專利名稱：一種高透過納米二氧化硅減反射薄膜及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種高透過納米二氧化硅減反射薄膜及其制備與應(yīng)用，具體說，是涉及一種能增加玻璃的光透過率的無機(jī)材料薄膜及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著全球人口的增長和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源緊張和環(huán)境污染問題日益突出?，F(xiàn)有的化石能源是不可再生能源，在可以預(yù)見的將來會面臨開采枯竭問題，而太陽能是取之不盡、用之不竭的清潔能源。太陽每年輻射至地球表面的能量約為3X 1024J，相當(dāng)于目前全球商業(yè)能源消耗量的10000倍左右。因此，研究利用可再生能源特別是太陽能對解決能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)，對人類社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前幾乎90%以上的商品太陽電池是晶體硅太陽電池，商業(yè)化的電池組件效率是 15% 17%。盡管太陽能光伏發(fā)電是一項清潔無污染的發(fā)電技術(shù)，但短期內(nèi)無法與市電競爭的主要原因是其較高的生產(chǎn)成本和較低的光電轉(zhuǎn)換效率。硅材料制備的太陽電池效率理論上限約為30%，現(xiàn)有工藝水平制備的太陽電池效率與理論極限接近，進(jìn)一步提高太陽電池效率的空間不大，而在電池工藝制備上提高效率所需的成本很高。但是如果能夠提高太陽電池及組件的光利用率，則可以在低成本下提高太陽電池組件的發(fā)電量。減反射薄膜就是一種有效的低成本提高光利用率的方法。在硅太陽電池片上實現(xiàn)光學(xué)增透設(shè)計，可以提高太陽電池對光的吸收。如用二氧化鈦、氮化硅、氟化鎂、二氧化硅、五氧化二鉭等在太陽電池表面鍍減反射薄膜已有大量文獻(xiàn)報道，且用二氧化鈦，氮化硅制備減反射薄膜已實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。但上述材料特別是用物理法制備的減反射薄膜，無法按照實際需要改變薄膜的折射率以達(dá)到最佳的減反射效果， 而用化學(xué)方法制備納米多孔SiO2薄膜，可以通過調(diào)節(jié)納米孔隙，以得到合適的折射率，從而獲得最佳減反射效果。太陽電池組件上表面的封裝玻璃蓋板通常采用低鐵鋼化的超白玻璃，在晶體硅太陽電池光譜響應(yīng)的波長范圍內(nèi)(400 IlOOnm)透過率一般在90%左右，尚有約8% 9%的光利用提高空間。而在太陽電池組件超白玻璃上研究減反射光學(xué)設(shè)計的文獻(xiàn)較少。因此，本文旨在研究太陽電池組件超白玻璃上制備納米孔SiO2減反射薄膜的工藝，以進(jìn)一步提高光的利用率，從而實現(xiàn)以低成本、操作簡單的光學(xué)設(shè)計提高太陽電池組件的發(fā)電量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種高透過納米二氧化硅減反射薄膜，這種薄膜安全無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、易長期保存、具有很好減反射性能的無機(jī)材料。本發(fā)明的另一個目的是提供上述薄膜的制備方法，其制備工藝簡單、成本低廉、節(jié)能環(huán)保及適合工業(yè)化生產(chǎn)的薄膜制備方法。本發(fā)明的又一個目的是為了提供這種薄膜材料的幾種應(yīng)用。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)。
本發(fā)明提供的高透過納米二氧化硅減反射薄膜無機(jī)材料，是以納米二氧化硅為基質(zhì)，以聚氨酯、丙烯酸樹脂聚合物為成膜劑的一種減反射薄膜。 上述的減反射薄膜的制備方法，具體步驟如下a)量取一定量的無水乙醇和一定量的正硅酸乙酯(TEOS)，使正硅酸乙酯的濃度為0. 1 2mol/L，加熱至一定溫度(室溫 100°C )同時磁力攪拌；b)量取一定量去離子水，加入一定量的濃氨水，使氨水溶液濃度為0. 1 lmol/ L ；c)將步驟b)的氨水溶液逐滴滴加到乙醇與正硅酸乙酯的混合液中，滴加完成后繼續(xù)攪拌1 12小時；d)將固含量0. 5% 20%的以上膠體溶液與固含量0. 5% 20%的成膜劑按體積比為1 9 1混合；e)以玻璃為基片，使用浸漬提拉法或旋涂法制膜，膜的層數(shù)為1 5層；f)將鍍膜的玻璃片置于120°C烘箱中烘30分鐘，再置于馬弗爐中200°C -600°C燒 4-60分鐘。