CN114351111B - 用于太阳能光伏板的涂层和太阳能光伏板 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于太阳能光伏板的涂层和太阳能光伏板，用于太阳能光伏板的涂层为无机非晶涂层，按基于涂层总重的重量百分含量计，涂层包括：硅元素，25％～40％；碳元素，20％～30％；氧元素，25％～30％；氮元素，2％～8％。本申请提供的用于太阳能光伏板的涂层兼具强的自清洁能力和高的透光性能，能够减弱对光的反射并增强对光的透过能力，由此可以实现对太阳光的“增透减反”作用，从而有利于提升太阳能的发电效率。

Description

用于太阳能光伏板的涂层和太阳能光伏板
技术领域
本申请属于太阳能技术领域，具体涉及一种用于太阳能光伏板的涂层和太阳能光伏板。
背景技术
太阳能发电作为一种清洁可再生能源，具有广泛的应用前景，而光伏板是其发电技术的核心组件，主要以半导体材料(如单晶硅)组成。然而，现有的太阳能光伏板在使用期间还存在一定的弊端，由于长时间不能移动清洁导致表面覆盖灰尘等杂质，限制了光线透过率，会在一定程度上影响工作效率，而且需要人工定期清洁，浪费人力、物力资源。对于太阳能光伏板来说，对波长介于350nm至1200nm的光线吸收尤为重要，必须保持高的透光率，减少反射现象发生，而解决方案之一就是使表面粗糙化，但是这种方法同时会使光伏板出现灰尘和有机杂质的粘附。
为解决上述问题，现有的太阳能光伏板通常会在表面涂敷一层自清洁涂层，利用涂层的疏水性能和耐污性能实现太阳能光伏板的自清洁。然而，现有的自清洁涂层中，由于涂层本身会增强对光的反射作用，同时会对太阳光产生吸收，因而涂层对光的透过率不高，透光性较差，由此会降低太阳能的发电效率。此外，目前的自清洁涂层大多存在疏水角小、滚动角大以及清洁覆盖角度小等劣势，由此导致涂层的自清洁能力不强。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种自清洁能力较高、同时对太阳光具备“增透减反”能力的用于太阳能光伏板的涂层和太阳能光伏板。
本申请第一方面提供一种用于太阳能光伏板的涂层，涂层为无机非晶涂层，按基于涂层总重的重量百分含量计，涂层包括：
硅元素，25％～40％；碳元素，20％～30％；氧元素，25％～30％；氮元素，2％～8％。
根据本申请第一方面的任一实施方式，涂层中包含无机非晶纳米颗粒，无机非晶纳米颗粒的平均粒径为10～50nm，优选为20～40nm。
根据本申请第一方面的任一实施方式，涂层的厚度为10～100nm，优选为20～90nm；和/或
涂层的疏水角为θ≥170°，滚动角为α≤5°；和/或
涂层的清洁覆盖角为5～90°；和/或
涂层对光的反射率为R≤3％；和/或
涂层的透光率为T≥95％。
本申请第二方面提供一种用于制备本申请第一方面所述涂层的方法，包括：
雾化步骤，用于对有机硅前驱体溶液进行雾化分散，得到有机硅前驱体雾化气；
沉积步骤，用于对有机硅前驱体雾化气进行等离子喷涂沉积，得到涂层。
根据本申请第二方面的任一实施方式，雾化步骤包括：
通过使有机硅前驱体溶液与雾化载气接触并调节雾化流速，得到有机硅前驱体雾化气。
根据本申请第二方面的任一实施方式，雾化步骤进一步包括：
将有机硅前驱体溶于溶剂中，得到有机硅前驱体溶液，调节有机硅前驱体溶液为第一流速；
向有机硅前驱体溶液中通入第二流速的雾化载气，得到载气载带溶液混合体；
调节载气载带溶液混合体为第三流速并进行雾化分散，得到有机硅前驱体雾化气。
根据本申请第二方面的任一实施方式，第一流速为50～200mL/min，优选为60～100mL/min；和/或
第二流速为100～1000mL/min，优选为200～500mL/min；和/或
第三流速为100～1000mL/min，优选为200～500mL/min。
根据本申请第二方面的任一实施方式，有机硅前驱体包括聚硅氮烷、聚硼硅氮烷、聚碳硅烷及聚二甲基硅氧烷中的一种或几种，优选的，有机硅前驱体的重均分子量为3000～100000；和/或
溶剂包括正己烷、乙醇、四氢呋喃、丙酮及二甲亚砜中的一种或几种；和/或
雾化载气包括氮气、氩气及氦气中的一种或几种。
