一種太陽能玻璃鍍膜液及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能玻璃鍍膜液及其生產(chǎn)方法，特別是一種含有稀土摻雜潛伏型光轉(zhuǎn)換劑的減反射涂料及其生產(chǎn)方法，屬于新能源和光伏材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]晶體硅太陽能電池組件一般由太陽能玻璃蓋板、太陽能電池硅片、電池背板和EVA膜粘壓封裝，再裝入固定邊框構(gòu)成。太陽能電池組件封裝玻璃的可見光透過率一般為91.6%，其單表面反射率約4%。若在太陽能玻璃表面涂敷可見光波長四分之一厚度的減反射膜，可使單表面反射率降低到1%以下，增加可見光透過率2.5%-3.5%，在峰值波長下的可見光透過率可達95.5%。
[0003]太陽能玻璃減反射涂料主要組分是納米Si02、T12, MgF2, Al2O3, SnO2、稀土氧化物或其混合物的水溶膠。目前太陽能玻璃減反射涂料生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)已基本成熟，工業(yè)上將溶膠凝膠法制備的水性減反射涂料輥涂在清洗干凈的太陽能玻璃表面，在150-180°C下烘干固化成膜，然后在700 ^左右進行鋼化，同時將涂敷在太陽能玻璃表面的減反射膜燒結(jié)在太陽能玻璃表面上。在太陽能玻璃上涂敷減反射膜是一種提高太陽能電池光轉(zhuǎn)換效率簡便易行的方法，已在光伏產(chǎn)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，目前技術(shù)開發(fā)重點已轉(zhuǎn)向進一步提高減反射膜的耐候性方面，以實現(xiàn)其在野外復雜環(huán)境中能夠服務(wù)25年以上。
[0004]目前晶體硅太陽能電池在實驗室中的最高光電轉(zhuǎn)換效率為25.0%，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中電轉(zhuǎn)換效率可達到20%左右，國內(nèi)外科研機構(gòu)都在致力于探尋提高光電轉(zhuǎn)化率的方法。晶體硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率不高的主要原因之一是其光譜響應(yīng)特性與太陽光譜分布的不匹配性。晶體硅太陽能電池可響應(yīng)的有效波長為380nm-1100nm，光譜響應(yīng)曲線的最靈敏區(qū)在600nm -980 nm，而太陽光譜構(gòu)成為280nm -2500 nm，福照度曲線的峰值在500nm _600nm。在晶體硅太陽能電池光譜響應(yīng)靈敏的波長范圍內(nèi)太陽光輻照度不高，而在太陽光輻照度高的波長范圍內(nèi)晶體硅太陽能電池的光譜響應(yīng)不高。針對晶體硅太陽能電池對短波長光子響應(yīng)性差的問題，若在晶體硅太陽能電池板表面引入摻有轉(zhuǎn)光材料的轉(zhuǎn)光層，把太陽光譜中280nm-450nm的晶體硅太陽能電池響應(yīng)不靈敏的近紫外光轉(zhuǎn)換為晶體硅太陽能電池響應(yīng)靈敏的可見光，將大大提高晶體硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。按此改進思路國內(nèi)外公開了許多發(fā)明專利，例如，中國專利CN101787272 (2010-07-28)公開一種摻雜稀土離子的納米熒光顆粒材料，可用于太陽能電池的玻璃蓋板或密封材料中實現(xiàn)光轉(zhuǎn)換，但需要在太陽能電池的玻璃蓋板上單獨引入一個轉(zhuǎn)光層。