应用于太阳能电池板表面的超疏水涂层及其性能研究

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超疏水材料因为其具有特定的润湿行为,在油水分离、流体减阻、自清洁等许多领域都具备着广阔的应用前景。受自然界中形形色色的超疏水现象的启发,学者们发现构成超疏水表面的必要条件是微纳粗糙结构及低表面能物质。基于这一条件,科学家们已着手并在这一领域有了许多重大研究进展。近年来太阳能已经发展成为可再生能源中最受欢迎的能源,不仅因为全年阳光充足而且近年来捕获光能的技术也进步了许多。多年来,太阳能光伏电池已经成为利用太阳能的主要来源,光伏阵列本身提供了一种相对经济的高效发电方法。然而,电池板表面灰尘的堆积不仅会影响光电转换效率,而且形成的死角易引发“热斑效应”,清洗工作不仅困难而且费时费力。因此,开发出具备自清洁能力的太阳能电池板涂层将具有重大研究意义。本文首先对超疏水材料的原理及基础理论进行了简要的介绍。然后从其制备方法以及目前的应用这两个方面分别综述了其研究进展。而后则介绍了应用于太阳能电池板的几种超疏水涂层的制备过程,并对它们的各种性能进行了讨论及探究:1.使用OTS(十八烷基三氯硅烷)改性的纳米SiO2作为原料,采用喷涂法制备了透明的超疏水涂层。纳米SiO2团聚形成微纳米双重结构,所得到的涂层通过润湿性能的测试,发现其表面最高接触角可达160°。通过FT-IR以及XPS测试表征,测试涂层表面的化学组成。采用SEM表征其微观形貌,发现不同二氧化硅含量极大地影响了涂层表面的疏水性以及粗糙结构。通过UV-Vis可知,喷涂时间极大地影响着涂层的透过率。采用将样品及空白玻璃覆盖在硅电池表面的方式,测试了电池的性能,通过J-V曲线发现样品的覆盖基本不影响电池的各项光电性能参数,这表明制备的涂层是十分适合应用于太阳能电池玻璃盖板表面的。另外,还进一步探究了涂层的自清洁性能、以及涂层的化学稳定性。2.通过将聚二甲基硅氧烷与硅烷偶联剂修饰后的SiO2复合,采用喷涂法制备了稳定的超疏水涂层。通过SEM表征可知,添加SiO2的量越多,表面的粗糙度越低,接触角越小。通过UV-Vis的表征可知,喷涂时间对涂层的透光率影响十分明显。采用将样品及空白玻璃分别覆盖在硅电池表面的方式,测试了电池的性能,通过J-V曲线发现虽然样品的透过率并不是非常高,但是被样品覆盖基本不影响电池的各项光电性能参数,这表明制备的涂层是十分适合应用于太阳能电池玻璃盖板表面的。通过稳定性测试表明,该涂层在露天环境一段时间仍可保持良好的疏水性,且具备良好的热稳定性及化学稳定性、机械稳定性。3.利用缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-560)以及MTMS水解得到中间层,通过反应生成的化学键,将中间层与基材表面通过化学键连接起来,从而极大地增加涂层与基材表面的粘附力。中间层上再涂覆具有纳米结构的顶部疏水层即制得了具有中间层的超疏水涂层。分别采用FT-IR、SEM、AFM及接触角测量仪对涂层的成分、微观形貌、粗糙度及润湿特性进行了表征。结果表明,所得到的涂层具备良好的超疏水性能。采用将样品及空白玻璃覆盖在硅电池表面的方式,测试了电池的性能,通过J-V曲线发现样品的覆盖基本不影响电池的各项光电性能参数,表明制备的涂层是十分适合应用于太阳能电池板表面的。通过砂砾磨损的模拟试验探究了涂层的机械稳定性。此外,通过浸泡于不同酸碱性溶液的实验探究了其化学稳定性。
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