CN110537140A - 窗户集成的透明光伏模块 - Google Patents

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Abstract

一种发电窗户，包括第一玻璃板、第二玻璃板和形成在第一玻璃板的内表面或第二玻璃板的内表面上的光伏器件。光伏器件包括第一透明电极层、第二透明电极层，以及一个或多个活性层，该一个或多个活性层被构造为传输可见光并吸收紫外或近红外光。在一些实施例中，发电窗户还包括间隔件，该间隔件构造为将第一玻璃板和第二玻璃板通过腔体隔开。在一些实施例中，发电窗户还包括一个或多个功能层，例如用于反射红外光的电致变色层或低辐射率层。

Description

窗户集成的透明光伏模块
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年1月10日提交的题为“WINDOW-INTEGRATED TRANSPARENTPHOTOVOLTAIC”的第62/444577号美国临时专利申请的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文，以用于所有目的。
技术领域
本发明一般涉及光伏模块和器件领域，更具体地说，涉及窗户集成的透明光伏模块。
背景技术
建筑集成光伏(Photovoltaic，PV)技术已经应用于将照射到建筑上的太阳能转换成可以在建筑中使用或存储的或者可以被反馈到电网的电能。然而，由于例如与将传统PV电池安装在诸如建筑窗户之类的位置上相关的成本、不透明性和美学问题，这些技术尚未被广泛使用。
发明内容
本文公开的技术涉及光伏模块，例如窗户集成的光伏模块。窗户集成的光伏模块可包括可见透明的PV层，该可见透明的PV层可以将可见光带外的光转换成电能。例如，一个或多个可见透明的PV层可以集成到中空玻璃单元(Insulated Glazing Units，IGU)中，该中空玻璃单元可包括由间隙隔开的两个或更多个窗户板(也称为面板或片)以减少热传递。可见透明的PV层可以将红外(Infrared，IR)和/或紫外(Ultraviolet，UV)光转换成电能，因此可以产生电能，同时通过IR光进一步减少建筑加热，同时例如，为了照明目的，允许可见光通过。在一些实施例中，其他功能层也可以集成到PV层或IGU中，以向IGU添加额外的功能和/或进一步改善IGU的整体性能。
根据一些实施例，发电窗户可包括第一玻璃板、第二玻璃板和形成在第一玻璃板的内表面或第二玻璃板的内表面上的光伏器件。光伏器件可以包括第一透明电极层，第二透明电极层，以及一个或多个活性层，其被构造为传输可见光并吸收紫外或近红外光以将紫外或近红外光转换成电。在一些实施例中，光伏器件可以被构造为既用作光伏器件又用作用于反射红外光的低辐射率(Low Emissivity，low-E)层。在一些实施方式中，光伏器件可层压在第一玻璃板和第二玻璃板之间。在一些实施例中，发电窗户还可以包括电耦合到光伏器件的功能器件。在一些实施例中，功能器件可包括电致变色器件。
在一些实施例中，发电窗户还可包括与第一透明电极层接触的第一汇流条，与第二透明电极层接触的第二汇流条，以及通过腔体将第一玻璃板和第二玻璃板隔开的间隔件。间隔件可以形成在光伏器件的周界外，但是在第一玻璃板或第二玻璃板的周界内的闭环。第一汇流条和第二汇流条可以在由间隔件形成的周界内或在间隔件下方，第一汇流条和第二汇流条中的每一个沿着光伏器件的边缘延伸。在一些实施例中，发电窗户还可以包括在光伏器件上和由间隔件形成的周界内的封装层。在一些实施方式中，封装层可包括一个或多个薄膜封装层。在一些实施方式中，封装层可包括用于反射红外光的低辐射率层。在一些实施方式中，封装层可包括玻璃板或层压阻挡层。在一些实施方式中，发电窗户还可以包括两根导线，每根导线电连接到第一汇流条或第二汇流条并且通过间隔件中的气密密封件穿过间隔件。
根据一些实施例，电致变色窗户可包括第一玻璃板、形成在第一玻璃板的内表面上的光伏器件、阻挡层、第二玻璃板和电致变色层。光伏器件可以包括第一透明电极层、第二透明电极层，以及一个或多个活性层，该一个或多个活性层被构造为吸收紫外或近红外光，并且传输可见光。电致变色层可以位于阻挡层和第二玻璃板之间，并且可以电耦合到第一透明电极层和第二透明电极层。
根据一些实施例，一种用于制造发电窗户的方法可以包括在第一玻璃板的上表面上形成光伏器件，以及将第二玻璃板附接到光伏器件的顶部上，其中第二玻璃板与光伏器件隔开一段距离。光伏器件可包括第一透明电极层、第二透明电极层、一个或多个活性层，该活性层被构造为吸收紫外或近红外光，并且传输可见光，以及第二透明电极层。
