一種多功能TiO₂納米涂料制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多功能TiO2納米涂料的制備方法，包括TiO2溶液制備步驟，其中以鈦酸丁酯為鈦源，異丙醇為溶劑，二乙醇胺為水解抑制劑來制備TiO2溶液；以及TiO2納米溶液的分散和表面改性步驟，對獲得的TiO2溶液，以硅酸鈉做分散劑，硅烷做偶聯(lián)劑，對TiO2的表面進(jìn)行改性，來獲得本發(fā)明的多功能TiO2納米涂料。本發(fā)明制備的多功能TiO2納米涂料可在常溫下直接噴涂于基材表面，具有較強(qiáng)的與基材的粘結(jié)力，主要利用形成涂層的超親水性、自清潔作用，保持光伏組件的表面清潔，還能增強(qiáng)光伏組件的光電轉(zhuǎn)換率。
【專利說明】
一種多功能T i 02納米涂料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種多功能Ti02納米涂料的制備方法，特別涉及一種用于增加光伏發(fā) 電的具有超親水、自清潔功能的多功能Ti〇2納米涂料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在光伏電站的運(yùn)行過程中，電站的發(fā)電量往往會受到很多因素的影響，其中組件 表面的清潔程度會嚴(yán)重影響組件的輸出效率，如灰塵遮擋會降低組件發(fā)電量，局部灰塵遮 擋則會導(dǎo)致熱斑效應(yīng)，更嚴(yán)重時可能導(dǎo)致組件失效，降低使用壽命，一般不會超過20年。為 了提高電站的發(fā)電量，電站不僅要使用電池組件光電轉(zhuǎn)換率高的組件，還應(yīng)避免其他因素 帶來的組件功率損失。因此，為了避免組件表面灰塵的影響，按期清洗組件成了電站運(yùn)維中 的一份重要工作。然而，對于一個幾十兆瓦甚至幾百兆瓦的大型光伏電站來說，組件數(shù)量達(dá) 到數(shù)萬甚至數(shù)十萬塊，這時，清洗工作非常繁重，且需要一定的成本。于是，為了降低電站的 運(yùn)維成本、提高電站的發(fā)電收益，越來越多為實(shí)現(xiàn)光伏組件自清潔能力的產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，通常通過在光伏組件玻璃表面覆蓋自清潔材料，能夠使灰塵不能在 組件表面沉積和黏著，從而達(dá)到組件自清潔的效果。
[0004] 但是，大部分市面上的自清潔材料局限于單一功能，比如很多在涂布光伏組件玻 璃后，會降低組件的透光率，影響組件的發(fā)電量;有的因?yàn)榕浞讲捎枚趸璧燃{米粒子， 老化后容易形成裂紋，與基體材料分離。因此能夠保證不影響組件的透光率、提升組件的發(fā) 電量又滿足組件25年使用壽命的多功能自清潔產(chǎn)品極少。
[0005] 如專利CN104745025A所公開的一種以納米Ti〇2粒子漿料為原料的納米改性涂料， 通過改變材料表面納米形貌使膜層疏水，但是在這種疏水技術(shù)下玻璃表面極易粘附油性物 質(zhì)，且不易被沖洗，清潔效果不好，并且本領(lǐng)域一直公認(rèn)，疏水基團(tuán)非常容易與環(huán)境作用，在 半年內(nèi)逐漸失去疏水效果，無法保證長期使用壽命。
[0006] 如專利CN103626404 A將二氧化鈦/二氧化硅制備了納米晶復(fù)合溶液，專利CN 103936292 A將二氧化鈦/二氧化硅、三乙醇胺、聚乙二醇、乙二醇和三氧化二鋁組成的復(fù)合 鍍膜液，雖然都能自清潔玻璃、提高光透率，但是均缺少光致發(fā)光和上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換的光學(xué) 特性，沒有提高光利用率從而沒有使電池轉(zhuǎn)換效率增加。而且沒有超親水性和分解有機(jī)物 的能力。
[0007] 專利CN103288358公開了 一種超親水自清潔防霧的減反增透涂層及其制備雖然有 超親水自清潔的減反增透的功能，但是缺少了分解有機(jī)物的能力，而且該專利采用溶膠凝 膠法，不僅需要經(jīng)過高溫化處理，還需要3層涂層還要煅燒浸入洗滌吹干等步驟，且制得的 膜層沒有25年之久的可靠性和耐候性，對于現(xiàn)有玻璃沒有實(shí)用價值。
[0008] 專利CN102898875A雖然有親水性效果，但是沒有增加光透率和分解有機(jī)物的效 果，且制造工藝繁瑣。
[0009] 針對光伏組件自清潔玻璃，以上方法均需要較大的設(shè)備投入，且不易達(dá)到高透光 率效果，也不能用于改造已建成電站光伏組件。而且使用過程操作復(fù)雜，需要特殊噴涂工 藝，無法在常溫下使用輕便的專業(yè)設(shè)備直接噴涂于組件玻璃表面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于增加光伏發(fā)電的具有超親水、自清潔 功能的多功能Ti〇2納米涂料制備方法，經(jīng)過本發(fā)明方法制備過程簡單，制備的多功能Ti〇2納 米涂料具有較好的分散性，可在常溫下直接噴涂于基材表面，具有較強(qiáng)的與基材的粘結(jié)力， 主要利用形成涂層的超親水性和光催化效果，保持光伏組件的表面清潔，還能增強(qiáng)光伏組 件的光電轉(zhuǎn)換率。
