RDS-Z1型自清洁超亲水材料-惠中科技光伏清洗托管服务商

RDS-D自清洁材料介绍

1.RDS-D技术介绍及膜层构成

1.1 RDS-D材料介绍

RDS-D材料是一种功能性水基溶液（见图1），主要组分为无机氧化物和二氧化钛，其特殊配方，成功解决了溶液中有效成分的高效分散机制、与玻璃基材的强力结合、超强耐候性等关键技术问题。

图1 RDS-D水基溶液

1.2 主要成分

RDS-D膜层的主要有效成分之一是纳米级二氧化钛。二氧化钛主要有三种结晶形态：锐钛矿型、金红石型和板钛矿型。锐钛矿型二氧化钛有较高的光催化活性；金红石型二氧化钛有较高的硬度、密度、介电常数及折射率。

图2 锐钛矿和金红石型结晶形态

单一结晶形态的二氧化钛虽可以实现各种用途，但难以达到性能最优。锐钛矿型纳米二氧化钛是常用的光触媒材料，但其耐候性和可靠性较差；金红石型二氧化钛虽有很好的耐候性，但光催化能力差。RDS-D采用科学方法将两种晶型按一定比例搭配在一起，使其功能性达到最优。

2.RDS-D膜层的可靠性、耐候性

2.1 RDS-D膜层稳定性

在二氧化钛的结晶形态中，金红石型是热力学稳定相，锐钛矿为亚稳相。同时，二氧化钛具有抗光腐蚀的特性，这使得二氧化钛在光照下不会发生晶相、结构的变化，因而在活性位不被占据的情况下保持光催化的稳定性。另外，二氧化钛抗光腐蚀的特性也赋予RDS-D膜良好的光稳定性，在RDS-D膜的使用周期中不会出现黄化变色。

值得注意的是，二氧化钛在光催化分解有机物的过程中，起到的是触媒的作用，自身并不参与化学反应，不会发生自身材料的消耗或减少。

2.2 RDS-D膜层与玻璃基板的强力结合

RDS-D溶液的特殊配方，使得RDS-D膜层在基材表面与二氧化钛粒子之间生成一种特殊的连接桥（Me-O-Si），即通过离子键键合的方式与玻璃结合。RDS-D在常温的条件下通过喷涂的方式在光伏组件玻璃表面形成一层厚度约为150 nm的无色透明自清洁防护膜，膜层能够保持20年以上使用效果。

图3 RDS-D通过离子键与玻璃基材结合

RDS-D与玻璃基材的结合属于高键能结合，Si-O键的键能高达452KJ/mol，仅次于氟碳喷涂的H-F键（565KJ/mol），能保持结合的长久性、可靠性、耐紫外性、耐水性和耐热性。这种具有短键性质的结构与氢离子结合认为是最稳定最牢固的结合，化学结构上的稳定与牢固使材料在恶劣气候和环境显示出优异的耐候性，使用寿命在25年以上。

在我国无论是西北地区还是中东部太阳能资源较好的地区，风沙较大，RDS-D膜层拥有较好的弹性和韧性，可抵挡一般的风沙的冲击。经实验室测试，20m/s的风速下，石英砂（直径800μ），冲击4小时，RDS-D膜层玻璃透光率衰减只有0.45%。硬物造成RDS-D膜层的划伤主要是局部细划伤，不会出片状脱落、脱层，不会对RDS-D膜层性能造成明显影响。

3.RDS-D膜层功能

3.1提升组件转换效率

RDS-D提升组件转换效率主要依靠两种机制：提升玻璃面板透光率和荧光效应。

3.1.1 提升玻璃面板透光率

RDS-D组分中纳米二氧化钛的颗粒度大约为20nm，喷涂于组件表面后，能够大幅降低玻璃表面粗糙度，减少漫反射作用对透光率的影响。喷涂后表面改善情况见图8。

图4 喷涂纳米膜层后玻璃表面改善情况

以往的自清洁膜技术往往使得玻璃的透射率大大降低（降低幅度达10％左右），而喷涂RDS-D的自清洁玻璃却能够使得透射率提高2%左右。

3.1.2 荧光效应

二氧化钛在纳米尺寸具有光致发光和下转换（DC gain）发光的特性，可以有效提高光利用率，使电池转换效率增加。这是由于硅太阳电池的光谱响应主要在300-1100nm之间，且主要集中于可见光范围内，而太阳光谱实际上是分布在一个较宽范围内，且短波（紫外）部分占比接近5%。因此，为了更好的匹配光伏电池的光谱响应曲线，RDS-D利用其中改性二氧化钛成分，使材料膜层在应用于组件表面后，产生下转换（DC gain）发光效应，即将紫外光波段的能量转化为可见光波段能量（PL谱线显示RDS-D膜层在280nm左右有强烈吸收峰），以增加有效光通量，提高电池的光电转化效率。

在图5的测试中，360nm波长的紫外光穿过RDS-D后，其衰减曲线在420纳米蓝光区域出现了发光峰。有效的证明了RDS-D的荧光效应，将部分紫外光转换成了蓝色光。

图5 中科院理化所光致发光检测，发射360nm的紫外光到RDS-D，

紫外光衰减曲线在420nm蓝光区出现发光峰

RDS-D的荧光效应，增加了可见光光子数量，因此提高了光伏电池的电能转换效率。

目前，光伏行业中荧光效应的研究已然成为热点，其方法不外乎是将紫外光转换为可见光（下转换）和将红外光转换成可见光（上转换）。关于下转换，需强调的是，光伏组件的玻璃盖板本身可以过滤绝大部分350nm以下波长的紫外光，因此，只有通过玻璃外侧膜技术的研究才能真正意义上实现有效的下转换效应。

3.2 超亲水性

喷涂了RDS-D的玻璃表面，具有超强的亲水性，使得组件更易用水清洗，起到节约用水的作用。南德TUV和中建材依据JC/T2168进行了亲水角测试，光伏玻璃喷涂RDS-D后，玻璃的静态接触角由24°减小到6°，检测情况见图6。

图6 喷涂RDS-D后，光伏玻璃的静态接触角由24°减小到6°

3.3 抗静电能力

喷涂RDS-D材料后，玻璃基板在微观上变的更为平整，灰尘颗粒相对粘附面积减少，更容易滑落下来。同时，纳米二氧化钛半导体在光照射下电子和空穴分离，具有一定导电性，配合抗静电剂成分，具有抗静电吸附能力。可以从源头上最大限度的阻止灰尘在玻璃表面的附着，阻止玻璃变脏，变被动为主动，是真正意义上的自洁玻璃。防尘效果见图7。

图7 RDS-D喷涂后的防尘效果

3.4 分解有机物（光解能力）

在光照下，纳米二氧化钛可与空气中的水汽和氧气发生化学反应，生成强氧化能力的-OH高活性基团。在不消耗纳米材料自身的情况下，可以引发绝大多数有机化合物分子发生氧化反应，生成CO2和H2O。分解有机物体现在分解玻璃表面的鸟粪、工业污染废气、汽车尾气等。分解鸟粪效果见图8。

图8 RDS-D分解鸟粪效果，上面红色区域为喷涂组件

中国建筑材料研究总院（CTC）根据JC/T2168标准对RDS-D膜层进行了光解能力测试。测试结果为：光解指数为38nmol/L/min，处于国内领先水平。