在一些实施例中，制造发电窗的方法还可包括形成与第一透明电极层接触的第一汇流条，形成与第二透明电极层接触的第二汇流条，以及在光伏器件上沉积封装层。在一些实施例中，将第二玻璃板附接在光伏器件的顶部上可包括将间隔件附接在封装层上，以及将第二玻璃板附接在间隔件上。间隔件可以形成在光伏器件的周界外，但是在第一玻璃板或第二玻璃板的周界内的闭环。第一汇流条和第二汇流条可以在由间隔件形成的周界内或在间隔件下方，第一汇流条和第二汇流条中的每一个沿着光伏器件的边缘延伸。在一些实施例中，在光伏器件上沉积封装层可包括沉积一个或多个薄膜层。在一些实施例中，该方法可进一步包括在将第二玻璃板附接到光伏器件的顶部上之前，在第二玻璃板的底表面上或光伏器件上方形成用于反射红外线的低辐射率层。在一些实施例中，该方法可以进一步包括在第二玻璃板上或在光伏器件上方形成电致变色层，并将电致变色层电耦合到光伏器件。
通过本发明实现了相对于传统技术的许多益处。例如，本发明的实施例可用于热隔离和太阳能收集，而不影响可见光对建筑内部的照射。通过将进入IGU的IR光(主要热源)转换成电能，PV层可以有助于改善IGU的整体热性能，例如热辐射率和太阳热增益系数，从而减少建筑的加热和/或冷却成本。因为PV层对可见光基本上是透明的，所以来自光源(例如，太阳)的可见光可以通过IGU进入建筑，而没有用于照明目的的损失。在各种实施例中，PV层还可以根据不同构造与其他功能层(例如，电致变色层)集成到IGU中，并且可以为这些功能层提供电能。因此，可以保持或改进现有窗户和/或玻璃幕墙的美感，以使建筑的采用更加自由。结合下文和附图更详细地描述了本发明的这些和其他实施例及其许多优点和特征。
附图说明
图1A为示例中空玻璃单元(Insulated Glazing Unit，IGU)的俯视图；
图1B为示例IGU的剖视图；
图2，其中：图2A示出了根据特定实施例的示例透明光伏(Photovoltaic，PV)模块；图2B示出了根据特定实施例的透明PV模块集成到IGU中；图2C示出了根据特定实施例的透明PV模块集成到建筑的窗户中；
图3A显示了AM1.5全球太阳光谱和人眼的明视反应；
图3B显示了根据特定实施例的透明激子太阳能电池(Excitonic Solar Cell)的单结电能转换效率随电池能带隙的变化；
图3C显示了根据特定实施例的太阳能电池的电能转换效率随太阳能电池中的透明结的数量的变化；
图3D显示了CIE颜色空间色度图；
图4A-4D示出了根据特定实施例的双板IGU中的PV层的各种构造；
图5A-5D示出了根据特定实施例的多板IGU中的PV层的各种构造；
图6A-6D示出了根据特定实施例的具有PV层和封装层的IGU的各种构造；
图7A-7C示出了根据特定实施例的用于封装PV层的各种方法；
图8A-8D示出了根据特定实施例的在组装IGU之前或之后，用于封装PV层的各种方法；
图9A-9F示出了根据特定实施例的包括PV层、封装层、IGU间隔件和PV触点的示例IGU；
图10A-10G示出了根据特定实施例的包括PV层、封装层、IGU间隔件和PV触点的示例IGU；
图11A-11F示出了根据特定实施例的包括PV层、封装层、IGU间隔件和PV触点的示例IGU；
图12A-12F示出了根据特定实施例的包括PV层、封装层、IGU间隔件和PV触点的示例IGU；
图13A示出了根据特定实施例的具有集成电致变色模块的示例IGU；
图13B示出了根据特定实施例的具有集成传感器的示例IGU；
图13C示出了根据特定实施例的具有集成内部百叶窗的示例IGU；
图13D示出了根据特定实施例的具有集成可充电电池的示例IGU；
图14A为根据特定实施例的具有穿过间隔件的电线的示例IGU的俯视图；
图14B为根据特定实施例的具有穿过间隔件的电线的示例IGU的剖视图；
图15A-15D示出了根据特定实施例的用于通过IGU间隔件将电能传递出IGU的各种方法；
图图16A-16B示出了根据特定实施例的具有在IGU间隔件外部的PV触点的示例IGU；
图17A-17B示出了根据特定实施例的具有在IGU的外在表面的PV触点的示例IGU；
图18A-18F示出了根据特定实施例的在示例IGU上的PV触点的各种构造；
图19A-19B示出了根据特定实施例的除PV层之外还包括其他功能层的示例IGU；
图20A-20D示出了根据特定实施例的除PV层之外还包括其他功能层的示例IGU的各种构造；
图21A-21B示出了根据特定实施例的在同一IGU玻璃板上包括功能层和PV层的示例IGU；
图22A-22C示出了根据特定实施例的在不同IGU玻璃板上包括功能层和PV层的示例IGU；
图23A示出了根据特定实施例的包括多个功能层的示例IGU；
图23B示出了根据特定实施例的包括多个PV层的示例IGU；
图24A-24B示出了根据特定实施例的包括低辐射率(Low-Emissivity，low-E)层的示例IGU；
图25为根据特定实施例的示例IGU的部件分解图；
图26为根据特定实施例的包括电致变色层的示例IGU的部件分解图；
图27为根据特定实施例的包括电致变色层的示例IGU的部件分解图；
图28为根据特定实施例的示例IGU的部件分解图；
图29示出了根据特定实施例的示例IGU的构造；
图30A-30D示出了根据特定实施例的显示于图29中的示例IGU的各种部件；
图31A-31D显示了根据特定实施例的示于图29中的完全组装的示例IGU；
图32A示出了根据特定实施例的两种示例PV材料的透射光谱；
