[发明专利]一种耐候性太阳能玻璃表面减反膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光学薄膜制备技术领域，具体涉及一种具备高透过率、高强度的耐候性太阳能玻璃表面减反膜及其制备方法。

背景技术

全球能源危机促进了以太阳能为首的新能源与可再生能源技术的开发利用。常见的太阳能利用方式有：光热利用、光-热-电转换或光电直接转换（光伏效应）。在这些太阳能利用装置表面都需要玻璃组件（太阳能玻璃）来保护，而组件玻璃表面对入射太阳光的反射损失（~8%）则在一定程度上降低了其利用效率。因此减少表面太阳光反射，是提高太阳能转换效率的有效途径之一。在太阳能玻璃表面增加一层减反射薄膜能够使入射的太阳光大幅增加，从而整体提高太阳能装置的能量转换效率。采用溶胶-凝胶法在玻璃表面镀制一层减反射薄膜，可以将入射光强度提高5%以上。与传统物理镀膜方法相比，溶胶-凝胶法镀膜过程简单、成本低、结构可控。此外，它的最大优点是折射率连续可调并适合大面积均匀镀膜，因此可以应用于批量低成本生产大面积太阳能玻璃用减反射薄膜。

目前的大面积溶胶-凝胶减反射膜制备方法中，碱性或两步法催化的单层SiO₂减反膜具有极佳的减反射效果，但由于其溶胶制备工艺的不稳定性以及薄膜机械强度的缺陷，大大限制了它的应用；酸性催化制备的SiO₂薄膜虽然比较致密，具有良好的机械强度，溶胶制备工艺简单，性能稳定，但因其折射率偏高，无法获得较好的减反射效果。申请人王彪、宋伟杰等[201010150748.1]公开了一种镀有双层减反射膜的光伏玻璃制备方法，其是由高折射率氧化物层和多孔氧化硅组成。这种双层减反射膜与玻璃基底的结合力得到了一定的提高，但是在其峰值反射率仅为95%，而且没有对薄膜的耐候性和机械强度进行评估。申请人江波、叶龙强等[201110284088.0]公布了一种三层增透膜的太阳能电池封装玻璃制备方法，镀有该三层增透膜的玻璃在可见光区透过率大于98%，但是该方法中第一层复合薄膜的镀膜液采用的是两种材料的复合溶胶，性能不稳定（易于凝胶），不利于长期大面积生产。并且该方法使用的是光学K9玻璃基底上实验的结果，其透过率与实际使用的普通太阳能玻璃相比，虽然透过率更高，但是价格昂贵，不适合大规模使用。目前为止，尚未发现具备耐候性和高透过率的大面积太阳能玻璃减反射膜制备方法专利。

发明内容

本发明针对现有溶胶-凝胶技术制备大面积减反膜在耐候性、机械强度方面存在的缺陷，提供了一种耐候性太阳能玻璃表面减反膜及其制备方法，同时这种减反射膜还存在镀膜用溶胶性能稳定、易于规模化生产、成本低等优势。

本发明提供的一种耐候性太阳能玻璃表面减反射膜，该减反射膜是由结构致密的高折射率膜层材料和低折射率膜层材料形成的λ/2 - λ/4的W型双层光学膜系（如图1所示），第一层为高折射率膜层材料，其折射率为1.7~2.1，第二层为低折射率膜层材料，其折射率为1.35~1.43，镀膜后的超白玻璃在400~800nm波段的平均透过率大于6%；薄膜硬度大于5H，耐摩擦测试和酸溶液浸泡后的薄膜透过率没有发生任何变化；使用一年后薄膜的平均透过率仅仅降低了0.05%。另外，镀膜用的镀膜液均为有机醇盐的单一体系，在长达半年的时间均保持了较高的稳定性，从而保证了规模化生产的重复性和可行性。

本发明中，所述的高折射率膜层材料选自氧化锆、氧化钛或氧化铪等氧化物中的一种，膜层厚度为130~145nm之间。

本发明中，所述的低折射率膜层材料选自氧化硅或氟化镁中的一种，膜层厚度为85~100nm之间。

本发明提出的耐候性太阳能玻璃表面减反射膜的制备方法，采用湿化学方法，具体步骤如下：

(1）高折射率薄膜用溶胶制备：分别选择以锆酸丁酯、钛酸丁酯或铪酸丁酯为前驱体，醋酸为催化剂，去离子水为反应物，乙酰丙酮为络合剂，乙醇为溶剂，锆酸丁酯、钛酸丁酯或铪酸丁酯，醋酸、去离子水、乙酰丙酮和乙醇按1：1.5~2：2.5~3：0.1~0.2：8~10的摩尔比混合反应后分别制备氧化锆、氧化钛或氧化铪溶胶；

(2）低折射率薄膜用溶胶制备：以正硅酸四乙酯为前驱体，盐酸为催化剂、水为反应物，乙醇为溶剂，正硅酸四乙酯、盐酸、水和乙醇按1：0.2：2：40的摩尔比混合反应后制备氧化硅溶胶；或者以氯化镁或醋酸镁为前驱体，氢氟酸为反应物，乙醇为溶剂，氯化镁或醋酸镁、氢氟酸与乙醇按1：2：30的摩尔比混合反应后制备氟化镁溶胶；