[發明專利]一種制備石墨烯?SiO2增透薄膜的方法

有效

• 申請號: 201510307150.1
• 申請日: 2015-06-04
• 公開（公告）號: CN104944794B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 楊佳驥;閆愷;范勇;文靜;張悅;鄧順書;錢秀珍;趙崇軍
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C03C17/22
• 分類號: C03C17/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種石墨烯-SiO₂增透薄膜的制備方法，具體涉及石墨烯-硅溶膠的配制及其在光伏玻璃表面的浸漬鍍膜及退火方法。

背景技術

近年來隨著能源緊缺問題的凸顯，世界經濟的發展隨之放緩，清潔能源技術，尤其是光伏發電技術得到了重視和發展。太陽能電池的飛速增長為玻璃行業帶來了廣泛的市場需求和良好的發展前景，在普通玻璃市場競爭激烈，利潤率不盡如人意的情況下，光伏玻璃已經引起大家的注目。目前，光伏玻璃已經成為太陽能電池的重要構件，并且太陽能電池的技術改良也對光伏玻璃提出了更高的質量技術要求。

目前，太陽能電池的光電轉化率較低，增加其蓋板玻璃的光線透過率是間接提高太陽能電池效率的一種方法，而普通玻璃板的透過率僅為90%左右，仍有很大提升價值。對太陽能電池來說，目前其最主要的問題就是成本和效率問題，將太陽能電池本身的光-電轉換效率提高1%都是舉步維艱的，而平板表面玻璃尚有8%~9%的透過率可提升空間，這對相對較低的光-電轉換效率來說具有非常重要的意義，不僅可以降低成本，而且更加有利于太陽能電池的產業化。

光線目前主要有以下方法可以實現對太陽能電池板的增透：采用浸蝕法這種區別于傳統鍍膜的納米增透技術，通過對玻璃表面Na₂O、CaO等活性組分的選擇性腐蝕交換，在玻璃表面構筑得到具有特殊納米結構的多孔SiO₂膜層。通過對SiO₂膜層厚度及孔隙的調控以實現入射光在傳遞過程中產生相消干涉，從而實現對光的減反射增透效果。但該方法成本較高，處理時間較長，嚴重影響生產效率，難以實現企業化量產。

Solaga采用stober法在堿性條件下制備出直徑為10~20nm的二氧化硅溶膠顆粒（堿硅），在光伏玻璃表面成膜，測試發現，膜層的環境穩定性和機械性能均較差，不具備較強的實用性。此后其小組又使用溶膠凝膠法在基底上制備高折射率膜層，如氧化鈦或氧化鉈薄膜；在酸催化條件下再次沉積溶膠凝膠二氧化硅（酸硅）薄膜。測試表明，膜層致密性較好，其機械強度和環境穩定性均滿足要求，但透過率不高，制作工藝復雜，性價比低，因而未能得到廣泛應用。

光伏玻璃由于其實際工作環境的影響，要求它具備高透過率、耐臟污、成本低、生產快等特點。現在使用的增透膜的成分多為SiO₂，鍍膜方法多為溶膠凝膠法，使用這種方法制備的膜層具有高激光損傷閾值、制作費用低等優點，但并不利于快速鍍膜，對生產工藝有一定的要求，且陳化后會降低膜的質量和透過率，難于實現其機械和光學性能的同時提高。

發明內容

針對上述不足，本發明從鍍膜溶膠和鍍膜工藝出發，在硅溶膠中添加石墨烯，在玻璃表面進行鍍膜來增加玻璃的透過率，通過控制石墨烯-SiO₂薄膜厚度、退火溫度及退火時間，實現石墨烯-SiO₂薄膜增透效果的最大化。

本發明的技術解決方案和步驟如下：

（1）準確稱取一定量石墨烯，將其分散于去離子水或乙醇中，攪拌、超聲使石墨烯均勻分散，配制成0.5~1 mg/mL石墨烯分散液；

（2）將步驟（1）制得的石墨烯分散液0.1~0.5 mL加入100 mL 硅溶膠中，充分攪拌并采用超聲分散，制得鍍膜所用石墨烯-硅溶膠；

（3）采用H₂O₂溶液和氨水配制玻璃表面處理溶液，將鍍膜用的玻璃片先在其中浸泡0.5~6h，取出后用去離子水清洗，作為鍍膜基底；

（4）采用浸漬提拉法將步驟（3）處理后的玻璃片以6 cm/min~10 cm/min的速度放入步驟（2）制得的溶膠中，以25 cm/min~35 cm/min的速度向上提拉出溶膠，在玻璃表面均勻鍍膜；

（5）將步驟（4）制得的鍍膜玻璃立即置于600℃~800℃的馬弗爐中退火 1~5 min，取出冷卻至室溫。

進一步，步驟（1）所述的石墨烯為氧化石墨烯或還原的氧化石墨烯。

進一步，步驟（2）所述的硅溶膠為納米級的二氧化硅顆粒在水中或溶劑中的分散液。

進一步，步驟（3）所述的玻璃表面處理液，是體積比為1:1:3~8的25%的氨水、30%的H₂O₂和水配制而成的混合液。