[0011] 本發(fā)明的一個方面在于提供一種多功能Ti〇2納米涂料的制備方法，包括如下步 驟：
[0012] l)Ti〇2溶液制備：以鈦酸丁酯為鈦源，異丙醇為溶劑，二乙醇胺為水解抑制劑來制 備Ti〇2溶液，以及
[0013] 2)Ti02納米溶液的分散和表面改性:對步驟1)中獲得的Ti02溶液，以硅酸鈉做分散 劑，硅烷做偶聯(lián)劑，對Ti〇 2的表面進(jìn)行改性，來獲得本發(fā)明的多功能Ti〇2納米涂料。
[0014] 本發(fā)明所述的多功能Ti02納米涂料的制備方法，采用鈦酸丁酯為鈦源，異丙醇為 溶劑，二乙醇胺為水解抑制劑來制備Ti〇 2溶液。而后采用硅酸鈉做分散劑，甲硅烷做偶聯(lián)劑 在Ti〇2表面產(chǎn)生吸附作用，對Ti〇 2納米材料進(jìn)行表面改性，將羥基層包覆起來，避免納米材 料間的相互作用。在常溫下用簡單噴涂工藝可以將本發(fā)明制備的多功能Ti〇 2納米涂料在基 材上成膜，Ti〇2可以在短時間內(nèi)和玻璃完全鍵合。
[0015]通過本發(fā)明所述的制備方法制備的多功能Ti〇2納米涂料是一種功能性水基溶液， 經(jīng)過在諸如玻璃的基材表面噴涂，可不經(jīng)過熱處理快速形成無機(jī)納米結(jié)構(gòu)的膜層。將本發(fā) 明的多功能Ti〇2納米涂料噴涂光伏組件的玻璃板，Ti〇 2在短時間內(nèi)可以和玻璃完全鍵合。
[0016] 優(yōu)選地，上述多功能Ti〇2納米涂料中Ti〇2為銳鈦礦型納米Ti〇2粒子。
[0017] 所述膜層具有超親水性和光催化效果，長久有效，增加光伏組件的發(fā)電量。
[0018] 該膜層不但能增加玻璃的透光率，提高組件的發(fā)電效率，還能使光伏組件玻璃表 面擁有超親水能力和自清潔能力，消除灰塵和有機(jī)污漬對組件的影響，將有助于提升光伏 組件的發(fā)電量。在瞬時和長期增發(fā)機(jī)制的共同影響下，發(fā)電量提升幅度3-5%。此外，由于本 發(fā)明所述的制備方法改性的Ti0 2納米粒子可以充分吸收利用紫外線進(jìn)行催化反應(yīng)，從而降 低光伏組件紫外線吸收量，延緩組件背板EVA的老化，延長組件使用壽命。
[0019]優(yōu)選地，通過本發(fā)明所述的制備方法制備的多功能Ti〇2納米涂料在基材表面形成 一層厚度約為150nm的無色透明膜。
[0020] 通過本發(fā)明所述的制備方法制備的多功能Ti〇2納米涂料噴涂于組件玻璃表面后， 以納米粒子混合物形式和玻璃化學(xué)結(jié)合，能夠大幅降低玻璃表面粗糙度，減少漫反射作用 對透光率的影響。優(yōu)選地，噴涂有本發(fā)明所述多功能Ti〇 2納米涂料的組件玻璃表面的粗糙 度為 40_60nm。
[0021] 通過本發(fā)明所述的制備方法制備的多功能Ti02納米涂料噴涂于組件玻璃表面后， 在單位時間內(nèi)能夠有效地降解有機(jī)物。優(yōu)選地，噴涂有本發(fā)明所述多功能Ti0 2納米涂料的 組件玻璃表面的平均光解指數(shù)為38.3nmol/L/min。
[0022] 通過本發(fā)明所述的制備方法制備的多功能T i 〇2納米涂料利用其中改性T i 〇2成分， 使材料膜層在應(yīng)用于組件玻璃表面后，產(chǎn)生光致發(fā)光和上轉(zhuǎn)換（UC gain)、下轉(zhuǎn)換（DC gain)發(fā)光效應(yīng)，即分別將紅外波段能量和紫外光波段的能量轉(zhuǎn)化為可見光波段能量(PL譜 線顯示本發(fā)明制備的納米材料膜層在280nm左右有強(qiáng)烈吸收峰），以增加有效光通量，提高 電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
[0023]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明所述制備方法中的各組分，按質(zhì)量分?jǐn)?shù) 計(jì)包括：
[0024]鈦酸丁酯 2份~5份
[0025] 二乙醇胺 1份~3份
[0026] 異丙醇 40份~50份
[0027] 去離子水 20份~30份
[0028] 硅酸鈉 4份~6份
[0029] 甲硅烷 10份~13份。
[0030] 作為本發(fā)明的一種更優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明所述制備方法中的各組分，按質(zhì)量分 數(shù)計(jì)包括：
[0031] 鈦酸丁酯 4份
[0032] 二乙醇胺 1份
[0033] 異丙醇 50份
[0034] 去離子水 30份
[0035] 硅酸鈉 4份
[0036] 甲硅烷 12份。
[0037] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述制備方法包括如下步驟：
