一种用于钙钛矿太阳能电池TCO玻璃的高增透纳米涂层及其制备方法与流程

本发明属于太阳能电池，具体涉及一种用于钙钛矿太阳能电池透明导电氧化物(tco)玻璃的高增透纳米涂层及其制备方法。

背景技术：

1、太阳能电池是半导体材料吸收太阳的光能并将其转化为电能的装置。当太阳光照射到太阳能电池上时，半导体材料中的电子被激发，从而产生电流。根据使用的半导体材料的不同，太阳能电池可以分为以下几种类型：硅基太阳能电池、薄膜太阳能电池和钙钛矿太阳能电池。

2、为了保护太阳能电池的内部结构，通常会使用光伏玻璃或tco玻璃作为盖板。但当太阳光入射盖板玻璃表面时，因为介质折射率的差异，会使一部分光被反射，从而使太阳能电池对入射光的吸收减少。因此，通常会在太阳能电池的迎光面上制作光学增透涂层(增透膜或减反膜)，以减少反射光，增加透射光，实现太阳能电池更高的光电转换效率。

3、传统的硅基太阳能电池是通过光伏玻璃的压花处理以及涂覆增透涂层来增加光伏玻璃透光率的，并且处理后的光伏玻璃透光率可以达到94％以上。而钙钛矿太阳能电池所使用的tco玻璃的透光率通常在80％与90％之间，限于钙钛矿太阳能电池的特殊结构，不能对tco玻璃进行压花处理，所以涂覆增透涂层是一种解决钙钛矿太阳能电池tco玻璃透过率较低的有效方法。

4、光伏玻璃增透涂层制备通常需要经过600℃以上的退火处理，以实现涂层良好的增透性能与机械性能，然而tco玻璃不能经过600℃以上的退火处理，因此需要采用常温镀膜工艺进行镀膜。

5、现有技术中，针对钙钛矿太阳能电池tco玻璃的增透纳米涂层技术不多，常规的增透涂层多为低折射率材料，二氧化硅是一种常见的低折射率的光学涂层材料，同时，二氧化硅涂层可于常温下进行制备，因此，二氧化硅涂层可用于tco玻璃的增透涂层。

6、二氧化硅涂层的常温制备多采用溶胶凝胶法，二氧化硅溶胶的制备方法主要分为酸催化与碱催化两种，酸催化法制备的二氧化硅涂层具有更高的机械性能，但是增透性能不突出；碱催化制备的二氧化硅涂层具有更高的增透性能，但机械性能较差，如专利申请号202411629896.x公开了一种自清洁增透镀膜液及其制备方法与应用，该镀膜液涂布后得到的膜材料具有高增透、高耐候的优点，但机械性能较差。采用酸碱两步催化法可解决以上问题，即通过将酸催化溶胶与碱催化溶胶进行复配或先制备酸催化(碱催化)溶胶后再进行碱催化(酸催化)处理的方式得到酸碱两步催化溶胶，进而可制备得到高增透、良好机械性能的光学涂层。但是采用酸碱两步催化法制备的二氧化硅溶胶存在溶胶稳定性差、寿命短等缺点，限制了其规模应用。

7、如专利申请号cn201010587173.x提出了一种具有减反射膜的大面积硅基薄膜太阳电池及其制备方法，其采用酸碱两步催化法进行制备，通过在光伏玻璃上采用溶胶凝胶的方法制备一层减反射膜，与电池的前电极tco薄膜相结合获得双层减反的效果。该减反射膜的溶胶制备方案为酸碱两步催化法，即先后使用盐酸和氨水进行酸催化与碱催化合成二氧化硅。该方法尽管可以获得折射率在1.1～1.4范围内连续可调的sio2薄膜，对tco玻璃可以起到较好的减反效果，但溶胶稳定性无法长期维持，并且在后续的碱催化长期作用下，所制备的减反射膜的机械性能会越来越差。

8、基于以上技术背景，提供一种可制得兼具高增透、良好机械性能、使用寿命长的二氧化硅涂层的制备方法，对于提高钙钛矿太阳能电池tco玻璃的性能至关重要。

技术实现思路

1、基于上述技术背景，本发明的主要目的在于提供一种用于钙钛矿太阳能电池tco玻璃的高增透纳米涂层及其制备方法，解决了现有钙钛矿太阳能电池tco玻璃透过率较低的问题。

