随着我国光伏装机容量持续增加，光伏组件长期在户外工作时，受到灰尘、鸟粪、雨雪等污染物的附着而造成发电效率降低的问题越来越突出。据调查，全世界的光伏产业因为积尘造成的经济损失高达50亿美元，传统依靠自然与手工、简单机械的处理方式已经不适用了，基于自清洁涂层技术与新材料的推广应用成为破局关键。基于锑掺杂氧化锡链状纳米材料的复合涂层，把抗静电、超亲水自清洁、高增透、高耐磨等性能集成在一起，给光伏组件的长效稳定运行提供了一种新的解决方案。
　　一、光伏自清洁涂层核心作用机理
　　光伏自清洁涂层的核心就是通过表面界面调控来实现污染物阻隔和自动清除，保证光学性能和机械稳定性。其中，超亲水结合抗静电的复合机理更适合光伏户外场景，是以水接触角小于10°为特征的，涂层表面的纳米尺度凹凸结构增强了亲水性，水分在表面快速铺展成连续水膜，将灰尘、污垢带走，不需要大量的人工清洁。超疏水机理依靠“荷叶效应”，水的接触角大于150°，污染物和表面接触面积小，容易被雨水带走，但是微纳粗糙结构容易磨损，没有抗静电功能，在干燥环境下容易吸附细粉尘。超滑涂层模仿猪笼草结构，滑动角小于10°，污染物容易滑移，但是高温下容易残留污染物，也没有抗静电性能。
　　光伏组件表面细颗粒物多靠静电吸附聚集起来，抗静电功能可以从源头上防止积尘。锑掺杂氧化锡链状纳米材料可以提供自由电子，使涂层表面电阻保持在107—109Ω之间，消除静电吸附，配合超亲水表面形成“抗静电防附着+超亲水自清洁”双效协同，实现长效防尘去污。涂层利用折射率调节来达到减反增透的目的，在空气－涂层－玻璃界面产生光干涉相消，减少光反射损失，提高透光率和光电转换效率，达到自清洁和增透的效果。
 　 二、光伏自清洁涂层关键材料体系
　　（一）抗静电功能材料：锑掺杂氧化锡链状纳米溶胶。锑掺杂氧化锡（ATO）是实现涂层抗静电的主要材料，链状结构可以提高热稳定性和机械强度。用溶胶—凝胶法制备平均粒径为5nm的ATO链状纳米颗粒，使链长控制在10—20个颗粒之间，通过调节掺杂比例可以保证高透光性的同时具有稳定的抗静电性能。这显然克服了传统自清洁涂层没有抗静电功能的缺陷，从源头上抑制细粉尘静电吸附，适应风沙、干燥等各种类型的光伏电站环境。
　　（二）增透自清洁材料：中空纳米二氧化硅复配体系。纳米二氧化硅对表面微结构和亲水性有调节作用，用30-70nm中空闭孔二氧化硅和5nm球形二氧化硅复配，可以得到50-100nm以下的精确凹凸微纳结构。中空闭孔结构提高涂层的抗污性，复配粒径改善表面粗糙度，达到长效超亲水和高增透的协同效果，透光率增加2.0%到2.4%，比传统的单一纳米二氧化硅涂层要好很多。同时纳米接枝改性可以提高亲水稳定性，水接触角仍然小于20°，保证持续的自清洁效果。
　　（三）粘结剂材料：常温固化无机水性粘结剂。无机水性粘结剂是涂层耐磨、耐候、高附着的重要保证，以无机低聚物为前驱体，在水解作用下制备出超亲水性无机树脂低聚物，实现常温固化。以其规避了传统有机粘结剂耐候性差、易老化等缺点，具有高硬度、高耐磨、高耐温的特点，可以承受700℃以上的高温，耐磨次数超过25000次，比传统的有机涂层要高很多，适合光伏组件户外长期使用，水性体系环保无污染，符合大规模生产的需要。
　　三、涂层性能协同优化技术方案
　　光伏自清洁涂层要同时具备自清洁、抗静电、增透、耐磨、耐候这五个主要性能，依靠材料复配、工艺改良、结构设计达成多性能协同。从晶硅光伏响应光谱出发，调节涂层的折射率和膜层厚度，使涂层的峰值响应波长在650nm左右，500—900nm光谱区间透光率较均匀，提高光吸收效率。通过调节中空二氧化硅粒径和分布，减小光散射损失，单晶硅光伏玻璃反射率控制在2.0%～2.8%，多晶硅控制在3.2%～3.4%，达到高效增透的目的。机械与环境稳定性优化以耐磨、耐候为主，用无机粘结剂和纳米颗粒共价键结合来提高涂层的附着力，硬度达到3H。采用链状ATO和闭孔二氧化硅共同增强涂层结构的稳定性，耐受紫外线、高温、湿度、风沙等多环境的侵蚀，使用寿命达到5年，比传统涂层3年以下的寿命要长得多。改进固化工艺，采用常温快速固化方式适应光伏电站现场大批量涂装的要求，防止高温施工造成的组件损坏。功能协同优化主要针对抗静电和自清洁一体化，将ATO链状纳米溶胶和二氧化硅复配体系均匀分散到无机粘结剂里，利用动态张力控制技术来克服超薄涂层干燥不均、彩虹纹的问题，保证涂层的均匀性。最终得到表面电阻为107—109Ω、水接触角小于10°、耐磨超过15000次、透光率大于94.3%的优异自清洁涂层。
　　作者单位：华电河北新能源有限公司