在步驟c)中，可同時加入適量穩(wěn)定劑，所述穩(wěn)定劑為氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀和氨水中的一種加入量為納米二氧化硅的0. 1 10%。步驟d)中，加入的成膜劑為聚氨酯、聚丙烯酸、丙烯酸樹脂和丁二烯樹脂中的一種。步驟e)中，所述的玻璃為普通光學(xué)玻璃、ITO玻璃或氧化鋁玻璃種的一種。步驟e)中，當(dāng)用浸漬提拉法制膜時，提拉速度為10 100厘米/分鐘；當(dāng)為旋涂法制膜時，旋涂速度為1000 5000轉(zhuǎn)/分鐘。所制備的納米二氧化硅粒徑為5 50納米；制備的減反射薄膜膜厚為50 500 納米。此方法適用于制作其他各種功能薄膜，如TiO2薄膜等。使用本發(fā)明的二氧化硅減反射薄膜可以應(yīng)用在太陽能電池玻璃板上，能提高太陽電池對光的吸收，從而提高太陽能電池的效率。其次應(yīng)用在平板顯示以及光學(xué)鏡頭上，可以提高圖像的清晰度和亮度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果1)首次制得了以納米二氧化硅為基質(zhì)的減反射無機(jī)薄膜，其對可見光及近紅外光的單面透過增加率可達(dá)4%以上，能有效的增加光線在玻璃的透過率，且還能吸收紫外線， 具有抗紫外線傷害功能；2)本發(fā)明產(chǎn)品是不含有機(jī)溶劑的無機(jī)固體材料，具有安全無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、易于長期保存、減反射性能穩(wěn)定等有益效果；3)本發(fā)明的制備工藝簡單易操作，原料價廉易得，反應(yīng)過程基本沒有工業(yè)三廢，具有綠色環(huán)保、低能耗、高效益等特點，適合工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為的減反射薄膜的紫外_可見-近紅外透過光譜圖；圖2為所制備的減反射薄膜的X射線衍射圖；圖3為所制備的減反射薄膜的斷面掃描電子顯微鏡照片；
圖4為所制備的減反射薄膜原料二氧化硅的透射電子顯微鏡照片；圖5為所制備的減反射薄膜的原子力顯微鏡照片；
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，其目的僅在于更好理解本發(fā)明的內(nèi)容而非限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實施例1 本實施例提供的納米二氧化硅減反射膜的制備方法，具體步驟如下a)量取IOOmL無水乙醇和11. 2mL(0. 05mol)正硅酸乙酯(TEOS)，加熱至50°C同時磁力攪拌；b)量取50ml去離子水，加入0. 6ml濃氨水；c)將氨水溶液逐滴滴加到乙醇與正硅酸乙酯的混合液中，滴加完成后繼續(xù)攪拌2 小時。d)將10%固含量的以上膠體溶液與2. 5%固含量的聚氨酯按體積比7 1混合均勻；e)以玻璃為基片，使用旋涂法，以3000轉(zhuǎn)/分鐘的旋涂速度制膜，膜的層數(shù)為1 層；f)將鍍膜的玻璃片置于120°C烘箱中烘30分鐘，再置于馬弗爐中600°C燒5分鐘。 制備獲得減反射薄膜。實施例2本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是在步驟b)量取50ml去離子水，加入0. 3mL濃氨水。實施例3本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是在步驟b)量取50ml去離子水，加入0. 9mL濃氨水。實施例4本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是在步驟a)量取IOOmL無水乙醇和5.6mL(0.025mol)正硅酸乙酯(TEOS)，加熱至50°C同時磁力攪。實施例5本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是在步驟a) IOOmL無水乙醇和22. 4mL(0. lmol)正硅酸乙酯(TEOS)，加熱至50°C同時磁力攪。實施例6本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是在步驟a) IOOmL無水乙醇和33. 6mL(0. 15mol)正硅酸乙酯(TEOS)，加熱至50°C同時磁力攪。實施例7本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是在步驟a)量取IOOmL無水乙醇和11.2mL(0.05mol)正硅酸乙酯(TEOS)，常溫磁力攪拌。