CN115594416B - 一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及C03C17/00技术领域，具体涉及一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃及制备方法。本发明提供了一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃，包括玻璃基材、光转换层、减反射层；所述光转换层为光转换涂料涂布在清洁干燥后的玻璃基材上形成的涂层；所述减反射层为减反射涂料在光转换层上形成的涂层。本发明中通过在玻璃基材上施涂光转换涂料和减反射涂料，形成光转换层和减反射层，实现了光伏玻璃具有光谱转换和减反增透能力的能力，提升了光伏玻璃在应用时的发电功率。

Description

一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃及制备方法
技术领域
本发明涉及C03C17/00技术领域，具体涉及一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃及制备方法。
背景技术
目前市场上存在的部分光伏组件均使用厚度为2-4mm的钢化玻璃，在经济市场的控制下一般会从成本和性能上考虑选用成本较低的低铁超白钠钙玻璃，并且在低铁超白钠钙玻璃上涂有减反射镀膜以减少玻璃-空气界面处的反射损失，并使玻璃的透光率提高2.5-3.5％。目前玻璃在光伏组件上进行了应用，除了增加玻璃的透过率，还需要提高玻璃的光谱转化率，特别是将发电效率不高的紫外光或者远红外光转换为可见光或者近红外光。荧光玻璃已被广泛研究，大多数含镧系元素的玻璃在可见光波长处发出荧光。荧光成分可以在制造过程中直接掺杂到大块玻璃中，也可以使用后处理步骤(例如溶胶-凝胶、喷雾热解或通过离子交换的纳米粒子)作为涂层施加在玻璃表面上。通过将荧光成分在制造过程中直接掺杂到大块玻璃中的制备过程比较复杂，且需要对玻璃进行改性，使制备工序变得比较繁琐，且玻璃的制备成本提高。
在发光机制方面，目前最常研究的方法是从紫外到可见光波长的下转换；但目前也对从红外范围到可见光波长的上转换进行了研究，也是一种选择，并且从红外范围到可见光波长的上转换可以降低组件温度，从而改善了太阳能电池的效率会随着温度升高而降低的问题，但是该方法存在在玻璃中上转换的转换效率很低，并且不适合低成本、大批量的制备，因此，开发具有经济上可行的上转换玻璃仍然是一个相当大的研究挑战。
专利申请号为CN201310131202.5的中国专利公开了一种具有光转化作用的减反射薄膜的制备方法，采用了将混合溶胶镀膜到玻璃衬底上，但对于发电效率不高的紫外光或者远红外光，转换为可见光或者近红外光的改善效果差，并且在制备光伏组件的过程中，需要选用无毒的改性试剂进行改性，提高光伏组件的发电功率。因此，提供一种具有无毒性并能提升发电功率的光伏组件是目前需要解决的主要技术问题。
发明内容
为了解决上面问题，本发明提供了一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃，包括玻璃基材、光转换层、减反射层；
所述光转换层为光转换涂料涂布在玻璃基材上形成的涂层，所述光转换层的遮光系数为1.4-1.5；
所述减反射层为减反射涂料在光转换层上形成的涂层，所述减反射层的遮光系数为1.2-1.4。
优选地，所述光转换层的遮光系数为1.41-1.48。
进一步地，所述光转换层的遮光系数为1.45。
优选地，所述减反射层的遮光系数为1.25-1.35。
所述光转换层和减反射层的遮光系数通过使用椭偏仪进行测试得到。
优选地，所述光转换涂料的制备方法包含以下步骤：
A1.将催化剂加入溶剂a中进行搅拌，并加入无机酸得到溶液a；
A2.将有机酸、有机化合物加入溶剂b中进行搅拌得到溶液b；
A3.将溶液b加入到溶液a中进行搅拌得到光转换涂料。
进一步地，所述光转换涂料的制备方法包含以下步骤：
A1.将催化剂加入溶剂a中进行搅拌，并加入无机酸得到溶液a；
A2.将有机酸、有机化合物及分散剂加入溶剂b中进行搅拌得到溶液b；
A3.将溶液b加入到溶液a中进行搅拌得到光转换涂料。
优选地，所述A1中催化剂为铋盐。
优选地，所述铋盐选自硝酸铋、碳酸铋、氯化铋、五水合硝酸铋中的一种或多种。
优选地，所述A1中溶剂a选自丙酮、甲酮、乙二醇、乙醇、异丙醇中的一种或多种。
优选地，所述A2中有机酸选自柠檬酸、草酸、酒石酸、苹果酸中的一种或多种。
优选地，所述A2中有机化合物包括聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺中的一种或多种。