2、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

3、本发明第一方面在于提供一种用于钙钛矿太阳能电池tco玻璃的高增透纳米涂层，所述用于钙钛矿太阳能电池tco玻璃的高增透纳米涂层由以下重量份数的原料制得：

4、复合二氧化硅分散液            2～10重量份；

5、多羟基聚合物分散液            90～98重量份；

6、润湿流平剂                    0.01～1重量份。

7、优选地，所述复合二氧化硅分散液由以下重量份数的原料制得：

8、

9、优选地，所述多羟基聚合物分散液由多羟基聚合物分散于混合溶剂中制得，所述多羟基聚合物分散液的质量分数为1～5％。

10、优选地，所述润湿流平剂选自双子型硅氧烷、炔二醇乙烯醚中的一种或两种。

11、本发明第二方面在于提供一种本发明第一方面所述用于钙钛矿太阳能电池tco玻璃的高增透纳米涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

12、步骤1、将复合二氧化硅分散液、多羟基聚合物分散液和润湿流平剂混合，搅拌均匀，得到高增透纳米涂膜液；

13、步骤2、将高增透纳米涂膜液涂膜，常温固化，即得到钙钛矿太阳能电池tco玻璃的高增透纳米涂层。

14、步骤1中，

15、优选地，将复合二氧化硅分散液缓慢加入至多羟基聚合物分散液中，然后再加入润湿流平剂，在50～500rpm转速下搅拌5～20min。

16、优选地，所述复合二氧化硅分散液的制备方法包括以下步骤：

17、步骤a、将有机溶剂平均分成两份，将一份有机溶剂与水、氨水混合均匀，得到a液，将另一份有机溶剂与烷氧基硅烷混合均匀，得到b液；

18、步骤b、将b液缓慢加入至a液中，搅拌反应后静置陈化，得到二氧化硅溶胶；

19、步骤c、将不同粒径的二氧化硅溶胶进行级配复合，于真空条件下加热，然后加入水，加热浓缩，得到复合二氧化硅分散液。

20、步骤a中，

21、优选地，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇中的一种或几种；

22、优选地，所述氨水的浓度为25-28wt％；

23、优选地，所述烷氧基硅烷选自四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷中的一种或几种。

24、步骤b中，

25、优选地，室温下，将b液缓慢加入至a液中，在50～500rpm的转速下，搅拌反应2～5h，反应完成后，静置陈化2～10d，得到二氧化硅溶胶。

26、步骤c中，

27、优选地，将不同粒径的二氧化硅溶胶进行级配复合，于低于5kpa的真空条件下加热至沸腾状态，除去部分有机溶剂与氨水后，加水，继续在低于5kpa的真空条件下将溶胶加热至沸腾，使二氧化硅溶胶的质量分数浓缩至20～30wt％，得到复合二氧化硅分散液；

28、所述不同粒径的二氧化硅溶胶选自超大粒径100～200nm、大粒径60～100nm、中粒径30～60nm、小粒径10～30nm、超小粒径1～10nm二氧化硅溶胶中的两种或两种以上的混合物。

29、本发明所具有的有益效果：

30、(1)所述用于钙钛矿太阳能电池tco玻璃的高增透纳米涂层由复合二氧化硅分散液、多羟基聚合物分散液和润湿流平剂制得。本发明使用多羟基聚合物作为粘合剂，使高增透纳米涂膜液具有更高的稳定性与寿命，相对于使用酸碱复配制备的二氧化硅涂层具有更高的机械性能；

31、本发明采用了一定级配的复合纳米二氧化硅作为增透材料，可以提高高增透纳米涂层的机械性能，并使涂层具有了超亲水性，涂覆后可实现钙钛矿太阳能电池面板的自清洁性。

32、(2)本发明所述高增透纳米涂层可提高钙钛矿太阳能电池tco玻璃3.5～4.5％的透光率。

33、(3)本发明所述高增透纳米涂层的制备方法通过将多羟基的聚合物作为粘合剂引入纳米二氧化硅中，并利用一定级配的复合纳米二氧化硅颗粒和多羟基聚合物之间的缩合反应形成一种有机-无机杂化纳米涂层。本发明所述增透纳米涂层相比常规的增透涂层，可在常温环境中制备，并适用于钙钛矿太阳能电池，可增加钙钛矿太阳能电池tco玻璃的透光率，还具有优异的机械性能与自清洁功能。