CN112038421A - 一种光诱导太阳能电池表面自清洁涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光诱导太阳能自清洁涂层的制备方法，将乙烯基硅烷偶联剂与氨水加入水中，充分搅拌至形成均匀液体；将上述液体涂布于太阳能电池的钢化玻璃板表面，在室温下避光晾干；将溴代烃均匀涂布于上述太阳能电池的钢化玻璃板表面；在光源下照射一定时间，溴代烃通过自由基加成反应与乙烯基硅烷偶联剂结合，形成疏水自清洁涂层；用乙酸乙酯洗去上述表面未反应的小分子有机物，完成自清洁涂层的构建。本发明充分利用原位聚合反应的优点，节约原料，降低了成本；通过使用不同的卤代烷可方便地调控太阳能电池表面疏水涂层的性质。
Description
技术领域
本发明涉及表面涂层技术领域，尤其是指一种光诱导太阳能电池表面自清洁涂层的制备方法。
背景技术
我国中西部地区太阳能资源丰富，近年来建成了大量太阳能电池发电厂。但是，这些地区往往风沙大、落灰多，而人口稀少，淡水资源匮乏，受条件限制不能及时清洗太阳能电池表面的落灰，由此造成的发电能量损失可达50%以上（Bergin M H , Ghoroi C ,Dixit D , et al. Large Reductions in Solar Energy Production Due to Dust andParticulate Air Pollution[J]. Environmental Science & Technology Letters,2017:acs.estlett.7b00197.）。在太阳能电池表面构建疏水自清洁涂层可有效减少太阳能电池表面落灰（Difei F , Binghai D , Shimin W , et al. Research Progress ofSelf-cleaning Technologies on Solar Panels[J]. Materials Review, 2015.）。然而，现有的在太阳能电池表面构建疏水层的方法均由玻璃表面涂层技术改进而来，如中国专利CN 108456467 A公开了一种由PVDF和疏水硅树脂共同构建的太阳能疏水涂层的方法，中国专利CN 203134812 U公开了一种在太阳能电池表面分散疏水纳米粒子实现自清洁的方法等。这些方法仅仅针对钢化玻璃表面设计自清洁涂层，没有考虑到太阳能电池本身长期暴露在强光中的特点。
显然，因为所有的太阳能电池板都具备直接照射到太阳光的条件，而太阳光不但包含高强度的可见光，也含有一定强度的中波（UVB，280-320 nm）和长波（UVA，320 nm-400nm）紫外线，所以在其表面通过光化学反应构建高分子结构是可行的（Bora, Leena V. 1,Mewada,等. Visible/solar light active photocatalysts for organic effluenttreatment: Fundamentals, mechanisms and parametric review[J]. Renewable andSustainable Energy Reviews, 2017.）。例如，通过紫外光或太阳光，可使卤代烷中碳卤键均裂产生自由基，在合适的条件下形成高分子（Kahveci M U , Acik G , Yagci Y .Synthesis of Block Copolymers by Combination of Atom Transfer RadicalPolymerization and Visible Light Radical Photopolymerization Methods[J].Macromolecular Rapid Communications, 2012, 33(4):309-313.）。
发明内容
针对现有的太阳能电池表面涂层构筑方法没有充分利用太阳直射条件的问题，本发明目的在于提供一种光诱导太阳能电池表面自清洁涂层的制备方法。
本发明目通过以下方案实现：一种光诱导太阳能电池表面自清洁涂层的制备方法，太阳光诱导卤代烷自由基反应，直接在太阳能电池表面聚合得到疏水涂层，包括如下步骤：
（1）将乙烯基硅烷偶联剂与氨水加入水中，充分搅拌至形成均匀液体；
（2）将上述液体涂布于太阳能电池的钢化玻璃板表面，在室温下避光晾干；
（3）将溴代烃均匀涂布于上述太阳能电池的钢化玻璃板表面；
（4）在光源下照射一定时间，溴代烃经由自由基加成反应与乙烯基硅烷偶联剂结合，形成疏水自清洁涂层；
（5）用乙酸乙酯洗去上述表面未反应的小分子有机物，完成自清洁涂层的构建。
进一步的，步骤（1）中加入的乙烯基硅烷偶联剂为A151、A171或两者的混合物。