图32B示出了根据特定实施例的两种示例PV材料的前反射光谱；
图33A示出了示例IGU；
图33B示出了包括low-E层的示例IGU；以及
图33C示出了根据特定实施例的包括PV层的示例IGU。
具体实施方式
这里描述的是改进的窗户，包括透明光伏(Photovoltaic，PV)模块。一个或多个可见透明的PV层可以集成到用于建筑或其他结构(例如车辆)的窗户中的中空玻璃单元(Insulated Glazing Unit，IGU)中。集成到IGU中的PV层可用于通过将可见光带外的光(例如，红外(Infrared，IR)或紫外(Ultraviolet，UV))转换成电力来为建筑或其他安装地点产生电力。通过将进入IGU的IR光转换成电力，PV层可以有助于改善IGU的整体热性能，例如热辐射率和太阳热增益系数，从而减少建筑的加热和/或冷却成本。因为PV层对可见光基本上是透明的，所以来自光源(例如，太阳)的可见光可以通过IGU进入建筑，而对于照明建筑的内部几乎没有损失。在各种实施例中，PV层还可以根据不同构造与其他功能层集成到IGU中，并且可以为这些功能层提供电能。在一些实施例中，PV层也可以构造为多功能层。集成有透明PV层的IGU的各种实施例在下面详述。
如在此所使用的，术语透明意指可见光至少部分透射。如果光束可以以相对高的透射效率穿过材料，例如大于20％、30％、50％、60％、75％、80％、90％、95％或更高，则材料对光束可以是透明的，其中光束的其他部分可被材料散射、反射或吸收。透射效率(即透射率)可以由波长范围内的光学加权或非加权平均透射效率，或者波长范围(例如可见波长范围)上的最低透射效率表示。
中空玻璃单元通常包括由真空或充气间隙(也称为空间或腔体)隔开的两个或更多个玻璃窗户板(也称为面板或片)，以减少穿过建筑窗户的热传递。IGU也可用于隔音。对于某些特殊应用，中空玻璃单元可以使用厚度在例如约1mm至10mm或更大的范围内的玻璃制造。可以使用一个或多个间隔件来隔开玻璃窗户板，并设定玻璃窗户板之间的距离。如在此所使用的，IGU的内部表面、内在表面或内表面或IGU的玻璃板的内部表面、内在表面或内表面可指的是玻璃板面向或邻近真空或充气间隙或空间的表面。IGU的外部表面、外在表面或外表面或IGU的玻璃板的外部表面、外在表面或外表面可指的是玻璃板面向或邻近外部环境或建筑或其他建筑的内部的表面。
图1A为示例中空玻璃单元(Insulated Glazing Unit，IGU)的俯视图；图1B为示例IGU 100的剖视图。IGU 100是双层玻璃单元，包括两个IGU玻璃板110、间隔件120和边缘密封胶130。根据应用，IGU玻璃板110可具有任何合适的厚度。间隔件120可以隔开IGU玻璃板110并且与IGU玻璃板110限定间隙(也称为空间或腔体)。空间120也可称为间隔件密封。在一些实施例中，间隔件120可包括干燥剂以从IGU玻璃板110之间的间隙除去水分。间隙或空间可以是真空或可以填充气体，并且可有助于减少传递到建筑中或从建筑传递出的热量。可使用不同种类的气体填充IGU内的空隙或空间。该气体的一些示例可包括氩气或其他惰性气体。如在此所使用的，术语“空气间隙”和“间隙”可以指包括任何气体或无气体(真空)的腔体。边缘密封件130可帮助避免湿气进入IGU 100内的间隙。间隔件120和边缘密封胶130可统称为间隔件密封。在一些实施例中，各种材料的膜也可以沉积在IGU玻璃板110上，以实现不同目的，例如为了减少建筑加热的UV光阻挡或IR反射。
一个或多个PV层也可集成到IGU中，例如沉积在IGU玻璃板上。先前制造光伏能收集窗户的努力通常集中于光学薄活性层或在可见光谱中具有光吸收的空间分段无机PV。这些方法遭受电能转换效率(Power Conversion Efficiency，PCE)和可见光透射率(VisibleTransmittance，VT)之间的固有折衷，因为这两个参数可能难以同时优化。由于可见光谱内的光的不均匀吸收，典型PV电池的结构采用受到进一步阻碍，这可能导致较差的显色指数(Color Rendering Index，CRI)(例如，高色调着色)和较差的自然照明质量。
根据某些实施例，可见透明的PV层可以用在IGU中，用于收集太阳能和控制进入建筑的太阳能热传递二者。此外，可见透明的UV/NIR-选择性PV层可以避免妨碍建筑采用的美学权衡(低VT或CRI)。在一些实施例中，透明PV层也可被构造成其他形式，包括半透明的、有色的或多彩的。在一些实施例中，透明PV层可包括发光太阳能聚光器、分段无机、硅、GaAs、CIGS、CdTe、量子点、有机或其他材料。PV层的材料和结构的更多细节可以在例如名称为“Transparent Photovoltaic Cells”的第9728735号美国专利中找到，其全部内容通过引用并入本文。
