一種太陽能玻璃多功能鍍膜液及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能玻璃多功能鍍膜液及其生產(chǎn)方法，特別是一種同時具備自清潔、減反射和近紫外光轉(zhuǎn)換三重功能的太陽能玻璃多功能鍍膜液及其生產(chǎn)方法，屬于新能源和光伏材料領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]目前晶體硅太陽能電池實驗室中最高光電轉(zhuǎn)換效率為25%，實際應(yīng)用中光電轉(zhuǎn)換效率20%左右，顯而易見的原因是太陽能電池玻璃蓋板表面對太陽光反射、太陽能電池玻璃蓋板為灰塵或污染物覆蓋擋光和晶體硅太陽能電池對太陽光譜響應(yīng)不匹配，國內(nèi)外科研機構(gòu)都在致力于探尋提高晶體硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的方法，特別是探尋縮小實驗室和實際應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換效率差別的簡便易行的方法。
[0004]晶體硅太陽能電池組件一般由涂減反射膜的太陽能玻璃蓋板、太陽能電池晶體硅片和電池背板與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%，太陽能玻璃單表面反射率4%。若在太陽能玻璃表面涂敷一層150nm左右厚度的減反射膜，可增加可見光透過率2.5%-3.5%。太陽能玻璃減反射涂料主要組分是納米Si02、Bi203、MgF2、Al203、Zr02、稀土氧化物或其混合物。在太陽能玻璃表面涂敷減反射膜是提高太陽能電池效率最簡便易行的方法，已得到廣泛應(yīng)用。
[0005]晶體硅太陽能電池在戶外安裝使用中，玻璃蓋板逐漸為灰塵或工業(yè)污染物覆蓋，降低了玻璃透光率，使太陽能電池效率下降10% — 30%。目前太陽能電池灰塵污染主要靠人工或機械方式清理，對于工業(yè)污染物至今缺乏有效的清理措施。國內(nèi)外專利公開了一些具備自清潔功能的太陽能玻璃涂料，將其涂敷在太陽能玻璃表面上可靜電排斥灰塵和分解有機污染物。針對太陽能電池玻璃蓋板的灰塵污染，美國3M創(chuàng)新公司發(fā)明專利CN101579672 (2009-11-18)和 CN101941001 (2011-01-12)公開一種減反射防污涂料，其主要成分是不同尺寸的納米二氧化硅水溶膠。由于二氧化硅表面帶負(fù)電荷和具有良好親水性，涂料在玻璃表面涂敷形成的減反射膜不僅具有良好增透作用，而且具有一定的防灰塵污染功能。日本公司專利US20090050018 (2009-02-26)公開一種無機水性涂料，主要成分是二氧化硅、磷酸鹽和硼酸，它具有良好親水性和和易清潔功能。
[0006]針對工業(yè)污染物對太陽能電池玻璃蓋板的污染，國內(nèi)外許多專利公開在玻璃表面涂敷含二氧化鈦的自清潔膜，通過光催化作用可將工業(yè)污染物分解成二氧化碳和易除去的小分子化合物；另外，二氧化鈦在光照射下使表面產(chǎn)生超級親水性，使玻璃表面的水接觸角接近零度，污染物不易附著，通過重力作用、自然風(fēng)力或雨水沖刷可實現(xiàn)玻璃自清潔。存在的主要缺點是二氧化鈦的反射率高，將其單獨作為自清潔涂料或添加在減反射涂料中總導(dǎo)致透光率降低，部分抵消了減反射涂料的增透性能。例如，中國專利CN102702806 (2012-10-03)、CN102897833 (2013-01-30)公開一種自潔增效太陽能涂料的制備及應(yīng)用，采用Ti02/Si(^g合組分，形成的膜層幾乎沒有增透效果。韓國公司專利US20100130348 (2010-05-27)公開一種光催化增透膜，在T12中摻雜WO 3、ZnO, SnO2組分，存在增透率不高的問題。
[0007]針對晶體硅太陽能電池對紫外光響應(yīng)性差的問題，可設(shè)計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，以提高晶體硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。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。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，可提高透光率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(fù)合薄膜，其光電轉(zhuǎn)換效率提高2.5%-7.4%。