步骤（3）中加入的溴化物为1-十二烷基溴、1-十六烷基溴、1，6-二溴己烷等沸点高，易于反应的溴代烷烃，在施工时对环境的污染较小。
步骤（3）中使用的紫外光源波长为365 nm、395 nm，随溴代烷烃反应难度不同而定，对于较容易反应的溴化物，可以使用阳光直射代替紫外光源。
优先的，步骤（1）所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷（偶联剂A151）。
所述溴化物为十六烷基溴（1-溴十六烷）。
在室温下以光照射太阳能电池板，卤代烃发生均裂产生烃基和Br自由基，并与钢化玻璃上的硅烷偶联剂的乙烯基和其他烷基自由基发生自由基聚合反应。原理如图1所示。
本发明的优点：
（1）充分利用原位聚合反应的优点，节约原料，降低了成本；
（2）通过使用不同的卤代烷可方便地调控太阳能电池表面疏水涂层的性质。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
紫外灯下构建太阳能电池板疏水涂层，太阳光诱导卤代烷自由基反应，直接在太阳能电池表面聚合得到疏水涂层，按如下步骤构建：
（1）乙烯基涂层的构建：
室温下将0.3 mL硅烷偶联剂A151分散于30 mL水中得浓度为1%的硅烷偶联剂水溶液，加入5滴浓度为25%的浓氨水并快速搅拌1 h至形成均匀液体；
（2）将上述液体涂布于太阳能电池板表面，沥去并回收多余的液体，在室温下避光晾干静置1 h待涂层初步干燥，此步需避免阳光直射；
（3）涂布1-溴十二烷：
1）先将1 mL 1-溴十二烷溶解于30 mL乙酸乙酯中；
2）将步骤1）中得到的溶液滴加于太阳能电池板表面并用塑料刮刀涂均，沥去并回收多余的液体，静置0.5 h待涂层中的乙酸乙酯挥发，此步骤需避免阳光直射；
（4）光诱导反应与涂层清理：
以395 nm紫外固化灯照射太阳能电池板0.5 h，电池板表面的1-溴十二烷液膜逐渐凝固，溴代烃经由自由基加成反应与乙烯基硅烷偶联剂结合，形成疏水自清洁涂层；
（5）用乙酸乙酯洗去上述表面未反应的小分子有机物，以乙酸乙酯清洗太阳能电池板（每平方分米3 mL），共洗两次，完成自清洁涂层的构建。
实施例2
太阳光直射下构建太阳能电池板疏水涂层，与实施例1近似，按以下步骤构建：
（1）乙烯基涂层的构建：
室温下将0.3 mL硅烷偶联剂A151分散于30 mL水中，滴加5滴浓度为25%的浓氨水并快速搅拌1 h至形成均匀液体；
（2）将上述液体滴加于太阳能电池板表面并用无纺布涂均，沥去并回收多余的液体，在室温下避光晾干静置1 h待涂层初步干燥；
（3）涂布1-溴十六烷：
1）先将1 mL 1-溴十六烷溶解于30 mL乙酸乙酯中；
2）将步骤1）中得到的溶液滴加于太阳能电池板表面并用塑料刮刀涂均，沥去并回收多余的液体，静置0.5 h待涂层中的乙酸乙酯挥发。此步骤用遮光板遮光，避免阳光直射。
（4）光诱导反应与涂层清理：
掉遮光板，使太阳光直接照射太阳能电池板0.5 h，并保持太阳能电池板表面温度控制在60℃以下，电池板表面的1-溴十六烷液膜逐渐凝固，溴代烃经由自由基加成反应与乙烯基硅烷偶联剂结合，形成疏水自清洁涂层；此步骤中，温度控制的目的是防止快速挥发造成环境污染和涂层构筑不完整；
（5）用乙酸乙酯洗去上述表面未反应的小分子有机物，以乙酸乙酯清洗太阳能电池板（每平方分米3 mL），共洗两次，完成自清洁涂层的构建。
实施例3.
紫外灯下以二溴烷烃构建太阳能电池板疏水涂层，与实施例1近似，按如下步骤构建：
（1）乙烯基涂层的构建：
室温下将0.3 mL硅烷偶联剂A151分散于30 mL水中，加入5滴浓度为25%的浓氨水并快速搅拌1 h至形成均匀液体；
（2）将上述液体滴加于太阳能电池板表面并用无纺布涂均，沥去并回收多余的液体，在室温下避光晾干静置1 h待涂层初步干燥，此步需避免阳光直射；
（3）涂布1，6-二溴己烷：
1）先将1 mL 1，6-二溴己烷溶解于30 mL石油醚中；
2）将步骤1）中得到的溶液滴加于太阳能电池板表面并用塑料刮刀涂均，沥去并回收多余的液体，静置0.1 h待涂层中的石油醚挥发，此步骤需避免阳光直射；
（4）光诱导反应与涂层清理：
以365 nm紫外固化灯照射太阳能电池板0.5 h，电池板表面的1，6-二溴己烷液膜逐渐凝固，溴代烃经由自由基加成反应与乙烯基硅烷偶联剂结合，形成疏水自清洁涂层；
（5）用乙酸乙酯洗去上述表面未反应的小分子有机物，以乙酸乙酯清洗太阳能电池板（每平方分米3 mL），共洗两次，完成自清洁涂层的构建。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种光诱导太阳能电池表面自清洁涂层的制备方法，其特征在于太阳光诱导卤代烷自由基反应，直接在太阳能电池表面聚合得到疏水涂层，包括如下步骤：