图2A示出了根据特定实施例的示例透明光伏(Photovoltaic，PV)模块210(也称为PV层)。PV模块210可包括一个或多个活性层，以及一个或多个透明电极层。在一些实施例中，PV模块210可包括基片。在一些实施例中，PV模块210也可以包括一个或多个反射层。活性层可包括半导体材料，该半导体材料能吸收IR或UV中的光子，并产生电流。电极层可包括透明导电电极(Transparent Conducting Electrodes，TCE)，其可以通过导电氧化物材料(例如氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)，氧化铝锌(Aluminum Zinc Oxide，AZO)，氧化锑锡(Antimony Tin Oxide，ATO)，氟氧化锡(Fluorine Tin Oxide，FTO)和氧化铟锌(indiumZinc Oxide，IZO)等氧化物材料)的例如物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)(例如，热蒸发、电子束物理气相沉积(Electron Beam Physical Vapor Deposition，EBPV)、溅射沉积等)来制造。透明电极也可以由不同的金属纳米结构制成，例如银纳米导线和纳米簇，其可以使用各种溶液沉积技术(例如，旋涂、刮涂或喷涂)沉积。透明电极也可由石墨烯或碳纳米管层制成。金属也可以被结构化或图案化以形成多孔网格或网络结构以制成透明电极。例如，在一些实施例中，透明电极可包括薄金属层，例如铝、银或金(例如，4nm-12nm)，其与有机(例如，小分子)或无机介电层(例如，金属氧化物)在很宽的厚度范围内(例如，1nm-300nm)耦合，以改善光学透射。该反射层可以包括用于IR光的反射涂层，例如低辐射率(low-E)涂层，其可以将热辐射率降低到例如低至4％或更低。
图2B示出了根据特定实施例的透明PV模块210集成到IGU 220中。PV模块210可附接到IGU220的IGU玻璃板上的各个位置，例如形成IGU的内部间隙或空间的IGU玻璃板的内部表面。PV模块210可将进入IGU 220的IR或UV转换为电力。在一些实施例中，其他功能层，例如电致变色材料层，也可以集成到IGU 220中。
图2C示出了具有透明PV模块210的IGU 220集成到建筑230的窗户中。集成到安装在建筑230的窗户上的IGU中的PV模块210可以通过将可见光带以外的太阳光(例如，红外(Infrared，IR)或紫外(Ultraviolet，UV))转换成电能来产生用于建筑230的电力。通过将进入IGU的IR光转换成电力，PV模块210可以有助于改善IGU的热性能，例如热辐射率和太阳热增益系数，从而减少建筑的加热和/或冷却成本。因为PV模块对可见光基本上是透明的，所以来自太阳或其他光源的可见光可以通过IGU进入建筑，而对于照明建筑的内部几乎没有损失。另外，集成到IGU中的其他功能层，例如电致变色层，可以由PV模块210产生的电力供电，以例如改变窗户和建筑的颜色。
在一些实施例中，透明PV模块(或层)可包括一个或多个透明PV材料膜(或涂层)，该透明PV材料膜(或涂层)可包括具有近红外(Near-Infrared，NIR)和/或UV中的结构化吸收峰的激子分子半导体的异质结并且允许同时优化太阳能转换效率(Power ConversionEfficiency，PCE)、可见光透射率(Visible Transmittance，VT)和显色指数(ColorRendering Index，CRI)。波长选择反射器也可以结合到透明PV模块中，以最大化PV膜内的红外光电流，同时抑制不需要的红外太阳能热量通过窗户的传递。由UV和/或NIR光子产生的电荷可以在异质结界面处隔开并由透明电极收集，透明电极可以通过窗户组件互连到外部电子和/或电能存储器件(例如，可充电电池)中。然后，所产生的电可以用于为本地DC网络(例如照明)供电或者反转为AC电能以补充建筑电网。透明PV模块可以保持或改善现有窗户和/或玻璃幕墙的美感，从而为建筑采用提供更大的自由度。
图3A显示了AM 1.5全球(AM 1.5G)太阳光谱和人眼的明视反应。如图3A所示，人眼可以对波长在约380nm至约700nm范围内的光敏感，并且可对绿光和蓝光具有最大灵敏度(例如，具有在约555nm绿光处的峰值)。在另一方面，太阳光在一个比可见光范围宽得多的范围内，可具有相对强的光子通量。例如，在近红外范围(例如，高于700nm至约1800或更高)和UV范围内，太阳光的光子通量也相当高。通常，太阳光中约1/3的总光子通量处于可见光范围内，而剩余的2/3的总光子通量处于UV和红外范围内。NIR光可能无助于建筑的内部的照明，但如果通过窗户透射则可能加热建筑的内部。
图3B显示了根据特定实施例的透明激子太阳能电池的单结电能转换效率随电池能带隙的变化。如图3B所示，透明的激子太阳能电池对于光子能在理论上和实际上都小于约2.0eV(例如NIR光)或大于约2.8eV(例如UV光)的光可以具有高电能转换效率。因此，透明的激子太阳能电池可以选择性地将入射的紫外(Ultviolet，UV)和/或近红外(Near-Infrared，NIR)光转换成电，从而在选择性地透射可见光的同时阻挡不需要的太阳能热量的传递。