[0008]現(xiàn)有專利中的太陽能玻璃涂料通常只有減反射、光轉(zhuǎn)換和自清潔單一功能或具有自清潔減反射雙功能或具有光轉(zhuǎn)換減反射雙功能，而且各功能之間通常是相互抵消的，限制了太陽能玻璃透光率和晶體硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的進一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有晶體硅太陽能玻璃涂料減反射功能、光轉(zhuǎn)換功能和自清潔功能之間相互抵消問題，發(fā)明一種由減反射組分、自清潔組分、潛伏型光轉(zhuǎn)換組分、鍍膜調(diào)節(jié)劑和溶劑水組成，同時具備自清潔、減反射和近紫外光轉(zhuǎn)換三重功能的太陽能玻璃多功能鍍膜液，以進一步提高和穩(wěn)定太陽能玻璃透光率和晶體硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率。
[0010]本發(fā)明的太陽能玻璃多功能鍍膜液按質(zhì)量百分比組成如下:
5%納米S12水溶膠A (平均粒徑20nm)25.0%-50.0%
5%納米S12水溶膠B (平均粒徑1nm)15.0%-25.0%
5%鑭鈰摻雜納米Bi2O3水溶膠(平均粒徑20nm)2.5%-10.0%
硝酸鑭{La (NO 3) 3.6H20]0.014%-1.4%
硝酸鈰[Ce (NO 3) 3.6H20]0.005%-0.55%
硝酸鋱[Tb (NO 3) 3.6H20]0.006%-0.076%
磷酸二氫銨[NH4H2PO 4]0.2%-0.6%
磷酸[H3PO 4]0.1%-0.2%
草酸[H2C2O 4.2Η20]0.1%-1.5%
抗壞血酸[C6H6O6]0.01%-0.50%
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。
[0011]涂料配方中減反射組分包括不同尺寸的納米S12水溶膠A和納米S1 2水溶膠B，其中，平均粒徑20nm的納米S12 A是由硅酸乙酯工業(yè)品在乙醇水溶液中堿性水解制備，具有折射率低、密度小和穩(wěn)定性好的優(yōu)點，適合用作減反射膜結(jié)構(gòu)材料；平均粒徑1nm的納米S12水溶膠B是由硅酸乙酯工業(yè)品在乙醇水溶液中酸性水解制備，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。
[0012]涂料配方中自清潔組分包括鑭鈰摻雜納米Bi2O3和納米S1 2。本發(fā)明鑭鈰摻雜納米Bi2O3是由無機鉍鹽水解法生產(chǎn)的低折射率納米Bi203，用鑭和鈰摻雜離子作為納米Bi2O3自清潔增效劑，可使其在可見光照射下也能高效分解有機物，從而大大降低涂料中納米Bi2O3加入量，維持涂料減反射性能不降低，克服了通常的納米Bi 203只有在紫外光照射下才能分解有機物和透光率低的缺點。此外，鑭鈰摻雜納米Bi2O3高溫處理后具有半導(dǎo)體材料性質(zhì)，膜層表面電阻下降到108，具有良好抗靜電作用，顯著減少灰塵在膜面附著。納米S12粒子表面帶有大量負(fù)電荷，可以靜電排斥通常帶負(fù)電荷的灰塵。附著的少量灰塵和有機污染物容易為重力作用、自然風(fēng)力或雨水沖刷除去，從而實現(xiàn)自清潔功能。含鑭鈰摻雜納米Bi2O3的納米S1 J莫層具有超級親水性，可見光照射下水接觸角小于10°，灰塵和有機污染物容易為雨水沖洗祛除干凈，具有易潔性和自清潔功能。
[0013]涂料配方中潛伏型光轉(zhuǎn)換組分包括硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸鋱、磷酸二氫銨、磷酸和抗壞血酸，這些組分自身為近紫外光照射不產(chǎn)生熒光，即沒有近紫外光的光轉(zhuǎn)換功能。研宄發(fā)現(xiàn)將含有納米二氧化硅、鑭鈰鋱稀土離子、磷酸和抗壞血酸還原劑的水溶膠成膜后，在500°C以上高溫灼燒時可生成二氧化硅包覆的磷酸鹽型熒光材料[LanyCexTbyPO4,x=0.02-0.5，y=0.02-0.05]。將其在近紫外光照射下產(chǎn)生綠色強熒光，具有良好近紫外光的光轉(zhuǎn)換性能。摻