CN103183479A - 一种具有光转化作用的减反射薄膜的制备方法 - Google Patents

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翁文剑
刘长影
程逵
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Abstract

本发明公开的具有光转化作用的减反射薄膜的制备方法，将六水合硝酸铕和正硅酸乙酯分别溶解于无水乙醇中，六水合硝酸铕无水乙醇溶液滴入正硅酸乙酯的无水乙醇中，得到光功能溶胶；将二氧化硅水溶胶滴入聚乙烯醇1788去离子水溶液中，得到基质溶胶；将光功能溶胶和基质溶胶混合均匀，镀膜到玻璃衬底上，干燥，热处理即可。本发明利用稀土铕离子的光致发光作用，使玻璃衬底对入射光的透过率增强。制备工艺简单，成本低，易于工业化大批量生产。

Description

一种具有光转化作用的减反射薄膜的制备方法
技术领域
本发明是涉及一种具有光转化作用的减反射薄膜及其制备与应用，具体说，是涉及一种能增加玻璃的光透过率的无机材料薄膜及其制备方法和应用。
背景技术
随着太阳能电池制造技术的改进,以及各国对环境的保护和对可再生清洁能源的巨大需求，太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实可行的方法。但是在目前阶段，几乎90%以上的商品太阳能电池是晶体硅太阳电池，硅材料制备的太阳电池效率理论上限约为 30%,现有工艺水平制备的太阳电池效率与理论极限接近，而且发出1kW电需要投资上万美元，因此大规模使用仍然受到经济上的限制。进一步提高太阳电池效率的空间不大，而在电池工艺制备上提高效率所需的成本很高，如果能够提高太阳能电池及其组件的光利用率，则可以在低成本下提高太阳电池组件的发电量。
 在太阳能电池板表面，通常需要安装玻璃盖片作为保护，这种表面玻璃盖片对入射太阳光存在8％左右的反射损失，是太阳能电池转换效率低的直接原因。太阳能电池玻璃盖板上的减反射膜亦成为光学薄膜领域重要的研究课题，常用的材料有SiO2，MgF2，TiO2，对于单层，由于低折射率的材料较少，效果不好；对于双层，仅在很小的波段内有较低的反射；对于多层的结构，效果好一点但是需要条件高些，厚度过大容易开裂。从工艺和成本的角度，真空沉积技术成本高，自组装技术制备的薄膜耐磨性差。因此，本发明旨在提高玻璃衬底透过率的前提下，并利用稀土铕离子具有光致发光的作用，提供一种具有光转化作用的减反射薄膜的制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐环境稳定性好，工艺简单的具有光转化作用的减反射薄膜的制备方法。
本发明的具有光转化作用的减反射薄膜的制备方法，步骤如下：
1）将六水合硝酸铕和正硅酸乙酯分别溶解于无水乙醇中，搅拌下将六水合硝酸铕无水乙醇溶液滴入正硅酸乙酯的无水乙醇中，使Eu3+和正硅酸乙酯的摩尔比为1：8～1：40，调节pH到2.0～10.0，得到光功能溶胶； 
2）搅拌下，将质量浓度为30%的纳米二氧化硅水溶胶，逐滴加入质量浓度1～5%的聚乙烯醇1788去离子水溶液中，使二氧化硅的质量浓度为3～15%，调节pH到2.0～10.0，得到基质溶胶； 
3）将步骤1）的光功能溶胶和步骤2）的基质溶胶按质量比0.2～10.0：90.0～99.8混合均匀，密封，陈化，备用；
4）用旋涂法、喷涂法或提拉法将步骤3）的混合溶胶镀膜到玻璃衬底上，使膜层的厚度为90-150nm，干燥后，置于马弗炉中以5°C/min的升温速率加热至350°C～700°C，保温10～120min。
上述的玻璃衬底可以为普通玻璃、ITO玻璃或光伏玻璃。
 本发明所制备的具有光转换作用减反射薄膜，其薄膜结构中的铕离子是通过氧原子与硅原子相连的。
使用本发明制备的具有光转化作用减反射薄膜，可以应用在太阳能电池玻璃盖板上，能使太阳能电池在较宽的波段对太阳光有较高的透过率，进而提高太阳能电池的光电转换效率。该光学薄膜也可应用在光学镜头和集成电子产品器件上，可以提高图像的清晰度和亮度。同现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1）本发明制得的具有光转化作用减反射薄膜，不仅对可见光的单面透过有一个很高的透过率，而且可以把有害的紫外光转化为可见光，大大提高了光线在玻璃中的透过率。
2）本发明产品具有耐候性和耐环境稳定性好的有益效果。
3）本发明的制备工艺简单，成本低廉，易于工业化生产。
附图说明
图1为所制备的减反射膜的紫外-可见-近红外透过光谱图；图中曲线1为玻璃衬底的透过率从波长400nm到800nm的变化趋势，曲线2为镀有该减反射膜玻璃衬底的透过率从波长400nm到800nm的变化趋势。
图2为所制备的减反射膜在393nm光源激发下的荧光发射谱。
具体实施方式
下面通过实例对本发明作进一步说明。
实施例1