根据本申请第二方面的任一实施方式，雾化步骤中有机硅前驱体与溶剂的体积比为(3～1):(1～5)，优选为(3～2):(1～4)。
根据本申请第二方面的任一实施方式，沉积步骤包括：
通过使有机硅前驱体雾化气与等离子束接触并进行喷涂反应后沉积到基底上，得到涂层。
根据本申请第二方面的任一实施方式，沉积步骤进一步包括：
将有机硅前驱体雾化气以第一角度注入到等离子束上并进行喷涂反应，得到喷涂反应物；
使喷涂反应物沉积到基底上，得到涂层；
其中，第一角度为有机硅前驱体雾化气注入方向与等离子束喷射方向的夹角。
根据本申请第二方面的任一实施方式，第一角度为30～90°，优选为40～80°；和/或
喷涂反应中形成等离子束的等离子发生气为氩气与氢气的混合气，优选的，混合气中氢气的体积百分含量为5％～10％；和/或
喷涂反应的电流为200～400A，优选为250～350A；和/或
喷涂反应的速率为50～200mm/s，优选为75～150mm/s；和/或
喷涂反应的循环次数为n≥1；和/或
喷涂反应的距离为50～200mm，优选为80～100mm；
其中，喷涂反应的距离为等离子束的喷射口到基底的垂直距离。
根据本申请第二方面的任一实施方式，沉积步骤之前还包括：
预处理步骤，用于对基底进行预处理，以除去表面杂质。
根据本申请第二方面的任一实施方式，预处理步骤包括：
对基底表面进行等离子体吹扫和预热处理，除去基底表面的杂质；
其中，预热处理的温度为100～300℃，优选为200～300℃；预热处理的时间为5～30s，优选为10～20s。
本申请第三方面提供一种太阳能光伏板，包括：
光伏板基底，和
覆于光伏板基底上的本申请第一方面的涂层或本申请第二方面的方法制备的涂层。
根据本申请第三方面的任一实施方式，光伏板基底包括光伏玻璃、EVA塑料、单晶硅及多晶硅中的一种或多种。
本申请提供的用于太阳能光伏板的涂层，由于其疏水角大于170°，滚动角小于5°，因而具备优异的疏水性能，其自清洁能力较强；而且由于涂层对光的反射率小于3％，同时透光率大于95％，因而能够减弱对光的反射并增强对光的透过能力，由此可以实现对太阳光的“增透减反”作用，从而能够提升太阳能的发电效率。此外，本申请提供的用于太阳能光伏板的涂层为为硅氧碳氮等元素组成的无机非晶涂层，因而涂层具有更高的结合强度和更优异的耐候性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种用于太阳能光伏板的涂层的表面电子显微图。
图2为本申请实施例提供的一种用于太阳能光伏板的涂层的水滴接触角测试光学图。
图3为本申请实施例提供的一种用于太阳能光伏板的涂层的透光率测试曲线图。
图4为本申请实施例提供的一种制备用于太阳能光伏板的涂层的装置示意图。
附图标记说明：
100有机硅前驱体注射系统；200前驱体雾化系统；300大气等离子喷枪；400基底；
110雾化载气进口；310等离子束。
具体实施方式
为了使本申请的申请目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本申请进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本申请，并非为了限定本申请。
为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中的“多种”的含义是两种以上。
本申请的上述申请内容并不意欲描述本申请中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。
本申请第一方面的实施例提供一种用于太阳能光伏板的涂层，涂层为无机非晶涂层，按基于涂层总重的重量百分含量计，涂层包括：
硅元素，25％～40％；碳元素，20％～30％；氧元素，25％～30％；氮元素，2％～8％。
本申请实施例中用于太阳能光伏板的涂层，主要是由硅氧碳氮等元素组成的无机非晶态涂层，涂层与基底间具有较高的结合强度，并且具备优异的耐候性能，涂层的稳定工作寿命能够超过300天以上。
在一些实施例中，涂层中包含无机非晶纳米颗粒，无机非晶纳米颗粒的平均粒径为10～50nm，优选为20～40nm。
