CN103915519B - 一种太阳能夹层玻璃及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车玻璃领域，特别是一种太阳能夹层玻璃，包括第一玻璃基板、第一粘结层、薄膜太阳能电池板、第二粘结层和第二玻璃基板，所述薄膜太阳能电池板设置在第一玻璃基板和第二玻璃基板之间，第一玻璃基板和薄膜太阳能电池板之间设置有第一粘结层，第二玻璃基板和薄膜太阳能电池板之间设置有第二粘结层，其特征在于：所述薄膜太阳能电池板包括超薄玻璃衬底、位于所述超薄玻璃衬底上的第一电极、位于所述第一电极上的光电转换层、位于所述光电转换层上的第二电极和位于所述第二电极上的栅电极。优点在于：一体化结构外形美观，弯曲性好不易破损，可见光透过率高。本发明同时还提供一种生产工艺简单、成本低廉的太阳能夹层玻璃的制造方法。
Description
技术领域：
本发明涉及汽车玻璃领域，特别是一种太阳能夹层玻璃及其制造方法。
背景技术：
节能减排低碳环保已成为全球共识，随着汽车数量的急剧增加，汽车在能源消耗中所占的比重越来越大。为此，国家推出一系列政策，要求汽车在设计、制造和使用环节必须考虑以上问题，特别是在产品的设计研发上。资料显示，随着人们对汽车消费更安全更舒适更娱乐的高要求，汽车的油耗中只有15%是真正用来驱动车轮前进的，发动机中有15～22%的能量用于发电机。车用太阳能(天窗)玻璃是顺应节能减排、低碳环保社会发展趋势的一种新产品。
相对于发达国家，中国的太阳能光伏产业发展起步较晚，技术相对落后，总体产业化程度不高。虽然单晶硅、多晶硅为主的晶体硅太阳能电池在光伏产业领域占有统治地位，但是晶体硅电池的效率上升和成本下降的空间已经很小，从长远看，光伏电池将更趋向于使用低成本的薄膜太阳能电池。CIGS(铜铟镓硒)太阳能电池在薄膜电池中具有最高的光电转化效率，且在使用过程中性能稳定、不衰减，是未来的发展方向。柔性CIGS薄膜太阳能电池是以金属箔或布为衬底的CIGS太阳能电池，其具有很多优势：转化效率高、制作成本低、稳定性好、弱光性好等。
中国专利CN201010291294公开了一种太阳能汽车天窗玻璃的结构，在两层烘弯的玻璃中间排布太阳能电池板，玻璃和太阳能电池板间用PVB粘结而成，太阳能电池板包括晶体硅、CIGS薄膜电池等，各个电池片之间用导线或镀膜电极串并联并最终引出两根导线与外面用电设备连接。该太阳能天窗玻璃的生产工艺极其复杂，步骤繁多，成品率很低且影响组件的效率，譬如既要防止硅片排列不整齐引起的外观不良，又要防止由于PVB在加工过程中的流动所引起的晶硅片移位等。同时由于汽车玻璃的尺寸是固定的，因此还会造成边缘一定区域无法排布太阳能电池板(因太阳能电池板的尺寸也是固定的)，最致命的问题是晶硅太阳能电池板的不透明性使得天窗失去了玻璃透明的本性。
CIGS薄膜虽然可以做成柔性薄膜电池太阳能电池板排布夹层，但由于薄膜太阳能电池的衬底一般是超薄的不锈钢或不透明的布使得天窗也不透明。另外，现有的薄膜太阳能电池板制造设备和工艺绝大多数都是建立在平面衬底上的，如平板浮法玻璃等，这使得直接制造具有一定弯曲弧度的薄膜太阳能电池存在很大的困难。如果要通过在弯曲衬底上进行均匀镀膜来加工制造薄膜太阳能电池板，则需要对镀膜设备和工艺做较大的改动，这不仅会使成本大幅度提高，而且由于不同弯曲结构面具有不同的形状和弯曲程度，导致所述设备和工艺对不同弯曲幅度的天窗玻璃的适应程度也有很大的局限性。
