光伏真空窗户及其制造方法技术

本发明专利技术公开了光伏真空窗户及其制造方法。本发明专利技术的光伏真空窗户包括：光伏模板，其包括作为其一侧的表面的第一玻璃板；第二玻璃板，其面对该第一玻璃板，一空间形成在该第一和第二玻璃板之间；真空封口，其连续地形成于该第一玻璃板和该第二玻璃板之间的所有边缘区域，并使两者沿着边缘彼此连接，从而所述第一和第二玻璃板之间的空间成为密封空间，该密封空间维持真空状态，其中，所述真空封口通过激光玻璃焊接工艺形成，该激光玻璃焊接工艺包括步骤：将激光束聚焦在该第一和第二玻璃板的紧压在一起的所述边缘区域，从而焊接所述边缘区域。本发明专利技术获得的光伏真空窗户适合于光伏建筑一体化（ＢＩＰＶ）应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能光伏建筑构件，具体涉及。
技术介绍
太阳能光伏发电是获得有利于环境的可再生能源的重要途径之一 。由于 人们对清洁、安全、可持续并且可靠的能源需求的增加，光伏(PV)系统正在 迅速扩大它在能源和产业技术开发方面的市场。薄膜太阳能电池代表着光伏 技术的发展趋势。基于氢化硅薄膜的太阳能电池(光伏或光电器件)具有低 成本，便于大面积制造集成等优点。光伏模块能够替换一些建筑构件，这样 就可以部分抵消在建筑物墙面、屋顶和窗户上安装光伏设备的额外费用。光伏建筑一体化(BIPV)还使人们方便地使用可独立于电网的电能。氢化非晶硅(a-Si)薄膜，以及包括纳米硅的相关的具有各种光能带隙的 氬化硅薄膜合金，适合制作各种不同既定厚度的光吸收材料，已成为商业化 生产光伏模板(模块)的一个相对成熟的分支。薄膜硅光电器件原材料成本低、 覆盖面积大、效益好，尤其是它很容易和像窗口、屋顶、墙面这样的建材相 结合，不需要额外土地，适合城市和人口稠密的地区。由于其光学带隙相对 宽，非晶硅特别适合制作部分透光的BIPV产品，这种光电产品的透明度是 可以由生产过程控制的。比如，在一个具有p-i-n结构的光伏器件中，通过 调节薄膜硅i层的厚度，其光透明度可被改变。在这里i是指非掺杂的、活性的光吸收层(本征层)。这些非晶硅半导体层的作用是把光能转化成 电能(光电转换)。另外一种制成部分透明的薄膜硅BIPV ;f莫板的方法是，用 激光技术把硅薄膜和电极薄膜有选择性地从原本不透明光伏板中移除(激光 刻膜，laser scribe)，这样光可以透过被激光处理过的区域。因此，光伏板的 透明度就由不再产生光电能量的开口区域来决定。半透明或部分透明的 建筑物光伏玻璃窗或天窗，也可有选择地让光色进入内部，/A^增强了 建筑物的美学吸引力。在制作BIPV模块时，玻璃是一种流行的选择，因为玻璃是窗户的主要 材料，而且其化学性能稳定、耐用，并且和非晶硅/纳米硅光伏模板的加工程 序和应用环境兼容。BIPV必须能够长时间地经受各种气候条件的考验。因 此，玻璃制的非晶硅/纳米硅BIPV产品因其具有发电器和建筑模块的双重功 效而备受瞩目。在玻璃制非晶硅BIPV器件中，典型的结构包括一个玻璃基 板、 一个透明导电氧化物(TCO)薄膜制的前电极、多个不同类型的非晶硅 薄膜(通常是p-i-n诸层)、另一个透明导电氧化物(如氧化锌)薄膜层，通 常还有一个金属膜作为后电极来收集和传输光电流。这些膜层又和另外一层 玻璃通过密封粘合剂而组合，使所有的这些薄膜夹在两层玻璃片之间得到保 护，从而具有抵抗各种天气自然力侵扰的优良性能。