本申请实施例中，通过将涂层中无机非晶纳米颗粒的平均粒径控制为10～50nm，优选为20～40nm，有利于减少涂层对光的反射，降低反射率，同时减少对光的吸收，增强对光的透过率，由此实现对光的“增透减反”作用，从而提升太阳能的发电效率。
本申请实施例中，“增透减反”指的是在基底表面沉积一层增透薄膜(涂层)，以减少表面对光的反射，增加光线透过率的光学薄膜(涂层)；通过沉积的薄膜(涂层)厚度或者折射率与基底相匹配，从而减少基底(如单晶硅)的光线反射率，限制透过光的再反射发生。
在一些实施例中，涂层的厚度为10～100nm，优选为20～90nm。
本申请实施例中，涂层的厚度控制为10～100nm，优选为20～90nm，有利于减弱涂层对光的反射并增强对光的透过率，从而增强对光的“增透减反”作用。
在一些实施例中，涂层的疏水角为θ≥170°，滚动角为α≤5°。
在一些实施例中，涂层的清洁覆盖角为5～90°。
本申请实施例中，涂层的疏水角指的是液体(例如水)在涂层表面上的接触角，用于表征液体对涂层表面的润湿性能，也就是涂层的疏水性能；涂层的疏水角越大，表明其疏水性能越强。
涂层的滚动角指的是液滴放置在涂层倾斜表面而达到一种滚动前的临界状态时，涂层表面倾斜的角度就是涂层的滚动角；滚动角也可用于表征液体对涂层表面的润湿性能，涂层的滚动角越小，表明其疏水性能越强。
涂层的清洁覆盖角指的是涂敷涂层后的光伏板以一定范围的倾斜角度安装，并能够使其在工作期间保持足够的自清洁性能，该一定范围的倾斜角度即为涂层的清洁覆盖角；清洁覆盖角也可表征涂层的自清洁能力，涂层的清洁覆盖角范围越大，表明其自清洁工作性能越好。
本申请实施例中，涂层的疏水角θ≥170°，滚动角α≤5°，清洁覆盖角为5～90°，因而涂层的疏水性能较强，具备强的自清洁能力。
在一些实施例中，涂层对光的反射率为R≤3％。
在一些实施例中，涂层的透光率为T≥95％。
本申请实施例中，涂层对光的反射率R以及涂层的透光率T为本领域公知的含义，可以用本领域公知的仪器进行测定，例如可以用反射率测试仪以及透射率测试仪进行测定。
本申请实施例中，涂层对光的反射率为R≤3％，透光率为T≥95％，涂层对光的反射较弱，对光线的透过率较强，能够实现对光的“增透减反”作用，有利于增强太阳能的发电效率。
本申请第二方面的实施例提供一种用于制备本申请第一方面涂层的方法，包括以下步骤：
S02、雾化步骤，用于对有机硅前驱体溶液进行雾化分散，得到有机硅前驱体雾化气；
S04、沉积步骤，用于对有机硅前驱体雾化气进行等离子喷涂沉积，得到涂层。
本申请实施例中采用大气等离子喷涂技术，可以根据实际使用需求而灵活改变涂层的厚度，从而改变涂层的透光率；且制得的无机非晶态涂层兼具较强的疏水性能和较高的透光率，在提升自清洁能力的同时还具备高的透光性能，由此能够实现高的发电效率。
在一些实施例中，如图4所示，本申请中涂层的具体制备流程包括：将本申请选用的合适种类的有机硅前驱体溶液通过有机硅前驱体注射系统100定量排出，随后进入载气进口110并与雾化载气接触，然后在雾化载气的作用下实现雾化分散，得到有机硅前驱体雾化气；有机硅前驱体雾化气随后经前驱体雾化系统200的喷口与大气等离子喷枪300产生的等离子束310接触并进行喷涂反应，进而沉积到基底400上，即可得到本申请中用于太阳能光伏板的涂层。
在一些实施例中，雾化步骤S02包括：
S020、通过使有机硅前驱体溶液与雾化载气接触并调节雾化流速，得到有机硅前驱体雾化气。
在一些实施例中，步骤S020中，采用雾化载气压缩破裂的方式使有机硅前驱体溶液雾化成小液滴。
在一些实施例中，步骤S020进一步包括：
S0200、将有机硅前驱体溶于溶剂中，得到有机硅前驱体溶液，调节有机硅前驱体溶液为第一流速；
S0202、向有机硅前驱体溶液中通入第二流速的雾化载气，得到载气载带溶液混合体；
S0204、调节载气载带溶液混合体为第三流速并进行雾化分散，得到有机硅前驱体雾化气。
在一些实施例中，步骤S0200中，第一流速为50～200mL/min，优选为60～100mL/min。
在一些实施例中，步骤S0202中，第二流速为100～1000mL/min，优选为200～500mL/min。
在一些实施例中，步骤S0204中，第三流速为100～1000mL/min，优选为200～500mL/min。
