纳米自清洁增效太阳能涂料的制备
罗志河，张安杰，陈丽丽，张海银
(西北永新化工股份有限公司，兰州 730046)

0 前言
根据国家能源产业政策，到2015年，国内的光伏装机容量目标将达到10 GW(1 000万kW)，到2020年，目标至少要到50 GW(5 000万kW)，太阳能大发展的时机已经来到。但同时，出现了太阳能电池板表面积尘和其他污染物影响透光率现象，尤其在北方地区，影响发电效率平均达6%以上。并且灰尘难以清洗或需要频繁清洗，导致管理成本上升、工作难度加大、设计性能难以充分发挥、发电效率下降等实际问题，如甘肃敦煌地区光伏发电项目需要每半月清洗一次，宁夏石嘴山光伏电池板表面有难以清洗的工业污染积存。
目前市场上自洁涂料数不胜数，总体上可以分为3类：疏水自洁涂料、TiO2自洁涂料、亲水自洁涂料。疏水自洁涂料的设计思路是：使用该涂料后在玻璃或陶瓷表面会出现一种荷叶效应(也叫做疏水效应)，表现为水在物体表面呈水珠状，并向低处滑动，水珠会把灰尘等细小杂物裹走，从而达到清洁的效果。由于疏水产品一般为亲油的有机高分子材料，因静电吸附作用易粘灰，污染物沉积后难以用水冲洗干净，尤其不适于在北方雨水较少的地区使用。纳米TiO2自洁涂料实际使用效果良好，但对涂膜的破坏严重，难以修补，该产品也难以形成市场化的应用。亲水自洁涂料主要有两种：一是无机亲水自洁涂料，二是有机亲水自洁涂料。无机亲水自洁涂料是以纳米氧化物为主要原料，通过一种喷涂在玻璃表面的亲水涂层，在涂布面和脏污之间迅速形成一层亲水水膜，使脏污剥离涂布面，利用自然雨水的冲刷，使脏污随水膜在重力的作用下被冲洗下来，达到自洁的目的。这种涂料也容易吸附油性污染物，难以清洗，并且本身在玻璃上的附着力不好[1-6]。有机亲水自洁涂料通过添加合适的亲水化剂可以使涂膜形成亲水化表面，赋予涂层自洁性，但形成的涂层接触角较大，自洁效果不是很明显。
本文针对以上问题，为解决目前太阳能光伏电板表面容易吸附灰尘，尤其在重工业区域容易吸附有机污染物影响电池板表面玻璃的透光率、污染物难以清洗而导致发电效率下降的问题，如在兰州气候条件下直接影响发电效率达6%以上，以钛酸丁酯为前驱体，加入硅溶胶，制得含有锐钛型纳米氧化钛的纳米复合涂料，锐钛型的纳米氧化钛赋予涂料良好的光催化性、而纳米氧化硅赋予涂料良好的亲水性。通过试验，该涂料可以有效提高发电量3.7 %。该涂料用于太阳能电池板，可以有效解决太阳能光伏电板表面积尘和其他污染物影响透光率、难以清洗或需要频繁清洗，导致管理成本上升、工作难度加大、设计性能难以充分发挥、发电效率下降等实际问题。

1 试验部分
1.1 试验原料
钛酸丁酯，化学纯，上海科丰化学试剂有限公司；无水乙醇、盐酸，分析纯，烟台市双双化工有限公司；乙酰丙酮，分析纯，天津市光复精细化工研究所；蒸馏水，自制。
1.2 试验仪器
接触角测定仪，HARKE-SPCA，北京哈科试验仪器厂；直管形石英紫外线杀菌灯，连云港市东海县创新灯具厂；紫外可分光光度计，UV1800，上海美谱达仪器有限公司；高速分散机，GFJ-0.4，上海现代环境工程有限公司；超纯水发生器，UPD-1-10T，成都超纯科技有限公司；X-ray衍射仪，TD3500，丹东通达仪器有限公司；SEM，VEGA 3 XMH，泰思肯贸易(上海)有限公司；全智能型透光率仪，MN-TTA，天津市其立科技有限公司；原子力扫描电镜，CSPM，本原纳米仪器有限公司。
1.3 试验过程
1.3.1 硅溶胶的制备
准确量取50 mL无水乙醇置于200 mL的烧杯中，在搅拌情况下加入一定量的正硅酸乙酯，并用盐酸调节溶液的pH值至2.0，搅拌10 min后加入蒸馏水，继续搅拌30 min得到硅溶胶。
1.3.2 硅钛溶胶的制备
准确量取100 mL无水乙醇置于500 mL的烧杯中，在搅拌情况下加入一定量的钛酸丁酯和少量乙酰丙酮，并用盐酸调节溶液的pH值至2.0，搅拌10 min后加入蒸馏水，搅拌30 min得到钛溶胶。并将硅溶胶稀释后缓慢加入钛溶胶中，继续搅拌一定时间后得到无色透明的硅钛溶胶，加入成膜助剂以及其他助剂，搅拌均匀，便得亲水性纳米自清洁增效太阳能涂料。
1.4 产品配方(见表1)

2 结果与讨论
2.1 纳米自清洁增效涂料涂层的基本性能(见表2)

2.2 涂层的透光率
图1分别给出了纳米自清洁增效涂料和纯玻璃的透光率曲线，可以看出，在380～400 nm的波长范围内，纳米自清洁增效涂料对紫外线有一定的吸收作用，而在400～800 nm范围内有一定的增透作用，可以提高透光率1%左右。纳米自清洁增效涂料应用在太阳能光伏电板上可以有效吸收对发电量有负面效应的紫外线，由于紫外线具有较高的能量，使得产生的电子流发生紊乱，导致发电量下降；并且涂覆纳米自清洁增效涂料后，可以有效提高太阳光的透过率，从而提高太阳能光伏电板的发电效率。