这种产品寿命长，防风 雨，具有足够的机械强度。不管是哪种建筑，用窗户作外层都是最不绝缘(绝热)的。它在冬天导致 大量的热量流失，却在夏天让室内获得更多的热量。因此，出于增强能量利 用效率、减少能量流失以保护环境的目的，玻璃窗要抑制能量从一面到另一 面的传递。最近几年，低辐射玻璃窗越来越受欢迎，这种玻璃窗能够减少内 层和外层之间与辐射有关的热传递，可用于建筑物或其它封闭式结构，如汽 车等。双层玻璃窗(俗称'中空玻璃窗，)也越来越流行，这种窗户两层玻 璃之间被空气间隙或惰性气体(如氩气)隔开。双层玻璃窗可以增强结构的 R值。R值是一个建筑材料和元件的导热能力的计量单位。R值越高，材料 的抑制热量交换(热绝缘)能力越强，越能减少能量损失。低辐射玻璃窗通常 包含一个框架，该框架把一层低辐射玻璃和另外一层普通玻璃(未经镀膜的) 固定起来，两层玻璃之间有一段空气间隙。这种双层玻璃窗的R值可高达 20-25,而普通单层的玻璃窗R值约为10。当两片玻璃中的一片为太阳能电 池板(光伏模板)的时候，这种双层玻璃结构不仅因其高R值而更隔热(节 能)，同时还可以在阳光照射下发电。这种窗户的R值可接近30。原则上讲，把两层玻璃之间制成(抽成并维持)真空就可以得到R值最高 的窗户。因为真空的热传导率最低，产生的热交换最少。我们在另一项专利技术 中，将光伏玻璃窗与真空隔热两个新颖的技术结合起来，可以把玻璃窗的R 值进一步增加到45。这种光伏真空玻璃窗在图1中作了阐释，其中窗户的外 部是一个光伏模板3，最好是薄膜光伏建筑一体化模板，如基于非晶硅和/ 或纳米硅的光伏模板等。这是因为薄膜光伏模板在玻璃村底上沉积得非常均匀，远比由单个电池拼凑起来的晶体硅模板更美观自然。根据需要制作不同透光度的薄膜光伏模板的结构非常简单。光伏模板3包含 一层外玻璃板1; 多个沉积或依附在玻璃板1上的光伏电池8，该光伏电池包括半导体光电转 换层和导电电极；还有一个背部保护玻璃片11。光伏模板3是部分透明的， 如透视型，最好透光度大于5%。光伏玻璃窗本身由经改进的低辐射玻璃制 成，因为光伏器件中通常有至少两层透明导体(透明金属氧化物TCO)，并 且光伏模板被另一层玻璃11 (所谓的玻璃盖板或护板玻璃)用有机粘合密封 剂(如EVA)密封起来。这种光伏模板3本身就是一个被双层玻璃封装的光 伏元件，其估计R值大于20。这个光伏模板的内壁(保护玻璃片11)和第 二层玻璃板21之间是真空密封的，它们之间的距离最好在1-6毫米范围内。 两层玻璃之间的间隙57是真空，真空度不低于O.l mbar(0.1毫巴，大气压 的万分之一)，最好不低于O.Olmbar。真空度越高越好，但其具体数值受工 艺和成本的约束。为了使玻璃板承受住非常可观的大气压力(因为窗户内部 是真空而不是填充有大气压下的气体)，少量透明的玻璃球55 ;波分布在光伏 模板3 (内壁11 )和第二层玻璃21之间，以提供玻璃板的相互隔离和抗压 支持。结构中还用到一个真空密封口 44,这个密封口要足够严密而且结实牢 固，这样在很长一段时间内(至少几年内)不会出现严重漏气的情况。玻璃 边沿的框架33起到对玻璃窗的支撑和保护作用。这种玻璃窗的设计独特之 处在于，它是一种非常节能同时还生成能量的结构。新颖的真空隔热光伏建 筑一体化(BIPV)玻璃窗的R值可超过50，当然如果当前玻璃之间的真空 距离增大的话还能得到更高的R值。