图3C显示了根据特定实施例的太阳能电池300的电能转换效率随太阳能电池中的透明结的数量的变化。在一些实施例中，太阳能电池300可包括可选的基片或支撑层、两个透明电极、多个结和可选的可见透明NIR反射器。透明电极和NIR反射器可以类似于上面关于图2A描述的透明电极和NIR反射器。通过PV模块中的多个透明结，可以实际实现超过20％的PV电能转换效率。
图3D显示了CIE颜色空间色度图。三角形突出了NTSC标准。横条显示入射在透明太阳能电池上的AM 1.5G的色度(显色指数(Color Rendering Index，CRI)为94)。
总的来说，太阳能电池300可以通过例如在用电点产生约10-40％的DC建筑电力，消除对DC-AC-DC电能电子器件的需要，同时通过抑制红外太阳能热量，将建筑冷却需求降低约10-30％，利用现有建筑围护结构的材料、安装、框架、客户获取和维护，将有效PV效率提高5％以上(绝对值)，及将非模块成本降低50％以上，来实现约0.05$/kWhr-0.1$/kWhr的平准化PV能成本(Levelized PV Energy Cost，LEC)。
透明PV模块(或层)和IGU的各种实施例详细描述如下。出于解释的目的，阐述了具体细节以便提供对特定发明实施例的透彻理解。然而，显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践各种实施例。附图和描述不是限制性的。本文使用的“示例”一词意味着“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例”的任何实施例或设计不必被解释为比其他实施例或设计更优选或更具优势。在一些附图中，为了简单起见，示出了IGU而没有间隔件、封装或密封部件。大多数IGU在图中显示为双层玻璃单元，但是技术人员将容易理解，本文公开的技术可以应用于具有三层、四层或甚至更高数量的玻璃板或片的玻璃单元。
图4A-4D示出了根据特定实施例的双板IGU中的PV层430的各种构造。双板IGU可包括第一玻璃板410和第二玻璃板420，第一玻璃板410和第二玻璃板420之间形成间隙440。第一玻璃板410可以是更靠近外部环境的玻璃板，并且第二玻璃板420可以在安装在建筑上之后更靠近建筑的里面。太阳光可通过第一玻璃板410首先进入IGU。PV层430可包括一个或多个活性层，以及两个透明电极层。在一些实施方式中，PV层430也可包括一个或多个反射层，例如NIR反射层。如图4A-4D所示，PV层430可以沉积在任何IGU玻璃板410或420的任何表面上，并且可以结合到IGUD的外部表面或IGU的内部表面上的IGU叠层中(例如，形成间隙440的表面)。例如，在图4A中，PV层430可以沉积在第一玻璃层410面向间隙440的表面上。图4B中，PV层430可以沉积在第二玻璃层420面向间隙440的表面上。图4C中，PV层430可以沉积在第一玻璃层410面向外部环境的表面上。图4D中，PV层430可以沉积在第二玻璃层420面向建筑的内部的表面上。
在一些实施例中，PV层也可以放置在具有多于两个玻璃板(例如，三层玻璃单元)的IGU内的任何位置。例如，PV层可以放置在前玻璃板或后玻璃板上的任何位置，以及任何用于三层玻璃单元内部玻璃片的任一侧。PV层也可以放置在具有n个玻璃板的多层玻璃单元的任何玻璃板的任一侧。
图5A-5D示出了根据特定实施例的多板IGU中的PV层540的各种构造。多板IGU可包括玻璃板510、520和530，玻璃板510、520和530可形成多个间隙550。玻璃板520可以为内部玻璃板。图5A中，PV层540可以放置在玻璃板510的任何表面上，或玻璃板530的任何表面上。图5B中，PV层540可以放置在内部玻璃板520靠近外部环境的表面上。图5C中，PV层540可以放置在内部玻璃板520靠近建筑的内部的表面上。图5D显示了一个或多个PV层540可以放置在多板IGU的任何玻璃板的任何表面上。
在一些实施例中，PV层放置在玻璃板的内表面上，形成内部间隙，如图4A和4B所示，通过保护IGU其余部分的密封材料和干燥剂可以保护PV层免受水分和氧气的影响。在其他实施例中，可以通过附加的封装层(例如玻璃层、层压的阻挡膜、沉积的薄膜等)来保护PV层免受例如湿气和氧气的影响。例如，另一块玻璃可以连接到与IGU的玻璃板相对的PV层的表面上以起到阻挡的作用。阻挡膜可以粘附或层压在PV层的与IGU的玻璃板相对的表面上，并且用作水分和氧化化学品(例如氧气)的屏障。某些形式的薄膜，可包括通过溅射、原子层沉积、旋涂、热蒸发、化学气相沉积或其他蒸汽和液体处理方法沉积的一个或多个层，也可用作保护PV免受水分和氧气的影响的屏障。这些层可包括氧化物或氮化物，例如二氧化硅、氧化铝、氮化硅等。