[0038] (l)Ti02 溶液制備：
[0039]將鈦酸丁酯、二乙醇胺、異丙醇按一定比例混合，攪拌均勻，制成溶液A，用攪拌器 對溶液A不斷攪拌；
[0040]將異丙醇、去離子水按一定比例混合，攪拌均勻，制成溶液B，緩慢加入到攪拌中的 溶液A中，并繼續(xù)攪拌1小時后得到Ti02溶液；
[0041 ] (2)Ti02納米溶液的分散和表面改性：
[0042] 將硅酸鈉與步驟1)中獲得的Ti02溶液按一定比例混合，攪拌均勻，制成溶液C，繼 續(xù)攪拌1小時后，將硅烷與溶液C按一定比例混合，攪拌均勻，將pH值調(diào)節(jié)到9.2，繼續(xù)攪拌2 小時，制得本發(fā)明的多功能Ti0 2納米涂料。
[0043] 本發(fā)明所述多功能Ti02納米涂料的制備方法中，溶液B與溶液A混合時，繼續(xù)加大 溶液B的比例，制得的涂料濃度會相應(yīng)降低。這會造成二氧化鈦濃度降低，其親水性、自清潔 效應(yīng)會相應(yīng)降低，但膜層厚度的減少會增加透光率，從而增加光伏發(fā)電。
[0044] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式，其中尋求到了各組分的最優(yōu)的濃度范圍，從 而實(shí)現(xiàn)了既能達(dá)到良好的親水性、自清潔效應(yīng)，同時也能增加光伏發(fā)電的技術(shù)效果。
[0045] 作為本發(fā)明的一種更優(yōu)選的實(shí)施方式，所述制備方法包括如下步驟：
[0046] (l)Ti02 溶液制備：
[0047]將鈦酸丁酯、二乙醇胺、異丙醇按體積比4:1:(20~30)混合，攪拌均勻，制成溶液 A，用攪拌器對溶液A不斷攪拌；
[0048]將異丙醇、去離子水按體積比1:(1~5)混合，攪拌均勻，制成溶液B，緩慢加入到攪 拌中的溶液A中，并繼續(xù)攪拌1小時后得到Ti02溶液；
[0049] (2)Ti02納米溶液的分散和表面改性：
[0050] 將硅酸鈉與步驟1)中獲得的Ti02溶液按0.5g: 100ml的比例混合，攪拌均勻，制成 溶液C，繼續(xù)攪拌1小時后，將硅烷與溶液C按體積比1.5:100混合，攪拌均勻，將pH值調(diào)節(jié)到 9.2，繼續(xù)攪拌2小時，制得本發(fā)明的多功能Ti0 2納米涂料。
[0051] 作為本發(fā)明的一種更優(yōu)選的實(shí)施方式，所述制備方法包括如下步驟：
[0052] (l)Ti02 溶液制備：
[0053] 將40ml鈦酸丁酯，10ml二乙醇胺，300ml異丙醇混合，攪拌均勻，制成溶液A，用攪拌 器對溶液A不斷攪拌；
[0054] 將200ml異丙醇和200ml~300ml去離子水混合，攪拌均勻，制成溶液B，緩慢加入到 攪拌中的溶液A中，并繼續(xù)攪拌1小時后得到Ti02溶液；
[0055] (2)Ti02納米溶液的分散和表面改性：
[0056]將4.0g~4.5g硅酸鈉加入步驟1)中獲得的Ti02溶液混合，攪拌均勻，制成溶液C， 繼續(xù)攪拌1小時后，將12ml~13ml硅烷與溶液C混合，攪拌均勻，將pH值調(diào)節(jié)到9.2，繼續(xù)攪拌 2小時，制得本發(fā)明的多功能Ti0 2納米涂料。
[0057]作為本發(fā)明的一種最優(yōu)選的實(shí)施方式，所述制備方法包括如下步驟：
[0058] (l)Ti02 溶液制備：
[0059] 將40ml鈦酸丁酯，10ml二乙醇胺，300ml異丙醇混合，攪拌均勻，制成溶液A，用攪拌 器對溶液A不斷攪拌；
[0060] 將200ml異丙醇和300ml去離子水混合，攪拌均勻，制成溶液B，緩慢加入到攪拌中 的溶液A中，并繼續(xù)攪拌1小時后得到Ti02溶液；
[0061 ] (2)Ti02納米溶液的分散和表面改性：
[0062]將4.2g硅酸鈉加入步驟1)中獲得的Ti02溶液混合，攪拌均勻，制成溶液C，繼續(xù)攪 拌1小時后，將12.7ml硅烷與溶液C混合，攪拌均勻，將pH值調(diào)節(jié)到9.2，繼續(xù)攪拌2小時，制得 本發(fā)明的多功能Ti0 2納米涂料。
[0063 ]本發(fā)明的另一個方面在于提供一種由上述方法制備的多功能T i 〇2納米涂料。
[0064]本發(fā)明所述的多功能Ti02納米涂料是一種功能性水基溶液，經(jīng)過在諸如玻璃的基 材表面噴涂，可不經(jīng)過熱處理快速形成無機(jī)納米結(jié)構(gòu)的膜層。例如，將本發(fā)明的多功能Ti〇2 納米涂料噴涂光伏組件的玻璃板，Ti0 2在短時間內(nèi)可以和玻璃完全鍵合，成膜具有超親水 性和光催化效果，長久有效，增加光伏組件的發(fā)電量。