實施例8本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是在步驟a)量取IOOmL無水乙醇和11.2mL(0.05mol)正硅酸乙酯(TEOS)，加熱至40°C同時磁力攪拌。實施例9本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是將步驟a)量取IOOmL無水乙醇和11.2mL(0.05mol)正硅酸乙酯(TEOS)，加熱至60°C同時磁力攪拌。實施例10本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是將步驟C)將氨水溶液逐滴滴加到乙醇與正硅酸乙酯的混合液中，滴加完成后繼續(xù)攪拌4小時。實施例11本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是將步驟C)將氨水溶液逐滴滴加到乙醇與正硅酸乙酯的混合液中，滴加完成后繼續(xù)攪拌6小時。實施例12本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是將步驟C)將氨水溶液逐滴滴加到乙醇與正硅酸乙酯的混合液中，滴加完成后繼續(xù)攪拌8小時。實施例13本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是將步驟C)將氨水溶液逐滴滴加到乙醇與正硅酸乙酯的混合液中，滴加完成后繼續(xù)攪拌10小時。實施例14本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是步驟d)，將8%固含量的以上膠體溶液與2. 5%固含量的聚氨酯按體積比7 1混合均勻。實施例15本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是步驟d)，將6%固含量的以上膠體溶液與2. 5%固含量的聚氨酯按體積比7 1混合均勻。實施例I6本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是步驟d)，將固含量4%的以上膠體溶液與2. 5%固含量的聚氨酯按體積比7 1混合均勻。實施例17本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是將步驟d)將以上膠體溶液按2%固含量與2. 5%固含量的聚氨酯按體積比7 1混合均勻。實施例18本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是將步驟d)將以上膠體溶液按10%固含量與2%固含量的聚氨酯按體積比7 1混合均勻。實施例19本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是將步驟d)將以上膠體溶液按10%固含量與3%固含量的聚氨酯按體積比7 1混合均勻。實施例2O本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是將步驟d)將以上膠體溶液按10%固含量與2. 5%固含量的聚氨酯按體積比6 1混合均勻。實施例21本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是將步驟d)將以上膠體溶 液按10%固含量與2. 5%固含量的聚氨酯按體積比8 1混合均勻。實施例22本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是將步驟d)將以上膠體溶液按10%固含量與2. 5%固含量的聚氨酯按體積比9 1混合均勻。實施例23本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是將步驟e)以玻璃為基片， 使用旋涂法，以2000轉(zhuǎn)/分鐘的旋涂速度制膜，膜的層數(shù)為1層。實施例24本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是將步驟e)以玻璃為基片， 使用旋涂法，以4000轉(zhuǎn)/分鐘的旋涂速度制膜，膜的層數(shù)為1層。實施例25本實施例的制備方法與實施例1所述相同，不同之處是將步驟e)以玻璃為基片， 使用旋涂法，以5000轉(zhuǎn)/分鐘的旋涂速度制膜，膜的層數(shù)為1層。上述實施例所制備獲得的減反射薄膜。如圖1所示，所述玻璃以及單面涂膜玻璃的透過對比圖，從圖中可以看出，在 400 SOOnm波長下，減反射薄膜能使玻璃的透過率增加達(dá)到4%。如圖2所示，所述二氧化硅膠體烘干后所測固體粉末X射線衍射圖，所制樣品為無
