隨著能源技術(shù)的發(fā)展，收集太陽(yáng)能并利用已經(jīng)不是什么新鮮事了。在這個(gè)利用過(guò)程中，能量收集是一個(gè)非常關(guān)鍵的過(guò)程。但限于太陽(yáng)能自身組成系統(tǒng)本身，總有非常可觀的一部分能量遭受流失。尤其是太陽(yáng)能玻璃蓋板，更是最主要的因素之一，因其光滑的表面會(huì)反射一部分光導(dǎo)致最終到達(dá)系統(tǒng)的能量變少。

因此要提高提高整個(gè)太陽(yáng)能電池相對(duì)光電轉(zhuǎn)化效率，就要想辦法提高蓋板玻璃的（光）透過(guò)率。根據(jù)已有文獻(xiàn)報(bào)道，提高蓋板玻璃1%的透過(guò)率就能使整個(gè)系統(tǒng)效率增加2%。而目前常用的手段就是給蓋板玻璃表面制造一層納米級(jí)別的“增透膜”（也叫減反射膜）——該層薄膜能有效地減少光的反射，讓更多的光進(jìn)入太陽(yáng)能電池片并被吸收。

針對(duì)減反射薄膜不同的需求，研究者展開(kāi)了廣泛而深入的研究，常用的鍍膜材料有MgO、TiO₂、SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂等，其中SiO₂由于具有性能穩(wěn)定、無(wú)毒、無(wú)污染，折射率相對(duì)較低、廉價(jià)易用，與基底結(jié)合良好的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在玻璃薄膜行業(yè)，如漳州旗濱玻璃有限公司申請(qǐng)的專利，就是采用溶膠凝膠法和噴涂法制備的SiO₂雙層膜，在波長(zhǎng)為400-800nm的范圍內(nèi)，其透光率超過(guò)95%。

鍍膜工藝可以有效提高透光率

鍍膜材料的參數(shù)對(duì)比

另外要注意的是，由于空氣的折射率為1.0，因此向材料中引入孔隙，可以有效的降低其折射率。對(duì)于增透膜而言，要在保證不引起散射的前提下向其引入孔隙，如此一來(lái)納米多孔材料的孔隙尺度遠(yuǎn)低于太陽(yáng)光的波長(zhǎng)，不會(huì)對(duì)太陽(yáng)光造成散射。

多孔二氧化硅薄膜的制備

鍍膜的質(zhì)量直接依賴于其制備工藝，主要包括物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、離子束輔助沉積、分子束外延、金屬有機(jī)物分解法、溶膠凝膠法等多種制備方法。

其中，溶膠凝膠（Sol-Gel）法是屬于是濕化學(xué)方法中的一種，其基本過(guò)程是：一些易水解的金屬無(wú)機(jī)鹽或者金屬醇鹽在合適的溶劑中與適量的水發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)過(guò)水解和縮聚過(guò)程而逐漸凝膠，經(jīng)過(guò)干燥，高溫等后續(xù)處理過(guò)程得到所需的材料，包括薄膜材料、圓柱狀塊體材料、輕質(zhì)氣凝膠材料、纖維材料等。在光學(xué)鍍膜領(lǐng)域，則主要應(yīng)用于制備多孔二氧化硅減反膜。

與其他工藝相比較，溶膠凝膠法設(shè)備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，結(jié)構(gòu)可控，適合大面積鍍膜，能從分子水平上設(shè)計(jì)、剪裁等特點(diǎn)。此外，溶膠凝膠法的耐擦洗性能最優(yōu)，可以承受清洗劑反復(fù)擦拭500次以上，真空濺射次之，真空鍍膜最差。同樣，膜層的均勻性也是如此。

兩種路線

那增透膜到底是怎么通過(guò)溶膠凝膠法制備的呢？資料顯示，主要有兩種途徑：

一是使用溶膠凝膠法制備的具有三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的二氧化硅溶膠，通過(guò)輥涂或噴涂等方法在玻璃或單晶硅基底上制備SiO₂薄膜，再將二氧化硅薄膜在一定溫度下熱處理，使其固化變成分子乃至納米結(jié)構(gòu)的薄膜，其多孔形貌是構(gòu)成二氧化硅薄膜的膠粒聚合和熱應(yīng)變的結(jié)果。其中，SiO₂溶膠的粘度是一重要參數(shù),因?yàn)樗鼪Q定納米多孔SiO₂薄膜的表面覆蓋性、密度、孔隙率、介電常數(shù)等性能。

多孔二氧化硅薄膜的SEM圖

二是利用溶膠凝膠法制備的二氧化硅空心微球作為原料，得到微球后將其混合再預(yù)制備好的溶液中后將其涂敷在玻璃基板上，在一定溫度下熱處理除去聚合物模板就能得到多孔結(jié)構(gòu)的薄膜。如Tao Gao等使用PS小球?yàn)槟０逯苽淞藛畏稚⑿粤己玫腟iO₂微球，微球直徑大約250nm左右。經(jīng)過(guò)旋涂后將溶膠分散在玻璃基板表面，500℃下處理3小時(shí)除去有機(jī)模板，得到的樣品對(duì)比白玻璃有在透過(guò)性能上有顯著的提升。

可以確定的是，空心微球的尺寸對(duì)于薄膜的厚度、表面粗糙度、孔隙率都有巨大的影響。目前這種基于這種空心為求的多孔結(jié)構(gòu)增透膜已經(jīng)規(guī)模化應(yīng)用于在線鍍膜的生產(chǎn)線，下圖所示的空心微球就是鍍膜液直接輥涂于光伏超白玻璃表面，剛化處理后的多孔結(jié)構(gòu)增透膜。

空心二氧化硅微球TEM圖和多孔薄膜斷面SEM圖

其他應(yīng)用

玻璃鍍上二氧化硅薄膜后，可以改變表層的親水性，提高自潔凈性能，減少清潔劑的使用，有利于玻璃保持持久干凈，提高光電轉(zhuǎn)換效率；鍍膜還有可能提高耐酸、耐堿、耐老化、殺菌、防霉變等，提高耐候性，保護(hù)玻璃，延長(zhǎng)使用壽命。因此可應(yīng)用的領(lǐng)域其實(shí)很多，如太陽(yáng)能集熱、溫室、BIPV、激光系統(tǒng)等領(lǐng)域去提高光透過(guò)率。

資料來(lái)源：

溶膠-凝膠法制備納米多孔二氧化硅減反膜的研究進(jìn)展，李春華，姜宏，趙會(huì)峰，鄒世鋒。

納米多孔二氧化硅薄膜的制備及性能，殷明志，姚熹，吳小清。

納米多孔二氧化硅光學(xué)功能薄膜的溶膠—凝膠法制備與性能研究，肖堯。

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