CN113943110A

CN113943110A - 一种镀膜液及其制备方法、光伏玻璃减反膜及其制备方法

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Publication number: CN113943110A
Application number: CN202111222200.8A
Authority: CN
Inventors: 陈志明; 张莉莉; 汪春梅
Original assignee: Anhui Polytechnic University
Current assignee: Anhui Polytechnic University
Priority date: 2021-10-20
Filing date: 2021-10-20
Publication date: 2022-01-18
Anticipated expiration: 2041-10-20
Also published as: CN113943110B

Abstract

本发明提供了一种镀膜液及其制备方法、光伏玻璃减反膜及其制备方法，首先溶胶‑凝胶法制备出酸催化SiO₂溶胶，再按照比例加入制孔剂，与酸溶胶混合均匀，制备减反膜镀膜液。再将镀膜液涂覆在光伏玻璃上，经过高温烧结，使膜层与玻璃基体牢固结合。获得表面硬度高、耐划伤能力好、耐候性强、具有多级孔结构的膜层。制备出来的镀有多级孔减反膜的光伏玻璃与原片玻璃相比具有更高的透光率。且本发明制备方法简单，绿色环保。

Description

一种镀膜液及其制备方法、光伏玻璃减反膜及其制备方法

技术领域

本发明属于光伏玻璃减反膜的制备方法，具体涉及一种镀膜液及其制备方法、光伏玻璃减反膜及其制备方法。

背景技术

能源是人类生存不可或缺的重要条件，太阳能作为可再生能源，具有无污染性、可再生性、利用形式多样性等特点，所以太阳能的利用成为解决当前能源危机和环境污染的重点。

目前，越来越多的太阳能相关产品出现在大家的生活中，这使得人们愈加重视太阳能产品的转换效率。根据调查，广泛应用于太阳能器件中的玻璃对光线有高达8％以上的反射率，造成了不小的能量损失，影响了光伏/光热转换效率。因此研究探索如何提高太阳能玻璃的透过率，减少能量损失，具有重要意义。其中减反膜可以适当消除玻璃表面，提高光的透过率。

减反膜又称为增透膜，可在一定的波长范围内减少或消除光在界面上的反射率，增强光的透过率，从而增加光的利用率和转换效率，是目前应用较广、产量较大的一种光学薄膜。在不考虑吸收和散射的条件下，光照射到玻璃表面上时会发生光的透射和光的反射，根据能量守恒定律可知，光的透射和反射的能量之和等于入射光的总能量。减反射膜利用光在膜表面上的反射光干涉相消的原理使反射光减为最小，反射和透射两者互补，反射率越小，透射率越高。传统的减反膜分为单层和多层抗反射介质薄膜，但光在透过此类薄膜时，在界面只产生单向折射，折射率会产生急剧变化，导致反射率并不能显著减少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镀膜液及其制备方法，制备方法简单，绿色环保。

