[发明专利]一种具有自清洁效果的减反射镀膜玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池用封装玻璃的制造领域，特别涉及一种具有自清洁效果的减反射镀膜玻璃及其制备方法。

背景技术

近年来，随着能源价格上涨和人们环保意识渐强，世界各国纷纷出台能源战略以促进对风能、生物能、太阳能等新能源的利用和开发。其中，太阳能光伏发电有清洁、安全、适用广泛广等优点，其发展也倍受瞩目。我国的太阳能电池产能及装机量巨大，光伏电站已进入规模化的建设阶段。太阳能电池组件在使用时，光线必须先透过最上层的封装玻璃入射电池组件再由内部的硅基芯片转化为电能。光通过封装玻璃时的光损失分别为玻璃组分的光吸和玻璃前后表面上的反射。通过精选料和改进生产设备尽量减少Fe³⁺的引入量，玻璃的光吸收可以低于0.5%，这种玻璃也称为超白玻璃。超白玻璃的折射率约为1.55，与空气界面处反射率约为4%，而要进一步提高玻璃的透过率，让更多的光子进入组件转化为电能，就需要在玻璃表面上加镀减反射膜层。采用磁控溅射可以实现精密的多层光学膜系，极大地减少玻璃表面反射。但是，出于对膜层成本和生产效率的考虑，目前市场上超白玻璃主要采用溶胶凝胶镀膜工艺，在其表面获得单层由纳米SiO₂颗粒堆积形成的、含有大量孔隙的低折射率减反射膜层。

太阳能电池组件暴露在大气中长时间工作，由于超白玻璃表面的减反射膜层含有大量纳米颗粒和孔隙，这使得外界中的尘埃、酸碱物质、油渍、有机物高分子等污垢容易吸附并进入膜层内部，长时间附着累积后导致镀膜玻璃的透光率大幅下降甚至对膜层造成破坏、降低整个组件的功率输出，而频繁的为太阳能电池组件做清洁维护既不方便也不安全还产生较大的浪费。对于大规模、多机组的太阳能光伏电站来说，这种光电损失是相当可观的。研究表明，TiO₂纳米颗粒及其涂层具有很强的自清洁功能，在紫外光的作用下释放负离子，有超亲水、加速降解有机物的作用。将含有TiO₂的膜层加镀在太阳能电池盖板玻璃表面，可通过雨水自然冲刷实现组件的自清洁效果，这将有利于长期的保证组件较高的转换效率、降低电站维护成本。

大量研究表明，含有60~80% TiO₂的TiO₂-SiO₂混合膜层有非常好的自清洁效果。但是，由于TiO₂的折射率较高(n_d~ 2.5)，将其大量引入SiO₂单层多孔膜中将使得膜层折射率大幅攀升而失去减反射效果，因此要获得具有自清洁效果的减反射膜层，难以简单地通过调整单层膜层组分来实现。公开号为CN102061111的中国发明专利申请中提供了含有TiO₂的单层SiO₂减反射涂料，其中SiO₂与金属氧化物摩尔含量仅为100:0.01~10，难以保证膜层的自清洁效果。R. Prado等人(SOL ENERG MAT SOL C 94 (2010) 1081)对溶胶凝胶法制备的顶层为多孔TiO₂自清洁膜、内层为多孔SiO₂减反射膜的镀膜玻璃进行了研究，结果表明即使TiO₂膜层有很高孔隙率且厚度在60nm以下时，其对SiO₂减反射膜层仍存在一定的影响。又如，公开号为CN10210810的发明申请中提供了一种玻璃复合材料，其先在玻璃表面施镀SiO₂减反射膜层并涂覆树脂层，再在树脂层上施镀TiO₂层，最后经400℃左右高温处理后获得TiO₂/SiO₂双层膜，其中 TiO₂膜层的厚度约为50 nm，但是这种方法过程繁琐而且树脂层的引入会导致两个层膜间结合力大幅下降，并进一步降低表层 TiO₂多孔膜层的机械强度。