本申请实施例中，通过将有机硅前驱体溶液、雾化载气及载气载带溶液混合体的流速均控制在合适范围内，有利于实现将有机硅前驱体溶液雾化成小液滴，并且有利于有机硅前驱体雾化气以合适的流速到达等离子束上进行喷涂反应，从而在保证涂层具备较高疏水性能的同时实现涂层的厚度可调控，进而改善涂层的透光性能。
在一些实施例中，步骤S0200中，有机硅前驱体选用聚有机硅前驱体，包括聚硅氮烷、聚硼硅氮烷、聚碳硅烷及聚二甲基硅氧烷中的一种或几种。优选的，有机硅前驱体原料的纯度超过99％。更优选的，聚有机硅前驱体的重均分子量为3000～100000。
本申请实施例中，选用合适的有机硅前驱体，该前驱体具有良好的溶解性，且在高温反应过程中会呈现出疏水功能基团，因而利用该前驱体制备得到的涂层具备超疏水性能以及强的自清洁能力。
在一些实施例中，步骤S0200中，溶剂包括正己烷、乙醇、四氢呋喃、丙酮及二甲亚砜中的一种或几种。
在一些实施例中，步骤S0202中，雾化载气包括空气、氮气、氩气及氦气中的一种或几种。
在一些实施例中，雾化步骤中有机硅前驱体与溶剂的体积比为(3～1):(1～5)，优选为(3～2):(1～4)。
本申请实施例中，通过将有机硅前驱体与溶剂的体积比控制为(3～1):(1～5)，优选为(3～2):(1～4)，有利于获得适宜浓度的有机硅前驱体溶液，从而有利于调节涂层的厚度，并有利于提升涂层的透光性能。
在一些实施例中，沉积步骤S04包括：
S040、通过使有机硅前驱体雾化气与等离子束接触并进行喷涂反应后沉积到基底上，得到涂层。
在一些实施例中，步骤S040进一步包括：
S0400、将有机硅前驱体雾化气以第一角度注入到等离子束上并进行喷涂反应，得到喷涂反应物；
S0402、使喷涂反应物沉积到基底上，得到涂层；
在一些实施例中，步骤S0400中，第一角度为30～90°，优选为40～80°。
本申请实施例中，第一角度为有机硅前驱体雾化气注入方向与等离子束喷射方向的夹角。进一步的，本申请通过改变前驱体雾化系统的喷口与等离子束的相对位置，进而调整有机硅前驱体雾化气注入方向与等离子束间的角度。
本申请实施例中，有机硅前驱体雾化气注入方向与等离子束喷射方向的夹角，能够决定有机硅前驱体雾化气进入等离子束的程度，从而影响有机硅前驱体雾化气的反应时间和反应温度，进而影响涂层的疏水性能以及自清洁性能。
在一些实施例中，步骤S0400中的等离子束是在高压电弧下电离等离子发生气形成的。优选的，等离子发生气包括氩气、氮气及氢气中的一种或多种。更优选的，等离子发生气为氩气和氢气的混合气，其中，混合气中氢气的体积百分含量为5％～10％。
在一些实施例中，步骤S0400中喷涂反应的电流为200～400A，优选为250～350A。
本申请实施例中，喷涂反应电流的大小能够决定反应温度的高低和有机硅前驱体反应程度的大小，进而影响涂层的疏水性能。
在一些实施例中，喷涂反应的速率为50～200mm/s，优选为75～150mm/s。
本申请实施例中，步骤S0400中喷涂反应的速率为50～200mm/s，优选为75～150mm/s，有利于将涂层的厚度控制在合适范围内。
在一些实施例中，喷涂反应的循环次数为n≥1。通过控制喷涂反应的循环次数，有利于实现对涂层的厚度进行调节，从而获得厚度适宜的涂层。
在一些实施例中，步骤S0400中喷涂反应的距离为50～200mm，优选为80～100mm。
本申请实施例中，喷涂反应的距离为等离子束的喷射口到基底的垂直距离。通过喷涂反应的距离控制在合适范围内，有利于控制沉积到基底上的喷涂反应物的质量，从而获得适宜厚度的涂层。
在一些实施例中，沉积步骤S04之前还包括：
S03、预处理步骤，用于对基底进行预处理，以除去表面杂质。
在一些实施例中，步骤S03中基底的种类没有限制，可根据实际需求进行选择，可选用本领域公知的基底材料，例如光伏玻璃、EVA塑料、单晶硅或多晶硅等等。优选的，光伏玻璃包括3.2mm、2.5mm、2.0mm等等；对于晶体硅太阳能板表面以钢化玻璃为主，而柔性薄膜太阳能板表面以EVA塑料为主。
在一些实施例中，预处理步骤S03包括：
S030、对基底表面进行等离子体吹扫和预热处理，除去基底表面的杂质。
