CN116715436B - 一种太阳能用超白玻璃及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能用超白玻璃及其制备方法，属于玻璃生产技术领域，所述太阳能用超白玻璃的具体配方（以重量份计）为：二氧化硅72~85份、三氧化二铝5~9份、氧化钠6~11份、磷酸钡0.6~1.4份、偏磷酸钡0.2~0.9份、钽酸锂0.5~1.1份、复合澄清剂0.4~0.9份。本发明得到的太阳能用超白玻璃，可见光透过率94.8~95.4%，线性热膨胀系数3.17~3.56×10‑6/K。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能用超白玻璃及其制备方法，属于玻璃生产技术领域。
背景技术
太阳能用超白玻璃，又称光伏玻璃，狭义上说就是应用在光生伏特和光热组件方面的玻璃，广义上讲就是应用在光伏建筑一体化组件和薄膜电池组件方面的玻璃。研究表明，太阳能电池的光电转换效率增加一个百分点，它的发电成本就会降低7%，由此可以看出太阳能用超白玻璃的透光效率在光伏发电组件中有着极其重要的作用，它既是影响光伏组件光电转换效率的重要因素，也是太阳能用超白玻璃生产厂商和光伏组件厂商非常关注的要素。玻璃对光的吸收和散射率A、反射率R、透过率T的关系为R%+A%+T%=100%，若要增加太阳能用超白玻璃的透光效率，就必须减少玻璃对光的反射、吸收和散射。为提高太阳能用超白玻璃的透光率，科研工作者做了大量的研究工作。
中国专利CN106966587A公开了一种太阳能超白玻璃，其按重量份计由以下原料组成：SiO2 72~76份、Na2O 12~16份、CaO 10~14份、MgO 0.2~4份、Al2O3 0.1~3份、La2O3 0.1~1份、Ta2O5 0.3~0.8份、CeO2 0.4~0.52、Nb2O3 0.1~1份、WO3 0.2~0.7份和Er2O3 0.1~0.5份，生产的太阳能用超白玻璃在可见光范围(380～780nm)具有可见光透过率91％以上。该专利制备的太阳能超白玻璃的透光率并不高，最高值为93.51%。
中国专利CN109279773A 公开了一种超白压延太阳能玻璃的组成，其重量百分比：SiO270.8～72.5％、Al2O30.94～1.1％、Fe2O30.015％、CaO8.2～8.9％、MgO3.34～4.02％、K2O+Na2O14.3％、Sb2O30.3％、SO30.3％。该专利得到的超白压延太阳能玻璃的透光率小于92%，透光效果比较差。
以上可以看到目前太阳能用超白玻璃的透光率仍然偏低，这极大限制了光伏行业太阳能和电能之间的转换效率，因此开发高透光率的太阳能用超白玻璃对促进光伏行业的发展具有非常重要的意义。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种太阳能用超白玻璃及其制备方法，实现以下发明目的：制备出高透光率的太阳能用超白玻璃。
为实现上述发明目的，本发明采取以下技术方案：
一种太阳能用超白玻璃，所述太阳能用超白玻璃的具体配方为，以重量份计：
二氧化硅 72~85份、
三氧化二铝 5~9份、
氧化钠 6~11份、
磷酸钡 0.6~1.4份、
偏磷酸钡 0.2~0.9份、
钽酸锂 0.5~1.1份、
复合澄清剂 0.4~0.9份；
以下是对上述技术方案的进一步改进：
步骤1、复合澄清剂的制备
将焦磷酸钙、植酸钙按质量比10:53~71混合后，放入行星球磨机中，控制转速950~1400转/分，粗磨20~40分钟后出料，得到的粗磨料放于180~250℃烘箱中干燥7~12小时后再次投入行星球磨机中，控制转速1600~2000转/分，将粗磨料的粒径球磨至1~4微米后出料，得到超细粉状料，将超细粉状料放于真空烘箱中，在180~250℃下干燥5~9小时后降至室温，即得到复合澄清剂。
步骤2、超白玻璃的制备