[0065 ] 優(yōu)選地，本發(fā)明所述的多功能T i 〇2納米涂料中T i 〇2為銳鈦礦型納米T i 〇2粒子。上述 膜層不但能增加玻璃的透光率，提高組件的發(fā)電效率，還能使光伏組件玻璃表面擁有超親 水能力和自清潔能力，消除灰塵和有機(jī)污漬對組件的影響，將有助于提升光伏組件的發(fā)電 量。在瞬時和長期增發(fā)機(jī)制的共同影響下，發(fā)電量提升幅度3-5%。此外，由于本發(fā)明所述的 多功能Ti0 2納米涂料中的改性Ti02納米粒子可以充分吸收利用紫外線進(jìn)行催化反應(yīng)，從而 降低光伏組件紫外線吸收量，延緩組件背板EVA的老化，延長組件使用壽命。優(yōu)選地，所述多 功能Ti〇2納米涂料在基材表面形成一層厚度約為150nm的無色透明膜。
[0066]本發(fā)明所述多功能Ti02納米涂料噴涂于組件玻璃表面后，以納米粒子混合物形式 和玻璃化學(xué)結(jié)合，能夠大幅降低玻璃表面粗糙度，減少漫反射作用對透光率的影響。優(yōu)選 地，噴涂有本發(fā)明所述多功能Ti02納米涂料的組件玻璃表面的粗糙度為40-60nm。
[0067] 本發(fā)明所述多功能Ti02納米涂料噴涂于組件玻璃表面后，在單位時間內(nèi)能夠有效 地降解有機(jī)物。優(yōu)選地，噴涂有本發(fā)明所述多功能Ti0 2納米涂料的組件玻璃表面的平均光 解指數(shù)為 38.3nmol/L/min〇
[0068] 本發(fā)明所述多功能Ti02納米涂料利用其中改性Ti02成分，使材料膜層在應(yīng)用于組 件玻璃表面后，產(chǎn)生光致發(fā)光和上轉(zhuǎn)換(UC gain)、下轉(zhuǎn)換(DC gain)發(fā)光效應(yīng)，即分別將紅 外波段能量和紫外光波段的能量轉(zhuǎn)化為可見光波段能量(PL譜線顯示本發(fā)明制備的多功能 Ti02納米涂料膜層在280nm左右有強(qiáng)烈吸收峰），以增加有效光通量，提高電池的光電轉(zhuǎn)化 效率。
[0069]本發(fā)明的第三個方面在于提供一種本發(fā)明所述多功能Ti02納米涂料的使用方法， 包括在常溫下將本發(fā)明所述多功能Ti〇2納米涂料直接噴涂于組件玻璃表面，所述多功能 Ti〇2納米涂料與玻璃直接進(jìn)行反應(yīng)固化成膜。
[0070] 本發(fā)明所述多功能Ti02納米涂料噴涂在玻璃表面后，自動與玻璃基板鍵合，使之 永久、牢固地"長"在組件玻璃表面。上述方法操作簡單，節(jié)約人力成本，通過上述方法制得 的薄膜透明度好、質(zhì)量高、性能穩(wěn)定、與基材的粘結(jié)力很強(qiáng)、耐候性很強(qiáng)，能保持25年以上的 使用壽命。
[0071] 優(yōu)選地，所述噴涂可以通過專業(yè)噴槍進(jìn)行。
[0072] 優(yōu)選地，可以通過以下兩種噴涂方式噴涂光伏組件:光伏組件廠噴涂和光伏電站 現(xiàn)場噴涂。
[0073] 本發(fā)明的第四個方面在于提供一種噴涂有本發(fā)明所述多功能Ti02納米涂料的光 伏組件玻璃。
[0074] 優(yōu)選地，噴涂有本發(fā)明所述多功能Ti02納米涂料的所述組件玻璃表面的粗糙度為 40_60nm〇
[0075] 優(yōu)選地，噴涂有本發(fā)明所述多功能Ti02納米涂料的所述組件玻璃表面的平均光解 指數(shù)為 38 · 3nmol/L/min〇
[0076] 噴涂有本發(fā)明所述多功能Ti02納米涂料的所述組件玻璃，產(chǎn)生光致發(fā)光和上轉(zhuǎn)換 (UC gain)、下轉(zhuǎn)換(DC gain)發(fā)光效應(yīng)，即分別將紅外波段能量和紫外光波段的能量轉(zhuǎn)化 為可見光波段能量(PL譜線顯示本發(fā)明所述多功能Ti0 2納米涂料的膜層在280nm左右有強(qiáng) 烈吸收峰），以增加有效光通量，提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
[0077]發(fā)明優(yōu)點(diǎn)
[0078] 1、通過本發(fā)明方法制得的水性多功能Ti02納米涂料，具有較好的分散性，儲存時 不會產(chǎn)生沉積現(xiàn)象，可在常溫下直接噴涂于基材表面，噴涂時具有較好的均勻性;噴涂光伏 組件的玻璃板后，Ti02在短時間內(nèi)可以和玻璃完全鍵合，具有較強(qiáng)的與基材的粘結(jié)力，耐擦 洗，耐久性好，不會因?yàn)闀r間問題或與環(huán)境作用而剝離基材。
[0079] 2、通過本發(fā)明方法制得的多功能Ti02納米涂料形成的膜層，具有超強(qiáng)親水性和自 清潔功能，使得基材表面的污染物可以被輕易沖洗；
[0080] 3、通過本發(fā)明方法制得的多功能Ti02納米涂料形成的膜層具有光催化效果，能有 效地降解基材表面的有機(jī)物，保持光伏組件的表面清潔；
[0081] 4、通過本發(fā)明方法制得的多功能Ti02納米涂料形成的膜層，可以降低基材表面粗 糙度，增強(qiáng)基材表面透光率，并且利用光致發(fā)光和上轉(zhuǎn)換、下轉(zhuǎn)換光特性，能夠有效增強(qiáng)光 電轉(zhuǎn)換率;以及
[0082] 5、本發(fā)明的制備方法操作簡單，節(jié)約成本，通過本發(fā)明方法制得的薄膜透明度好、 質(zhì)量高、性能穩(wěn)定，與基材的粘結(jié)力很強(qiáng)、耐候性很強(qiáng)，能保持25年以上的使用壽命。