在一些实施例中，步骤S030中，预热处理的温度为100～300℃，优选为200～300℃；预热处理的时间为5～30s，优选为10～20s。
本申请实施例中，通过对基底表面进行等离子体吹扫和预热处理，有助于改善基底与涂层间的界面能，进而提高界面结合力。
本申请第三方面的实施例提供一种太阳能光伏板，包括：光伏板基底，和覆于光伏板基底上的本申请第一方面的涂层或本申请第二方面的方法制备的涂层。
在一些实施例中，光伏板基底的种类没有限制，可根据实际需求进行选择，可选用本领域公知的基底层材料，例如光伏玻璃、EVA塑料、单晶硅或多晶硅等等。优选的，光伏玻璃包括3.2mm、2.5mm、2.0mm等等；对于晶体硅太阳能板表面以钢化玻璃为主，而柔性薄膜太阳能板表面以EVA塑料为主。
本申请实施例中的太阳能光伏板兼具较强的疏水性能和较高的透光性能，在实现自清洁的同时能够大幅提升发电效率，并且太阳能光伏板中涂层的稳定工作寿命能够超过300天以上。
实施例
下述实施例更具体地描述了本申请公开的内容，这些实施例仅仅用于阐述性说明，因为在本申请公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明，以下实施例中所报道的所有份、百分比、和比值都是基于重量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。
本申请以下各实施例中使用的大气等离子喷涂设备的型号为Micro-Nanoparticle Coater-1700013。
实施例1
本实施例中，雾化载气为空气，等离子发生气为氢氩混合气，其中氢气所占体积比为5％。
本实施例按以下步骤在3.2mm钢化玻璃基底表面沉积聚硅氮烷前驱体，制备得到涂层：
(1)将99％纯度的聚硅氮烷以3:1体积比溶于正己烷后加入到定量注射泵中，依次打开雾化系统、大气等离子喷涂设备的总开关、各路气体开关、空压机和吸尘器开关(如附图4)。
(2)将钢化玻璃放置于酒精中超声，随后置于去离子水中超声，氮气吹扫干燥，去除表面的有机物及杂质，随后固定在二维移动工作台上。
(3)设置雾化系统参数：聚硅氮烷前驱体流速为65mL/min；空气载气流速为100mL/min；前驱体与载气的混合流速为300mL/min。
(4)设置喷涂工艺参数：喷涂起始坐标(X＝0mm，Y＝0mm)，终止坐标(X＝50mm，Y＝70mm)，喷涂电流为200A，喷涂距离为50mm，喷涂速率为60mm/s，喷涂次数为5次。
(5)设置预热前处理程序：预热温度为200℃，预热时间为10s。
(6)将前驱体雾化气注入角度设置为30°，开启喷涂作业，在基底表面沉积得到自清洁涂层。将水滴滴在涂层表面，液滴保持球形，容易滚动。
实施例2
本实施例中，雾化载气为氮气，等离子发生气为氢氩混合气，其中氢气所占体积比为5％。
本实施例按以下步骤在3.2mm钢化玻璃基底表面沉积聚硅氮烷前驱体，制备得到涂层：
(1)将99％纯度的聚硅氮烷以3:1体积比溶于正己烷后加入到定量注射泵中，依次打开雾化系统、大气等离子喷涂设备的总开关、各路气体开关、空压机和吸尘器开关(如附图4)。
(2)将钢化玻璃放置于酒精中超声，随后置于去离子水中超声，氮气吹扫干燥，去除表面的有机物及杂质，随后固定在二维移动工作台上。
(3)设置雾化系统参数：聚硅氮烷前驱体流速为80mL/min；空气载气流速为200mL/min；前驱体与载气的混合流速为300mL/min。
(4)设置喷涂工艺参数：喷涂起始坐标(X＝0mm，Y＝0mm)，终止坐标(X＝50mm，Y＝70mm)，喷涂电流为300A，喷涂距离为100mm，喷涂速率为50mm/s，喷涂次数为20次。
(5)设置预热前处理程序：预热温度为200℃，预热时间为10s。
(6)将前驱体雾化气注入角度设置为45°，开启喷涂作业，在基底表面沉积得到自清洁涂层。将水滴滴在涂层表面，液滴保持球形，容易滚动。
实施例3
本实施例中，雾化载气为氮气，等离子发生气为氢氩混合气，其中氢气所占体积比为5％。
本实施例按以下步骤在3.2mm钢化玻璃基底表面沉积聚硼氮硅烷前驱体，制备得到涂层：
(1)将99％纯度的聚硼硅氮烷以3:1体积比溶于正己烷后加入到定量注射泵中，依次打开雾化系统、大气等离子喷涂设备的总开关、各路气体开关、空压机和吸尘器开关(如附图4)。
