CN115975488A - 一种高转化率敏化太阳能发电涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高转化率敏化太阳能发电涂料及其制备方法，所述太阳能发电涂料由以下质量份数的组分制成：二氧化钛10‑30份、导电填料5‑10份、石墨烯5‑10份、聚氨酯树脂10‑15份、乙酸乙酯1‑10份、抗氧化剂油酸0.1‑0.2份、金属氧化物4‑18份、硬脂酸1‑3份、环氧丙烯酸酯乳液1‑7份、水溶性树脂5‑15份、硅烷偶联剂0.2‑0.4份、壬基酚聚氧乙烯醚8‑13份、聚乙烯醇缩丁醛10‑15份、高耐候性助剂0.2‑0.6份、分散剂0.1‑0.5份、消泡剂0.02‑0.05份、保护剂0.1‑0.3份、去离子水30‑50份。其二维二氧化钛阵列为基础，加入金属氧化物形成空穴，提高了光电转化效率，并可以有效减少表面复合层，提高对光子的捕获率，具有极大的经济推广价值。

Description

一种高转化率敏化太阳能发电涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能发电涂料技术领域，尤其是涉及一种高转化率敏化太阳能发电涂料及其制备方法。

背景技术

随着能源问题日益紧张,太阳能的使用研发在不断改进,以求在不远的未来,可将太阳能在满足经济要求的条件下被广泛地利用到生活中。“太阳能发电涂料”是一种类似于油漆的物质，其涂覆在建筑物表面可一步形成光阳极从而制备出太阳能电池。

现有的技术中，如公开号为CN108165077B的中国专利，其公开了一种太阳能发电涂料及其制备方法与应用。太阳能发电涂料包括导电涂料和工作涂料，导电涂料由聚苯胺3～8份、四氧化三铁5～10份、石墨烯2～7份、环氧丙烯酸酯乳液6～10份、去离子水20～50份制成；工作涂料由改性亲水型纳米二氧化钛4～10份、环氧丙烯酸酯乳液4～10份、有机硅消泡剂0.05～0.50份、聚苯胺2～6份、钠盐分散剂0.1～1份、丙烯酸流平剂0.1～1份、去离子水20～50份制成。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：上述的太阳能发电涂料一般涂覆在太阳能组件的焊带以及背板等材料上面，太阳能组件目前除了电池片自身吸收太阳光激发电子空穴对产生光生载流子外，光电转换效率的提升还要靠焊带、背板等来反光散射，而常规的背板、焊带的反光效果很差，几乎对太阳能组件效率提升无帮助，并且上述的太阳能发电涂料光电转化效率极低。由于太阳能背板工作在室外，其需要要较好的耐候防护措施，延长涂层以及背板的工作寿命，因此有必要提供一种新的光转化率高的用于光伏组件的太阳能发电涂料来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高转化率敏化太阳能发电涂料及其制备方法，此涂料以二维二氧化钛阵列为基础，加入金属氧化物形成空穴，提高了光电转化效率，并可以有效减少表面复合层，提高对光子的捕获率，具有极大的经济推广价值。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种高转化率敏化太阳能发电涂料，所述太阳能发电涂料由以下质量份数的组分制成：二氧化钛10-30份、导电填料5-10份、石墨烯5-10份、聚氨酯树脂10-15份、乙酸乙酯1-10份、抗氧化剂油酸0.1-0.2份、金属氧化物4-18份、硬脂酸1-3份、环氧丙烯酸酯乳液1-7份、水溶性树脂5-15份、硅烷偶联剂0.2-0.4份、壬基酚聚氧乙烯醚8-13份、聚乙烯醇缩丁醛10-15份、高耐候性助剂0.2-0.6份、分散剂0.1-0.5份、消泡剂0.02-0.05份、保护剂0.1-0.3份、去离子水30-50份。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述太阳能发电涂料由以下质量份数的组分制成：二氧化钛15份、导电填料6份、石墨烯份6份、聚氨酯树脂11份、乙酸乙酯3份、抗氧化剂油酸0.13份、金属氧化物8份、硬脂酸1.5份、环氧丙烯酸酯乳液2.5份、水溶性树脂8份、硅烷偶联剂0.25份、壬基酚聚氧乙烯醚9份、聚乙烯醇缩丁醛11份、高耐候性助剂0.3份、分散剂0.2份、消泡剂0.03份、保护剂0.15份、去离子水35份。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述金属氧化物为铁、镍、铬、钴、铜、银金属氧化物的一种或几种。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：掺杂的所述金属氧化物的比例控制在5％-15％之间。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述太阳能发电涂料施用于建筑结构体的外表面之上形成发电涂层，所述发电涂层的厚度为0.15mm-0.25mm。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述太阳能发电涂料中的二氧化钛由多个正方形晶体堆积成二维二氧化钛阵列纳米片结构的晶型，长度为285-425nm，宽度为135-285nm。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述保护剂为聚乙烯基吡咯烷酮、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述高耐候性助剂由苯并三氮唑紫外光吸收剂与反应型受阻胺光稳定剂复配而成。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述分散剂为改性聚丙烯酸酯高聚物。

