[发明专利]光波转换-减反射双功能溶胶材料及其薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光学材料技术领域，具体涉及一种光波转换-减反射双功能溶胶材料及其薄膜的制备方法。

背景技术

伴随着全球能源短缺与环境污染问题的日渐突出，传统的化石能源资源日益枯竭，太阳能作为一种清洁、可再生、持久的替代能源有着强大的竞争力。

太阳能电池是太阳能利用的重要途径之一。尽管太阳能电池技术在不断改进，但短期内还是无法与市电竞争，主要原因之一是较低的光电转换效率：一方面，太阳能光伏玻璃和电池表面对太阳光的反射率较高，因此通过在光伏玻璃表面或电池表面沉积减反射膜的方法来减少其太阳光反射率是一种提高光电转换效率最直接有效的方法；另一方面，目前90%以上的商品太阳能电池是晶体硅太阳电池，而其光谱响应的波长范围为400～1100nm，对400nm以下的紫光和紫外光有很低的量子效率,并且紫外波段光对电池板胶合材料(Ethylene-Vinyl Acetate,EVA)也有老化作用，影响电池的稳定性。因此为进一步提高太阳能的利用率，利用光波转换层将短波长光转换成长波长光再次发射到电池中，可以有效提高电池的光电转换效率。该技术同时也可以应用到未来的非晶硅太阳能电池上。

太阳能集热器是太阳能利用的另一重要途径。太阳能集热管是太阳能集热器的核心部件之一，目前广泛使用的太阳能集热管是全玻璃真空集热管，其热能透过率大约为90%。通过在集热管的外管上镀制减反射膜膜层的方法，可以有效提高外管太阳光透过率，提高太阳能集热器的热效率。

基于上述技术改进趋势，现有技术中逐渐出现了具有减反射-光波转换双功能薄膜，如CN1794475A公开的在硅太阳能电池表面制备复合波长变换-减反射膜的方法，该方法所制备的薄膜是以SiO₂为减反射涂膜材料、稀土有机配合物作为光波转换材料来实现减反射和光波转换双重功能，该材料虽能实现减反射-光波转换双功能，但其光波转换材料为稀土有机配合物，不能满足光伏玻璃的高温钢化过程。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种以稀土掺杂的光波转换-减反射双功能溶胶材料。

为此，本发明提供的光波转换-减反射双功能溶胶材料，该溶胶材料的分子式为：A_m，B_n：SiO₂，其中：

当A为Tb³⁺时：B为Zn²⁺、0.2%≤m≤0.6%、0.2%≤n≤0.8%，或者，B不存在、0.2%≤m≤0.6%；

当A为Eu³⁺时：B为Al³⁺、0.1%≤m≤0.5%、n=0.4%。

本发明将稀土发光技术用于拓展硅基太阳能电池的光谱响应范围，将稀土发光离子掺入具有高透光性、传统的减反射膜材料中，实现了增加太阳光的透过率和光谱修饰的双重调控。与现有技术相比，本发明中SiO₂兼具减反射涂膜材料和稀土离子发光基质材料双重作用，而稀土离子也不仅可以实现光波转换功能，还兼具拓展增透范围和提高透过率的作用。

本发明的目的之二在于提供一种上述溶胶材料的制备方法，该方法的过程具体如下：

步骤一，在18～32℃条件下，将两等份无水乙醇中的一份与正硅酸乙酯混匀得到溶液A、另一份与去离子水混匀得到溶液B；接着将溶液A和溶液B混匀并用盐酸或硝酸调节其PH值为2～3后，得到混合液；其中：正硅酸乙酯、无水乙醇总用量和去离子水的摩尔比为1:(15～25):4；

步骤二，在18～32℃条件下，在步骤一制得的混合液中加入硝酸铽（Tb(NO₃)₃）混匀后制得光波转换-减反射双功能溶胶材料，其中：硝酸铽、正硅酸乙酯、无水乙醇总用量和去离子水的摩尔比为（0.2%～0.6%）：1:(15～25):4；

或者，在70℃条件下，将硝酸锌（Zn(NO₃)₂）加入到步骤一所制得的混合液中，混匀并冷却到18～32℃后，加入硝酸铽（Tb(NO₃)₃）混匀后制得光波转换-减反射双功能溶胶材料，其中：硝酸锌、硝酸铽、正硅酸乙酯、无水乙醇总用量和去离子水的摩尔比为（0.2%～0.8%）：（0.2%～0.6%）：1:(15～25):4；