中国专利CN201310164794还公开了一种太阳能汽车天窗玻璃的结构，在一张大的超薄玻璃上镀上薄膜电池，然后把超薄玻璃直接粘在汽车天窗玻璃的上表面或下表面。由于汽车天窗玻璃是双曲带变曲的一个复杂的表面，把超薄玻璃基板的薄膜太阳能电池板直接贴在天窗上，与天窗吻合度很差，当面积大时会导致超薄玻璃的相对面积变大，在超薄玻璃和天窗玻璃之间会出现气泡，若填充气泡则影响外观，若强行挤压气泡又容易导致太阳能电池板破裂。同时，将薄膜太阳能电池板直接贴在天窗的外表面，超薄玻璃缺乏保护很容易受外力冲击而破坏。此外，如果使用层压工艺将薄膜太阳能电池板和天窗结合在一起，必须先将薄玻璃钢化后才能实施。
综上所述，排布太阳能电池板的方式所得到的太阳能天窗玻璃在层压过程中容易出现太阳能电池板流动错位问题；而如果把以大面积的超薄玻璃基板为衬底的薄膜太阳能电池板直接贴在天窗表面上，又容易导致太阳能电池板破裂。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是针对上述技术问题，提供一种具有一体化结构和良好可见光透过率的太阳能夹层玻璃，同时还提供一种生产工艺简单、成本低廉的太阳能夹层玻璃的制造方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种太阳能夹层玻璃，包括第一玻璃基板、第一粘结层、薄膜太阳能电池板、第二粘结层和第二玻璃基板，所述薄膜太阳能电池板设置在所述第一玻璃基板和第二玻璃基板之间，所述第一玻璃基板和薄膜太阳能电池板之间设置有第一粘结层，所述第二玻璃基板和薄膜太阳能电池板之间设置有第二粘结层，其特征在于：所述薄膜太阳能电池板包括超薄玻璃衬底、位于所述超薄玻璃衬底上的第一电极32、位于所述第一电极32上的光电转换层、位于所述光电转换层上的第二电极和位于所述第二电极上的栅电极。
进一步地，所述超薄玻璃衬底的厚度为0.55mm以下，在所述第一玻璃基板、第二玻璃基板和超薄玻璃衬底结合在一起之前，所述超薄玻璃衬底在自身重力作用下贴合在所述第一玻璃基板或第二玻璃基板上待设置薄膜太阳能电池板的区域时，所述超薄玻璃衬底与待设置薄膜太阳能电池板的区域的吻合度均为10mm以下。
进一步地，所述超薄玻璃衬底的尺寸大小为400mm*600mm～900mm*1000mm。
进一步地，所述第一玻璃基板和第二玻璃基板为沿着第一方向和第二方向弯曲的双曲玻璃，所述第一玻璃基板和第二玻璃基板上待设置薄膜太阳能电池板的区域的第一方向的曲率半径大于等于4757.1mm，所述第一玻璃基板和第二玻璃基板上待设置薄膜太阳能电池板的区域的第二方向的曲率半径大于等于8333.2mm。
进一步地，所述光电转换层包括非晶硅、微晶硅、多晶硅和单晶硅薄膜中的至少一种，所述非晶硅、微晶硅、多晶硅和单晶硅薄膜形成包含一个p-n结或p-i-n结的单结结构，或形成包含多个p-n结及多个p-i-n结的多结结构。
进一步地，所述光电转换层包括碲化镉薄膜、铜铟镓硒薄膜和有机半导体薄膜中的至少一种。
进一步地，所述第一粘结层和第二粘结层为PVB或EVA。
本发明还提供一种以上任一所述的太阳能夹层玻璃的制造方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