1）将六水合硝酸铕和正硅酸乙酯分别溶解于无水乙醇中，搅拌下将六水合硝酸铕无水乙醇溶液滴入正硅酸乙酯的无水乙醇中，使Eu3+和正硅酸乙酯的摩尔比为1：10，调节pH到5.5，得到光功能溶胶； 
2）搅拌下，将质量浓度为30%的纳米二氧化硅水溶胶，逐滴加入质量浓度3%的聚乙烯醇1788去离子水溶液中，使二氧化硅的质量浓度为6%，调节pH到10.0，得到基质溶胶； 
3）将步骤1）的光功能溶胶和步骤2）的基质溶胶按按质量比1.8：98.2混合均匀，密封，陈化，备用；
4）用旋涂法将步骤3）的混合溶胶镀膜到玻璃衬底上，使膜层的厚度为90nm，干燥后，置于马弗炉中以5°C/min的升温速率加热至450°C，保温10min。
本例所制备的减反射膜的紫外-可见-近红外透过光谱图见图1，在玻璃衬底上镀有本例制备的减反射膜，可使玻璃衬底的透过率提高3.5～4%；图2给出了本例所制备的减反射膜在393nm光源激发下的荧光发射谱，在570nm～600nm的波长范围内，有明显的尖锐的特征峰，表明合理的工艺参数匹配使该发明既体现了金属铕离子的光致发光作用，又能使玻璃衬底获得较高的透过率。
实施例2
1）将六水合硝酸铕和正硅酸乙酯分别溶解于无水乙醇中，搅拌下将六水合硝酸铕无水乙醇溶液滴入正硅酸乙酯的无水乙醇中，使Eu3+和正硅酸乙酯的摩尔比为1：10，调节pH到2.0，得到光功能溶胶； 
2）搅拌下，将质量浓度为30%的纳米二氧化硅水溶胶，逐滴加入质量浓度3%的聚乙烯醇1788去离子水溶液中，使二氧化硅的质量浓度为6%，调节pH到2.0，得到基质溶胶； 
3）将步骤1）的光功能溶胶和步骤2）的基质溶胶按质量比0.6：99.4混合均匀，密封，陈化，备用；
4）用喷涂法将步骤3）的混合溶胶镀膜到玻璃衬底上，使膜层的厚度为150nm，干燥后，置于马弗炉中以5°C/min的升温速率加热至450°C，保温10min。
本例所制备的减反射膜，可使玻璃衬底的透过率提高2.5～4%；该减反射膜在393nm光源激发下的荧光发射谱，在570nm～600nm的波长范围内，有明显的尖锐的特征峰。
实施例3
1）将六水合硝酸铕和正硅酸乙酯分别溶解于无水乙醇中，搅拌下将六水合硝酸铕无水乙醇溶液滴入正硅酸乙酯的无水乙醇中，使Eu3+和正硅酸乙酯的摩尔比为1：10，调节pH到5.5，得到光功能溶胶； 
2）搅拌下，将质量浓度为30%的纳米二氧化硅水溶胶，逐滴加入质量浓度3%的聚乙烯醇1788去离子水溶液中，使二氧化硅的质量浓度为3%，调节pH到10.0，得到基质溶胶； 
3）将步骤1）的光功能溶胶和步骤2）的基质溶胶按质量比1.2：98.8混合均匀，密封，陈化，备用；
4）用提拉法将步骤3）的混合溶胶镀膜到玻璃衬底上，使膜层的厚度为150nm，干燥后，置于马弗炉中以5°C/min的升温速率加热至450°C，保温120min。
本实施例3所制备的减反射膜，可使玻璃衬底的透过率提高1.0～2.5%；该减反射膜在393nm光源激发下的荧光发射谱，在570nm～600nm的波长范围内，有明显的尖锐的特征峰。
实施例4
1）将六水合硝酸铕和正硅酸乙酯分别溶解于无水乙醇中，搅拌下将六水合硝酸铕无水乙醇溶液滴入正硅酸乙酯的无水乙醇中，使Eu3+和正硅酸乙酯的摩尔比为1：8，调节pH到5.5，得到光功能溶胶；  
2）搅拌下，将质量浓度为30%的纳米二氧化硅水溶胶，逐滴加入质量浓度3%的聚乙烯醇1788去离子水溶液中，使二氧化硅的质量浓度为15%，调节pH到10.0，得到基质溶胶； 
3）将步骤1）的光功能溶胶和步骤2）的基质溶胶按质量比10.0：90.0混合均匀，密封，陈化，备用；
4）用旋涂法将步骤3）的混合溶胶镀膜到玻璃衬底上，使膜层的厚度为100nm，干燥后，置于马弗炉中以5°C/min的升温速率加热至450°C，保温60min。
    本例所制备的减反射膜，使玻璃衬底的透过率提高了0.5～2.0%；该减反射膜在393nm光源激发下的荧光发射谱，在570nm～600nm的波长范围内，有明显的尖锐的特征峰。
实施例5
1）将六水合硝酸铕和正硅酸乙酯分别溶解于无水乙醇中，搅拌下将六水合硝酸铕无水乙醇溶液滴入正硅酸乙酯的无水乙醇中，使Eu3+和正硅酸乙酯的摩尔比为1：40，调节pH到10.0，得到光功能溶胶；  
2）搅拌下，将质量浓度为30%的纳米二氧化硅水溶胶，逐滴加入质量浓度3%的聚乙烯醇1788去离子水溶液中，使二氧化硅的质量浓度为3%，调节pH到10.0，得到基质溶胶； 
3）将步骤1）的光功能溶胶和步骤2）的基质溶胶按质量比10.0：90.0混合均匀，密封，陈化，备用；
4）用旋涂法将步骤3）的混合溶胶镀膜到玻璃衬底上，使膜层的厚度为120nm，干燥后，置于马弗炉中以5°C/min的升温速率加热至450°C，保温80min。
本例所制备的减反射膜，使玻璃衬底的透过率提高了0.5～1.5%；该减反射膜在393nm光源激发下的荧光发射谱，在570nm～600nm的波长范围内，有明显的尖锐的特征峰。