如上述的一种高转化率敏化太阳能发电涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照上述原料的质量份配比；

步骤二：依次将二氧化钛、导电填料、石墨烯份、聚氨酯树脂、乙酸乙酯、抗氧化剂油酸、金属氧化物、硬脂酸、环氧丙烯酸酯乳液、水溶性树脂加入去离子水中，均匀搅拌50-70mi n，得混合物A；

步骤三：依次将硅烷偶联剂、壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙烯醇缩丁醛、高耐候性助剂、分散剂、消泡剂、保护剂加入去离子水中，升温至80-95℃，搅拌70-90mi n，得混合物B；

步骤四：将混合物B加入混合物A中，搅拌均匀，即得调好的涂料；

步骤五：将调制好的涂料用160-180目丝绢进行过滤，将过滤后的漆液装入容器中密封即可。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

本发明公开了一种高转化率敏化太阳能发电涂料及其制备方法，其以二维二氧化钛阵列为基础，加入铁、镍、铬、钴、铜、银等金属氧化物的一种或几种形成空穴，提高了光电转化效率，并可以有效减少表面复合层，提高对光子的捕获率。掺杂的其他金属比例应控制在5％-15％之间，过低会影响光子的捕获率，过高则会影响二维二氧化钛的阵列结构。涂层厚度应控制在0.15-0.25毫米之内，过薄会降低光子的捕获率，过厚则会影响光电传输的效果。该涂料对太阳光的转化率在17％-20％，对环境光的转化率在35％以上，空穴的大小会对捕获率没有影响。

具体实施方式

下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一：

本发明公开了一种高转化率敏化太阳能发电涂料，太阳能发电涂料由以下质量份数的组分制成：二氧化钛10份、导电填料5份、石墨烯5份、聚氨酯树脂10份、乙酸乙酯1份、抗氧化剂油酸0.1份、金属氧化物4份、硬脂酸1份、环氧丙烯酸酯乳液1份、水溶性树脂5份、硅烷偶联剂0.2份、壬基酚聚氧乙烯醚8份、聚乙烯醇缩丁醛10份、高耐候性助剂0.2份、分散剂0.1份、消泡剂0.02份、保护剂0.1份、去离子水30份。

金属氧化物为铁、镍、铬、钴、铜、银金属氧化物的一种或几种。掺杂的金属氧化物的比例控制在5％-15％之间。太阳能发电涂料施用于建筑结构体的外表面之上形成发电涂层，发电涂层的厚度为0.15mmmm。太阳能发电涂料中的二氧化钛由多个正方形晶体堆积成二维二氧化钛阵列纳米片结构的晶型，长度为285nm，宽度为135nm。

保护剂为聚乙烯基吡咯烷酮、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。高耐候性助剂由苯并三氮唑紫外光吸收剂与反应型受阻胺光稳定剂复配而成。分散剂为改性聚丙烯酸酯高聚物。