【附圖說明】
[0083 ]圖1為實(shí)施例1中本發(fā)明所述多功能Ti02納米涂料的制備方法的步驟；
[0084]圖2為噴涂本發(fā)明制備的多功能Ti02納米涂料膜層后玻璃表面粗糙度改善情況； [0085]圖3為噴涂本發(fā)明制備的多功能Ti02納米涂料后玻璃透光率上升情況；
[0086] 圖4為本發(fā)明制備的多功能Ti02納米涂料光致發(fā)光效應(yīng)檢測圖譜；
[0087] 圖5為噴涂有本發(fā)明制備的多功能Ti02納米涂料的玻璃的親水角檢測情況；
[0088]圖6為本發(fā)明制備的多功能Ti02納米涂料中的改性Ti02納米粒子分解有機(jī)物原理 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0089]實(shí)施例1本發(fā)明多功能Ti02納米涂料的制備方法 [0090] 1.1試驗(yàn)步驟：
[0091 ]表1本發(fā)明多功能Ti02納米涂料的制備方法中的各組分的用量
[0093]表1顯示了本實(shí)施例中組1~3的多功能Ti02納米涂料的各組分的用量。以組3為 例，按照下列步驟制備本實(shí)施例中組3的多功能Ti〇2納米涂料。
[0094] (1)初級Ti02溶液的制備：
[0095] 制備環(huán)境25 Γ。
[0096] 將40ml鈦酸丁酯，10ml二乙醇胺，300ml異丙醇混合，混合，攪拌均勻，制成溶液A， 用攪拌器對溶液A攪拌1個小時；
[0097] 將200ml異丙醇和300ml去離子水混合，攪拌均勻，制成溶液B，緩慢加入到攪拌中 的溶液A中，容器維持?jǐn)嚢锠顟B(tài)；
[0098] 混合完后繼續(xù)攪拌1小時得到Ti02初級溶液。
[0099] (2)Ti02納米溶液的分散和表面改性：
[0?00] a.加入娃酸鈉分散劑
[0101]取4.2g硅酸鈉，加入到步驟1得到的攪拌中的Ti02初級溶液中，并繼續(xù)攪拌1小時。 [0102] b.加入硅烷偶聯(lián)劑
[0103] 取12.7ml甲硅烷，緩慢加入到攪拌中的Ti02初級溶液中。檢測溶液的pH值，并用鹽 酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的Ti0 2pH值到9.2。之后繼續(xù)攪拌2小時，制得本發(fā)明的多功能Ti02納 米涂料。
[0104] 取制備好的多功能Ti02納米涂料，噴涂到樣品玻璃板，進(jìn)行以下實(shí)施例的噴涂效 果試驗(yàn)。經(jīng)過噴涂效果試驗(yàn)，組1~組3的多功能Ti0 2納米涂料具有相似的噴涂效果試驗(yàn)結(jié) 果，在本說明書中將不進(jìn)行贅述。以下實(shí)施例以組3得到的多功能Ti02納米涂料的噴涂效果 試驗(yàn)結(jié)果對本發(fā)明進(jìn)行說明。
[0105] 實(shí)施例2本發(fā)明制備的多功能Ti02納米涂料對光伏組件轉(zhuǎn)換效率的影響測試
[0106] 2.1透光率檢測試驗(yàn)
[0107] 2.1.1試驗(yàn)材料:根據(jù)實(shí)施例1制備的多功能Ti02納米涂料、組件超白壓花玻璃、商 業(yè)Ti02類自清潔產(chǎn)品
[0108] 2.1.2試驗(yàn)步驟：
[0109] 1)粗糙度測試
[0110] 2)透光率對比實(shí)驗(yàn)儀器GST3氣浮式分光光度儀
[0111] 2.1.4結(jié)果
[0112] 1)玻璃表面粗糙度降低
[0113] 噴涂后表面改善情況見圖2。如圖2所示，噴涂前基底(玻璃)表面的粗糙度為200~ 300nm，使用本發(fā)明制備的多功能T i 〇2納米涂料噴涂后，粗糙度減小至40-60nm，從而減少漫 反射影響，增加透光率。
[0114] 主要是由于本發(fā)明制備的多功能Ti02納米涂料噴涂于組件表面后，以納米粒子混 合物形式和玻璃化學(xué)結(jié)合，能夠大幅降低玻璃表面粗糙度，減少漫反射作用對透光率的影 響。
[0115] 2)自清潔玻璃透光率增加
[0116] 增透測試結(jié)果見圖3。如圖3所示，玻璃噴涂了現(xiàn)有技術(shù)中的Ti02類自清潔產(chǎn)品后， 玻璃的透射率大大降低(降低幅度達(dá)1 〇 %左右），而噴涂本發(fā)明制備的多功能T i 02納米涂料 的自清潔玻璃，能夠大幅降低玻璃表面粗糙度，從而使得組件超白壓花玻璃的透射率提高 約1%〇
[0117] 2.2光致發(fā)光試驗(yàn)
[0118] 2.2.1試驗(yàn)材料：
[0119] 根據(jù)實(shí)施例1制備的多功能Ti02納米涂料、組件超白壓花玻璃。
[0120] 2 · 2 · 2試驗(yàn)步驟：用F-4600FL Spectrophotometer焚光光譜儀檢測，用360nm紫外 光照射涂有SSG的超白壓花玻璃，發(fā)現(xiàn)在420nm出有峰值，其余是光滑曲線，說明有光致發(fā)光 效應(yīng).
