CN116023022B - 硼硅酸盐玻璃基反射涂层及涂覆该涂层的双玻组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硼硅酸盐玻璃基反射涂层，制备原料包括：质量分数为30‑70wt％的玻璃基釉，质量分数为30‑70wt％的铁铬固溶体。以玻璃基釉和铁铬固溶体的混合料为基准，油墨的添加量为30‑35wt％，表面改性剂的添加量为0‑1wt％；所述铁镉固溶体的制备原料包括：质量分数为34.44‑80.78wt％的Fe2O3，质量分数为19.22‑65.56wt％的Cr2O3。本发明涂层，在紫外‑可见光域阻隔性能很好，同时红外反射性能高，涂层具有优异的热防护性能，且本发明的化学稳定性高。
Description
技术领域
本发明属于紫外和可见光吸收、红外反射涂层领域，也涉及一种涂覆该涂层的光伏组件。
背景技术
目前，光伏发电成为一种重要的太阳能转化技术，提高光伏发电效率将会进一步提高太阳能利用率。近年来，光伏双玻组件具有发电效率高等优点，双玻组件在市场上开始逐渐替代传统单玻组件，据相关权威部门不完全统计，2018到2021年光伏双玻组件的市场占有率从10％提升至40％。对于光伏组件行业来说，双玻组件已经是一种发展趋势。
双玻组件比单玻组件的发电效率高，在于双玻组件具有双面电池片，同时双玻组件底层背板玻璃上面涂覆有一层反射涂层，这样能够极大地减少漏光现象，提高太阳能的利用率。背板玻璃上的涂层反射率越高，提升的太阳能利用率就越高。
到达地面的太阳光主要是波长280-2500nm的光，晶硅太阳能电池主要吸收的是波长380-1200nm的光。传统的晶硅光伏组件主要是白色组件，背面搭配白色背板或者白色EVA胶膜或白色无机反射涂层来增加发射，从而提升太阳光的利用效率。但是，白色的背板或胶膜或无机涂层与晶硅电池颜色相差较大，影响美观。同时，分布式电站的屋顶等场所由于可见光反射造成一定的光污染，也受到一些规章制度的限制使用。例如日本京都市规定光伏组件的面板必须是黑色、深灰色等颜色，边框也只能采用黑色或深灰色。随着市场对色彩要求的越来越高，光伏细分市场上黑色光伏组件受到更多的青睐。黑色组件一般使用黑色背板和黑色铝边框。现有的黑色组件吸收几乎所有的可见光、近红外光，在中远红外波段也有很强的吸收，降低了晶硅电池对波长380-1200nm光的吸收。黑色组件相比光伏双玻组件表面的温度高约5-10℃，据估算，黑色组件相比双玻组件的发电功率，显著降低2％以上。
针对上述问题，现有技术中有通过提高黑色组件EVA胶膜的反射率来提高组件的发电功率(徐炜琴,吕松,黄宝玉,等.一种黑色红外反射型封装胶膜及其制备方法,CN113943536A[P].2022-01-18.)，虽然黑色近红外反射EVA胶膜可以提高组件的红外反射性能，但是EVA胶膜材料不耐老化，化学稳定性不如无机反射涂层。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种硼硅酸盐玻璃基反射涂层。
本发明技术方案如下：
一种硼硅酸盐玻璃基反射涂层，制备原料包括：质量分数为30-70wt％的玻璃基釉，质量分数为30-70wt％的铁铬固溶体。以玻璃基釉和铁铬固溶体的混合料为基准，油墨的添加量为30-35wt％，表面改性剂的添加量为0-1wt％。
所述玻璃基釉的组成为SiO2 26wt％，B2O3 22wt％，ZnO 34wt％，Al2O3 3wt％，Na2O5wt％，K2O 2wt％，CaO 2wt％，BaO 2wt％，MgO 1wt％，TiO2 3wt％。
所述表面改性剂为含矿物油、丙烯酸树脂、硅油的表面改性剂。
另外本发明还提供一种铁镉固溶体，制备原料包括：质量分数为34.44-80.78wt％的Fe2O3，质量分数为19.22-65.56wt％的Cr2O3。
所述铁镉固溶体可用于制备黑色反射涂层。
另外本发明还提供一种双玻组件，所述双玻组件的背板玻璃上涂覆有前述硼硅酸盐玻璃基反射涂层。
另外本发明还提供一种超薄玻璃，所述超薄玻璃上涂覆有上述硼硅酸盐玻璃基反射涂层。