S1：提供成型的第一玻璃基板和第二玻璃基板；
S2：根据第一玻璃基板和第二玻璃基板之间待设置薄膜太阳能电池板的区域的尺寸大小，对超薄玻璃衬底进行裁切，使得所述超薄玻璃衬底的尺寸大小与所述待设置薄膜太阳能电池板的区域的尺寸大小一致，所述超薄玻璃衬底在自身重力作用下与所述待设置薄膜太阳能电池板的区域贴合的吻合度为10mm以下，所述超薄玻璃衬底的厚度为0.55mm以下；
S3：在超薄玻璃衬底上依次设置第一电极、光电转换层、第二电极和栅电极，以形成薄膜太阳能电池板；
S4：使用第一粘结层和第二粘结层将所述第一玻璃基板、第二玻璃基板和薄膜太阳能电池板结合在一起，即得太阳能夹层玻璃，其结构依次包括第一玻璃基板、第一粘结层、薄膜太阳能电池板、第二粘结层和第二玻璃基板。
进一步地，所述步骤S4是使用层压工艺将所述第一玻璃基板、第二玻璃基板和薄膜太阳能电池板结合在一起。
进一步地，所述层压工艺包括如下步骤：1)将第一粘结层平放在所述第一玻璃基板上，所述第一粘结层与所述第一玻璃基板之间无皱褶；2)将薄膜太阳能电池板平放在所述第一粘结层上，所述薄膜太阳能电池板的弯曲高度小于等于15mm；3)将第二粘结层平放在所述薄膜太阳能电池板上，所述第二粘结层与所述薄膜太阳能电池板之间无皱褶；4)将所述第二玻璃基板平放在所述第二粘结层上，并保持3～5分钟；5)沿着第一玻璃基板和第二玻璃基板的外边缘套圈抽真空进行初压；6)初压完成后，放入高压釜进行高压，即得太阳能夹层玻璃。
本发明由于采取了上述技术方案，其具有如下有益效果：
1)将薄膜太阳能电池板设置在两片玻璃基板之间，可以避免薄膜太阳能电池板受到外力冲击而破损，也无需对超薄玻璃衬底进行钢化，减少生产成本；
2)采用超薄玻璃衬底，其弯曲性好，可用于制造各种弯曲弧度的太阳能夹层玻璃；
3)采用超薄玻璃衬底，提高了薄膜太阳能电池板的透光性，进而使得太阳能夹层玻璃具有良好的可见光透过率；
4)相对于传统的排布多块电池板的方式，本发明在层压过程中不容易出现电池板流动错位问题，工艺简单，薄膜太阳能电池板与夹层玻璃紧密结合形成一体化结构，外形更为美观。
附图说明：
图1为本发明所述的太阳能夹层玻璃的结构示意图；
图2为图1中的薄膜太阳能电池板的结构示意图；
附图中标号说明：1为第一玻璃基板，2为第一粘结层，3为薄膜太阳能电池板，4为第二粘结层，5为第二玻璃基板，31为超薄玻璃衬底，32为第一电极，33为光电转换层，34为第二电极，35为栅电极。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明的内容作进一步说明。
如图1和图2所示，本发明所述的一种太阳能夹层玻璃，包括第一玻璃基板1、第一粘结层2、薄膜太阳能电池板3、第二粘结层4和第二玻璃基板5，所述薄膜太阳能电池板3设置在所述第一玻璃基板1和第二玻璃基板5之间，所述第一玻璃基板1和薄膜太阳能电池板3之间设置有第一粘结层2，所述第二玻璃基板5和薄膜太阳能电池板3之间设置有第二粘结层4，其特征在于：所述薄膜太阳能电池板3包括超薄玻璃衬底31、位于超薄玻璃衬底31上的第一电极32、位于所述第一电极32上的光电转换层33、位于所述光电转换层33上的第二电极34和位于所述第二电极34上的栅电极35。根据实际需要，所述薄膜太阳能电池板3可以选用透明、不透明或部分透明的材料，所述薄膜太阳能电池板3可以只含有一块超薄玻璃衬底31，也可以由多块超薄玻璃衬底31拼接而成，所述拼接的超薄玻璃衬底31的数量优选为两个，如果拼接的数量过多，会造成工艺复杂容易移动错位。所述第一粘结层2和第二粘结层4优选为PVB或EVA。
