【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于有機無機復合材料領域，具體涉及一種太陽能聚光器用復合材料及其制備方法。
技術介紹
1、目前，隨著環境污染和能源危機逐漸加重，發展綠色能源迫在眉睫。太陽能這種清潔環保的可再生能源越來越受到重視，這也推動了太陽能技術的快速發展。太陽能電池可以將太陽能轉換為電能。但是，大部分太陽能電池片是直接接收太陽光，這需要按照大量的電池片，成本較高，而且占據面積較大。如何高效的收集太陽光，并且降低太陽能電池成本是一項重大挑戰。
2、太陽能熒光聚光器(lscs)，作為一種很有前途的聚光設備。它與小面積的太陽能電池耦合，用于高效的太陽能到電能轉換。lscs是由熒光材料、光波導和太陽能電池組成。在光照下熒光聚光器時，熒光材料通過熒光吸收并重新發射光。由于全內反射被引導到聚光器的邊緣，邊緣連接電池片。也就是在不增加太陽能電池片的面積下，增加聚光器的面積來提高對光能的利用。
3、大部分熒光材料和光波導的組合是將無機發光粒子涂覆在光波導材料的表面。但是直接涂覆無機粒子，可能會導致其在光波導表面附著力較差，易脫落。有機聚合物與無機粒子復合制備的涂層可以提高涂層的附著力，但是聚合物會填充無機粒子之間的間隙，會增加涂層的折射率，從而會增加光的反射，導致光能損耗。另外，無機粒子和有機聚合物因為極性不同而難以制備出穩定的溶膠，從而難以制備均勻的涂層，導致散射增加。
技術實現思路
1、本專利技術為克服現有技術弊端，提供了一種太陽能聚光器用復合材料及其制備方法。
2、本專利技
3、太陽能聚光器用復合材料包括石英玻璃、高分子聚合物、熒光材料和散射材料，所述高分子聚合物是由三丙烯酸季戊四醇在偶氮二異丁腈引發劑下熱固化形成；所述熒光材料由tb3+摻雜中空mgf2納米顆粒組成；所述散射材料為400～600nm的sio2粒子；所述高分子聚合物、熒光材料和散射材料復合涂覆在在熒光石英玻璃表面。
4、高分子聚合物可以起到粘貼劑的作用，從而提高其附著力。中空粒子可以減少涂層的折射率，從而改善表面的反射光。而且通過樹脂單體與無機粒子復合可以避免無機粒子直接與長鏈的聚合物復合，從而提高了溶膠的穩定性。400～600nm的sio2粒子可以散射光，使更多的太陽光散射光從石英玻璃傳導到太陽能電池。
5、作為太陽能聚光器用復合材料的進一步優選。
6、優選的，高分子聚合物、tb3+、中空mgf2納米顆粒和sio2粒子的質量為：
7、高分子聚合物：10～30質量份；
8、tb3+：0.2～0.5質量份；
9、中空mgf2納米顆粒：10～40質量份；
10、sio2粒子：4～8質量份。
11、上述粒子的搭配，高分子聚合物的含量會直接影響涂層的粘附性和折射率。高分子聚合物含量越多，涂層越致密，粘附性越好，但是致密涂層的折射率會越高，導致其反射率增加。mgf2是已經發現的自然界中折射率最低的塊體材料，中空mgf2材料可以進一步降低折射率，它的比例可以調節整個涂層的折射率。另外氟化物是稀土離子晶格摻雜很好的載體，在本專利技術中又做為熒光材料。
12、優選的，高分子聚合物、熒光材料和散射材料復合涂覆在熒光石英玻璃表面的厚度為400～700nm。
13、上述厚度是至關重要的，根據菲涅爾反射定律：當涂層的厚度和折射率滿足下列兩個公式時，反射率將在特定波長降到最低。
14、n1d＝(2k+1)λ0/4，k＝0，1，2，3…
15、n1＝(n0×ns)1/2
16、式中：n0、n1、ns、λ0和d分別表示空氣折射率、涂層折射率、石英玻璃折射率、入射光波長以及涂層厚度。硅太陽能電池響應的波段為380～1100nm，當k＝0時，反射率降低最寬，最佳厚度為70～225nm，當k＝1時，最佳厚度為210～675nm。理論上k＝0時平均反射率最低。但是厚度太薄，存在兩個問題；第一散射粒子尺寸太大，第二光轉換和散射不充分。所以我們選擇的厚度為210～675nm。但是si?o2粒子的尺寸為400～600nm。所以我們調節涂層的厚度為400～700n?m。即可降低反射率，又可以保證其收集光的能力。
17、本專利技術還提供了一種太陽能聚光器用復合材料的制備方法，包括以下步驟：
18、s1、制備mgf2：tb3+納米顆粒：醋酸鎂四水合物、tb2o3、正丙醇、氫氟酸和鹽酸，劇烈攪拌均勻，然后將其倒入反應釜的聚四氟乙烯內膽中，在150～180℃條件下，加熱6h，反應完成之后，通過離心獲得mgf2：tb3+納米顆粒；
19、s2、制備sio2納米顆粒：正硅酸四乙酯、無水乙醇和氨水，通過水解聚合反應制備sio2納米顆粒，并攪拌6h，然后在室溫下陳化2天。最后，離心得到sio2納米顆粒；