优选地，所述A2中分散剂选自环丙基甲基酮、乙酰丙酮、丙酰丙酮中的一种或多种。
优选地，所述A2中溶剂b包括丙酮。
在一种优选的技术方案中，所述光转换涂料的制备方法包含以下步骤：
A1.称取0.01-0.5mol的Bi(NO3)3·5H2O加入100-200ml丙酮中，在不断搅拌的同时滴加30-50ml浓硝酸溶液，得到溶液a；
A2.将0.01-0.5mol的柠檬酸加入40-60ml丙酮中，再加入30-50ml乙酰丙酮和10-30ml的聚乙二醇200中进行搅拌得到溶液b；
A3.将溶液b逐滴滴入溶液a中进行搅拌5-8h得到光转换涂料。
为了改善光转换层的透光性，本申请人在实验中意外发现，通过将含有乙酰丙酮及聚乙二醇200的溶液b逐滴滴入含有Bi(NO3)3·5H2O的溶液a中能改善光转换涂料的分散稳定性和透明性，同时也使光转换层具有好的环保性能。
优选地，所述减反射涂料的制备方法包含以下步骤：
B1.将含有硅酸结构的化合物及含有硅烷的化合物加入容器中进行搅拌，并加入酸水混合物进行升温得到混合物c；
B2.将混合物c进行降温加入含有硅烷的化合物及含有硅酸结构的化合物进行搅拌得到混合物d；
B3.将氨基树脂加入到混合物d中进行搅拌得到混合物e；
B4.将溶剂c加入混合物e中进行搅拌得到减反射涂料。
进一步地，所述减反射涂料的制备方法包含以下步骤：
B1.将含有硅酸结构的化合物及含有硅烷的化合物加入容器中进行搅拌，并加入酸水混合物进行升温得到混合物c；
B2.将混合物c进行降温加入含有硅烷的化合物及含有硅酸结构的化合物进行搅拌得到混合物d；
B3.将氨基树脂加入到混合物d中进行搅拌得到混合物e；
B4.将溶剂c加入混合物e中，并加入流平剂进行搅拌得到减反射涂料。
优选地，所述B1中含有硅酸结构的化合物包括正硅酸乙酯。
优选地，所述B1中含有硅烷的化合物选自双三甲基硅氧基甲基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二乙氧基二甲基硅烷、四甲基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷中的一种或多种。
优选地，所述B3中氨基树脂选自四异丁醚化氨基树脂、羟甲基异丁醚化氨基树脂、四甲醚化氨基树脂、六甲醚化氨基树脂中的一种或多种。
优选地，所述B3中氨基树脂为四甲醚化氨基树脂，型号为Ineos英力士氨基树脂Maprenal MF 915/75IB。
优选地，所述B4中溶剂c包括异丙醇。
优选地，所述B4中流平剂包括聚丙烯酸酯溶液。
所述包括聚丙烯酸酯溶液的流平剂的购买厂家为德国赢创，型号为Flow300。
优选地，所述减反射涂料的制备方法包含以下步骤：
B1.按摩尔比计，将正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、二乙氧基二甲基硅烷比例为1∶(1-1.5)∶(0.2-0.4)的原料加入容器中进行搅拌，在搅拌状态下在0.5-5min内加入由异丙醇、硝酸、乙酸及水组成的酸水混合物，进行搅拌升温至75-85℃下反应10-20h得到混合物c；
B2.将混合物c进行降温至室温加入由二乙氧基二甲基硅烷、正硅酸乙酯、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，进行搅拌得到混合物d；
B3.将氨基树脂加入到混合物d中进行搅拌得到混合物e，并升温至35-45℃进行静置1-5h；
B4.将异丙醇加入混合物e中至固含量为1-5％，然后加入0.5-5‰的流平剂进行搅拌得到减反射涂料。
所述B3中氨基树脂的加入量为混合物d总重量的1-5wt％。
所述B1中异丙醇、硝酸、乙酸及水的摩尔比为1∶(0.005-0.02)∶(0.001-0.01)∶(1-2)。
优选地，所述B1中异丙醇、硝酸、乙酸及水的摩尔比为1∶0.012∶0.004∶1.6。
所述B2中加入包含二乙氧基二甲基硅烷和正硅酸乙酯的摩尔比为1-1.5：1的混合物。
优选地，所述B2中加入包含二乙氧基二甲基硅烷和正硅酸乙酯的摩尔比为1.2:1的混合物。
所述B2中加入包含γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯的摩尔比为0.01-0.05：1的混合物。
优选地，所述B2中加入包含γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯的摩尔比为0.02:1的混合物。
所述B2中加入包含γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯的摩尔比为0.01:1的混合物。