图6A-6D示出了根据特定实施例的具有PV层630和封装层640的IGU的各种构造。如上所述，封装层640可包括例如玻璃层、层压阻挡膜或沉积的薄膜。封装层640可以在IGU的外表面上提供物理和化学屏障保护，或者用作组装的IGU中的空气间隙内的附加屏障。IGU可包括第一玻璃板610和第二玻璃板620，第一玻璃板610和第二玻璃板620与间隔件(图6A-6D未示出)一起，形成间隙650。在图6A所示的实施例中，PV层630放置在第一玻璃板610的内表面上，并且由封装层640保护，使其免受可能在间隙650中的任何湿气和氧化化学物质的影响。在图6B所示的实施例中，PV层630可放置在第一玻璃板610的外表面上，并且由封装层640保护，使其免受可能在外部环境中的任何湿气和氧化化学物质的影响。在图6C所示的实施例中，PV层630可放置在第二玻璃板620的内表面上，并且由封装层640保护，使其免受可能在间隙650中的任何湿气和氧化化学物质的影响。在图6D所示的实施例中，PV层630可放置在第二玻璃板620的外表面上，并且由封装层640保护，使其免受可能在建筑的内部的任何湿气和氧化化学物质的影响。
封装层640可通过很多不同的方式附接到PV层630。例如，对于包括玻璃层的封装层640，PV层630可以沉积在IGU的玻璃板或封装层640的玻璃层上，然后分别附接到封装层640的玻璃层或玻璃板。在一些实施例中，PV层630可以沉积在IGU的玻璃板上，然后与阻挡膜层压，或者可以直接沉积在阻挡膜上，然后用阻挡膜层压在IGU的玻璃板上。在一些实施例中，PV层630可以沉积在IGU的玻璃板上，然后单层或多层薄膜可以沉积在PV层630的顶部上。
图7A-7C示出了根据特定实施例的用于封装PV层720的各种方法。在图7A所示的实施例中，PV层720可以首先形成在玻璃板710上，然后可以通过例如直接附接、层压或沉积工艺在PV层720上形成封装层730，例如玻璃层、阻挡层或薄膜。在图7B所示的实施例中，PV层720可以首先形成在封装层730(例如，玻璃层或阻挡层)上，然后PV层720和封装层730可以附接或层压在玻璃板710上。在图7C所示的实施例中，PV层720可以首先形成在玻璃板710上，然后可以使用例如物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术(例如热蒸发、电子束物理气相沉积(Electron Beam Physical Vapor Deposition，EBPV)、溅射沉积等)，或者溶液沉积技术(例如旋涂、刮涂、喷涂等)在PV层720上沉积或涂覆一个或多个薄膜层740。
封装层可以在IGU组装之前或之后集成到IGU中。例如，在组装完整IGU之前，PV层可以由IGU的一个玻璃板和封装层封装。在这样的实施例中，封装层可以在IGU组装期间以及在IGU组装之后保护PV层。如果PV层位于IGU的任一玻璃板的外表面上，则可以在IGU组装之后执行封装。
图8A-8D示出了根据特定实施例的在组装IGU之前或之后，用于封装PV层830的各种方法。如上所述，IGU可包括第一玻璃板810和第二玻璃板820。在图8A所示的实施例中，PV层830可以由IGU的第二玻璃板820和封装层840封装，如上参照图7A-7C所述。然后可以将组合的第二玻璃板820、PV层830和封装层840与第一玻璃板810组装在一起以形成完全组装的IGU。
在图8B所示的实施例中，第一玻璃板810和第二玻璃板820可组装以首先形成双板IGU。然后可以在组装的双板IGU的第二玻璃板820的外表面上形成PV层830。最后，封装层840可以通过例如直接附接、层压、沉积或涂覆附接到PV层830，如上文关于图7A所述。
在图8C所示的实施例中，第一玻璃板810和第二玻璃板820可组装以形成双板IGU。PV层830可以在封装层840(例如玻璃层或层压阻挡层)上形成。然后，用封装层840封装的PV层830可以通过例如如上关于图7A所述的直接附接或层压而附接到双板IGU的第二玻璃板820的外表面。
在图8D所示的实施例中，第一玻璃板810和第二玻璃板820可组装以形成双板IGU。PV层830可以由封装层840和阻挡层850(或两个玻璃层)封装，并且封装的PV层830可以层压或涂覆有粘合层860以形成PV膜。PV膜可通过粘合层860附接到第二玻璃板820的外表面。PV膜可以包括中间层的任何组合，例如封装层840和/或阻挡层850。在一些实施例中，任何阻挡层或封装层可以被改变或除去。在一些实施例中，阻挡层850可包括薄玻璃或塑料层，或可以被除去。在一些实施例中，封装层840可包括薄玻璃或塑料层，或可以被除去。粘合剂层860可以是任何类型的光学透明粘合剂，该光学透明粘合剂可以粘附到IGU的玻璃面板上，用于将PV膜附接到IGU。在一些实施例中，PV膜可以以类似于其他粘合剂或带的片材或卷材形式提供，并且可以被卷起并切割以匹配IGU的期望覆盖区域或表面区域。
因此，上述关于图8B-8D的技术可用于将PV层和/或封装层添加到可能不包括任何PV层的现有IGU。例如，显示于图8C和8D中的PV层和封装层(和粘合层)的组装可以层压或以其他方式附接到现有IGU的外表面，并且可以容易根据需要安装、除去或更换。
如上所述，间隔件可以用在IGU中以隔开玻璃板并形成内部空间间隙。可以调整或改变一些封装和/或组装技术以容纳间隔件，这取决于IGU的层堆叠。