如上述的一种高转化率敏化太阳能发电涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照上述原料的质量份配比；

步骤二：依次将二氧化钛、导电填料、石墨烯份、聚氨酯树脂、乙酸乙酯、抗氧化剂油酸、金属氧化物、硬脂酸、环氧丙烯酸酯乳液、水溶性树脂加入去离子水中，均匀搅拌50min，得混合物A；

步骤三：依次将硅烷偶联剂、壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙烯醇缩丁醛、高耐候性助剂、分散剂、消泡剂、保护剂加入去离子水中，升温至80℃，搅拌70mi n，得混合物B；

步骤四：将混合物B加入混合物A中，搅拌均匀，即得调好的涂料；

步骤五：将调制好的涂料用160目丝绢进行过滤，将过滤后的漆液装入容器中密封即可。

实施例二：

本发明还公开了一种高转化率敏化太阳能发电涂料，太阳能发电涂料由以下质量份数的组分制成：二氧化钛30份、导电填料10份、石墨烯10份、聚氨酯树脂15份、乙酸乙酯10份、抗氧化剂油酸0.2份、金属氧化物18份、硬脂酸3份、环氧丙烯酸酯乳液7份、水溶性树脂15份、硅烷偶联剂0.4份、壬基酚聚氧乙烯醚13份、聚乙烯醇缩丁醛15份、高耐候性助剂0.6份、分散剂0.5份、消泡剂0.05份、保护剂0.3份、去离子水50份。

金属氧化物为铁、镍、铬、钴、铜、银金属氧化物的一种或几种。掺杂的金属氧化物的比例控制在5％-15％之间。太阳能发电涂料施用于建筑结构体的外表面之上形成发电涂层，发电涂层的厚度为0.25mm。太阳能发电涂料中的二氧化钛由多个正方形晶体堆积成二维二氧化钛阵列纳米片结构的晶型，长度为425nm，宽度为285nm。

保护剂为聚乙烯基吡咯烷酮、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。高耐候性助剂由苯并三氮唑紫外光吸收剂与反应型受阻胺光稳定剂复配而成。分散剂为改性聚丙烯酸酯高聚物。

如上述的一种高转化率敏化太阳能发电涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照上述原料的质量份配比；

步骤二：依次将二氧化钛、导电填料、石墨烯份、聚氨酯树脂、乙酸乙酯、抗氧化剂油酸、金属氧化物、硬脂酸、环氧丙烯酸酯乳液、水溶性树脂加入去离子水中，均匀搅拌70min，得混合物A；

步骤三：依次将硅烷偶联剂、壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙烯醇缩丁醛、高耐候性助剂、分散剂、消泡剂、保护剂加入去离子水中，升温至95℃，搅拌90mi n，得混合物B；

步骤四：将混合物B加入混合物A中，搅拌均匀，即得调好的涂料；

步骤五：将调制好的涂料用180目丝绢进行过滤，将过滤后的漆液装入容器中密封即可。

实施例三：

本发明还公开了一种高转化率敏化太阳能发电涂料，太阳能发电涂料由以下质量份数的组分制成：二氧化钛20份、导电填料7.5份、石墨烯7.5份、聚氨酯树脂12.5份、乙酸乙酯5份、抗氧化剂油酸0.15份、金属氧化物11份、硬脂酸2份、环氧丙烯酸酯乳液4份、水溶性树脂10份、硅烷偶联剂0.3份、壬基酚聚氧乙烯醚11份、聚乙烯醇缩丁醛12.5份、高耐候性助剂0.4份、分散剂0.3份、消泡剂0.03份、保护剂0.2份、去离子水40份。

金属氧化物为铁、镍、铬、钴、铜、银金属氧化物的一种或几种。掺杂的金属氧化物的比例控制在5％-15％之间。太阳能发电涂料施用于建筑结构体的外表面之上形成发电涂层，发电涂层的厚度为0.20mm。太阳能发电涂料中的二氧化钛由多个正方形晶体堆积成二维二氧化钛阵列纳米片结构的晶型，长度为355nm，宽度为210nm。