（1）将乙烯基硅烷偶联剂与氨水加入水中，充分搅拌至形成均匀液体；
（2）将上述液体涂布于太阳能电池的钢化玻璃板表面，在室温下避光晾干；
（3）将溴代烃均匀涂布于上述太阳能电池的钢化玻璃板表面；
（4）在光源下照射一定时间，溴代烃经由自由基加成反应与乙烯基硅烷偶联剂结合，形成疏水自清洁涂层；
（5）用乙酸乙酯洗去上述表面未反应的小分子有机物，完成自清洁涂层的构建。
2.根据权利要求1所述的一种光诱导太阳能电池表面自清洁涂层的制备方法，其特征在于，步骤（1）中加入的乙烯基硅烷偶联剂为A151、A171或两者的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种光诱导太阳能电池表面自清洁涂层的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的溴代烃为1-十二烷基溴、1-十六烷基溴或1，6-二溴己烷。
4.根据权利要求1所述的一种光偶联太阳能自清洁涂层的制备方法的制备方法，其特征在于，步骤（3）中使用的紫外光源波长为365 nm、395 nm，或直接使用太阳光直射。
5.根据权利要求1所述的一种光偶联太阳能自清洁涂层的制备方法的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种光偶联太阳能自清洁涂层的制备方法的制备方法，其特征在于，紫外灯下构建太阳能电池板疏水涂层，按如下步骤构建：
（1）乙烯基涂层的构建：
室温下将0.3 mL硅烷偶联剂A151分散于30 mL水中，加入5滴浓度为25%的浓氨水并快速搅拌1 h至形成均匀液体；
（2）将上述液体涂布于太阳能电池板表面，沥去并回收多余的液体，在室温下避光晾干静置1 h待涂层初步干燥；
（3）涂布1-溴十二烷：
1）先将1 mL 1-溴十二烷溶解于30 mL乙酸乙酯中；
2）将步骤1）中得到的溶液滴加于太阳能电池板表面并用塑料刮刀涂均，沥去并回收多余的液体，避光静置0.5 h待涂层中的乙酸乙酯挥发；
（4）光诱导反应与涂层清理：
以395 nm紫外固化灯照射太阳能电池板0.5 h，电池板表面的1-溴十二烷液膜逐渐凝固，形成疏水自清洁涂层；
（5）用乙酸乙酯洗去上述表面未反应的小分子有机物，以乙酸乙酯清洗太阳能电池板（每平方分米3 mL），共洗两次，完成自清洁涂层的构建。
7.根据权利要求1至5任一项所述的一种光偶联太阳能自清洁涂层的制备方法的制备方法，其特征在于，太阳光直射下构建太阳能电池板疏水涂层，按以下步骤构建：
（1）乙烯基涂层的构建：
室温下将0.3 mL硅烷偶联剂A151分散于30 mL水中，滴加5滴浓度为25%的浓氨水并快速搅拌1 h至形成均匀液体；
（2）将上述液体滴加于太阳能电池板表面并用无纺布涂均，沥去并回收多余的液体，在室温下避光晾干静置1 h待涂层初步干燥；
（3）涂布1-溴十六烷：
1）先将1 mL 1-溴十六烷溶解于30 mL乙酸乙酯中；
2）将步骤1）中得到的溶液滴加于太阳能电池板表面并用塑料刮刀涂均，沥去并回收多余的液体，用遮光板避光静置0.5 h待涂层中的乙酸乙酯挥发；
（4）光诱导反应与涂层清理：
去掉遮光板，使太阳光直接照射太阳能电池板0.5 h，并保持太阳能电池板表面温度控制在60℃以下，电池板表面的1-溴十六烷液膜逐渐凝固，溴代烃经由自由基加成反应与乙烯基硅烷偶联剂结合，形成疏水自清洁涂层；
（5）用乙酸乙酯洗去上述表面未反应的小分子有机物，完成自清洁涂层的构建。
8.根据权利要求1至5任一项所述的一种光偶联太阳能自清洁涂层的制备方法的制备方法，其特征在于，紫外灯下以二溴烷烃构建太阳能电池板疏水涂层，按如下步骤构建：
（1）乙烯基涂层的构建：
室温下将0.3 mL硅烷偶联剂A151分散于30 mL水中，加入5滴浓度为25%的浓氨水并快速搅拌1 h至形成均匀液体；
（2）将上述液体滴加于太阳能电池板表面并用无纺布涂均，沥去并回收多余的液体，在室温下避光晾干静置1 h待涂层初步干燥；
（3）涂布1，6-二溴己烷：
1）先将1 mL 1，6-二溴己烷溶解于30 mL石油醚中；
2）将步骤1）中得到的溶液滴加于太阳能电池板表面并用塑料刮刀涂均，沥去并回收多余的液体，避光静置0.1 h待涂层中的石油醚挥发；
（4）光诱导反应与涂层清理：
以365 nm紫外固化灯照射太阳能电池板0.5 h，电池板表面的1，6-二溴己烷液膜逐渐凝固，形成疏水自清洁涂层；
（5）用乙酸乙酯洗去上述表面未反应的小分子有机物，完成自清洁涂层的构建。
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