进一步地，所述超薄玻璃衬底31的厚度为0.55mm以下，在所述第一玻璃基板1、第二玻璃基板5和超薄玻璃衬底31结合在一起之前，所述超薄玻璃衬底31在自身重力作用下贴合在所述第一玻璃基板1或第二玻璃基板5上待设置薄膜太阳能电池板3的区域时，所述超薄玻璃衬底31与待设置薄膜太阳能电池板3的区域的吻合度均为10mm以下。即吻合度指的是还未夹层的超薄玻璃衬底31在自然状态下贴合在第一玻璃基板1或第二玻璃基板5上的吻合度。玻璃基板表面上各个位置的曲率半径是不断变化的，因此无法将薄膜太阳能电池板完全贴合在玻璃基板表面上，只要满足上述的吻合度要求和超薄玻璃衬底的厚度要求，可以通过在薄膜太阳能电池板和玻璃基板之间设置一定厚度的PVB薄膜，来“吸收”薄膜太阳能电池板和玻璃基板之间的间隙，使得薄膜太阳能电池板在贴合过程中不至于破裂。
优选地，所述超薄玻璃衬底31的尺寸大小为400mm*600mm～900mm*1000mm。超薄玻璃衬底31的尺寸大小根据所述第一玻璃基板1或第二玻璃基板5上待设置薄膜太阳能电池板3的区域的大小选定。选择合适的超薄玻璃衬底31的尺寸，可以在待设置薄膜太阳能电池板3的区域布置一块或两块薄膜太阳能电池板3。
进一步地，所述第一玻璃基板1和第二玻璃基板5为沿着第一方向和第二方向弯曲的双曲玻璃，所述第一玻璃基板1和第二玻璃基板5上待设置薄膜太阳能电池板3的区域的第一方向的曲率半径大于等于4757.1mm，所述第一玻璃基板1和第二玻璃基板5上待设置薄膜太阳能电池板3的区域的第二方向的曲率半径大于等于8333.2mm。对于双曲玻璃，玻璃基板的曲率半径越小，即玻璃基板的弧度越大，薄膜太阳能电池板就越难贴合在玻璃基板的表面上。
所述光电转换层33包括非晶硅、微晶硅、多晶硅和单晶硅薄膜中的至少一种，所述非晶硅、微晶硅、多晶硅和单晶硅薄膜形成包含一个p-n结或p-i-n结的单结结构，或形成包含多个p-n结及多个p-i-n结的多结结构。所述光电转换层33优选为碲化镉薄膜、铜铟镓硒薄膜和有机半导体薄膜中的至少一种。
本发明还提供一种以上所述的太阳能夹层玻璃的制造方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
S1：提供成型的第一玻璃基板1和第二玻璃基板5；
S2：根据第一玻璃基板1和第二玻璃基板5之间待设置薄膜太阳能电池板3的区域的尺寸大小，对超薄玻璃衬底31进行裁切，使得所述超薄玻璃衬底31的尺寸大小与所述待设置薄膜太阳能电池板3的区域的尺寸大小一致，所述超薄玻璃衬底31在自身重力作用下与所述待设置薄膜太阳能电池板3的区域贴合的吻合度为10mm以下，所述超薄玻璃衬底31的厚度为0.55mm以下；
应当理解的是，所述超薄玻璃衬底31可以为单块，也可以为拼接在一起的两块或多块；
S3：在超薄玻璃衬底31上依次设置第一电极32、光电转换层33、第二电极34和栅电极35，以形成薄膜太阳能电池板3；