(2)将钢化玻璃放置于酒精中超声，随后置于去离子水中超声，氮气吹扫干燥，去除表面的有机物及杂质，随后固定在二维移动工作台上。
(3)设置雾化系统参数：聚硼氮硅烷前驱体流速为65mL/min；空气载气流速为100mL/min；前驱体与载气的混合流速为200mL/min。
(4)设置喷涂工艺参数：喷涂起始坐标(X＝0mm，Y＝0mm)，终止坐标(X＝50mm，Y＝70mm)，喷涂电流为300A，喷涂距离为50mm，喷涂速率为50mm/s，喷涂次数为20次。
(5)设置预热前处理程序：预热温度为200℃，预热时间为10s。
(6)将前驱体雾化气注入角度设置为30°，开启喷涂作业，在基底表面沉积得到自清洁涂层。将水滴滴在涂层表面，液滴保持球形，容易滚动。
实施例4
本实施例中，雾化载气为空气，等离子发生气为氢氩混合气，其中氢气所占体积比为5％。
本实施例按以下步骤在2.5mm钢化玻璃基底表面沉积聚碳硅烷前驱体，制备得到涂层：
(1)将99％纯度的聚碳硅烷以1:1体积比溶于正己烷后加入到定量注射泵中，依次打开雾化系统、大气等离子喷涂设备的总开关、各路气体开关、空压机和吸尘器开关(如附图4)。
(2)将钢化玻璃放置于酒精中超声，随后置于去离子水中超声，氮气吹扫干燥，去除表面的有机物及杂质，随后固定在二维移动工作台上。
(3)设置雾化系统参数：聚硅氮烷前驱体流速为80mL/min；空气载气流速为100mL/min；前驱体与载气的混合流速为200mL/min。
(4)设置喷涂工艺参数：喷涂起始坐标(X＝0mm，Y＝0mm)，终止坐标(X＝50mm，Y＝70mm)，喷涂电流为300A，喷涂距离为100mm，喷涂速率为50mm/s，喷涂次数为30次。
(5)设置预热前处理程序：预热温度为200℃，预热时间为10s。
(6)将前驱体雾化气注入角度设置为60°，开启喷涂作业，在基底表面沉积得到自清洁涂层。将水滴滴在涂层表面，液滴保持球形，容易滚动。
实施例5
本实施例中，雾化载气为氮气，等离子发生气为氢氩混合气，其中氢气所占体积比为5％。
本实施例按以下步骤在2.5mm钢化玻璃基底表面沉积聚硅氮烷前驱体，制备得到涂层：
(1)将99％纯度的聚硅氮烷以1:1体积比溶于四氢呋喃后加入到定量注射泵中，依次打开雾化系统、大气等离子喷涂设备的总开关、各路气体开关、空压机和吸尘器开关(如附图4)。
(2)将钢化玻璃放置于酒精中超声，随后置于去离子水中超声，氮气吹扫干燥，去除表面的有机物及杂质，随后固定在二维移动工作台上。
(3)设置雾化系统参数：聚硅氮烷前驱体流速为100mL/min；空气载气流速为200mL/min；前驱体与载气的混合流速为400mL/min。
(4)设置喷涂工艺参数：喷涂起始坐标(X＝0mm，Y＝0mm)，终止坐标(X＝50mm，Y＝70mm)，喷涂电流为300A，喷涂距离为100mm，喷涂速率为100mm/s，喷涂次数为50次。
(5)设置预热前处理程序：预热温度为200℃，预热时间为10s。
(6)将前驱体雾化气注入角度设置为90°，开启喷涂作业，在基底表面沉积得到自清洁涂层。将水滴滴在涂层表面，液滴保持球形，容易滚动。
实施例6
本实施例中，雾化载气为氮气，等离子发生气为氢氩混合气，其中氢气所占体积比为5％。
本实施例按以下步骤在2.0mm钢化玻璃基底表面沉积聚硅氮烷前驱体，制备得到涂层：
(1)将99％纯度的聚硅氮烷以1:2体积比溶于四氢呋喃后加入到定量注射泵中，依次打开雾化系统、大气等离子喷涂设备的总开关、各路气体开关、空压机和吸尘器开关(如附图4)。
(2)将钢板玻璃放置于酒精中超声，随后置于去离子水中超声，氮气吹扫干燥，去除表面的有机物及杂质，随后固定在二维移动工作台上。
(3)设置雾化系统参数：聚硅氮烷前驱体流速为100mL/min；空气载气流速为100mL/min；前驱体与载气的混合流速为300mL/min。
(4)设置喷涂工艺参数：喷涂起始坐标(X＝0mm，Y＝0mm)，终止坐标(X＝50mm，Y＝70mm)，喷涂电流为400A，喷涂距离为100mm，喷涂速率为100mm/s，喷涂次数为50次。
(5)设置预热前处理程序：预热温度为200℃，预热时间为10s。