[0121] 2.2.3 結(jié)果
[0122] 本發(fā)明制備的多功能Ti02納米涂料光致發(fā)光在中科院理化所測試圖譜見圖4.如 圖4所示，采用360nm紫外光激發(fā)，穿過本發(fā)明制備的多功能Ti0 2納米涂料后光衰減的圖譜， 圖中看出在420nm藍(lán)光位置出現(xiàn)了峰值。證明了本發(fā)明制備的多功能Ti02納米涂料吸收紫 外能量后，一部分能量轉(zhuǎn)換成了藍(lán)光能量。
[0123] 納米級的Ti02具有光致發(fā)光和上轉(zhuǎn)換(UC gain)、下轉(zhuǎn)換(DC gain)光特性可以有 效提高光利用率，使電池轉(zhuǎn)換效率增加。這是由于硅太陽電池的光譜響應(yīng)主要在300-llOOnm之間，且主要集中于可見光范圍內(nèi)，而太陽光譜實(shí)際上是分布在一個較寬范圍內(nèi)，且 長波(紅外)和短波（紫外)部分占比分別接近5%和50%。因此，為了更好的匹配光伏電池的 光譜響應(yīng)曲線，本發(fā)明制備的多功能Ti0 2納米涂料利用其中改性Ti02成分，使材料膜層在應(yīng) 用于組件表面后，產(chǎn)生光致發(fā)光和上轉(zhuǎn)換(UC gain)、下轉(zhuǎn)換(DC gain)發(fā)光效應(yīng)，即分別將 紅外波段能量和紫外光波段的能量轉(zhuǎn)化為可見光波段能量(PL譜線顯示本發(fā)明制備的多功 能Ti0 2納米涂料膜層在280nm左右有強(qiáng)烈吸收峰），以增加有效光通量，提高電池的光電轉(zhuǎn) 化效率。
[0124] 2.3功率增發(fā)效應(yīng)
[0125] 2.3.1.試驗(yàn)方法
[0126] 根據(jù)南德TUV認(rèn)證中心在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下進(jìn)行測試
[0127] 編號：Ν〇·70·406·15·189·01
[0128] 測試溫度:25°C輻射照度：1000W/m2光譜分布:AMI. 5G
[0129] 2.3.2試驗(yàn)材料：
[0130] 根據(jù)實(shí)施例1制備的多功能Ti〇2納米涂料、太陽能組件（購自天合光能（Trina solar)公司）、太陽模擬器
[0131] 2.3.3試驗(yàn)步驟：
[0132] ①將制備的多功能Ti02納米涂料噴涂在4組光伏組件的正表面，然后在標(biāo)準(zhǔn)測試 條件下進(jìn)行測試
[0133] ②得出IV曲線，Voc，Vmp，Isc，Imp，Pmp，F(xiàn)F等各個參數(shù)，對比其電池和組件效率測 試。
[0134] 2.3.4結(jié)果
[0135] 根據(jù)南德TUV認(rèn)證中心的測試結(jié)果，噴涂本發(fā)明制備的多功能Ti02納米涂料后，太 陽能組件平均功率瞬時提高了 1.39%。進(jìn)一步說明了通過上述提高透光率和光致發(fā)光效應(yīng) 的途徑，本發(fā)明制備的多功能Ti02納米涂料能快速提高光伏組件的轉(zhuǎn)換效率。
[0136] 實(shí)施例3本發(fā)明多功能Ti02納米涂料的光解指數(shù)測試試驗(yàn)
[0137] 3.1試驗(yàn)方法
[0138] 南德TUV認(rèn)證中心進(jìn)行測試
[0139] 編號：Νο·70·406·15·189·02-01
[0140] 3.2試驗(yàn)材料：
[0141 ]根據(jù)實(shí)施例1制備的多功能Ti02納米涂料、3塊樣品組件超白壓花玻璃
[0142] 3.3試驗(yàn)步驟:根據(jù)JC/T2168-2013《自潔凈鍍膜玻璃》標(biāo)準(zhǔn)，對噴涂根據(jù)實(shí)施例1制 備的多功能Ti〇2納米涂料的光伏組件玻璃進(jìn)行亞甲基藍(lán)試驗(yàn)，以測試光解指數(shù)。在3.0 ± 0.10mW/m2的紫外線下照射六次，每次持續(xù)20分鐘
[0143] 3.4結(jié)果
[0144] 根據(jù)JC/T2168-2013《自潔凈鍍膜玻璃》標(biāo)準(zhǔn)定義，光解指數(shù)表征光催化多功能 Ti〇2納米涂料光催化性能的數(shù)值，即光催化多功能Ti〇2納米涂料在單位時間內(nèi)降解有機(jī)物 能力的特征值。按照標(biāo)準(zhǔn)要求，自潔凈度膜玻璃光解指數(shù)應(yīng)不小于7nmol/L/min。
[0145] 表2噴涂本發(fā)明多功能Ti02納米涂料的玻璃和對照玻璃的靜態(tài)接觸角測試結(jié)果
[0147] 根據(jù)南德TUV認(rèn)證中心的測試結(jié)果（參見表2)，3塊本發(fā)明制備的多功能1^02納米 涂料樣品玻璃的光解指數(shù)分別為41. lnmol/L/min、36.4nmol/L/min、37.5nmol/L/min，平均 值為38.3nmol/L/min，遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求(不小于7nmol/L/min)。說明本發(fā)明噴涂了根據(jù)實(shí)施 例1制備的多功能Ti0 2納米涂料的光伏組件玻璃在單位時間內(nèi)能夠有效地降解有機(jī)物。