S4：使用第一粘结层2和第二粘结层4将所述第一玻璃基板1、第二玻璃基板5和薄膜太阳能电池板3结合在一起，即得太阳能夹层玻璃，其结构依次包括第一玻璃基板1、第一粘结层2、薄膜太阳能电池板3、第二粘结层4和第二玻璃基板5。
所述步骤S4是使用层压工艺将所述第一玻璃基板1、第二玻璃基板5和薄膜太阳能电池板3结合在一起。所述层压工艺包括如下步骤：1)将第一粘结层2平放在所述第一玻璃基板1上，所述第一粘结层2与所述第一玻璃基板1之间无皱褶；2)将薄膜太阳能电池板3平放在所述第一粘结层2上，所述薄膜太阳能电池板3的弯曲高度小于等于15mm；弯曲高度是指薄膜太阳能电池板3平放在所述第一粘结层2上时，薄膜太阳能电池板3与第一粘结层2的最大距离；3)将第二粘结层4平放在所述薄膜太阳能电池板3上，所述第二粘结层4与所述薄膜太阳能电池板3之间无皱褶；4)将所述第二玻璃基板5平放在所述第二粘结层4上，并保持3～5分钟；目的是为了缓冲超薄玻璃衬底的应力，避免夹层后破损；5)沿着第一玻璃基板1和第二玻璃基板5的外边缘套圈抽真空进行初压；6)初压完成后，放入高压釜进行高压，即得太阳能夹层玻璃。
以下结合具体的实施例对本发明进行更为详细的阐述。
首先提供烘弯成型的2.1mm厚的第一玻璃基板1和第二玻璃基板5，根据第一玻璃基板1和第二玻璃基板5之间待设置薄膜太阳能电池板3的区域的尺寸大小，对超薄玻璃衬底31进行裁切，使得所述超薄玻璃衬底31的尺寸大小与所述待设置薄膜太阳能电池板3的区域的尺寸大小一致。在超薄玻璃衬底31上依次设置第一电极32、光电转换层33、第二电极34和栅电极35，以形成薄膜太阳能电池板3。使用第一粘结层2和第二粘结层4将所述第一玻璃基板1、第二玻璃基板5和薄膜太阳能电池板3结合在一起，所述第一粘结层2和第二粘结层4均为0.76mm厚的PVB，最终制得太阳能夹层玻璃，其结构示意图如图1所示。以上的工艺过程均采用现有的平面太阳能制造工艺和夹层工艺，而无需开发新的工艺，节约了生产成本。
实施例1～24的玻璃基板和超薄玻璃衬底的夹层后破损情况如下表1所示。表中第一方向曲率半径和第二方向曲率半径指的是第一玻璃基板1或第二玻璃基板5上待设置薄膜太阳能电池板3的区域的曲率半径的数值范围，吻合度指的是还未夹层的超薄玻璃衬底31在自然状态下贴合在第一玻璃基板1或第二玻璃基板5上的吻合度。
表1：实施例1～24的玻璃基板和超薄玻璃衬底的夹层结果
从上表1可以得出，当超薄玻璃衬底的厚度为0.55mm以下且吻合度为10mm以下时，所述第一玻璃基板1、第二玻璃基板5和薄膜太阳能电池板3在夹层过程中不会破损，能够很好地结合在一起。
以上内容对本发明所述的一种夹层天窗玻璃及其制造方法进行了具体描述，但是本发明不受以上描述的具体实施方式内容的局限，所以凡依据本发明的技术要点进行的任何改进、等同修改和替换等，均属于本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种太阳能夹层玻璃，包括第一玻璃基板、第一粘结层、薄膜太阳能电池板、第二粘结层和第二玻璃基板，所述薄膜太阳能电池板设置在所述第一玻璃基板和第二玻璃基板之间，所述第一玻璃基板和薄膜太阳能电池板之间设置有第一粘结层，所述第二玻璃基板和薄膜太阳能电池板之间设置有第二粘结层，其特征在于：所述薄膜太阳能电池板包括超薄玻璃衬底、位于所述超薄玻璃衬底上的第一电极、位于所述第一电极上的光电转换层、位于所述光电转换层上的第二电极和位于所述第