一种BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系及其制备方法和应用，包括如下步骤：通过反应磁控溅射的方法在玻璃基底表面制备低折射率膜层和高折射率膜层；通过椭偏测量技术分别测量低折射率和高折射率膜层在300

【技术实现步骤摘要】
一种BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光伏发电和彩色化镀膜领域，具体而言，涉及一种BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着经济的快速发展，对能源的需求越来越强。由于传统化石燃料(煤、石油和天然气)在使用过程中排出大量的有毒有害物质，会对水、土壤和大气造成严重污染，形成温室效应和酸雨，严重危害到人类的生存环境和身体健康，因此可再生的清洁能源得受了越来越多的关注。太阳能因其取之不尽用之不竭、清洁无污染等特点成为了重点发展的方向。太阳能电池可以把太阳能转化为电能，可以用于光伏建筑一体化(BIPV)产品。光伏建筑一体化将建筑、生态和科学技术融为一体，既满足建筑功能的需求又实现太阳能的利用。由于太阳能电池芯片颜色单一，导致光伏组件的颜色也是单一的。采用丝网印刷、UV打印等方式在前板玻璃上制备彩色化涂层可实现较为丰富的色彩，然而利用以上两种技术制备的彩色化涂层由于材料具有吸光特性，因此会导致前板玻璃的透光率下降明显，会显著影响光伏组件的发电效率。
[0003]采用真空镀膜的方式可制备特殊色彩的前板玻璃，介质膜系本身不吸光，且可反射10％
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15％的特定波段的光线，从而显示特定色彩，透光率高；然而由于玻璃表面特定角度的反射，该方式容易造成眩光等问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系及其制备方法和应用，结合椭偏测量、光学膜系设计和磁控溅射镀膜技术设计与制备具有高透光率的彩色化镀膜玻璃，应用此类彩色化玻璃的BIPV组件具有色彩可定制和发电量高的特点。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系的制备方法：
[0006]1)通过反应磁控溅射的方法在玻璃基底表面制备低折射率膜层；通过反应磁控溅射的方法在获得的低折射率膜层表面制备高折射率膜层；
[0007]2)通过光学椭偏测量方法分别测量低折射率膜层和高折射率膜层在300
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2500nm波段的光学参数Ψ和Δ，通过建立柯西光学模型拟合获得步骤1)的低折射率膜层及高折射率膜层在300
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2500nm波段的折射率和消光系数；
[0008]3)将步骤2)获得的折射率和消光系数，采用光学干涉和反射原理，建立多层膜系光学矩阵，获得具有太阳光波段透过率高的光学膜系模型，从所述模型可获得包括膜层的层数、厚度及材料的介质膜系的理论参数，使得所述介质膜系具有理论色彩；
[0009]4)将步骤1)处理后的玻璃未镀膜的另一面进行粗糙化处理，将步骤1)处理后的玻璃镀膜的表面进行清洁处理；
[0010]5)根据步骤3)获得的介质膜系的理论参数，通过反应磁控溅射在经步骤4)处理后的玻璃镀膜表面制备各膜层，以获得具备高折射率和低折射率介质层相互叠加的膜层结构。
[0011]根据本专利技术的方法，步骤1)中，所述玻璃基体为前板玻璃，如超白玻璃或其它有机玻璃材质。
[0012]根据本专利技术的方法，步骤1)中，所述低折射率膜层包括SiO2膜层，在具体实施方案中，采用Si靶(纯度99.9％)，在真空腔室内通入Ar和O2混合气体，溅射功率为4000W，通过反应磁控溅射的方式在玻璃基底上制备厚度为100
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200nm低折射率SiO2膜层。
[0013]根据本专利技术的方法，步骤1)中，所述高折射率膜层包括Si3N4或具有高折射率的金属氧化物膜层，例如TiO2、Nb2O5、ZnO、ZrO等高折射率膜层；在具体实施方案中，采用SiAl靶(或Ti、Nb、Zn、Zr等金属靶)，在真空腔室内通入Ar和N2(采用金属靶材时通入O2)混合气体，溅射功率4000
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5000W，通过反应磁控溅射的方式在玻璃基底上制备厚度100
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200nm的高折射率Si3N4或具有高折射率的金属氧化物的膜层。
[0014]根据本专利技术的方法，步骤2)中，柯西光学模型为基于光波在材料中不吸收的一种光学模型。
[0015]根据本专利技术的方法，步骤3)中，所述光学膜系模型的太阳光波段透过率高于70％。
[0016]根据本专利技术的方法，步骤4)中，所述粗糙化处理可采用化学腐蚀或喷砂的方式，得到在玻璃表面产生的0.5
