光伏玻璃用耐久透明无氟超疏水薄膜的简易制备及其性能优化研究

针对光伏玻璃易积尘导致透光率下降的问题，研究人员通过引入粘结剂增强附着力、调控混合溶剂挥发构建微孔结构，并采用六甲基二硅氮烷（HMDS）修饰的疏水二氧化硅纳米颗粒（SiO2 NPs），开发出兼具高透光率（91.37%，300-1200 nm）和超疏水性（水接触角160.8°，滑动角<1o ）的环保涂层。该薄膜经50次摩擦循环仍保持性能稳定，且能提升光伏组件效率，为沙漠等缺水地区的光伏面板自清洁提供了创新解决方案。

　　

在太阳能光伏领域，覆盖玻璃的积尘问题如同“隐形杀手”——灰尘沉积可使光伏组件发电效率骤降，而传统水洗清洁方式在沙漠等缺水地区成本高昂。更棘手的是，现有超疏水涂层多依赖含氟材料（环境风险高）且难以兼顾透明度与耐久性。例如，Wang等开发的含氟涂层透光率比裸玻璃低10%，而Wu等的无氟方案虽实现162.2°接触角，却未验证实际光伏应用效果。这一矛盾背景下，如何开发环保、高透光且耐用的超疏水涂层成为行业痛点。

中国研究人员通过多层级设计破解了这一难题。团队采用乙烯-丙烯酸共聚物（EAA）和环氧树脂（EP）作为粘结基底，利用乙酯（EA）/丁酯（BA）混合溶剂的挥发差异构建“蒲公英状”微孔结构，再负载HMDS处理的疏水SiO₂
NPs（15-30 nm）形成纳米粗糙度。关键技术包括溶剂比例调控（如BA:EA=1:3时形成最佳微孔）、SiO₂
NPs添加量优化（1.5 wt%时接触角达峰值）以及紫外老化/酸碱浸泡等稳定性测试。

研究结果

1. 溶剂比例对形貌的影响：BA:EA=1:3时，快速挥发的EA促使EP层形成多孔结构，为后续SiO₂
   NPs锚定提供理想基底。
2. 光学与润湿性：最优样品在可见-近红外区平均透光率达91.37%，接近裸玻璃（92.1%），且接触角达160.8°，归因于微孔-纳米双尺度结构对空气的捕获（Cassie-Baxter状态）。
3. 机械稳定性：经50次砂纸摩擦（压力5 kPa）后，接触角仅下降2.3°，透光率保持90%以上，得益于EP-Si-O-Si的强化学键和EAA的弹性缓冲。
4. 光伏应用验证：涂层组件比裸组件发电效率提升3.2%，归功于减反射效应和“滚珠式”自清洁机制。

结论与意义
该研究通过“粘结层-微孔中介-纳米疏水层”三步策略，首次实现无氟超疏水涂层在透光率（<1%损失）、机械耐久性（50次摩擦循环）与光伏增效（3.2%提升）三重指标的协同突破。尤其值得注意的是，涂层在pH1-13环境中保持稳定，且抗紫外线老化性能优异，为沙漠电站的极端环境适应性提供了保障。这项发表于《Materials Chemistry and Physics: Sustainability and Energy》的工作，不仅为光伏产业提供了可规模化喷涂的低成本方案，其“溶剂挥发调控微结构”的设计思路对功能性涂层开发具有普适启示。