一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃的制备方法，包括以下步骤：
S1.将光转换涂料施涂到玻璃基材上形成光转换层；
S2.将减反射涂料施涂到光转换层上形成减反射层，并放入到高温装置中进行加热。
优选地，所述施涂方式选自浸涂、辊涂、喷涂、狭缝式涂布中的一种或多种。
优选地，所述高温装置中温度大于600℃。
优选地，所述光转换层的厚度为100-300nm。
优选地，所述光转换层的厚度为180-220nm。
优选地，所述减反射层的厚度为90-150nm。
优选地，所述减反射层的厚度为100-120nm。
为了提升光转换涂料及减反射涂料在玻璃基材上形成涂层的稳定性及光谱转化及减反射的性能，本申请人在实验中意外发现，对光转换层的厚度为控制在100-300nm，减反射层的厚度控制在90-150nm，并在温度大于600℃的高温装置中进行加热，实现了光转换层的遮光系数为1.4-1.5，减反射层的遮光系数为1.2-1.4，特别是光转换层的厚度为控制在180-220nm，减反射层的厚度控制在100-120nm，并在温度大于600℃的高温装置中进行加热，实现了光转换层的遮光系数为1.41-1.48，减反射层的遮光系数为1.25-1.35，通过减反射层的低遮光系数，提高了光透过率，能改善光转换涂料及减反射涂料在玻璃基材上形成涂层的稳定性及光谱转化及减反射的性能，提升了光伏玻璃在应用时的导电功率。
有益效果
通过本发明提供的一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃，通过掺杂Bi3+提升了光伏玻璃的发光强度。
本发明中通过在玻璃基材上施涂光转换涂料和减反射涂料，形成光转换层和减反射层，实现了光转换层的遮光系数为1.41-1.48，减反射层的遮光系数为1.25-1.35，通过减反射层的低遮光系数，提高了光透过率，实现了光伏玻璃具有光谱转换和减反增透能力的能力，提升了光伏玻璃在应用时的发电功率。
本发明中通过在光转换涂料中使用Bi3+，具有无毒、环保的特性。
本发明中通过采用硅烷偶联剂与其他原料配合使用，改善了减反射涂料与玻璃基材的结合性能，提升了光伏玻璃的发电功率。
通过本发明提供的具有光转化及减反射作用的光伏玻璃，在应用过程中能提高组件发电功率达3.5％-6％，具有优异的经济价值。
附图说明
图1提供了一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃的结构示意图。
图1中：玻璃基材1、光转换层2、减反射层3。
具体实施方式
实施例1
一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃，包括玻璃基材1、光转换层2、减反射层3；
所述光转换层2为光转换涂料涂布在清洁干燥后的玻璃基材上形成的涂层；
所述减反射层3为减反射涂料在光转换层上形成的涂层。
所述光转换层3的遮光系数为1.45，减反射层的遮光系数为1.25。
所述光转换涂料的制备方法包含以下步骤：
A1.称取0.1mol的Bi(NO3)3·5H2O加入150ml丙酮中，在不断搅拌的同时滴加42ml浓硝酸溶液，得到溶液a；
A2.将0.1mol的柠檬酸加入50ml丙酮中，再加入40ml乙酰丙酮和20ml聚乙二醇200中进行搅拌得到溶液b；
A3.将溶液b逐滴滴入溶液a中进行搅拌6h得到光转换涂料。
所述减反射涂料的制备方法包含以下步骤：
B1.按摩尔比计，将正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、二乙氧基二甲基硅烷比例为1∶1.17∶0.28的原料加入容器中进行搅拌，在搅拌状态下在2min内加入由异丙醇、硝酸、乙酸及水组成的酸水混合物，进行搅拌升温至80℃下反应12h得到混合物c；
B2.将混合物c进行降温至室温加入由二乙氧基二甲基硅烷、正硅酸乙酯、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，进行搅拌得到混合物d；
B3.将氨基树脂加入到混合物d中进行搅拌得到混合物e，并升温至40℃进行静置3h；
B4.将异丙醇加入混合物e中至固含量为3％，然后加入2‰的流平剂进行搅拌得到减反射涂料。
所述B3中氨基树脂的加入量为混合物d总重量的2wt％。
所述B1中异丙醇、硝酸、乙酸及水的摩尔比为1∶0.012∶0.004∶1.6。