定形二氧化硅。如圖3所示，所述樣品的斷面場發(fā)射掃描電鏡圖，所制的薄膜厚度均勻，連續(xù)。如圖4所示，所述二氧化硅膠體的透射電鏡圖，從圖中可以看出，此方法所制的二氧化硅膠體溶液中納米二氧化硅能很好的分散在溶劑中。如圖5所示，所述減反射膜的表面原子力顯微鏡圖，從圖中可以看出，所制備的減反射薄膜表面平整，光滑，連續(xù)。
權(quán)利要求
1.高透過納米二氧化硅減反射薄膜無機(jī)材料，其特征在于是以納米二氧化硅為基質(zhì)；以聚氨酯、丙烯酸樹脂聚合物為成膜劑；以普通光學(xué)玻璃、ITO玻璃和氧化鋁玻璃中的一種為基片；用浸漬提拉法或者旋涂法鍍膜的減反射薄膜。
2.制備權(quán)利要求1所述的減反射薄膜的方法，其特征在于具體步驟如下a)量取一定量的無水乙醇和一定量的正硅酸乙酯(TEOS)，使正硅酸乙酯的濃度為 0. 1 2mol/L，加熱至室溫 100°C，同時磁力攪拌；b)量取一定量去離子水，加入一定量的濃氨水，使氨水溶液濃度為0.1 lmol/L ；c)將步驟b)的氨水溶液逐滴滴加到乙醇與正硅酸乙酯的混合液中，滴加完成后繼續(xù)攪拌1 12小時；d)將固含量0.5% 20%的以上膠體溶液與固含量0.5% 20%的成膜劑按體積比為 1 9 1混合；e)以玻璃為基片，使用浸漬提拉法或旋涂法制膜，膜的層數(shù)為1 5層；f)將鍍膜的玻璃片置于120°C烘箱中烘30分鐘，再置于馬弗爐中200°C-600°C燒4-60 分鐘。
3.在步驟c)中，可同時加入適量穩(wěn)定劑，所述穩(wěn)定劑為氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀和氨水中的一種，加入量為納米二氧化硅的0. 1 10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的減反射薄膜的制備方法，其特征在于步驟d)中，加入的成膜劑為聚氨酯、聚丙烯酸、丙烯酸樹脂和丁二烯樹脂中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的減反射薄膜的制備方法，其特征在于步驟e)中，所述的玻璃為普通光學(xué)玻璃、ITO玻璃或氧化鋁玻璃種的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的減反射薄膜的制備方法，其特征在于步驟e)中，當(dāng)用浸漬提拉法制膜時，提拉速度為10 100厘米/分鐘；當(dāng)為旋涂法制膜時，旋涂速度為1000 5000轉(zhuǎn)/分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的減反射薄膜的制備方法，其特征在于所制備的減反射薄膜， 納米二氧化硅粒徑為5 50納米；減反射薄膜膜厚為50 500納米。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的減反射薄膜的制備方法，其特征在于此方法適用于制作其他各種功能薄膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求9所述的減反射薄膜的制備方法，其特征在于此方法適用于制作 TiO2薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減反射薄膜，其特征在于該薄膜應(yīng)用在太陽能電池玻璃板、平板顯示以及光學(xué)鏡頭上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高透過納米二氧化硅減反射薄膜及其制備與應(yīng)用，所述薄膜是以納米二氧化硅為基質(zhì)，以聚氨酯、丙烯酸樹脂等樹脂為成膜劑，以普通光學(xué)玻璃、ITO玻璃、氧化鋁玻璃等為基片，用浸漬提拉法或者旋涂法鍍膜的減反射薄膜。本發(fā)明薄膜對可見光及近紅外光的單面增透率可達(dá)4％，雙面涂膜可使玻璃透過率達(dá)到99％。該薄膜應(yīng)用在太陽能電池玻璃板上，能提高太陽電池對光的吸收，從而提高太陽能電池的效率。應(yīng)用在平板顯示以及光學(xué)鏡頭上，可以提高圖像的清晰度和亮度。本發(fā)明產(chǎn)品安全無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、易于長期保存；且制備工藝簡單易操作，原料價廉易得，反應(yīng)過程基本沒有工業(yè)三廢，具有綠色環(huán)保、低能耗、高效益等特點，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C03C17/34GK102153292SQ20101060683
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者余錫賓, 彭穎杰, 汪正軍 申請人:上海師范大學(xué)