20、s3、配制溶膠：取步驟s1中獲得的mgf2：tb3+納米顆粒和步驟s2中獲得的sio2納米顆粒分散在異丙醇和甲基異丁基酮混合溶劑中，攪拌均勻之后，加入三丙烯酸季戊四醇和偶氮二異丁腈，并攪拌均勻，得到復合溶膠；
21、s4、涂覆：通過浸漬提拉法循環提拉3～6次將復合溶膠涂覆在石英玻璃表面；
22、s5、固化：將玻璃樣品放在80℃烘箱中5～10min。
23、做為一種太陽能聚光器用復合材料的制備方法的進一步優選。
24、優選的，步驟s1中的醋酸鎂四水合物、tb2o3、正丙醇、氫氟酸和鹽酸的添加量分別為：10～15質量份、0.1～0.25質量份、40質量份、4質量份和4質量份。
25、優選的，步驟s2中的正硅酸四乙酯、無水乙醇和氨水的添加量分別為：10～15質量份、40～60質量份和15～20質量份。
26、優選的，步驟s3中的mgf2：tb3+納米顆粒、sio2納米顆粒、異丙醇和、甲基異丁基酮、三丙烯酸季戊四醇、偶氮二異丁腈的添加量分別為：1～4質量份、0.4～0.8質量份、20～40質量份、10～20質量份、1～3質量份和0.1～0.3質量份。
27、優選的，步驟s4浸漬提拉法的提拉速度為75～150mm/min。
28、本專利技術相比現有技術的有益效果在于：
29、(1)相比于原有技術，復合材料涂覆在石英玻璃表面具有更好的附著力。
30、(2)相比于原有技術，本專利技術調節了涂層的厚度和折射率，中空mgf2粒子既可以做為熒光材料，又可以調節涂層的折射率。當涂層的厚度合適時可以降低反射率從而減少光能的損耗。
31、(3)本專利技術中復合材料，是無機粒子mgf2:tb3+、sio2粒子和高分子聚合物組成。由于無機粒子和長鏈的有機聚合物極性不同，配制的溶膠穩定性不好，而本專利技術中通過聚合物單體與無機粒子復合，從而使其更穩定，再經過熱固化和引發劑，使單體聚合成長鏈高分子。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種太陽能聚光器用復合材料，包括石英玻璃、高分子聚合物、熒光材料和散射材料，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的太陽能聚光器用復合材料，其特征在于，所述高分子聚合物、Tb3+、中空MgF2納米顆粒和SiO2的質量為：
3.根據權利要求1和2所述的太陽能聚光器用復合材料，其特征在于，高分子聚合物、熒光材料和散射材料復合涂覆在熒光石英玻璃表面的厚度為400～700nm。
4.一種權利要求3所述的太陽能聚光器用復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.根據權利要求4所述的太陽能聚光器用復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S1中的醋酸鎂四水合物、Tb2O3、正丙醇、氫氟酸和鹽酸的添加量分別為：10～15質量份、0.1～0.25質量份、40質量份、4質量份和4質量份。
6.根據權利要求4所述的太陽能聚光器用復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S2中的正硅酸四乙酯、無水乙醇和氨水的添加量分別為：10～15質量份、40～60質量份和15～20質量份。
7.根據權利要求4所述的太陽能聚光器用復合材料的制備方法
8.根據權利要求4所述的太陽能聚光器用復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S4浸漬提拉法的提拉速度為75～150mm/min。
...【技術特征摘要】
1.一種太陽能聚光器用復合材料，包括石英玻璃、高分子聚合物、熒光材料和散射材料，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的太陽能聚光器用復合材料，其特征在于，所述高分子聚合物、tb3+、中空mgf2納米顆粒和sio2的質量為：
3.根據權利要求1和2所述的太陽能聚光器用復合材料，其特征在于，高分子聚合物、熒光材料和散射材料復合涂覆在熒光石英玻璃表面的厚度為400～700nm。
4.一種權利要求3所述的太陽能聚光器用復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.根據權利要求4所述的太陽能聚光器用復合材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中的醋酸鎂四水合物、tb2o3、正丙醇、氫氟酸和鹽酸的添加量分別為：10～15質量份、0.1～0.25質...
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。