所述B2中加入包含二乙氧基二甲基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷及正硅酸乙酯的混合物，并且二乙氧基二甲基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷及正硅酸乙酯的摩尔比为1.2:0.02:0.01:1。
所述流平剂的购买厂家为德国赢创，型号为Flow 300。
所述氨基树脂的购买厂家为重庆凯茵化工有限公司，型号为Ineos英力士氨基树脂Maprenal MF 915/75IB。
一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃的制备方法，包括以下步骤：
S1.将玻璃基材进行清洁干燥后，将光转换涂料喷涂到玻璃基材上进行常温固化形成光转换层；
S2.将减反射涂料喷涂到光转换层上进行常温固化形成减反射层，并放入到650℃的高温装置中进行加热4h得到具有光转化及减反射作用的光伏玻璃。
所述光转换层2的厚度为200nm。
所述减反射层3的厚度为110nm。
所述图1提供了一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃的结构示意图。
实施例2
一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃，包括玻璃基材1、光转换层2、减反射层3；
所述光转换层2为光转换涂料涂布在清洁干燥后的玻璃基材上形成的涂层；
所述减反射层3为减反射涂料在光转换层上形成的涂层。
所述光转换层2的遮光系数为1.45，减反射层的遮光系数为1.30。
所述光转换涂料的制备方法包含以下步骤：
A1.称取0.1mol的Bi(NO3)3·5H2O加入150ml丙酮中，在不断搅拌的同时滴加42ml浓硝酸溶液，得到溶液a；
A2.将0.1mol的柠檬酸加入50ml丙酮中，再加入40ml乙酰丙酮和20ml聚乙二醇200中进行搅拌得到溶液b；
A3.将溶液b逐滴滴入溶液a中进行搅拌6h得到光转换涂料。
所述减反射涂料的制备方法包含以下步骤：
B1.将氨基树脂加入到纳米硅溶胶中，并升温至40℃进行搅拌至分散均匀得到混合物a；
B2.加发泡剂、流平剂加入到混合物a中进行搅拌得到减反射涂料。
所述纳米硅溶胶中二氧化硅的固含量为35％，购买厂家为济南泉星新材料有限公司。
所述氨基树脂的加入量为纳米硅溶胶的2wt％。
所述发泡剂的加入量为纳米硅溶胶的20-30wt％。
所述流平剂的加入量为纳米硅溶胶的2‰。
所述流平剂的购买厂家为德国赢创，型号为Flow 300。
所述发泡剂的购买厂家为帝斯曼，型号为硅包丙烯酸树脂微球。
所述氨基树脂的购买厂家为重庆凯茵化工有限公司，型号为Ineos英力士氨基树脂Maprenal MF 915/75IB。
一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃的制备方法，包括以下步骤：
S1.将玻璃基材进行清洁干燥后，将光转换涂料喷涂到玻璃基材上进行常温固化形成光转换层；
S2.将减反射涂料喷涂到光转换层上进行常温固化形成减反射层，并放入到650℃的高温装置中进行加热4h得到具有光转化及减反射作用的光伏玻璃。
所述光转换层2的厚度为200nm。
所述减反射层3的厚度为110nm。
实施例3
一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃，包括玻璃基材1、减反射层2；
所述减反射层2为减反射涂料在玻璃基材上形成的涂层。
所述减反射层2的遮光系数为1.25。
所述减反射涂料的制备方法包含以下步骤：
B1.按摩尔比计，将正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、二乙氧基二甲基硅烷比例为1∶1.17∶0.28的原料加入容器中进行搅拌，在搅拌状态下在2min内加入由异丙醇、硝酸、乙酸及水组成的酸水混合物，进行搅拌升温至80℃下反应12h得到混合物c；
B2.将混合物c进行降温至室温加入由二乙氧基二甲基硅烷、正硅酸乙酯、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，进行搅拌得到混合物d；
B3.将氨基树脂加入到混合物d中进行搅拌得到混合物e，并升温至40℃进行静置3h；
B4.将异丙醇加入混合物e中至固含量为3％，然后加入2‰的流平剂进行搅拌得到减反射涂料。
所述B3中氨基树脂的加入量为混合物d总重量的2wt％。
所述B1中异丙醇、硝酸、乙酸及水的摩尔比为1∶0.012∶0.004∶1.6。