如在图l所示的结构上，再加上另外一 层玻璃，中间也是用真空隔开的，则其绝热性能会更高，其基本原理相同。 然而，这种复杂的玻璃窗的成本将会更高。建造上述图1所示的真空隔热玻璃窗面临双重挑战。首先，为了防止因 为大气压力使两层玻璃变形而相互接触的现象，玻璃之间要均匀地放置少量 隐形的小玻璃球(玻璃珠)55,以便提供支撑。这些小玻璃球(玻璃珠)必须 非常坚固，导热性低，并且是完全透明的，不影响窗户的观感。此外，最大 的障碍是，真正结实可靠的玻璃之间的真空密封口只有在先进的技术和技能 条件下通过精细地制作才可能得到。迄今为止，光伏建筑一体化还未被应用 于真空密封的双层玻璃窗，首要原因就是真空密封口的制作工艺的难度及成 本高不可逾。这个难题也极大地限制了普通(非光伏)真空玻璃窗在节能建6筑领域的应用和推广。一般说来，在玻璃表面上形成真空封口是困难的，特别是在两块玻璃的 表面。玻璃可以在火焰中被熔化，或者在火炉中由加入玻璃原料的混合物或 玻璃焊接剂而连接。但是玻璃熔化所需的高温会损坏透视型光伏窗中的光伏 模板(前玻璃板)。由于必须保护在两个玻璃片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏真空窗户，包括：　光伏模板，其包括作为其一侧的表面的第一玻璃板；　第二玻璃板，其面对该第一玻璃板，一空间形成在该第一和第二玻璃板之间；　真空封口，其连续地形成于该第一玻璃板和该第二玻璃板之间的所有边缘区域，并使两者 沿着边缘彼此连接，从而所述第一和第二玻璃板之间的空间成为密封空间，该密封空间维持真空状态，　其中，所述真空封口通过激光玻璃焊接工艺形成，该激光玻璃焊接工艺包括步骤：将激光束聚焦在该第一和第二玻璃板的压在一起的所述边缘区域，从而焊接所述 边缘区域。

【技术特征摘要】
1.一种光伏真空窗户，包括光伏模板，其包括作为其一侧的表面的第一玻璃板；第二玻璃板，其面对该第一玻璃板，一空间形成在该第一和第二玻璃板之间；真空封口，其连续地形成于该第一玻璃板和该第二玻璃板之间的所有边缘区域，并使两者沿着边缘彼此连接，从而所述第一和第二玻璃板之间的空间成为密封空间，该密封空间维持真空状态，其中，所述真空封口通过激光玻璃焊接工艺形成，该激光玻璃焊接工艺包括步骤将激光束聚焦在该第一和第二玻璃板的压在一起的所述边缘区域，从而焊接所述边缘区域。2. 如权利要求1所述的光伏真空窗户，其中，在该第一和第二玻璃板 之间在所述边缘区域设置有带颜色的玻璃原料混合物。3. 如权利要求2所述的光伏真空窗户，其中，该玻璃原料混合物中包 含金属氧化物粉末。4. 如权利要求3所述的光伏真空窗户，其中，该金属氧化物粉末选自 Ti02, Sn02, ZnO。5. 如权利要求1所述的光伏真空窗户，其中，该光伏模板包括第三玻 璃板，该光伏模板的光伏电池被封装在该第 一和第三玻璃板之间。6. 如权利要求1所述的光伏真空窗户，还包括分布于所述第一和第二 玻璃板之间的多个透明隔离物。7. 如权利要求1所述的光伏真空窗户，其中，所述密封空间中的气压 不高于1毫巴。8. 如权利要求1所述的光伏真空窗户，其中，所述激光为脉沖激光。9. 一种制造光伏真空窗户的方法，该光伏真空窗户包...

【专利技术属性】
技术研发人员：李沅民，杨与胜，
申请(专利权)人：福建钧石能源有限公司，
类型：发明
国别省市：35[中国|福建]