中國專利CN103183479 (2013-07-03)公開一種具有光轉(zhuǎn)化作用的減反射薄膜的制備方法，將稀土銪離子摻雜到納米二氧化硅溶膠中，旋涂在玻璃表面形成減反射膜，經(jīng)過高溫處理后，減反射膜在393nm光源激發(fā)下，在570nm_600nm范圍內(nèi)有明顯尖銳的特征峰，透光率提高0.5%-4.0%。中國專利CN103058529 (2013-04-24)公開一種光波轉(zhuǎn)換-減反射雙功能溶膠材料及其薄膜的制備方法，將稀土鋱或銪離子摻雜到納米二氧化硅或二氧化鈦溶膠中，提拉法涂敷在玻璃表面形成膜，經(jīng)過550°C退火處理后得到雙功能復合薄膜，使光電轉(zhuǎn)換效率提高2.5%-7.4%。以上技術(shù)存在的主要問題是采用的稀土轉(zhuǎn)光組分與減反射組分的配伍性差，導致復合薄膜的減反射效果下降，光轉(zhuǎn)換功能產(chǎn)生的太陽光增透部分抵消了原來減反射功能產(chǎn)生的太陽光增透。此外，稀土轉(zhuǎn)光組分的引入影響了復合膜的可涂敷性、經(jīng)濟性和耐候性。中國專利CN102969366 (2013-03-13)公開一種具有光學減反射和波長轉(zhuǎn)換功能的復合薄膜材料，通過在納米氧化硅中摻雜硅納米晶體實現(xiàn)減反射和波長轉(zhuǎn)換多功能。中國專利CN103094365 (2013-05-08)公開一種具有發(fā)光功能的晶硅太陽能電池減反射膜及其制備工藝，采用多層膜技術(shù)，將轉(zhuǎn)光層涂在減反射層上實現(xiàn)減反射和波長轉(zhuǎn)換多功能，以上技術(shù)存在的主要問題是制備工藝復雜，應(yīng)用缺乏經(jīng)濟性。
[0005]半導體照明技術(shù)的迅速發(fā)展推動了稀土摻雜熒光粉的技術(shù)開發(fā)，市場上已有許多紫外光激發(fā)的商品化熒光粉供應(yīng)，它們理論上也可以作為太陽能電池光轉(zhuǎn)換材料。結(jié)合太陽能玻璃減反射膜生產(chǎn)的特定條件開發(fā)太陽能電池光轉(zhuǎn)換減反射雙功能膜，可在實現(xiàn)可見光減反射的同時，將近紫外光轉(zhuǎn)換為可見光，使太陽光譜中2%-4%的紫外光通過光轉(zhuǎn)換加以利用，從而提高晶體硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率，將降低太陽能電池發(fā)電成本20%左右。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種太陽能玻璃鍍膜液，特別是一種含有稀土摻雜潛伏型光轉(zhuǎn)換劑的減反射涂料，由減反射組分、潛伏型光轉(zhuǎn)換組分、膜層增強劑、鍍膜調(diào)節(jié)劑和溶劑水組成，該涂料同時具有減反射和光轉(zhuǎn)換增效雙重功能，能夠適應(yīng)光伏產(chǎn)業(yè)中現(xiàn)有的太陽能玻璃輥涂鍍膜工藝和太陽能玻璃鋼化工藝。本發(fā)明的太陽能玻璃鍍膜液按質(zhì)量百分比組成如下:
5% 納米 S1jK溶膠 A (平均粒徑 20nm)15.0%-50.0%
5%納米S12水溶膠B (平均粒徑1nm)15.0%-25.0%
5%納米SnO2水溶膠(平均粒徑50nm)2.0%-7.5%
硝酸鑭{La (NO 3) 3.6H20]0.2%-l.0%
硝酸釔[Y (NO 3) 3.6H20]0.2%-l.0%
硝酸鋱[Tb (NO 3) 3.6H20]0.02%-0.1%
5% 磷酸二氫鋁[Al (H2PO 4) 3]1.0%-5.0%
磷酸二氫銨[NH4H2PO 4]0.02%-0.2%
磷酸[H3PO 4]0.05%-0.2%
草酸[H2C2O 4.2H20]0.1%-1.0%
5%表面活性劑水溶液0.5%-2.0%
5%偶聯(lián)劑水溶液0.5%-2.0%
去離子水余量。