按太阳能用超白玻璃以重量份计的具体配方，称取相应质量的二氧化硅、三氧化二铝、氧化钠、磷酸钡、偏磷酸钡、钽酸锂、复合澄清剂等粉末状的原料，将这些粉末初步混合后，放入氧化锆坩埚中，然后以3~6℃/min的速率升温至150~180℃并保温1~2小时，然后以2~5℃/min的速率升温至850~980℃并保温25~45分钟，接着以1~3℃/min的速率升温至1490~1630℃并保温1.5~3.5小时，然后降温至1300~1400℃并保温20~35分钟，接着将1300~1400℃的玻璃液倒入石墨模具中成型，石墨模具提前预热至720~790℃，维持720~790℃的温度进行退火，退火2~4小时后，以1~3℃/min速率降至室温，脱模后抛光表面，即得到太阳能用超白玻璃。
与现有技术相比，本发明取得以下有益效果：
1、本发明在硅酸盐玻璃基体中引入了磷酸钡、偏磷酸钡、钽酸锂三种物质，其中磷酸钡和偏磷酸钡两种物质中含有高价态的磷元素，这些高价态的磷元素能够结合更多的氧，从而促进硅氧四面体玻璃网络的桥氧数目，增大了桥氧连接的密度，增强了玻璃基体在可见光波长范围内光线透过的连续性，进而极大的提升了玻璃在可见光区内的透过率，钡离子最终以氧化钡的形式存在于玻璃基体内，在玻璃形成的高温熔体阶段，氧化钡的存在可以降低玻璃熔体的粘度，对澄清有一定的作用，所以磷酸钡和偏磷酸钡对可见光的透过率有着比较大的正面作用。另外，钽酸锂的加入，能够降低玻璃熔体的析晶倾向，减少最终玻璃成品因晶体尺寸过大而造成的散射现象，降低了玻璃对可见光的散射率，进而提升了玻璃的可见光透过率；
2、本发明用焦磷酸钙和植酸钙组成的复合澄清剂对玻璃熔体进行了澄清反应，其中焦磷酸钙的主要作用是降低玻璃熔体的粘度，促进气泡的熔并，在低温阶段能够快速的排出大量气泡，避免过多微小气泡的生成，植酸钙在1200℃左右便开始沸腾，这对高温熔融阶段微小气泡的排除非常关键，这两种物质的组合使得玻璃制造工艺过程中全温度范围内都可以有效排出气泡，从而得到光学性能十分优异的玻璃体；
3、本发明得到的太阳能用超白玻璃，可见光透过率94.8~95.4%，线性热膨胀系数3.17~3.56×10-6/K。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：一种太阳能用超白玻璃的制备方法
步骤1、复合澄清剂的制备
将焦磷酸钙、植酸钙按质量比10:60混合后，放入行星球磨机中，控制转速1300转/分，粗磨35分钟后出料，得到的粗磨料放于220℃烘箱中干燥10小时后再次投入行星球磨机中，控制转速1850转/分，将粗磨料的粒径球磨至3微米后出料，得到超细粉状料，将超细粉状料放于真空烘箱中，在220℃下干燥8小时后降至室温，即得到复合澄清剂。
步骤2、超白玻璃的制备
所述太阳能用超白玻璃的具体配方为，以重量份计：
二氧化硅 81份、
三氧化二铝 8份、
氧化钠 9份、
磷酸钡 1.2份、
偏磷酸钡 0.7份、
钽酸锂 0.9份、
复合澄清剂 0.6份；
按太阳能用超白玻璃以重量份计的具体配方，称取相应质量的二氧化硅、三氧化二铝、氧化钠、磷酸钡、偏磷酸钡、钽酸锂、复合澄清剂等粉末状的原料，将这些粉末初步混合后，放入氧化锆坩埚中，然后以5℃/min的速率升温至170℃并保温1.5小时，然后以4℃/min的速率升温至950℃并保温40分钟，接着以2℃/min的速率升温至1600℃并保温3小时，然后降温至1360℃并保温30分钟，接着将1360℃的玻璃液倒入石墨模具中成型，石墨模具提前预热至770℃，维持770℃的温度进行退火，退火3小时后，以2℃/min速率降至室温，脱模后抛光表面，即得到太阳能用超白玻璃。
实施例2：一种太阳能用超白玻璃的制备方法
步骤1、复合澄清剂的制备
将焦磷酸钙、植酸钙按质量比10:53混合后，放入行星球磨机中，控制转速950转/分，粗磨20分钟后出料，得到的粗磨料放于180℃烘箱中干燥7小时后再次投入行星球磨机中，控制转速1600转/分，将粗磨料的粒径球磨至1微米后出料，得到超细粉状料，将超细粉状料放于真空烘箱中，在180℃下干燥5小时后降至室温，即得到复合澄清剂。
步骤2、超白玻璃的制备
所述太阳能用超白玻璃的具体配方为，以重量份计：
二氧化硅 72份、
三氧化二铝 5份、
氧化钠 6份、
磷酸钡 0.6份、
偏磷酸钡 0.2份、
钽酸锂 0.5份、
复合澄清剂 0.4份；