本发明还有一个目的在于提供一种光伏玻璃减反膜及其制备方法，利用上述镀膜液涂覆在光伏玻璃上制备得到，减反膜结构优良，机械性能优越，同时具有非常高的光透过率。

本发明具体技术方案如下：

一种镀膜液的制备方法，包括以下步骤：

1)制备酸催化SiO₂溶胶；

2)制备减反膜镀膜液。

步骤1)将正硅酸乙酯(SiO(C₂H₅)₄)、异丙醇、聚醚、聚乙二醇和盐酸在室温下搅拌混合后，静置陈化，得到酸催化SiO₂溶胶。

步骤1)中以异丙醇为反应溶剂，正硅酸乙酯在盐酸的催化下发生水解反应，生成SiO₂球形颗粒。由于酸催化水解过程中不易形成单分散的纳米粒子颗粒，所以添加醇醚类添加剂有利于促进SiO₂粒子均匀生长，不至于团聚。HCl为整个反应体系提供了大量的[H⁺]，使溶胶成酸性，酸性环境会促进TEOS水解反应的进行。[H⁺]含量较高时，TEOS的水解反应和缩聚反应速率都较快，如果催化反应过快，溶胶粘度增大，导致减反膜膜层较厚。[H⁺]含量较低时，没有足够的催化剂，整个反应速度较慢，溶液凝胶化所需时间长，影响实验进程。发明控制原料比例，这样在酸性环境下形成的SiO₂呈结合力较好的链状网络交联凝胶结构。异丙醇为反应溶剂，溶剂的量过多，会导致溶胶粘度过大，在玻璃基体上凝胶化成膜是溶剂会因挥发不均匀发生散射现象而泛白，影响透光率。含量过少会影响溶胶的流动性和寿命。醇醚添加剂作为表面活性剂，在正硅酸四乙酯水解生成SiO₂过程中，吸附在SiO₂表面，通过降低粒子的表面活性能来降低其生长速度和粒径，从而使纳米粒子均匀成核，在体系中分散均匀。

步骤1)中所述聚醚为P123；所述聚乙二醇为PEG-600；所述盐酸为浓盐酸溶液，溶液摩尔浓度：11.64mol/L-12.27mol/L；

步骤1)中所述正硅酸乙酯(SiO(C₂H₅)₄)、异丙醇、聚乙二醇、聚醚和盐酸的质量比为：2-5：36-90：1.32-3.3:0.28-0.7:0.4-1。

步骤1)中所述搅拌是指搅拌30-40min；所述静置陈述是指室温下放置12-24h。

步骤2)具体为：将制孔剂与步骤1)制备的酸催化SiO₂溶胶混合均匀。

步骤2)中，所述制孔剂为碳酸饮料，优选为可乐或雪碧或芬达；加入的可乐的量很少，经过与酸溶胶混合，几乎看不出来颜色，不影响透光率。

步骤2)中所述制孔剂与酸催化SiO₂溶胶的质量比为1：(1-9)。

本发明提供的一种镀膜液，采用上述方法制备得到。

本发明提供的一种光伏玻璃减反膜的制备方法，包括以下步骤：

将上述制备的镀膜液涂覆在光伏玻璃上，先高温烘干，再高温钢化后，冷却至室温，即可得到镀有减反膜的光伏玻璃。

所述的高温烘干的条件为85℃-200℃烘干25-40min；

所述高温钢化具体为：烧结条件为650℃-750℃反应2-5min。

高温烘干的条件是以镀膜液中异丙醇的沸点为最低要求的，高温烘干先把醇类挥发物去除。烧结条件是在多组试验条件下减反膜透射率的结果对比后得出的。低于或者高于这个温度范围，减反膜效果相对较差。

一种光伏玻璃减反膜，采用上述方法制备得到。

本发明以气泡为模板的，制备减反膜。将制孔剂加入酸溶胶中混合均匀，由于碳酸饮料中含有碳酸，碳酸不稳定分解为CO₂与H₂O，经过高温钢化，CO₂与H₂O挥发后，原本的空间形成气泡，气泡连接在一起后形成多级孔。

通过软模板法制备出的减反膜，含有不规则气泡孔，这些气泡孔随机的链接在一起，命名为多级孔。当薄膜内部增加多级孔的占比时，材料表面的折射率沿深度方向呈连续变化，减小了折射率急剧变化所带来的反射效应。因此，这种多级孔减反膜，可以有效改善光伏组件对光的吸收，从而提高整个太阳能组件的光电转化效率。本发明针对光伏玻璃减反效果不足，提供一种光伏玻璃多级孔结构的减反膜。本发明减反膜的制备，制备过程简单易操作，所制备的减反膜结构优良，机械性能优越，同时具有非常高的光透过率。

本发明首先溶胶-凝胶法制备出酸催化SiO₂溶胶，再按照比例加入制孔剂，与酸溶胶混合均匀，制备减反膜镀膜液。再将镀膜液涂覆在光伏玻璃上，经过高温烧结，使膜层与玻璃基体牢固结合。获得表面硬度高、耐划伤能力好、耐候性强、具有多级孔结构的膜层。制备出来的镀有多级孔减反膜的光伏玻璃与原片玻璃相比具有更高的透光率。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