Claims (2)

1.一种具有光转化作用的减反射薄膜的制备方法，其特征在于步骤如下：
1）将六水合硝酸铕和正硅酸乙酯分别溶解于无水乙醇中，搅拌下将六水合硝酸铕无水乙醇溶液滴入正硅酸乙酯的无水乙醇中，使Eu3+和正硅酸乙酯的摩尔比为1：8～1：40，调节pH到2.0～10.0，得到光功能溶胶； 
2）搅拌下，将质量浓度为30%的纳米二氧化硅水溶胶，逐滴加入质量浓度1～5%的聚乙烯醇1788去离子水溶液中，使二氧化硅的质量浓度为3～15%，调节pH到2.0～10.0，得到基质溶胶； 
3）将步骤1）的光功能溶胶和步骤2）的基质溶胶按质量比0.2～10.0：90.0～99.8混合均匀，密封，陈化，备用；
4）用旋涂法、喷涂法或提拉法将步骤3）的混合溶胶镀膜到玻璃衬底上，使膜层的厚度为90-150nm，干燥后，置于马弗炉中以5°C/min的升温速率加热至350°C～700°C，保温10～120min。
2.根据权利要求1所述的具有光转换作用减反射薄膜的制备方法，其特征在于：所述的玻璃衬底为普通玻璃、ITO玻璃或光伏玻璃。
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