图9A-9F示出了根据特定实施例的包括玻璃板910上的PV层920、封装层940、IGU间隔件950和PV触点930的示例IGU 900。如上关于图2A和3C所述，PV层920可包括一个或多个活性层，以及一个或多个透明电极层(图9A-9F未示出)。在一些实施例中，PV层920也可以包括一个或多个反射层(图9A-9F未示出)。在一些实施例中，PV触点930可包括薄金属层形式的汇流条，例如由银墨或银膏形成的银层。
图9A是没有封装层940和IGU间隔件950的IGU 900的俯视图。图9B是没有封装层940和IGU间隔件950的IGU 900的剖视图。如图9B所示，在一些实施方式中，PV层920可以不覆盖玻璃板910的整个区域。而是，PV层920可以与PV触点930的外边缘对齐，并且可以不延伸超出PV触点930的外边缘。在一些实施方式中，PV层920的一些(例如，电极层)但不是所有层可在PV触点930下方以用于进行电连接，如区域960中所示。例如，一个PV触点930可以与区域960中的PV层920的第一电极层接触，并且另一个PV触点930可以与区域970中的PV层920的第二电极层接触。图9C是具有形成于PV触点930内的封装层940的IGU900的俯视图。图9D是具有形成于PV触点930内的封装层940的IGU900的剖视图。图9E是具有形成于IGU间隔件950内的封装层940的PV触点900的俯视图。图9F是具有形成于IGU间隔件950内的封装层940和PV触点930的IGU900的剖视图。图9E和9F也显示了如上关于图1A和1B所述的边缘密封胶980。由于PV触点930在IGU间隔件950内部，因此导线可能需要穿过IGU间隔件950以进行用于某些应用的外部连接。IGU900与具有不同构造的一些其他IGU相比，可能具有一些优点。例如，电荷可能不需要通过较长的电极或汇流条路径在间隔件下面通过，因此电阻损耗可以减小，因为较大的距离能导致较高的电阻损耗。IGU 900的外轮廓可以类似于标准IGU，其中所有附加层和部件(例如，封装玻璃、布线等)在IGU的内部。另外，在一些实施例中，IGU间隔件可用于制成PV触点。
在一些IGU 900的实施方式中，PV层920可以覆盖玻璃板910的整个区域。例如，在特定实施方式中，PV层920可以与玻璃板910外边缘对齐。在特定实施方式中，PV层920的一些但非全部层可延伸超出PV触点930和/或IGU间隔件950的外边缘。
图10A-10F示出了根据特定实施例的包括玻璃板1010上的PV层1020、封装层1040、IGU间隔件1050和PV触点1030的示例IGU 1000。PV模块1020可包括一个或多个活性层，以及一个或多个透明电极层(图10A-10G未示出)。PV触点1030可在PV层1020的边缘上形成。在一些实施例中，PV触点1030可包括，例如薄金属层形式的汇流条，例如由银墨或银膏形成的银层。
图10A是没有封装层1040和IGU间隔件1050的IGU 1000的俯视图。图10B是没有封装层1040和IGU间隔件1050的IGU 1000的剖视图。图10C是具有形成于PV触点1030内的封装层1040的IGU 1000的俯视图。图10D是具有形成于PV触点1030内的封装层1040的IGU 1000的剖视图。封装层1040可以与PV触点1030隔开一段距离。图10E是具有在封装层1040和PV触点1030之间IGU间隔件1050的IGU1000的俯视图。图10E是具有在封装层1040和PV触点1030之间的IGU间隔件1050的IGU 1000的沿A-A线的剖视图。图10G是具有在封装层1040和PV触点1030之间的IGU间隔件1050的IGU 1000沿着B-B线的剖视图。在IGU 1000中，PV触点1030位于IGU间隔件1050的外部，因此电气布线不需要穿过IGU间隔件1050。在一些实施方式中，PV层1020的一些(例如，电极层)但不是所有的层可以延伸到玻璃板1010的边缘或者与PV触点1030对齐以与PV触点1030进行电接触。如图10E所示，封装层1040部分在IGU间隔件1050内，部分在IGU间隔件1050外。IGU 1000与具有不同构造的一些其他IGU相比，可能具有一些优点。例如，电气布线不需要穿过IGU间隔件1050。封装层1040(例如，玻璃层)的两个边缘可以与玻璃板1010的边缘对齐，允许更容易的组装。还可以将IGU间隔件1050用于PV触点。