[0148] 在光照下，納米Ti02可與空氣中的水汽和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成強(qiáng)氧化能力的-OH高活性基團(tuán)。在不消耗多功能Ti0 2納米涂料自身的情況下，可以引發(fā)絕大多數(shù)有機(jī)化合 物分子發(fā)生氧化反應(yīng)，生成〇)2和出0。分解有機(jī)物體現(xiàn)在分解玻璃表面的鳥糞、工業(yè)污染廢 氣、汽車尾氣等。
[0149] 這是因?yàn)榧{米Ti02的帶隙能約為3.2eV，相當(dāng)于約387.5nm光子的能量。當(dāng)受到波 長小于387.5nm的紫外光的照射時，價層電子會被激發(fā)到導(dǎo)帶，而產(chǎn)生具有很強(qiáng)活性的電 子-空穴對：
[_] Ti02-Ti02 (h+e1)
[0151] 這些電子-空穴對迀移到表面后，可以參加氧化還原反應(yīng)，加快光降解反應(yīng)。這些 反應(yīng)包括:所產(chǎn)生的電子-空穴可將吸附在Ti〇2顆粒表面的羥基和水分子氧化為oh-自由 基：
[0152] Ti4++0H+h+-Ti4+0H ·
[0153] Ti4+-H2〇+h+-Ti4+OH · +H+
[0154] 締合在四價鈦離子表面的0H-自由基為強(qiáng)氧化劑，能夠氧化相鄰的有機(jī)物，也可以 擴(kuò)散到液相中氧化有機(jī)物。許多有機(jī)物也可被空穴所氧化。吸附在Ti0 2表面的氧氣可以通 過捕獲電子，形成過氧負(fù)離子而阻止電子與空穴的復(fù)合，繼而提高其氧化反應(yīng)活性：
[0155] 〇2+e ->〇2
[0156] 過氧化氫能夠單獨(dú)與過氧離子作用或捕獲電子而產(chǎn)生羥基自由基。
[0157] H2〇2^20H ·
[0158] H2O2+O2--OH ·+0H-+〇2
[0159] H2〇2+e--OH ·+0H-
[0160] 圖6為本發(fā)明的多功能Ti02納米涂料中的所述Ti02納米粒子分解有機(jī)物原理圖。 [0161 ]實(shí)施例4本發(fā)明多功能Ti02納米涂料的親水角測試試驗(yàn)
[0162] 4.1試驗(yàn)方法
[0163] 南德TUV認(rèn)證中心依據(jù)JC/T2168-2013進(jìn)行了親水角測試。
[0164] 編號：70·406·15·189·02-00。
[0165] 4.2試驗(yàn)材料：
[0166] 根據(jù)實(shí)施例1制備的多功能Ti02納米涂料、4塊組件超白壓花玻璃
[0167] 4.3試驗(yàn)步驟：
[0168] ①將根據(jù)實(shí)施例1制備的多功能Ti02納米涂料噴涂在3塊樣品組件超白壓花玻璃 上，另一塊正常樣品玻璃作為對照試驗(yàn)玻璃；
[0169] ②用CCD儀器設(shè)備觀察親水角度，選取每塊樣品上的5個不同點(diǎn)重復(fù)進(jìn)行了測試。
[0170] 4.4 結(jié)果
[0171] 根據(jù)南德TUV認(rèn)證中心的測試結(jié)果(參見表3)，噴涂本發(fā)明制備的多功能Ti02納米 涂料后，玻璃的平均靜態(tài)接觸角為6.1 °，與對照玻璃的靜態(tài)接觸角2 3 . 1 °相比，減小了 73.6%〇
[0172] 表3噴涂本發(fā)明多功能Ti02納米涂料的玻璃和對照玻璃的靜態(tài)接觸角測試結(jié)果
[0174]測試情況見圖5。說明本發(fā)明噴涂了本發(fā)明方法制備的多功能Ti02納米涂料的光 伏組件玻璃表面，在光的照射下，水滴的親水角大幅下降，呈現(xiàn)出超強(qiáng)親水性。在重力作用 下，更易帶走大片的污染物。這樣用更少的清水或雨水就可以將玻璃表面的灰塵、沙土清 除。
[0175] 在紫外光照射下，Ti02價帶電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，在表面生成電子空穴對，電子與Ti4 +反應(yīng)，空穴則與表面橋氧反應(yīng)，使表面氧虛空，從而近處的Ti4+轉(zhuǎn)向Ti3+，Ti3+適于游離水吸 附。此時，空氣中的水解離子吸附在氧空位中，成為化學(xué)吸附水(表面形成羥基），化學(xué)吸附 水可進(jìn)一步吸附空氣中的水分，形成物理水吸附層，即在Ti 3+缺陷周圍形成高度親水的微區(qū) (Ti-ΟΗ)，而表面剩余區(qū)域仍保持疏水性，這樣在Ti02表面構(gòu)成了分布均勻的納米尺寸分離 的親水微區(qū)，類似于二維的毛細(xì)管現(xiàn)象。由于水滴的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于親水微區(qū)的面積，故宏觀 上Ti0 2表面表現(xiàn)出親水特性，從而侵潤表面;停止紫外光照射?；瘜W(xué)吸附的羥基被空氣中的 氧取代，重又回到疏水狀態(tài)，在停止光照后，其表面超親水性可維持?jǐn)?shù)小時到一周左右，隨 后慢慢恢復(fù)到照前的疏水狀態(tài)，再用紫外光照，又表現(xiàn)為親水。
[0176] 此外，噴涂本發(fā)明制備的多功能Ti02納米涂料后，玻璃基板在微觀上變的更為平 整，灰塵顆粒相對粘附面積減少，更容易滑落下來。
[0177] 同時，納米Ti〇2半導(dǎo)體在光照射下電子和空穴分離，具有一定導(dǎo)電性，配合抗靜電 劑成分，具有抗靜電吸附能力?？梢詮脑搭^上最大限度的阻止灰塵在玻璃表面的附著，阻止 玻璃變臟，變被動為主動，是真正意義上的自潔玻璃。
