少一面上设置有减反射涂层，减反射涂层为权利要求1-9任一项所制备的涂膜液涂覆在基底面上固化成型，优选涂层的厚度为40-300nm，进一步优选为50-150nm。
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