[0007]涂料配方中減反射組分包括平均粒徑20nm的納米S12水溶膠A、平均粒徑1nm的納米S12水溶膠B和納米SnO 2水溶膠。其中，納米S1 2水溶膠A是市售堿性硅溶膠工業(yè)品，采用硅酸鈉溶液離子交換法生產(chǎn)，平均粒徑20nm，具有密度低、硬度大和穩(wěn)定性好的優(yōu)點，適合用作減反射膜結(jié)構(gòu)材料。納米S12水溶膠B由硅酸乙酯工業(yè)品酸性水解制備，平均粒徑10nm，具有附著力高和耐候性好的優(yōu)點，適合用作減反射膜結(jié)構(gòu)材料的粘合劑。納米SnOjK溶膠由無機錫鹽水解膠溶法制備，平均粒徑50nm，具有硬度大和耐水性好的優(yōu)點，適合用作減反射膜改性材料。
[0008]涂料配方中潛伏光轉(zhuǎn)換組分包括Si02、SnO2、硝酸鑭La (NO 3)3、硝酸釔Υ(Ν0 3)3、硝酸鋱Tb (NO 3)3，這些組分自身在近紫外光照射下產(chǎn)生的熒光強度很弱，即近紫外光的光轉(zhuǎn)換性能不好。研宄發(fā)現(xiàn)將其水溶膠水熱法處理和500°C以上高溫灼燒，可生成二氧化硅包敷的硅酸鹽型熒光材料[La2_xYxSi05:Tb3+，其中，x=0-2]和二氧化硅包敷的錫酸鹽型熒光材料[La2_xYxSn05:Tb3+，其中，x=0_2]。將其在近紫外光照射下能產(chǎn)生綠色強熒光，具有良好近紫外光的光轉(zhuǎn)換性能，摻雜離子Tb3可作為激活中心提高熒光強度。涂料配方中經(jīng)過水熱法處理的潛伏型光轉(zhuǎn)換組分，在太陽能玻璃鋼化溫度700°C下再灼燒處理幾分鐘即可激活，可顯著提高熒光強度。
[0009]涂料配方中膜層增強劑包括磷酸二氫鋁、磷酸二氫銨和磷酸。磷酸二氫鋁是市售工業(yè)品，溶于水后摻雜在二氧化硅水溶膠結(jié)構(gòu)中，具有良好的常溫粘結(jié)性和高溫膠結(jié)性，用作膜層增強劑，可提高膜層硬度和耐磨性，彌補稀土摻雜對膜強度的不利影響。磷酸是化學試劑，在高溫條件下可與二氧化硅反應(yīng)除去膜層表面的活性羥基生成磷酸硅，使膜層耐候性能強化。磷酸二氫銨是用稀氨水調(diào)節(jié)涂料酸度時產(chǎn)生的磷酸鹽，在膜層高溫處理時分解為磷酸和氨氣，具有與磷酸相同功能。
[0010]涂料配方中鍍膜調(diào)節(jié)劑包括表面活性劑和偶聯(lián)劑。表面活性劑可選用月桂酸二乙醇酰胺或十二烷基硫酸鈉及其混合物，是市售工業(yè)品，少量加入可以增強涂料對太陽能玻璃表面的潤濕性和提高輥涂鍍膜的均勻性。偶聯(lián)劑可選用有機硅偶聯(lián)劑KH550、KH560、KH570或甲基三乙氧基硅烷，是市售工業(yè)品，少量加入可以調(diào)節(jié)涂料對輥涂鍍膜涂布輥的潤濕性，提高輥涂鍍膜的均勻性和膜層外觀質(zhì)量。表面活性劑和偶聯(lián)劑有機組分在太陽能玻璃的后續(xù)鋼化處理中幾乎完全分解。用作涂料溶劑的去離子水采用反滲透法或離子交換法生產(chǎn)，具有揮發(fā)度適中、安全環(huán)保和價格低廉的優(yōu)點。
[0011]本發(fā)明的另一目的是提供一種太陽能玻璃鍍膜液的生產(chǎn)方法。采取的技術(shù)方案中先生產(chǎn)太陽能玻璃減反射涂料；然后然后引入潛伏型光轉(zhuǎn)換劑和水熱處理提高潛伏型光轉(zhuǎn)換組分的結(jié)晶度；再加入膜層增強劑彌補光轉(zhuǎn)換組分加入引起的膜強度降低；最后加入鍍膜調(diào)節(jié)劑以提高涂料的輥涂性能。采取的具體生產(chǎn)步驟為:
(1)向反應(yīng)器中加入去離子水，在攪拌下加入質(zhì)量百分濃度為25%的市售堿性硅溶膠，用質(zhì)量百分濃度為2.5%的稀氨水調(diào)節(jié)堿性二氧化硅水溶膠至pH1以上，控制原料的質(zhì)量百分比為:25%堿性硅溶膠:去離子水:2.5%稀氨水=I:4:0.01-0.1，得到質(zhì)量百分濃度5%的納米S12水溶膠A，平均粒徑