溶膠凝膠法制備光伏玻璃增透膜研究進(jìn)展

光伏發(fā)電是目前應(yīng)用最廣的太陽(yáng)能利用技術(shù)，研究開(kāi)發(fā)透光率更高的光伏玻璃是提高太陽(yáng)能光伏電池光電轉(zhuǎn)換效率的重要手段。本文結(jié)合溶膠凝膠法制備增透膜的反應(yīng)機(jī)理，對(duì)酸催化制備法、堿催化制備法、酸堿兩步法、摻雜制備法和模板劑制備法5種溶膠凝膠法制備增透膜的研究進(jìn)行闡述。溶膠凝膠法制備增透膜的反應(yīng)機(jī)理：是利用在某些溶劑中一些易水解的金屬化合物（無(wú)機(jī)鹽或金屬醇鹽）或烷氧基化合物與水發(fā)生反應(yīng)，通過(guò)水解和縮聚過(guò)程而形成溶膠。溶膠凝膠反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)體系。二氧化硅體系的溶膠凝膠過(guò)程屬于典型的醇鹽水解型溶膠凝膠過(guò)程。在溶膠凝膠反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)物前驅(qū)體正硅酸乙酯（TEOS）在酸性或堿性催化條件下進(jìn)行水解，生成大量硅羥基（Si-OH），而在硅羥基之間、硅羥基與正硅酸乙酯本體之間又發(fā)生縮聚反應(yīng)形成硅溶膠。硅溶膠是具有液體特征的膠體體系，分散相的粒子是固體顆?；虼蠓肿宇w粒，粒徑為1~100nm，硅溶膠中聚合物結(jié)構(gòu)、水量、黏度等因素影響膜層的厚度及微結(jié)構(gòu)。將這種硅溶膠涂敷在基底上形成液膜，通過(guò)后續(xù)的熱處理凝膠膜可轉(zhuǎn)變成無(wú)定形態(tài)或多晶態(tài)膜。（1）酸催化制備法：酸性催化的硅溶膠水解速度大于縮聚速度，形成的二氧化硅溶膠是纖維狀，成膜時(shí)致密光滑、具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐候性好和使用薄膜壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。（2）堿催化制備法：用堿為催化劑制備二氧化硅溶膠，溶膠中主要以高度交聯(lián)的無(wú)定型二氧化硅顆粒組成的團(tuán)簇為主前軀體，縮聚速度大于水解速度。研究表明，堿性催化的條件下，溶液的pH值為8左右時(shí)，水解速率大于聚合速率，水解比較完全，形成的是大分子聚合物。這時(shí)主要由縮聚反應(yīng)機(jī)理來(lái)控制凝膠的形成，溶膠顆粒趨向于球形顆粒，這樣形成的是多孔顆粒狀的二氧化硅團(tuán)簇，從而使得堿催化制備的薄膜為顆粒堆積成的凝膠薄膜。因此堿催化法制備的二氧化硅增透膜孔隙率高，折射率低，透過(guò)率高，但膜層附著力差，耐候性不好，薄膜疏松，機(jī)械強(qiáng)度差，薄膜壽命短。（3）酸堿兩步法：由于酸催化法或堿催化法制備的二氧化硅增透膜都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，為了有效避免兩種方法的缺點(diǎn)，許多科研工作者探索了酸堿兩步法。研究發(fā)現(xiàn)，酸/堿兩步催化二氧化硅薄膜的透光率介于酸催化和堿催化二氧化硅薄膜之間，酸/堿兩步催化二氧化硅薄膜的透光率隨著堿溶膠量的增加而增大，但耐磨性隨堿溶膠的增加而減小，當(dāng)堿膠與酸膠的體積比大于4∶1時(shí)，薄膜的透光率增加緩慢，而耐磨性卻下降較快。雖然酸堿兩步法制備二氧化硅增透膜工藝更復(fù)雜，但通過(guò)酸堿兩步法完全可以避免酸催化法或堿催化法制備的二氧化硅增透膜各自的缺點(diǎn)，可以很好地調(diào)節(jié)二氧化硅增透膜的透光率和耐磨性。（4）摻雜制備法：在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，要求二氧化硅增透膜不僅具有良好的增透性能和機(jī)械性能，還希望其具有疏水性和能適應(yīng)各種復(fù)雜的使用環(huán)境。因此，科研工作者采用添加功能團(tuán)或元素來(lái)拓開(kāi)二氧化硅增透膜的特性，讓其具有更多實(shí)用特性和適應(yīng)不同的環(huán)境要求。辛崇飛利用在酸催化條件下甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷水解得到的溶膠對(duì)堿催化二氧化硅溶膠改性處理，獲得原位生成的甲基改性的二氧化硅溶膠，制備出了疏水減反射膜玻璃。為了解決堿性催化制備的二氧化硅薄膜機(jī)械強(qiáng)度低的問(wèn)題，馬建華、K.Wong、湯加苗、張曄等將三甲基氯硅烷、甲基三乙氧基硅烷等有機(jī)聚合物摻入到二氧化硅溶膠中來(lái)提高薄膜的機(jī)械強(qiáng)度。（5）模板劑制備法：研究人員為對(duì)二氧化硅溶膠的組成、結(jié)構(gòu)、形貌、尺寸、取向等進(jìn)行控制，通過(guò)采用模板劑制備法將二氧化硅溶膠構(gòu)筑成某種特殊結(jié)構(gòu)的溶膠來(lái)提高其性能。模板劑制備二氧化硅溶膠的研究雖然開(kāi)始，但由于其制備過(guò)程復(fù)雜和價(jià)格較高，目前仍未得到大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用。光伏玻璃鍍膜方法有很多種，各種鍍膜方法也在不斷完善和發(fā)展。與各種光伏玻璃鍍膜方法比較，由于設(shè)備簡(jiǎn)易和成本較低，溶膠凝膠法制備增透膜是目