一)、溶胶-凝胶法制备SiO₂酸催化溶胶，方法简单，过程绿色环保，可以大批量生产。

二)、添加的制孔剂原材料丰富，添加制备过程简单易操作，经济环保。

三)、本产品与普通酸催化溶胶制备的减反膜相比，是具有更优良结构的薄膜。

四)、制孔剂起到的制孔作用效果明显，光学性能明显增强，具有更高的透光率。未镀膜的原片玻璃透光率为91％-92％，而镀过减反膜后的光伏玻璃透光率为93％-96％。光伏玻璃透光率提高的同时，整个太阳能电池的光电效率也提高了。可有效降低实际生产成本，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为减反膜涂覆在光伏玻璃上样品1的扫描电子显微镜检测图；

图2为减反膜涂覆在光伏玻璃上样品2的扫描电子显微镜检测图。

具体实施方式

实施例1

一种镀膜液的制备方法，包括以下步骤：

1)酸催化SiO₂溶胶的制备操作如下：

称取90g异丙醇，5g正硅酸乙酯TEOS，1g浓度为12.27mol/L浓盐酸溶液以及3.3g聚乙二醇600和0.7g聚醚123于室温条件下搅拌30min后，静置陈化12h，即可得到酸催化SiO₂溶胶。

2)制备减反膜镀膜液：

将步骤1)制备的酸催化SiO₂溶胶与市售的可乐按照质量比为1:1混合，即得减反膜镀膜液。

一种光伏玻璃减反膜的制备方法，包括以下步骤：

使用浸渍提拉法，以均匀的速度将光伏玻璃原片从上述实施例1制备的镀膜液中提拉出来。接着将玻璃置于90℃条件下烘干25min，再将镀有减反膜的光伏玻璃置于650℃马弗炉中烧结2min，再于空气中自然冷却后即可得到产品。样品1和样品2的扫描电镜表征结果如图1-图2所示。制孔剂在减反膜内部经过烧结，产生多级孔，分布在玻璃表面。透光率仪检测，透光率为93.635％。相比于未镀膜的光伏玻璃原片透光率91％，增加了2.635％。

实施例2

一种镀膜液的制备方法，包括以下步骤：

1)酸催化SiO₂溶胶的制备操作如下：

称取90g异丙醇，5g正硅酸乙酯TEOS，1g12.27mol/L浓盐酸溶液以及3.3g聚乙二醇600和0.7g聚醚123于室温条件下搅拌30min后，陈化16h，即可得到酸催化SiO₂溶胶。

2)制备减反膜镀膜液；

将步骤1)制备的酸催化SiO₂溶胶与制孔剂按照质量比为1:3，即得减反膜镀膜液。

一种光伏玻璃减反膜的制备方法，包括以下步骤：

使用浸渍提拉法，以均匀的速度将玻璃原片从上述实施例2制备的镀膜液中提拉出来。接着将玻璃置于120℃条件下烘干30min，再将镀有减反膜的光伏玻璃置于675℃马弗炉中烧结3min，再于空气中自然冷却后即可得到产品。制孔剂在减反膜内部经过烧结，产生多级孔，分布在玻璃表面。透光率仪检测，透光率为94.635％。相比于未镀膜的光伏玻璃原片透光率91.1％，增加了3.535％。

实施例3

一种镀膜液的制备方法，包括以下步骤：

1)酸催化SiO₂溶胶的制备操作如下：

称取90g异丙醇，5g正硅酸乙酯TEOS，1g12.27mol/L浓盐酸溶液以及3.3g聚乙二醇600和0.7g聚醚123于室温条件下搅拌35min后，陈化20h，即可得到酸催化SiO₂溶胶。

