[發明專利]一種耐候性太陽能玻璃表面減反膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201410007684.8
• 申請日: 2014-01-08
• 公開（公告）號: CN103770404A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 王曉棟;沈軍;田冰濤;吳廣明;周斌
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B32B17/06
• 分類號: B32B17/06;B32B33/00;C03C17/34
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明屬于光學薄膜制備技術領域，具體涉及一種具備高透過率、高強度的耐候性太陽能玻璃表面減反膜及其制備方法。

背景技術

全球能源危機促進了以太陽能為首的新能源與可再生能源技術的開發利用。常見的太陽能利用方式有：光熱利用、光-熱-電轉換或光電直接轉換（光伏效應）。在這些太陽能利用裝置表面都需要玻璃組件（太陽能玻璃）來保護，而組件玻璃表面對入射太陽光的反射損失（~8%）則在一定程度上降低了其利用效率。因此減少表面太陽光反射，是提高太陽能轉換效率的有效途徑之一。在太陽能玻璃表面增加一層減反射薄膜能夠使入射的太陽光大幅增加，從而整體提高太陽能裝置的能量轉換效率。采用溶膠-凝膠法在玻璃表面鍍制一層減反射薄膜，可以將入射光強度提高5%以上。與傳統物理鍍膜方法相比，溶膠-凝膠法鍍膜過程簡單、成本低、結構可控。此外，它的最大優點是折射率連續可調并適合大面積均勻鍍膜，因此可以應用于批量低成本生產大面積太陽能玻璃用減反射薄膜。

目前的大面積溶膠-凝膠減反射膜制備方法中，堿性或兩步法催化的單層SiO₂減反膜具有極佳的減反射效果，但由于其溶膠制備工藝的不穩定性以及薄膜機械強度的缺陷，大大限制了它的應用；酸性催化制備的SiO₂薄膜雖然比較致密，具有良好的機械強度，溶膠制備工藝簡單，性能穩定，但因其折射率偏高，無法獲得較好的減反射效果。申請人王彪、宋偉杰等[201010150748.1]公開了一種鍍有雙層減反射膜的光伏玻璃制備方法，其是由高折射率氧化物層和多孔氧化硅組成。這種雙層減反射膜與玻璃基底的結合力得到了一定的提高，但是在其峰值反射率僅為95%，而且沒有對薄膜的耐候性和機械強度進行評估。申請人江波、葉龍強等[201110284088.0]公布了一種三層增透膜的太陽能電池封裝玻璃制備方法，鍍有該三層增透膜的玻璃在可見光區透過率大于98%，但是該方法中第一層復合薄膜的鍍膜液采用的是兩種材料的復合溶膠，性能不穩定（易于凝膠），不利于長期大面積生產。并且該方法使用的是光學K9玻璃基底上實驗的結果，其透過率與實際使用的普通太陽能玻璃相比，雖然透過率更高，但是價格昂貴，不適合大規模使用。目前為止，尚未發現具備耐候性和高透過率的大面積太陽能玻璃減反射膜制備方法專利。

發明內容

本發明針對現有溶膠-凝膠技術制備大面積減反膜在耐候性、機械強度方面存在的缺陷，提供了一種耐候性太陽能玻璃表面減反膜及其制備方法，同時這種減反射膜還存在鍍膜用溶膠性能穩定、易于規模化生產、成本低等優勢。

本發明提供的一種耐候性太陽能玻璃表面減反射膜，該減反射膜是由結構致密的高折射率膜層材料和低折射率膜層材料形成的λ/2?-?λ/4的W型雙層光學膜系（如圖1所示），第一層為高折射率膜層材料，其折射率為1.7~2.1，第二層為低折射率膜層材料，其折射率為1.35~1.43，鍍膜后的超白玻璃在400~800nm波段的平均透過率大于6%；薄膜硬度大于5H，耐摩擦測試和酸溶液浸泡后的薄膜透過率沒有發生任何變化；使用一年后薄膜的平均透過率僅僅降低了0.05%。另外，鍍膜用的鍍膜液均為有機醇鹽的單一體系，在長達半年的時間均保持了較高的穩定性，從而保證了規模化生產的重復性和可行性。

本發明中，所述的高折射率膜層材料選自氧化鋯、氧化鈦或氧化鉿等氧化物中的一種，膜層厚度為130~145nm之間。

本發明中，所述的低折射率膜層材料選自氧化硅或氟化鎂中的一種，膜層厚度為85~100nm之間。

本發明提出的耐候性太陽能玻璃表面減反射膜的制備方法，采用濕化學方法，具體步驟如下：

(1）高折射率薄膜用溶膠制備：分別選擇以鋯酸丁酯、鈦酸丁酯或鉿酸丁酯為前驅體，醋酸為催化劑，去離子水為反應物，乙酰丙酮為絡合劑，乙醇為溶劑，鋯酸丁酯、鈦酸丁酯或鉿酸丁酯，醋酸、去離子水、乙酰丙酮和乙醇按1：1.5~2：2.5~3：0.1~0.2：8~10的摩爾比混合反應后分別制備氧化鋯、氧化鈦或氧化鉿溶膠；

(2）低折射率薄膜用溶膠制備：以正硅酸四乙酯為前驅體，鹽酸為催化劑、水為反應物，乙醇為溶劑，正硅酸四乙酯、鹽酸、水和乙醇按1：0.2：2：40的摩爾比混合反應后制備氧化硅溶膠；或者以氯化鎂或醋酸鎂為前驅體，氫氟酸為反應物，乙醇為溶劑，氯化鎂或醋酸鎂、氫氟酸與乙醇按1：2：30的摩爾比混合反應后制備氟化鎂溶膠；