[发明专利]一种石墨烯改性太阳能电池自清洁减反射玻璃及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯改性太阳能电池自清洁减反射玻璃及其制备方法，将纳米氧化石墨烯悬浮液超声分散在纳米二氧化硅水溶胶中，然后加入透明导电纳米氧化物水溶胶，进一步加入玻璃镀膜助剂，得到固体质量含量3%‑5%的石墨烯改性太阳能电池玻璃自清洁减反射水性镀膜液。将镀膜液涂布在太阳能电池玻璃表面上，控制湿膜厚度2‑3µm，在130‑180℃下凝胶固化6‑10分钟，形成厚度120‑200nm的干凝胶膜层。将镀膜玻璃在600‑700℃下钢化处理6‑30分钟，使氧化石墨烯高温热还原为石墨烯，得到石墨烯改性太阳能电池自清洁减反射玻璃。镀膜前后太阳能电池玻璃的透光率由91.2%提高到94.6%‑95.1%，表面方块电阻由10¹²降低到10⁵‑10⁶Ω。本发明玻璃能够防止灰尘附着和提高太阳能电池的光电转换效率。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯改性太阳能电池自清洁减反射玻璃及其制备方法，特别是采用石墨烯和透明导电氧化物改性的太阳能电池自清洁减反射玻璃及其制备方法，属于新能源和新材料领域。

背景技术

晶体硅太阳能电池组件封装玻璃的可见光透过率一般为91.6%，其单表面反射率约4%。若在太阳能玻璃表面涂覆厚度120-180nm的减反射膜，可使单表面反射率降低到1%以下，增加可见光透过率2.5%-3.5%，在500-550nm波长下的透过率可达95%-96%。

太阳能玻璃减反射镀膜液主要组分是纳米SiO₂、TiO₂、MgF₂、Al₂O₃、SnO₂、稀土氧化物或其混合物的水溶胶。工业上将溶胶凝胶法制备的水性减反射镀膜液辊涂在清洗干净的太阳能玻璃表面，在150-180℃下烘干固化成膜，然后在600-700 ℃进行钢化，同时将涂覆在太阳能玻璃表面的减反射膜烧结在太阳能玻璃表面上，减反射镀膜玻璃已在光伏产业中得到广泛应用。

晶体硅太阳能电池在户外安装使用中，玻璃盖板逐渐为灰尘或工业污染物覆盖，降低了玻璃透光率,使太阳能电池效率下降20%—40%，需要定期进行清洁处理。太阳能电池玻璃频繁的清洁处理不仅运行成本高，而且对玻璃表面的损伤很大，缩短了其使用寿命 。特别是安装在干旱和风沙较大地区的太阳能电池，盖板玻璃需要同时具备自清洁和减反射功能，以维持较高的发电效率。

因为纳米石墨烯具有良好的导电性、透光性和疏水性，将其单独或掺杂涂覆在玻璃表面形成的减反射膜不仅具有良好的透光性，而且具有抗静电性能和一定的疏水性，使玻璃表面不易静电吸附大量灰尘，少量灰尘也容易被自然风吹去，使灰尘不易板结和大量积累。

纳米石墨烯是一种潜在的自清洁减反射膜材料。例如，中国专利CN10104916711A(2015-09-16)公开一种高效自清洁石墨烯涂层太阳能光伏组件及制备方法，采用石墨烯作为太阳电池玻璃自清洁减反射材料；中国专利CN104313459A(2015-01-28)公开一种具有自清洁功能石墨烯基薄膜的制备方法，将氧化石墨烯和纳米TiO₂复合作为自清洁涂层；中国专利CN10755805A(2018-01-09)公开一种减反射镀膜复合溶胶及其制备方法，将石墨烯材料作为玻璃减反射材料组分。

申请人前期对石墨烯掺杂改性太阳能电池玻璃镀膜液进行了研究开发，例如，中国专利CN109385122A (2019-01-15)公开了一种石墨烯掺杂玻璃镀膜液及其制备方法；中国专利CN109385122A (2019-02-26)公开了一种石墨烯掺杂自清洁玻璃镀膜液的制备方法。现有技术存在自清洁玻璃镀膜液制备过程复杂和镀膜层表面电阻偏高的问题，镀膜层表面吸附灰尘积累仍然较多，自清洁效果不够理想。

发明内容

现有技术自清洁玻璃镀膜液制备过程复杂的主要原因是采用了大量的三氯化钛或硅粉化学还原剂将纳米氧化石墨烯还原为石墨烯，导致石墨烯的制备过程复杂，此外，利用昂贵的化学还原剂制备石墨烯的成本过高，影响了技术推广应用。