2)制备减反膜镀膜液；

将步骤1)制备的酸催化SiO₂溶胶与制孔剂按照质量比为1:6混合，即得减反膜镀膜液。

一种光伏玻璃减反膜的制备方法，包括以下步骤：

使用浸渍提拉法，以均匀的速度将玻璃原片从上述实施例3制备的镀膜液中提拉出来。接着将玻璃置于150℃条件下烘干35min，再将镀有减反膜的光伏玻璃置于725℃马弗炉中烧结4min，再于空气中自然冷却后即可得到产品。制孔剂在减反膜内部经过烧结，产生多级孔，分布在玻璃表面。透光率仪检测，透光率为95.534％。相比于未镀膜的光伏玻璃原片透光率91.4％，增加了4.134％。

实施例4

一种镀膜液的制备方法，包括以下步骤：

1)酸催化SiO₂溶胶的制备操作如下：

称取90g异丙醇，5g TEOS，1g12.27mol/L浓盐酸溶液以及3.3g聚乙二醇600和0.7g聚醚123于室温条件下搅拌40min后，陈化24h；即可得到酸催化SiO₂溶胶。

2)制备减反膜镀膜液；

将步骤1)制备的酸催化SiO₂溶胶与制孔剂按照质量比为1:9混合，即得减反膜镀膜液。

一种光伏玻璃减反膜的制备方法，包括以下步骤：

使用浸渍提拉法，以均匀的速度将玻璃原片从实施例4制备的镀膜液中提拉出来。接着将玻璃置于180℃条件下烘干40min，再将镀有减反膜的光伏玻璃置于750℃马弗炉中烧结5min，再于空气中自然冷却后即可得到产品。制孔剂在减反膜内部经过烧结，产生多级孔，分布在玻璃表面。透光率仪检测，透光率为94.228％。相比于未镀膜的光伏玻璃原片透光率91.2％，增加了3.028％。

实施例5(对比例)

一种镀膜液的制备方法，包括以下步骤：

1)酸催化SiO₂溶胶的制备操作如下：

称取90g异丙醇，5g正硅酸乙酯TEOS，1g12.27mol/L浓盐酸溶液以及3.3g聚乙二醇600和0.7g聚醚123于室温条件下搅拌30min后，陈化12h。即可得到酸催化SiO₂溶胶。

2)制备减反膜镀膜液：

将步骤1)制备的酸催化SiO₂溶胶与制孔剂按照质量比为1:1混合，即得减反膜镀膜液。

一种光伏玻璃减反膜的制备方法，包括以下步骤：

使用浸渍提拉法，以均匀的速度将光伏玻璃原片从上述实施例5制备的镀膜液中提拉出来。接着将玻璃置于90℃条件下烘干25min，再将镀有减反膜的光伏玻璃置于500℃马弗炉中烧结2min，再于空气中自然冷却后即可得到产品。制孔剂在减反膜内部经过烧结，产生多级孔，分布在玻璃表面。透光率仪检测，透光率为88.532％。相比于未镀膜的光伏玻璃原片透光率91.4％，降低了2.868％。

Claims

1.一种镀膜液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

1)制备酸催化SiO₂溶胶；

2)制备减反膜镀膜液。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)将正硅酸乙酯、异丙醇、聚醚、聚乙二醇和盐酸在室温下混合后，陈化，到酸催化SiO₂溶胶。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述正硅酸乙酯、异丙醇、聚乙二醇、聚醚和盐酸的质量比为：2-5：36-90：1.32-3.3:0.28-0.7:0.4-1。

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述陈述是指室温在放置12-24h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)具体为：将制孔剂与步骤1)制备的酸催化SiO₂溶胶混合均匀；所述制孔剂为碳酸饮料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述制孔剂与酸催化SiO₂溶胶的质量比为1：(1-9)。

7.一种权利要求1-6任一项所述制备方法制备的镀膜液。

8.一种光伏玻璃减反膜的制备方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述制备方法制备的镀膜液制备得到，具体：光伏玻璃减反膜的制备方法为：镀膜液涂覆在光伏玻璃上，先高温烘干，再高温钢化后，冷却至室温，即可得到镀有减反膜的光伏玻璃。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述的高温烘干的条件为650℃-750℃反应2-5min。

10.一种权利要求8或9所述制备方法制备的光伏玻璃减反膜。