按太阳能用超白玻璃以重量份计的具体配方，称取相应质量的二氧化硅、三氧化二铝、氧化钠、磷酸钡、偏磷酸钡、钽酸锂、复合澄清剂等粉末状的原料，将这些粉末初步混合后，放入氧化锆坩埚中，然后以3℃/min的速率升温至150℃并保温1小时，然后以2℃/min的速率升温至850℃并保温25分钟，接着以1℃/min的速率升温至1490℃并保温1.5小时，然后降温至1300℃并保温20分钟，接着将1300℃的玻璃液倒入石墨模具中成型，石墨模具提前预热至720℃，维持720℃的温度进行退火，退火2小时后，以1℃/min速率降至室温，脱模后抛光表面，即得到太阳能用超白玻璃。
实施例3：一种太阳能用超白玻璃的制备方法
步骤1、复合澄清剂的制备
将焦磷酸钙、植酸钙按质量比10:71混合后，放入行星球磨机中，控制转速1400转/分，粗磨40分钟后出料，得到的粗磨料放于250℃烘箱中干燥12小时后再次投入行星球磨机中，控制转速2000转/分，将粗磨料的粒径球磨至4微米后出料，得到超细粉状料，将超细粉状料放于真空烘箱中，在250℃下干燥9小时后降至室温，即得到复合澄清剂。
步骤2、超白玻璃的制备
所述太阳能用超白玻璃的具体配方为，以重量份计：
二氧化硅 85份、
三氧化二铝 9份、
氧化钠 11份、
磷酸钡 1.4份、
偏磷酸钡 0.9份、
钽酸锂 1.1份、
复合澄清剂 0.9份；
按太阳能用超白玻璃以重量份计的具体配方，称取相应质量的二氧化硅、三氧化二铝、氧化钠、磷酸钡、偏磷酸钡、钽酸锂、复合澄清剂等粉末状的原料，将这些粉末初步混合后，放入氧化锆坩埚中，然后以6℃/min的速率升温至180℃并保温2小时，然后以5℃/min的速率升温至980℃并保温45分钟，接着以3℃/min的速率升温至1630℃并保温3.5小时，然后降温至1400℃并保温35分钟，接着将1400℃的玻璃液倒入石墨模具中成型，石墨模具提前预热至790℃，维持790℃的温度进行退火，退火4小时后，以3℃/min速率降至室温，脱模后抛光表面，即得到太阳能用超白玻璃。
对比例1：实施例1基础上，不进行步骤1、复合澄清剂的制备，将步骤2中0.6份复合澄清剂等量替换为0.6份氟化钙，具体操作如下：
不进行步骤1、复合澄清剂的制备；
步骤2、超白玻璃的制备
所述太阳能用超白玻璃的具体配方为，以重量份计：
二氧化硅 81份、
三氧化二铝 8份、
氧化钠 9份、
磷酸钡 1.2份、
偏磷酸钡 0.7份、
钽酸锂 0.9份、
氟化钙 0.6份；
按太阳能用超白玻璃以重量份计的具体配方，称取相应质量的二氧化硅、三氧化二铝、氧化钠、磷酸钡、偏磷酸钡、钽酸锂、氟化钙等粉末状的原料，将这些粉末初步混合后，放入氧化锆坩埚中，然后以5℃/min的速率升温至170℃并保温1.5小时，然后以4℃/min的速率升温至950℃并保温40分钟，接着以2℃/min的速率升温至1600℃并保温3小时，然后降温至1360℃并保温30分钟，接着将1360℃的玻璃液倒入石墨模具中成型，石墨模具提前预热至770℃，维持770℃的温度进行退火，退火3小时后，以2℃/min速率降至室温，脱模后抛光表面，即得到太阳能用超白玻璃。
对比例2：实施例1基础上，步骤2、超白玻璃的制备中不加磷酸钡和偏磷酸钡，将1.2份磷酸钡和0.7份的偏磷酸钡等量替换为1.9份二氧化硅，具体操作如下：
步骤1操作同于实施例1；
步骤2、超白玻璃的制备
所述太阳能用超白玻璃的具体配方为，以重量份计：
二氧化硅 82.9份、
三氧化二铝 8份、
氧化钠 9份、
钽酸锂 0.9份、
复合澄清剂 0.6份；
按太阳能用超白玻璃以重量份计的具体配方，称取相应质量的二氧化硅、三氧化二铝、氧化钠、钽酸锂、复合澄清剂等粉末状的原料，将这些粉末初步混合后，放入氧化锆坩埚中，然后以5℃/min的速率升温至170℃并保温1.5小时，然后以4℃/min的速率升温至950℃并保温40分钟，接着以2℃/min的速率升温至1600℃并保温3小时，然后降温至1360℃并保温30分钟，接着将1360℃的玻璃液倒入石墨模具中成型，石墨模具提前预热至770℃，维持770℃的温度进行退火，退火3小时后，以2℃/min速率降至室温，脱模后抛光表面，即得到太阳能用超白玻璃。
对比例3：实施例1基础上，步骤2、超白玻璃的制备中不加钽酸锂，将0.9份钽酸锂等量替换为0.9份二氧化硅，具体操作如下：
步骤1操作同于实施例1；
步骤2、超白玻璃的制备