[0178] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，雖 然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修 飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí) 質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍 內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多功能Ti〇2納米涂料的制備方法，包括如下步驟： 1. Ti02溶液制備：以鈦酸丁酯為鈦源，異丙醇為溶劑，二乙醇胺為水解抑制劑來制備 Ti02溶液，以及 2. Ti02納米溶液的分散和表面改性:對步驟1)中獲得的Ti02溶液，以硅酸鈉做分散劑， 硅烷做偶聯(lián)劑，對Ti0 2的表面進(jìn)行改性，來獲得本發(fā)明的多功能Ti02納米涂料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法中的各組分，按質(zhì)量分 數(shù)計(jì)包括： 鈦酸丁酯2份~5份 二乙醇胺1份~3份 異丙醇 40份~50份 去離子水20份~30份 娃酸鈉 4份~6份 甲硅烷 10份~13份。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法中的各組分，按質(zhì)量分 數(shù)計(jì)包括： 鈦酸丁酯4份 二乙醇胺1份 異丙醇 50份 去離子水30份 硅酸鈉 4份 甲硅烷 12份。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟： (1) Ti02溶液制備： 將鈦酸丁酯、二乙醇胺、異丙醇按一定比例混合，攪拌均勻，制成溶液A，用攪拌器對溶 液A不斷攪拌； 將異丙醇、去離子水按一定比例混合，攪拌均勻，制成溶液B，緩慢加入到攪拌中的溶液 A中，并繼續(xù)攪拌1小時后得到Ti02溶液； (2) Ti02納米溶液的分散和表面改性： 將硅酸鈉與步驟1)中獲得的Ti02溶液按一定比例混合，攪拌均勻，制成溶液C，繼續(xù)攪拌 1小時后，將硅烷與溶液C按一定比例混合，攪拌均勻，將pH值調(diào)節(jié)到9.2，繼續(xù)攪拌2小時，制 得本發(fā)明的多功能Ti02納米涂料。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟： (1) Ti02溶液制備： 將鈦酸丁酯、二乙醇胺、異丙醇按體積比4:1:(20~30)混合，攪拌均勻，制成溶液A，用 攪拌器對溶液A不斷攪拌； 將異丙醇、去離子水按體積比1:(1~5)混合，攪拌均勻，制成溶液B，緩慢加入到攪拌中 的溶液A中，并繼續(xù)攪拌1小時后得到Ti02溶液； (2) Ti02納米溶液的分散和表面改性： 將硅酸鈉與步驟1)中獲得的Ti02溶液按0.5g: 100ml的比例混合，攪拌均勻，制成溶液C， 繼續(xù)攪拌1小時后，將硅烷與溶液C按體積比1.5 :100混合，攪拌均勻，將pH值調(diào)節(jié)到9.2，繼 續(xù)攪拌2小時，制得本發(fā)明的多功能Ti02納米涂料。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟： (1) Ti02溶液制備： 將40ml鈦酸丁酯，10ml二乙醇胺，300ml異丙醇混合，攪拌均勾，制成溶液A，用攪拌器對 溶液A不斷攪拌； 將200ml異丙醇和200ml~300ml去離子水混合，攪拌均勻，制成溶液B，緩慢加入到攪拌 中的溶液A中，并繼續(xù)攪拌1小時后得到Ti02溶液； (2) Ti02納米溶液的分散和表面改性： 將4.0g~4.5g硅酸鈉加入步驟1)中獲得的Ti02溶液混合，攪拌均勻，制成溶液C，繼續(xù)攪 拌1小時后，將12ml~13ml硅烷與溶液C混合，攪拌均勻，將pH值調(diào)節(jié)到9.2，繼續(xù)攪拌2小時， 制得本發(fā)明的多功能T i 〇2納米涂料。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟： (1) Ti02溶液制備： 將40ml鈦酸丁酯，10ml二乙醇胺，300ml異丙醇混合，攪拌均勾，制成溶液A，用攪拌器對 溶液A不斷攪拌； 將200ml異丙醇和300ml去離子水混合，攪拌均勻，制成溶液B，緩慢加入到攪拌中的溶 液A中，并繼續(xù)攪拌1小時后得到Ti02溶液； (2) Ti02納米溶液的分散和表面改性： 將4.2g硅酸鈉加入步驟1)中獲得的Ti02溶液混合，攪拌均勻，制成溶液C，繼續(xù)攪拌1小 時后，將12.7ml硅烷與溶液C混合，攪拌均勻，將pH值調(diào)節(jié)到9.2，繼續(xù)攪拌2小時，制得本發(fā) 明的多功能Ti02納米涂料。8. -種根據(jù)權(quán)利要求1~7制備的多功能Ti〇2納米涂料;優(yōu)選地，所述多功能Ti〇2納米涂 料中的Ti02粒子為銳鈦礦型納米Ti0 2粒子。9. 一種噴涂有根據(jù)權(quán)利要求8所述的多功能Ti02納米涂料的組件玻璃;優(yōu)選地，所述組 件玻璃表面的粗糙度為40-60nm〇10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的組件玻璃，其特征在于，所述組件玻璃表面的平均光解指數(shù) 為38·3nmol/L/min〇
【文檔編號】C09D1/00GK106046863SQ201610258617
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】趙志偉
【申請人】北京萊恩創(chuàng)科新材料科技有限公司