一种人造卫星太阳能电池玻璃罩板，所述玻璃罩板使用所述超薄玻璃制成。
采用以上技术方案，本发明具有以下有益效果：
(1)通过铁铬固溶体的合成组分调控，提高了涂层的红外反射性能，涂层具有更优异的热防护性能。同时本发明的化学稳定性很高。
(2)本发明添加适量的表面改性剂，显著地减小了涂层表面粗糙度，增加了涂层的反射率。同时添加适量的表面改性剂，增加了涂层的气孔率(空隙率)，提高了涂层紫外-可见光线阻隔性能。
附图说明
图1为本发明在光伏双玻组件应用的原理示意图。
图2为第1组、第2组、第3组、第4组和第5组在波长800-2000nm的反射率光谱。
图3为第1组、第2组、第3组、第4组和第5组在波长800-1600nm的反射率光谱图。
图4为第1组、第6组、第7组和对照组(Fe2O3、Cr2O3)在波长800-1600nm的反射率光谱图。
图5为第1组、第2组、第3组、第4组和第5组的晶相结构图。
图6为第1组、第2组、第3组、第4组和第5组的电子图像。
图7为第1组研磨成球形颗粒的显微形貌图(20000倍)。
图8为第1组研磨成球形颗粒的显微形貌图(6000倍)。
图9为第8组、第9组、第10组、第11组和第12组在波长380-2000nm的反射率光谱图。
图10为第8组、第9组、第10组、第11组和第12组的晶相结构图。
图11为第8组表面的扫面电镜显微图(200倍)。
图12为第10组表面的扫面电镜显微图(200倍)。
图13为第11组表面的扫面电镜显微图(200倍)。
图14为第12组表面的扫面电镜显微图(200倍)。
图15为第8组断面的扫描电镜显微图(2000倍)。
图16为第10组断面的扫描电镜显微图(2000倍)。
图17为第13组表面的扫描电镜显微图(500倍)。
图18为第14组表面的扫描电镜显微图(500倍)。
图19为第13组和第14组在波长300-2450nm的反射率光谱。
图20为第10组的电子图像。
图21为第14组的电子图像。
图22为第13组和对照组的吸收光谱。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非是对本发明的限定。
实施例1：一种硼硅酸盐玻璃基反射涂层，制备原料包括：玻璃基釉、铁铬固溶体、表面改性剂、油墨。
其中玻璃基釉的质量分数为30-70wt％，铁铬固溶体的质量分数为30-70wt％。以玻璃基釉和铁铬固溶体的混合料为基准，油墨的添加量为30-35wt％，表面改性剂的添加量为0-1wt％。
所述铁铬固溶体由原料Fe2O3和Cr2O3按照一定质量比例在高温下合成。
所述玻璃基釉的组成为SiO226 wt％，B2O3 22wt％，ZnO 34wt％，A l2O33 wt％，Na2O 5wt％，K2O 2wt％，CaO2wt％，BaO 2wt％，MgO 1wt％，T iO2 3wt％。
所述表面改性剂为含矿物油、丙烯酸树脂和硅油的有机表面改性剂。所述油墨为水性油墨。Fe2O3、Cr2O3的粒径为300-500nm。
实施例2：一种涂覆所述硼硅酸盐玻璃基反射涂层的双玻组件背板玻璃，制备方法包括以下步骤：
S1.分别称取Fe2O3、Cr2O3，研磨充分后放入坩埚，将坩埚放入马弗炉，随炉升温至1100-1200℃保温4-6h后再随炉降到室温，即得铁铬固溶体。将铁铬固溶体研磨成直径在1-3um的近似球形颗粒。
S2.将所述铁铬固溶体和玻璃基釉充分研磨，再超声震荡，得到混合均匀的混合料，再加入油墨、表面改性剂不断搅拌形成浆料，静置一段时间至浆料表面无气泡。
S3.将步骤S2中制备的浆料通过涂覆或丝网印刷或喷涂或打印到玻璃板上。
S4.将涂覆有浆料的玻璃板放入马弗炉中烧结，烧结一段时间后取出，自然冷却，即得所述背板玻璃。
高温烧结温度为660-670℃，烧结时间为8-10mi n。
本发明提供7组铁铬固溶体的制备原料组成比例，如表1所示。
表1