保护剂为聚乙烯基吡咯烷酮、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。高耐候性助剂由苯并三氮唑紫外光吸收剂与反应型受阻胺光稳定剂复配而成。分散剂为改性聚丙烯酸酯高聚物。

如上述的一种高转化率敏化太阳能发电涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照上述原料的质量份配比；

步骤二：依次将二氧化钛、导电填料、石墨烯份、聚氨酯树脂、乙酸乙酯、抗氧化剂油酸、金属氧化物、硬脂酸、环氧丙烯酸酯乳液、水溶性树脂加入去离子水中，均匀搅拌60min，得混合物A；

步骤三：依次将硅烷偶联剂、壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙烯醇缩丁醛、高耐候性助剂、分散剂、消泡剂、保护剂加入去离子水中，升温至85℃，搅拌80mi n，得混合物B；

步骤四：将混合物B加入混合物A中，搅拌均匀，即得调好的涂料；

步骤五：将调制好的涂料用170目丝绢进行过滤，将过滤后的漆液装入容器中密封即可。

实施例四：

本发明还公开了一种高转化率敏化太阳能发电涂料，太阳能发电涂料由以下质量份数的组分制成：二氧化钛15份、导电填料6份、石墨烯份6份、聚氨酯树脂11份、乙酸乙酯3份、抗氧化剂油酸0.13份、金属氧化物8份、硬脂酸1.5份、环氧丙烯酸酯乳液2.5份、水溶性树脂8份、硅烷偶联剂0.25份、壬基酚聚氧乙烯醚9份、聚乙烯醇缩丁醛11份、高耐候性助剂0.3份、分散剂0.2份、消泡剂0.03份、保护剂0.15份、去离子水35份。

金属氧化物为铁、镍、铬、钴、铜、银金属氧化物的一种或几种。掺杂的金属氧化物的比例控制在5％-15％之间。太阳能发电涂料施用于建筑结构体的外表面之上形成发电涂层，发电涂层的厚度为0.20mm。太阳能发电涂料中的二氧化钛由多个正方形晶体堆积成二维二氧化钛阵列纳米片结构的晶型，长度为355nm，宽度为210nm。

保护剂为聚乙烯基吡咯烷酮、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。高耐候性助剂由苯并三氮唑紫外光吸收剂与反应型受阻胺光稳定剂复配而成。分散剂为改性聚丙烯酸酯高聚物。

如上述的一种高转化率敏化太阳能发电涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照上述原料的质量份配比；

步骤二：依次将二氧化钛、导电填料、石墨烯份、聚氨酯树脂、乙酸乙酯、抗氧化剂油酸、金属氧化物、硬脂酸、环氧丙烯酸酯乳液、水溶性树脂加入去离子水中，均匀搅拌60min，得混合物A；

步骤三：依次将硅烷偶联剂、壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙烯醇缩丁醛、高耐候性助剂、分散剂、消泡剂、保护剂加入去离子水中，升温至85℃，搅拌80mi n，得混合物B；

步骤四：将混合物B加入混合物A中，搅拌均匀，即得调好的涂料；

步骤五：将调制好的涂料用170目丝绢进行过滤，将过滤后的漆液装入容器中密封即可。

参照上表，可知本发明的太阳能发电涂料光电转化效率高，其粘结性、表面平整性较为优良，涂层耐候耐老化，膜面光滑细腻、抗渗性能较好，具有一定的自清洁性能，同时本发明的制备方法中原料易得，成本较低，工艺简明，具有较高的实用价值和良好的应用前景。