二电极上的栅电极；所述超薄玻璃衬底的厚度为0.55mm以下，在所述第一玻璃基板、第二玻璃基板和超薄玻璃衬底结合在一起之前，所述超薄玻璃衬底在自身重力作用下贴合在所述第一玻璃基板或第二玻璃基板上待设置薄膜太阳能电池板的区域时，所述超薄玻璃衬底与待设置薄膜太阳能电池板的区域的吻合度均为10mm以下；所述超薄玻璃衬底的尺寸大小为400mm*600mm～900mm*1000mm；所述第一玻璃基板和第二玻璃基板为沿着第一方向和第二方向弯曲的双曲玻璃，所述第一玻璃基板和第二玻璃基板上待设置薄膜太阳能电池板的区域的第一方向的曲率半径大于等于4757.1mm，所述第一玻璃基板和第二玻璃基板上待设置薄膜太阳能电池板的区域的第二方向的曲率半径大于等于8333.2mm。
2.根据权利要求1所述的太阳能夹层玻璃，其特征在于：所述光电转换层包括非晶硅、微晶硅、多晶硅和单晶硅薄膜中的至少一种，所述非晶硅、微晶硅、多晶硅和单晶硅薄膜形成包含一个p-n结或p-i-n结的单结结构，或形成包含多个p-n结及多个p-i-n结的多结结构。
3.根据权利要求1所述的太阳能夹层玻璃，其特征在于：所述光电转换层包括碲化镉薄膜、铜铟镓硒薄膜和有机半导体薄膜中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的太阳能夹层玻璃，其特征在于：所述第一粘结层和第二粘结层为PVB或EVA。
5.一种权利要求1～4任一所述的太阳能夹层玻璃的制造方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
S1：提供成型的第一玻璃基板和第二玻璃基板；
S2：根据第一玻璃基板和第二玻璃基板之间待设置薄膜太阳能电池板的区域的尺寸大小，对超薄玻璃衬底进行裁切，使得所述超薄玻璃衬底的尺寸大小与所述待设置薄膜太阳能电池板的区域的尺寸大小一致，所述超薄玻璃衬底在自身重力作用下与所述待设置薄膜太阳能电池板的区域贴合的吻合度为10mm以下，所述超薄玻璃衬底的厚度为0.55mm以下；
S3：在超薄玻璃衬底上依次设置第一电极、光电转换层、第二电极和栅电极，以形成薄膜太阳能电池板；
S4：使用第一粘结层和第二粘结层将所述第一玻璃基板、第二玻璃基板和薄膜太阳能电池板结合在一起，即得太阳能夹层玻璃，其结构依次包括第一玻璃基板、第一粘结层、薄膜太阳能电池板、第二粘结层和第二玻璃基板。
6.根据权利要求5所述的太阳能夹层玻璃的制造方法，其特征在于：所述步骤S4是使用层压工艺将所述第一玻璃基板、第二玻璃基板和薄膜太阳能电池板结合在一起。
7.根据权利要求6所述的太阳能夹层玻璃的制造方法，其特征在于：所述层压工艺包括如下步骤：1)将第一粘结层平放在所述第一玻璃基板上，所述第一粘结层与所述第一玻璃基板之间无皱褶；2)将薄膜太阳能电池板平放在所述第一粘结层上，所述薄膜太阳能电池板的弯曲高度小于等于15mm；3)将第二粘结层平放在所述薄膜太阳能电池板上，所述第二粘结层与所述薄膜太阳能电池板之间无皱褶；4)将所述第二玻璃基板平放在所述第二粘结层上，并保持3～5分钟；5)沿着第一玻璃基板和第二玻璃基板的外边缘套圈抽真空进行初压；6)初压完成后，放入高压釜进行高压，即得太阳能夹层玻璃。
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