将制备好的铁铬固溶体进行反射率测试，以分析纯BaSO4为标样(反射率为100％)，采用积分球法，室温下用紫外-可见-近红外光谱仪(仪器型号UV3600，Japan)测试铁铬固溶体样品在波长250-2000nm的反射率。通过X射线衍射仪(仪器型号：D/max-2550VB+/PC)分析铁铬固溶体的晶相结构。采用场发射扫描电镜(仪器型号：JSM-7500F)观察铁铬固溶体的显微形貌。
图2为第1组到第5组在波长800-2000nm的反射光谱图，图3为第1组到第5组在波长800-1600nm的反射光谱图，图4为第1组和对照组在波长800-1600nm的反射光谱图。由图2和图3可知，第1组具有更好的近红外(800-1600nm)反射效果，在波长1600-2000nm，第2组的红外反射性能较差，第1组与第3组、第4组的反射率无明显差异。由图4可知，第1组较第6组和第7组的反射率，有显著的增加，同时第1组比对照组(Fe2O3、Cr2O3)的反射率高。图5为第1组到第5组的晶相结构图，由图5可知，第1组的晶相结构与第2组、第3组、第4组和第5组的晶相结构有一定差异，Fe2O3质量分数在80％左右时，反射效果比较好。
图6为第1组到第5组的电子图像，图7为第1组研磨成球形颗粒的显微形貌图(20000倍)，图8为第1组研磨成球形颗粒的显微形貌图(6000倍)。由图7和图8可知，研磨后的颗粒为近似球形或椭圆形，颗粒直径在1-3um。且当颗粒直径变小(100-300nm)，第1组的颜色会发生变化，会由黑色变成棕黑色。
对铁铬固溶体进行色度相关测试，测试结果如表2所示。
表2
| 组别 | 第1组 | 第2组 | 第3组 | 第4组 | 第5组 |
| 黑度L* | 27.99 | 27.06 | 26.79 | 25.01 | 24.99 |
| 红到绿颜色分量a* | -0.18 | -0.09 | 0.03 | 0.22 | 0.38 |
| 黄到蓝颜色分量b* | -1.28 | -0.97 | -0.22 | 0.56 | 1.06 |
由表2可知，随着Fe2O3含量的增多，黑度L*逐渐下降。
以第1组的铁铬固溶体为原料制备涂层，涂层印刷于2mm厚的玻璃板。
本发明提供7组数据，如表3所示。
表3
将制备好的涂层进行反射率测试，以分析纯BaSO4为标样(反射率为100％)，采用积分球法，室温下用紫外-可见-近红外光谱仪(仪器型号UV3600，Japan)测试涂层样品在波长300-2450nm的反射率。将制备好的涂层进行透过率测试，以空气为标样(透过率为100％)，室温下用紫外-可见-近红外光谱仪(仪器型号UV3600，Japan)测试涂层样品在波长300-1100nm的透过率。采用场发射扫描电镜(仪器型号：JSM-7500F)观察涂层表面和断面的显微形貌。通过X射线衍射仪(仪器型号：D/max-2550VB+/PC)分析涂层的晶相结构。
图9为第8、9、10、11、12组涂层在波长380-2000nm的反射率光谱图。由图9可知，随着铁铬固溶体的质量分数提高，涂层的红外反射性能先降低后增强。
图10为第8、9、10、11、12组涂层的晶相结构图。由图10可知，第8、9、10、11、12组涂层的晶相结构有一定差异,例如第10组的铁铬固溶体含量高于第8组，但是其反射效果却不如第8组。
图11为第8组表面的扫面电镜显微图(200倍)，图12为第10组表面的扫面电镜显微图(200倍)，图13为第11组表面的扫面电镜显微图(200倍)，图14为第12组表面的扫面电镜显微图(200倍)，图15为第8组涂层断面的扫描电镜显微图(2000倍)，图16为第10组涂层断面的扫描电镜显微图(2000倍)。涂层中的铁铬固溶体的质量分数大于40％时，涂层有一定气孔产生，且随着涂层中铁铬固溶体的质量分数增加，孔隙率增加。由图15和图16可知，第8组涂层比第10组涂层的表面更加平整，第8组涂层无明显气孔，而第10组涂层有较多气孔和缺陷。一般来说，涂层中铁铬固溶体的质量分数增加，涂层的反射率增加，但是气孔缺陷及平整度也会影响涂层的反射率，这也是第8组涂层的红外反射性能比第10组涂层更好的原因。
