[发明专利]具有荷叶仿生结构的自清洁太阳能电池板薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开一种具有荷叶仿生结构的自清洁太阳能电池板薄膜，针对太阳能电池板在室外使用时易积灰进而影响光电转化效率的问题，选择透明性优异的丙烯酸树脂作为基体树脂，通过添加含氟嵌段共聚物作为表面改性剂，另外把蔗糖/聚己内酯两亲性聚合物自组装成的胶束微球分散在基体中形成微米级乳突。同时两亲性聚合物上具有星形多臂状的纳米级绒毛。微米级乳突与纳米级绒毛相结合，构成类似荷叶的微纳二阶结构，这种结构同时具有较大的接触角和较小的滚动角，从而获得优异的自清洁性。该薄膜在基本不影响透光率的同时，大大减少了灰尘等污染物在太阳能电池板上的堆积，提高了光电转化效率，另外其原料成本低，制备方法简单易行。

技术领域

本发明涉及一种功能性纳米仿生复合材料，特别涉及其表面结构及制备方法。

背景技术

环境中的灰尘堆积对光伏组件的光电转换效率有很大影响，这是造成光伏电站发电量下降的关键因素之一。研究表明，若每平方米有4.05g灰尘，光伏太阳能电池板的转化效率将下降40％。同时局部灰尘遮蔽可能会引起热斑效应，造成安全隐患，缩减太阳能电池板的使用寿命。

近年来，有关仿生学的研究受到了世界各国的重视，大自然中许多神奇的现象给了人类灵感与启发，越来越多的发明开始模仿生物体的形态结构，以实现某些特定的功能。荷叶“出淤泥而不染”，具有优异的自清洁性，因此若将具有荷叶效应的薄膜覆盖在太阳能电池板上实现自清洁功能，将大大减少灰尘等污染物在太阳能电池板上的堆积，提高光电转换效率，延长太阳能电池板的使用寿命。

研究表明荷叶效应来自于荷叶表面的蜡状物与一种特殊的微纳二阶结构：荷叶表面有序地分布着微米级的乳突，而每个微米级乳突表面又有纳米级的绒毛。荷叶表面特殊的微纳突出二阶结构和低表面能的蜡状物使得荷叶表面的静止接触角达到160o，且其滚动角只有2o，具有优异的自清洁性。

中国专利申请号CN201710578531.2涉及一种用于网布领域的仿荷叶效应的纳米仿生防水材料，它以聚丙烯、改性封端异氰酸酯为原料，需经螺杆挤出，大长径比喷丝孔，再经集束、上浆液、长牵伸固化等工序制得。该制备方法复杂，对设备的要求高，且上浆过程中会造成较大的溶液污染。

中国专利申请号CN201710619328.5涉及一种超疏水涂料及其制备和施工方法，这种超疏水涂料包括组份A和组份B。首先它把低表面能的颗粒与树脂、固化剂进行混合、稀释，得到组份A；再将经过研磨的、具有纳米孔隙的疏水材料与树脂、固化剂、溶剂进行混合，得到组份B。将上述具有纳米孔隙的超疏水涂料涂装于具有微米级结构的材料之上，获得的涂层在微米级和纳米级疏水结构的双重作用下，实现“荷叶效应”。该制备方法对原料的结构要求苛刻，且制备过程复杂，可操作性不强。

中国专利申请号CN201710354602.0涉及一种对油污形成荷叶效应的聚丙烯复合材料，用于合成这种复合材料的组分包括：聚丙烯、丁腈橡胶、相容剂、氟化物、纳米二氧化硅聚合物复合微粒、复合抗氧剂、复合成核剂。该制备方法需要使用的原料较多，成本也相应较高。

因此针对光伏组件的积灰问题并考虑到以上已有专利的缺点，本发明公开一种具有荷叶仿生结构的自清洁太阳能电池板薄膜及其制备方法。我们将具有类似荷叶乳突结构的蔗糖/聚己内酯两亲性聚合物和低表面能含氟单体加入到丙烯酸类单体的溶液中，进行熔融共聚，从而制备出具有荷叶效应的薄膜，该方法使用的各种原料广泛易得，制备步骤简单，因此成本相对较低。同时，丙烯酸类树脂具有良好的透明性，我们将这种功能性纳米仿生复合薄膜覆盖于光伏组件之上，不仅在一定程度上避免积灰等造成发电量的损失，更减轻了清洁太阳能电池板的工作负担，兼具创新性与实用性。

发明内容

本发明的目的在于颠覆目前传统的太阳能电池板清洁方法，根据光伏组件对透光性的要求，制造一种具有微纳二阶结构的自清洁薄膜，当薄膜覆盖在太阳能电池板表面上时，将大大减少灰尘等污染物在太阳能电池板上的堆积，提高光电转化效率，同时能够避免对太阳能电池板的直接接触式清洗，延长使用寿命。为达到发明目的，采用的技术手段如下。