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10μm的高低起伏的粗糙层，以增加光的散射，从而消除眩光。优选地，具有这种粗糙表面的玻璃较普通超白玻璃表面粗糙度高100
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1000倍。
[0017]根据本专利技术的方法，步骤4)中，所述清洁处理包括：对玻璃镀膜的表面采用去离子水及毛刷对表面进行清洗，清除表面油污等杂质，获得洁净的表面。
[0018]根据本专利技术的方法，步骤4)中，还包括在粗糙化处理的玻璃表面采用减反射镀膜液的方式设置减反射层，优选厚度为100
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200nm。在具体的实施方案中，可将悬浮有氧化硅的溶液旋涂至粗糙玻璃表面，干燥后会在粗糙玻璃表面生成一层厚度为1/4光学波长且均匀的氧化硅减反射层，具有明显的减反效果。本专利技术中为了消除眩光，采用了玻璃表面的上述粗糙化处理，但真空蒸镀薄膜生长过程中会按一定方向进行生长，因此在粗糙表面若采用真空镀膜方式制备的减反射层会存在厚度不均匀问题。
[0019]根据本专利技术的方法，步骤5)中，反应磁控溅射的工艺参数与步骤1)中相同。
[0020]本专利技术另一方面提供了由上述方法制备的彩色镀膜前板玻璃，包括玻璃基体，以及在玻璃基体表面设置的高折射率膜层和低折射率膜层相互叠加的介质膜系结构；所述玻璃基体未镀膜的另一面设置有粗糙层。
[0021]根据本专利技术的组件，优选地，还包括在玻璃粗糙层的表面设置的减反射层。
[0022]本专利技术另一方面还提供了由上述方法制备的彩色镀膜前板玻璃的应用，将其用于制备BIPV彩色化光伏组件。
[0023]本专利技术提供的技术方案具有如下有益效果：
[0024]本专利技术通过椭偏测量技术分别测量低折射率和高折射率膜层在300
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2500nm波段的光学参数Ψ和Δ，建立柯西光学模型拟合获得玻璃基底上单层薄膜的在300
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2500nm波段的折射率，进而依据光学干涉和反射原理获得光学矩阵模型，通过磁控溅射逐层制备与理论模型相同膜层及厚度的介质膜系，使其具备高折射率和低折射率介质层相互叠加的实际
膜层结构；本专利技术制备的多层膜系具有与理论模型相近的反射率和透过率，在具有较高透过率的前提下，人眼可感知特定色彩，采用此方法具有可制备定制化色彩的彩色镀膜前板玻璃，且发电量高。
[0025]因此，本专利技术将椭偏测量、光学膜系设计和磁控溅射镀膜技术三者结合，获得了一种能够快速准确开发特定色彩光伏彩色化前板玻璃的思路。采用本专利技术方法可以将理论模型与实际膜层相结合，能够快速进行反射和透射的预测，本专利技术较以往技术可以通过理论模拟进行膜层颜色的调整，节省本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)通过反应磁控溅射的方法在玻璃基底表面制备低折射率膜层；通过反应磁控溅射的方法在获得的低折射率膜层表面制备高折射率膜层；2)通过光学椭偏测量方法分别测量低折射率膜层和高折射率膜层在300
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2500nm波段的光学参数Ψ和Δ，通过建立柯西光学模型拟合获得步骤1)的低折射率膜层及高折射率膜层在300
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2500nm波段的折射率及消光系数；3)将步骤2)获得的折射率及消光系数，采用光学干涉和反射原理，建立多层膜系光学矩阵，获得具有在太阳光波段透过率高的光学膜系模型，从所述模型可获得包括膜层的层数、厚度及材料的介质膜系的理论参数，使得所述介质膜系具有理论色彩；4)将步骤1)处理后的玻璃未镀膜的另一面进行粗糙化处理，将步骤1)处理后的玻璃镀膜的表面进行清洁处理；5)根据步骤3)获得的介质膜系的理论参数，通过反应磁控溅射在经步骤4)处理后的玻璃镀膜表面制备各膜层，以获得具备高折射率和低折射率介质层相互叠加的膜层结构。2.根据权利要求1所述的用于BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述玻璃基体为前板玻璃，所述低折射率膜层包括SiO2膜层，厚度为100
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200nm；所述高折射率膜层包括Si3N4或具有高折射率的金属氧化物膜层，厚度100
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200nm。3.根据权利要求1或2所述的用于BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述光学膜系模型的太阳光波段透过率高于70％。4.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：宋斌斌，方振雷，李威，陶海全，吴旭东，张燎原，王歧山，
申请(专利权)人：北京金茂绿建科技有限公司，
类型：发明
国别省市：