本发明的实施原理为：本发明公开了一种高转化率敏化太阳能发电涂料及其制备方法，其以二维二氧化钛阵列为基础，加入铁、镍、铬、钴、铜、银等金属氧化物的一种或几种形成空穴，提高了光电转化效率，并可以有效减少表面复合层，提高对光子的捕获率。掺杂的其他金属比例应控制在5％-15％之间，过低会影响光子的捕获率，过高则会影响二维二氧化钛的阵列结构。涂层厚度应控制在0.15-0.25毫米之内，过薄会降低光子的捕获率，过厚则会影响光电传输的效果。该涂料对太阳光的转化率在17％-20％，对环境光的转化率在35％以上，空穴的大小会对捕获率没有影响。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高转化率敏化太阳能发电涂料，其特征在于：所述太阳能发电涂料由以下质量份数的组分制成：二氧化钛10-30份、导电填料5-10份、石墨烯5-10份、聚氨酯树脂10-15份、乙酸乙酯1-10份、抗氧化剂油酸0.1-0.2份、金属氧化物4-18份、硬脂酸1-3份、环氧丙烯酸酯乳液1-7份、水溶性树脂5-15份、硅烷偶联剂0.2-0.4份、壬基酚聚氧乙烯醚8-13份、聚乙烯醇缩丁醛10-15份、高耐候性助剂0.2-0.6份、分散剂0.1-0.5份、消泡剂0.02-0.05份、保护剂0.1-0.3份、去离子水30-50份。

2.根据权利要求1所述的一种高转化率敏化太阳能发电涂料，其特征在于，所述太阳能发电涂料由以下质量份数的组分制成：二氧化钛15份、导电填料6份、石墨烯份6份、聚氨酯树脂11份、乙酸乙酯3份、抗氧化剂油酸0.13份、金属氧化物8份、硬脂酸1.5份、环氧丙烯酸酯乳液2.5份、水溶性树脂8份、硅烷偶联剂0.25份、壬基酚聚氧乙烯醚9份、聚乙烯醇缩丁醛11份、高耐候性助剂0.3份、分散剂0.2份、消泡剂0.03份、保护剂0.15份、去离子水35份。

3.根据权利要求1或2任一项所述的一种高转化率敏化太阳能发电涂料，其特征在于，所述金属氧化物为铁、镍、铬、钴、铜、银金属氧化物的一种或几种。

4.根据权利要求1或2任一项所述的一种高转化率敏化太阳能发电涂料，其特征在于，掺杂的所述金属氧化物的比例控制在5％-15％之间。

5.根据权利要求1或2任一项所述的一种高转化率敏化太阳能发电涂料，其特征在于，所述太阳能发电涂料施用于建筑结构体的外表面之上形成发电涂层，所述发电涂层的厚度为0.15mm-0.25mm。

6.根据权利要求1或2任一项所述的一种高转化率敏化太阳能发电涂料，其特征在于，所述太阳能发电涂料中的二氧化钛由多个正方形晶体堆积成二维二氧化钛阵列纳米片结构的晶型，长度为280-420nm，宽度为125-275nm。

7.根据权利要求1或2任一项所述的一种高转化率敏化太阳能发电涂料，其特征在于，所述保护剂为聚乙烯基吡咯烷酮、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。

8.根据权利要求1或2任一项所述的一种高转化率敏化太阳能发电涂料，其特征在于，所述高耐候性助剂由苯并三氮唑紫外光吸收剂与反应型受阻胺光稳定剂复配而成。

9.根据权利要求1或2任一项所述的一种高转化率敏化太阳能发电涂料，其特征在于，所述分散剂为改性聚丙烯酸酯高聚物。

10.如权利要求1或2任一项所述的一种高转化率敏化太阳能发电涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：按照上述原料的质量份配比；

步骤二：依次将二氧化钛、导电填料、石墨烯份、聚氨酯树脂、乙酸乙酯、抗氧化剂油酸、金属氧化物、硬脂酸、环氧丙烯酸酯乳液、水溶性树脂加入去离子水中，均匀搅拌50-70min，得混合物A；

步骤三：依次将硅烷偶联剂、壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙烯醇缩丁醛、高耐候性助剂、分散剂、消泡剂、保护剂加入去离子水中，升温至80-95℃，搅拌70-90min，得混合物B；

步骤四：将混合物B加入混合物A中，搅拌均匀，即得调好的涂料；

步骤五：将调制好的涂料用160-180目丝绢进行过滤，将过滤后的漆液装入容器中密封即可。