所述B2中加入包含二乙氧基二甲基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷及正硅酸乙酯的混合物，并且二乙氧基二甲基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷及正硅酸乙酯的摩尔比为1.2:0.02:0.01:1。
所述流平剂的购买厂家为德国赢创，型号为Flow 300。
所述氨基树脂的购买厂家为重庆凯茵化工有限公司，型号为Ineos英力士氨基树脂Maprenal MF 915/75IB。
一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃的制备方法，包括以下步骤：
将玻璃基材进行清洁干燥后，将减反射涂料喷涂到光转换层上进行常温固化形成减反射层2，并放入到650℃的高温装置中进行加热4h得到具有光转化及减反射作用的光伏玻璃。
所述减反射层的厚度为110nm。
实施例4
一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃，包括玻璃基材1、光转换层2；
所述光转换层2为光转换涂料涂布在清洁干燥后的玻璃基材上形成的涂层；
所述光转换层2的遮光系数为1.45。
所述光转换涂料的制备方法包含以下步骤：
A1.称取0.1mol的Bi(NO3)3·5H2O加入150ml丙酮中，在不断搅拌的同时滴加42ml浓硝酸溶液，得到溶液a；
A2.将0.1mol的柠檬酸加入50ml丙酮中，再加入40ml乙酰丙酮和20ml聚乙二醇200中进行搅拌得到溶液b；
A3.将溶液b逐滴滴入溶液a中进行搅拌6h得到光转换涂料。
一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃的制备方法，包括以下步骤：
S1.将玻璃基材进行清洁干燥后，将光转换涂料喷涂到玻璃基材上进行常温固化形成光转换层2，并放入到650℃的高温装置中进行加热4h得到具有光转化及减反射作用的光伏玻璃。
所述光转换层的厚度为200nm。
实施例5
实施例5提供了一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃，与实施例1的区别在于，具有光转化及减反射作用的光伏玻璃只包含玻璃基材，未施涂光转换层和减反射层。
性能测试
1.电性能测试
测试方法：
将实施例1-5制备得到的具有光转化及减反射作用的光伏玻璃与晶硅电池进行组装，按照光伏器件第10部分：线性特性测量方法GB/T 6495.10-2012/IEC60904-10:1998的测试标准进行测试电性能，测试结果见表1。
表1

Claims (3)

1.一种具有光转化及减反射作用的光伏玻璃，其特征在于，包括玻璃基材（1）、光转换层（2）、减反射层（3）；
所述光转换层（2）为光转换涂料涂布在玻璃基材上形成的涂层，所述光转换层的遮光系数为1.4-1.5；
所述减反射层（3）为减反射涂料在光转换层上形成的涂层，所述减反射层的遮光系数为1.2-1.4；
所述光转换涂料的制备方法包含以下步骤：
A1.将催化剂加入丙酮中进行搅拌，并加入浓硝酸得到溶液a；
A2.将有机酸、聚乙二醇加入丙酮中进行搅拌得到溶液b；
A3.将溶液b加入到溶液a中进行搅拌得到光转换涂料；
所述A1中催化剂为铋盐；所述铋盐选自硝酸铋、碳酸铋、氯化铋、五水合硝酸铋中的一种或多种；
所述A2中有机酸选自柠檬酸、草酸、酒石酸、苹果酸中的一种或多种；
所述减反射涂料的制备方法包含以下步骤：
B1.将正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、二乙氧基二甲基硅烷加入容器中进行搅拌，并加入由异丙醇、硝酸、乙酸及水组成的酸水混合物进行升温得到混合物c；
B2.将混合物c进行降温加入二乙氧基二甲基硅烷、正硅酸乙酯、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行搅拌得到混合物d；
B3.将氨基树脂加入到混合物d中进行搅拌得到混合物e；
B4.将异丙醇加入混合物e中进行搅拌得到减反射涂料。
2.一种如权利要求1所述的具有光转化及减反射作用的光伏玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将光转换涂料施涂到玻璃基材上形成光转换层（2）；
S2.将减反射涂料施涂到光转换层上形成减反射层（3），并加入到高温装置中进行加热。
3.如权利要求2所述的具有光转化及减反射作用的光伏玻璃的制备方法，其特征在于，所述光转换层（2）的厚度为100-300nm。
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