(6)将前驱体雾化气注入角度设置为90°，开启喷涂作业，在基底表面沉积得到自清洁涂层。将水滴滴在涂层表面，液滴保持球形，容易滚动(如附图2和3)。
对比例1
涂层的制备同实施例1，区别在于：有机硅前驱体与载气的混合流速为50mL/min。
对比例2
涂层的制备同实施例1，区别在于：等离子束喷涂电流为150A。
对比例3
涂层的制备同实施例1，区别在于：前驱体雾化气注入角度设置为25°。
对比例4
钢化玻璃基底同实施例1，区别在于：基底上未涂敷涂层。
测试部分
将上述实施例1～6和对比例1～6进行相关的性能测试，测试结果示于如下表1。
表1
表1中的性能测试方法如下：
(1)涂层水接触角测试：涂层的水接触角测试采用DSA-100接触角仪，将5ul水滴在涂层表面，静置1分钟记录液体接触角大小，每样品取8个位置以降低误差影响，将平均化接触角计为本样品的实际接触角。
(2)涂层滚动角测试：涂层的滚动角测试采用DSA-100接触角仪，将5ul水滴在涂层表面，随后倾斜载物台直至液滴滚动，每样品取8个位置测试以降低误差影响，将平均化滚动角计为本样品的实际滚动角。
(3)涂层清洁覆盖角测试：将涂敷涂层的样品置于可调角度载物台，随后倾洒灰尘污染物，将水滴以30滴/min在10cm高度滴下，观察表面自清洁性能；随后调整角度范围继续观察直至不具备自清洁性能，该倾斜角度为本样品的清洁覆盖角。
(3)涂层水滴浸渍测试：将水滴在常温环境下滴在未涂敷涂层和涂敷涂层的样品表面，倾斜10度，直至水滴在表面蒸发完毕，观察水滴在表面的残留情况。
(4)涂层厚度测试：涂层的厚度测试采用台阶仪分析，选取多点进行平均化分析，将该厚度结果计为该涂层的具体厚度。
(5)涂层中无机非晶纳米颗粒的平均粒径：采用电子显微镜对各样品进行电子成像，随后采用图像软件对表面颗粒粒径进行统计，将该平均粒径计为涂层中无机非晶纳米颗粒的平均粒径。
(6)涂层对光的反射率测试：采用紫外-红外分光光度计对涂敷涂层的样品进行反射率测试，选取多点进行平均化分析，将该反射率结果计为该涂层的具体反射率。
(7)涂层的透光率测试：采用紫外-红外分光光度计对涂敷涂层的样品进行透过率测试，选取多点进行平均化分析，将该透过率结果计为该涂层的具体反射率。
对比分析实施例1～6与对比例4可知，通过本申请制备方法得到的无机非晶涂层的疏水角均能够达到170°以上，滚动角均在2°以下。通过分析表1中涂层水滴浸渍情况可知，与表面未涂敷涂层的基底相比，表面涂敷有涂层的基底经水滴浸渍后无残留痕迹；通过分析附图2可知，将水滴滴在涂层表面，液滴仍然能够保持球形，且容易滚动；另外涂层的清洁覆盖角均能够达到5～90°的范围，说明本申请制备得到的涂层具备优异的疏水性能和自清洁能力。此外，通过分析附图3可知，与对比例4中表面未涂敷涂层的基底相比，本申请实施例1～6在涂敷涂层后对光的透过率得到大幅提升，透光率均可达到95％以上；同时对光的反射率明显降低，反射率均低于3％，说明本申请制备的涂层能够实现对光的“增透减反”作用。由此，本申请中的涂层兼具高的自清洁能力和对光的“增透减反”性能。
对比分析实施例1～6与对比例1～3可知，在涂层的制备过程中，有机硅前驱体与载气的混合流速、等离子束喷涂电流以及前驱体雾化气注入角度等参数均会对涂层的疏水性能、自清洁能力以及透光性能等产生较大的影响，因此需将这些参数控制在本申请所选取的范围内。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种用于太阳能光伏板的涂层，其特征在于，所述涂层为无机非晶涂层，按基于所述涂层总重的重量百分含量计，所述涂层包括：
硅元素，25%~40%；碳元素，20%~30%；氧元素，25%~30%；氮元素，2%~8%；
所述涂层的疏水角为θ≥170°，滚动角为α≤5°；
所述涂层对光的反射率为R≤3%；
所述涂层的透光率为T≥95%；
所述涂层的制备方法，包括：
雾化步骤，用于对有机硅前驱体溶液进行雾化分散，得到有机硅前驱体雾化气；
沉积步骤，包括：
将所述有机硅前驱体雾化气以第一角度注入到等离子束上并进行喷涂反应，得到喷涂反应物；
使所述喷涂反应物沉积到基底上，得到所述涂层；
其中，所述第一角度为所述有机硅前驱体雾化气注入方向与所述等离子束喷射方向的夹角；所述第一角度为30~90°；