所述太阳能用超白玻璃的具体配方为，以重量份计：
二氧化硅 81.9份、
三氧化二铝 8份、
氧化钠 9份、
磷酸钡 1.2份、
偏磷酸钡 0.7份、
复合澄清剂 0.6份；
按太阳能用超白玻璃以重量份计的具体配方，称取相应质量的二氧化硅、三氧化二铝、氧化钠、磷酸钡、偏磷酸钡、复合澄清剂等粉末状的原料，将这些粉末初步混合后，放入氧化锆坩埚中，然后以5℃/min的速率升温至170℃并保温1.5小时，然后以4℃/min的速率升温至950℃并保温40分钟，接着以2℃/min的速率升温至1600℃并保温3小时，然后降温至1360℃并保温30分钟，接着将1360℃的玻璃液倒入石墨模具中成型，石墨模具提前预热至770℃，维持770℃的温度进行退火，退火3小时后，以2℃/min速率降至室温，脱模后抛光表面，即得到太阳能用超白玻璃。
性能测试：
实施例1、2、3和对比例1、2、3所得太阳能用超白玻璃统一制备出厚度为4mm的测试样品，进行以下性能指标的测试：
可见光透过率测试：依据《GB/T 30983-2014 光伏用玻璃光学性能测试方法》测试；
线性热膨胀系数测试：根据ASTM E228-1985《用透明石英膨胀仪测定固体材料线性热膨胀的试验方法》测定；
以上指标测试数据见表1：
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | |
| 可见光透过率（380~780nm） | 95.1% | 94.8% | 95.4% | 68.3% | 77.6% | 79.1% |
| 线性热膨胀系数（×10-6/K） | 3.17 | 3.39 | 3.56 | 4.94 | 5.01 | 5.24 |
从表1中的数据可以看到，对比例1、2、3的线性热膨胀系数均大于实施例1、2、3的线性热膨胀系数，这表明磷酸钡、钽酸锂、偏磷酸钡和复合澄清剂的加入对玻璃热稳定性有一定的提升作用；对比例1中复合澄清剂等量替换为氟化钙后，可见光透过率下降幅度最大，可见复合澄清剂的澄清效果并不比氟化钙差，而且对玻璃成品的可见光透过率没有什么影响，氟化钙对玻璃成品可见光透过率有比较大的负面影响；对比例2和对比例3的可见光透过率也显著低于实施例1、2、3，这表明磷酸钡、钽酸锂、偏磷酸钡三种物质能够大幅提高超白玻璃的可见光透过性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种太阳能用超白玻璃，其特征在于：
所述太阳能用超白玻璃的具体配方为，以重量份计：
二氧化硅 72~85份、
三氧化二铝 5~9份、
氧化钠 6~11份、
磷酸钡 0.6~1.4份、
偏磷酸钡 0.2~0.9份、
钽酸锂 0.5~1.1份、
复合澄清剂 0.4~0.9份；
所述复合澄清剂，其制备方法为：将焦磷酸钙、植酸钙按质量比10:53~71混合后，放入行星球磨机中，控制转速950~1400转/分，粗磨20~40分钟后出料，得到的粗磨料放于180~250℃烘箱中干燥7~12小时后再次投入行星球磨机中，控制转速1600~2000转/分，将粗磨料的粒径球磨至1~4微米后出料，得到超细粉状料，将超细粉状料放于真空烘箱中，在180~250℃下干燥5~9小时后降至室温，即得到复合澄清剂。
2.根据权利要求1所述的太阳能用超白玻璃的制备方法，其特征在于：
按太阳能用超白玻璃以重量份计的具体配方，称取相应质量的二氧化硅、三氧化二铝、氧化钠、磷酸钡、偏磷酸钡、钽酸锂、复合澄清剂粉末状的原料，将这些粉末初步混合后，放入氧化锆坩埚中，然后以3~6℃/min的速率升温至150~180℃并保温1~2小时，然后以2~5℃/min的速率升温至850~980℃并保温25~45分钟，接着以1~3℃/min的速率升温至1490~1630℃并保温1.5~3.5小时，然后降温至1300~1400℃并保温20~35分钟，接着将1300~1400℃的玻璃液倒入石墨模具中成型，石墨模具提前预热至720~790℃，维持720~790℃的温度进行退火，退火2~4小时后，以1~3℃/min速率降至室温，脱模后抛光表面，即得到太阳能用超白玻璃。
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