图19为第13、14组涂层在波长300-2450nm的反射率光谱图。由图19可知，第14组涂层的最大红外反射率比第13组涂层更大，反射性能更好。图20为第10组涂层的电子图像，图21为第14组涂层的电子图像。由图20和图21可知，第14组涂层比第10组涂层的表面更加平整，粗造度降低，具有镜面效果。图17为第13组涂层表面的扫描电镜显微图(500倍)，图18为第14组涂层表面的扫描电镜显微图(500倍)。从图17和图18可以看出，第14组比第13组的气孔更多，但是粗糙度明显降低。
通过比较对照组和第13组的吸收光谱图，进一步表征本发明涂层的截紫外和可见光效果。对照组的组分与第13组的组分区别在于：将第13组中的铁铬固溶体替换成等量的TiO2。图22为第13组和对照组的吸收光谱。由图22可知，第13组比对照组具有更好的截紫外和可见光效果。
涂层附着力测试。为测试涂层和超薄玻璃片间的附着力，根据GB/T9286-1998《色漆和清漆-漆膜的划痕实验》进行样品百格测试。将涂覆有涂层的超薄玻璃片放置在有足够硬度的平板上，手持划格器手柄使多刃切割刀垂直于超薄玻璃片平面，以均匀的压力、平稳不颤动的手法和20～50mm/s的切割速度切割。做相同数量的平行切割线与原先切割线成直角相交，形成网格图形。用软毛刷沿网格图形的两对角线轻轻向后5次、向前5次刷涂反射涂层。再粘贴长度至少超过网格20mm的胶带，用手指将网格区上方的胶带压平，在贴上胶带5mi n内，捏住胶带悬空的一端，在0.5～1.0s内平稳地撕离胶带。试验至少在涂层的3个不同位置上进行，如果3个位置的试验结果不同，应在其他位置进行重复试验。根据网格切口交叉处涂层的脱落程度，将附着力测试结果分为0至5级，级数越小表明附着力越好。
附着力测试结果的等级如表4所示。
表4
| 组别 | 第8组 | 第9组 | 第10组 | 第11组 | 第12组 | 第13组 | 第14组 |
| 附着力测试等级 | 0 | 0 | 1 | 2 | 2 | 0 | 1 |
实施例3：本发明涂层，除了可以应用到双玻组件的背板玻璃上，还可以涂覆到超薄玻璃上，作为一种隔绝紫外和可见光，并反射红外光的产品。可用于人造卫星太阳能电池玻璃罩板，防止宇宙射线和紫外线，从而保护太阳能电池片或电子器件。如BS-2通讯卫星的叶片上安装了约2万片的正方形超薄玻璃罩板(厚度50-100um)，使人造卫星上2万多个太阳能电池片或器件减少宇宙射线和紫外线的辐射。
所以，本发明还提供一种超薄玻璃，所述超薄玻璃，涂覆有上述实施例中的硼硅酸盐玻璃基反射涂层。
以及一种人造卫星太阳能电池玻璃罩板，所述玻璃罩板使用所述超薄玻璃制成。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.硼硅酸盐玻璃基反射涂层，制备原料包括：质量分数为30-70wt%的玻璃基釉，质量分数为30-70wt%的铁铬固溶体;以玻璃基釉和铁铬固溶体的混合料为基准，油墨的添加量为30-35 wt%，表面改性剂的添加量为0.2-1 wt%；
所述铁铬固溶体的制备原料包括：质量分数为34.44-80.78 wt%的Fe2O3，质量分数为19.22-65.56wt%的Cr2O3；
所述表面改性剂为含矿物油、丙烯酸树脂、硅油的表面改性剂。
2.根据权利要求1所述的硼硅酸盐玻璃基反射涂层，其特征在于，所述玻璃基釉的组成为SiO2 26 wt%，B2O3 22 wt%，ZnO 34 wt%，Al2O3 3 wt%，Na2O 5 wt%，K2O 2 wt%，CaO 2wt%，BaO 2 wt%，MgO 1 wt%，TiO2 3 wt%。
3.双玻组件，其特征在于，所述双玻组件的背板玻璃上涂覆有如权利要求1至2任一项所述的硼硅酸盐玻璃基反射涂层。
4.超薄玻璃，其特征在于，所述超薄玻璃上涂覆有如权利要求1至2任一项所述的硼硅酸盐玻璃基反射涂层。
5.人造卫星太阳能电池玻璃罩板，其特征在于，所述玻璃罩板使用如权利要求4所述的超薄玻璃制成。
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