所述喷涂反应中形成所述等离子束的等离子发生气为氩气与氢气的混合气，所述混合气中所述氢气的体积百分含量为5%~10%；所述喷涂反应的电流为200~400A；
所述喷涂反应的速率为75~150mm/s；
所述喷涂反应的循环次数为n≥1；
所述喷涂反应的距离为50~200mm；
其中，所述喷涂反应的距离为所述等离子束的喷射口到所述基底的垂直距离。
2.如权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述涂层中包含无机非晶纳米颗粒，所述无机非晶纳米颗粒的平均粒径为10~50nm；和/或
所述涂层的厚度为10~100nm；和/或
所述涂层的清洁覆盖角为5~90°。
3.如权利要求1所述的涂层，其特征在于，
所述无机非晶纳米颗粒的平均粒径20~40nm；和/或
所述涂层的厚度为20~90nm。
4.如权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述雾化步骤包括：
通过使所述有机硅前驱体溶液与雾化载气接触并调节雾化流速，得到所述有机硅前驱体雾化气。
5.如权利要求4所述的涂层，其特征在于，所述雾化步骤进一步包括：
将有机硅前驱体溶于溶剂中，得到所述有机硅前驱体溶液，调节所述有机硅前驱体溶液为第一流速；
向所述有机硅前驱体溶液中通入第二流速的雾化载气，得到载气载带溶液混合体；
调节所述载气载带溶液混合体为第三流速并进行雾化分散，得到所述有机硅前驱体雾化气。
6.如权利要求5所述的涂层，其特征在于，所述第一流速为50~200mL/min；和/或
所述第二流速为100~1000mL/min；和/或
所述第三流速为100~1000mL/min。
7.如权利要求6所述的涂层，其特征在于，所述第一流速为60~100mL/min；和/或
所述第二流速为200~500mL/min；和/或
所述第三流速为200~500mL/min。
8.如权利要求6或7所述的涂层，其特征在于，所述有机硅前驱体包括聚硅氮烷、聚硼硅氮烷、聚碳硅烷及聚二甲基硅氧烷中的一种或几种；和/或
所述溶剂包括正己烷、乙醇、四氢呋喃、丙酮及二甲亚砜中的一种或几种；和/或
所述雾化载气包括氮气、氩气及氦气中的一种或几种。
9.如权利要求6或7所述的涂层，其特征在于，有机硅前驱体的重均分子量为3000~100000。
10.如权利要求5-7中任意一项所述的涂层，其特征在于，所述雾化步骤中所述有机硅前驱体与所述溶剂的体积比为(3~1):(1~5)。
11.如权利要求5-7中任意一项所述的涂层，其特征在于，所述雾化步骤中所述有机硅前驱体与所述溶剂的体积比为 (3~2):(1~4)。
12.如权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述沉积步骤包括：
通过使所述有机硅前驱体雾化气与等离子束接触并进行喷涂反应后沉积到基底上，得到所述涂层。
13.如权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述第一角度为40~80°；和/或
所述喷涂反应的电流为250~350A；和/或
所述喷涂反应的速率为75~150mm/s；和/或
所述喷涂反应的距离为80~100mm。
14.如权利要求12或13所述的涂层，其特征在于，所述沉积步骤之前还包括：
预处理步骤，用于对所述基底进行预处理，以除去表面杂质。
15.如权利要求14所述的涂层，其特征在于，所述预处理步骤包括：
对所述基底表面进行等离子体吹扫和预热处理，除去所述基底表面的杂质；
其中，所述预热处理的温度为100~300℃；所述预热处理的时间为5~30s。
16.如权利要求15所述的涂层，其特征在于，所述预热处理的温度为200~300℃；所述预热处理的时间为10~20s。
17.一种太阳能光伏板，其特征在于，包括：
光伏板基底，和
覆于所述光伏板基底上的如权利要求1-16中任一项所述的涂层。
18.如权利要求17所述的太阳能光伏板，其特征在于，所述光伏板基底包括光伏玻璃、EVA塑料、单晶硅及多晶硅中的一种或多种。
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