图11A-11F示出了根据特定实施例的包括玻璃板1110上的PV层1120、封装层1140、IGU间隔件1150和PV触点1130的示例IGU 1100。PV触点1130可以在PV层1120的边缘上形成，如IGU 1000中那样。图11A是没有封装层1140和IGU间隔件1150的IGU 1100的俯视图。图11B是没有封装层1140和IGU间隔件1150的IGU 1100的剖视图。图11C是具有形成于PV触点1130内的封装层1140的IGU 1000的俯视图。图11D是具有形成于PV触点1130内的封装层1140的IGU 1100的剖视图。封装层1140可以与PV触点1130接触。图11E是具有IGU间隔件1150位于封装层1140的顶部的IGU 1100的俯视图。图11F是具有IGU间隔件1150位于封装层1140的顶部的IGU 1100的剖视图。在IGU 1100中，PV触点1130可以在IGU间隔件1150外，因此电气布线不需要穿过IGU间隔件1150。在一些实施方式中，PV层1120的一些(例如，电极层)但不是所有的层可以延伸到玻璃板1110的边缘或者与PV触点1130对齐以与PV触点1130进行电接触。封装层1140可部分在IGU间隔件1150内，部分在IGU间隔件1150外。IGU 1100与具有不同构造的一些其他IGU相比，可能具有一些优点。例如，电气布线不需要穿过IGU间隔件1150。封装层1140(例如，玻璃层)的两个边缘可以与玻璃板1110的边缘对齐，允许更容易的组装。另外，IGU间隔件1150不需要在IGU 1000中的不同位置处具有不同的高度，因为IGU间隔件1150可以完全放置在封装层1140上。
图12A-12F示出了根据特定实施例的包括玻璃板1210上的PV层1220、封装层1240、IGU间隔件1250和PV触点1230的示例IGU 1200。在IGU 1200中，PV层1220可以在玻璃板1210的外表面上形成，并且封装层1240可以在PV层1220上形成，以保护PV层1220免受建筑内部或外部的空气中的水分和/或氧气的影响。V触点1230可以在PV层1220的边缘上形成，如IGU1000和IGU 1100中那样。图12A为封装层1240的俯视图。图12B为封装层1240的剖视图。图12C是IGU 1200的俯视图，IGU 1200具有在玻璃板1210的外表面上形成的PV层1220、封装层1240和PV触点1230，其中封装层1240可以在PV触点1230内。图12D是IGU 1200的剖视图，IGU1200具有PV层1220、封装层1240和在玻璃面板1210的外表面上形成的PV触点1230，其中封装层1240可以在PV触点1230内。封装层1240可以与PV触点1230接触。图12E是具有在玻璃板1210的内表面上的IGU间隔件1250的IGU 1200的俯视图。图12F是具有在玻璃板1210的内表面上的IGU间隔件1250的IGU 1200的剖视图。所以，封装层1240和IGU间隔件1250位于玻璃板1210的相对侧。在一些实施方式中，PV层1220的一些(例如，电极层)但不是所有的层可以延伸到玻璃板1210的边缘或者与PV触点1230对齐以与PV触点1230进行电接触。IGU 1200与具有不同构造的一些其他IGU相比，可能具有一些优点。例如，电气布线不需要穿过IGU间隔件1250，因为PV触点1230位于玻璃板1210的相对侧。封装层1240(例如，玻璃层)的两个边缘可以与玻璃板1210的两个边缘对齐，允许更容易的组装。另外，IGU间隔件1250不需要在IGU1000中的不同位置处具有不同的高度，因为IGU间隔件1250可以完全放置在玻璃板1210上。
在一些实施例中，可以使用一些布线或其他电连接，以便将PV层产生的电能传送到电能可以被电气器件使用或存储的位置。在一些应用中，由太阳能产生的电力可以直接在IGU间隔件内使用。例如，在一些应用中，在一些IGU内部可能存在功能器件(例如，在玻璃板之间的间隙中)，PV层可以直接布线或以其他方式电连接到功能器件和IGU内部的任何支撑电子器件中。这些功能器件可包括用于窗户着色的电致变色层/器件，各种传感器、用于内部百叶窗的电能控制，或可能需要电力的其他器件。在一些实施方式中，PV层可以连接到可再充电电池，该可再充电电池可以在需要时反过来为内部器件供电。
图13A示出了根据特定实施例的具有集成电致变色模块1340的示例IGU 1302。IGU1302可包括组件1310，该组装1310包括玻璃板和PV层。电致变色模块1340可以是电致变色层的形式，并且可以放置在由组件1310和间隔件1320形成的内部腔体中。组件1310的PV层可以通过电线1330连接到电致变色模块1340，以为电致变色模块1340供电。在一些实施方式中，导线1330可嵌入或由间隔件1320覆盖，或以其他方式被间隔件1320隐藏。
图13B示出了根据特定实施例的具有集成传感器1350的示例IGU 1304。IGU 1304可包括组件1310和间隔件1320。集成传感器1350可放置在由组件1310和间隔件1320形成的内部腔体中。组件1310的PV层可以通过电线1330连接到集成传感器1350，以为集成传感器1350供电。在一些实施方式中，导线1330可嵌入或由间隔件1320覆盖，或以其他方式被间隔件1320隐藏。
图13C示出了根据特定实施例的具有集成内部百叶窗1360的示例IGU 1306。IGU1306可包括组件1310和间隔件1320。内部百叶窗1360可放置在由组件1310和间隔件1320形成的内部腔体中。组件1310的PV层可以通过电线1330连接到内部百叶窗1360的控制器，以为内部百叶窗1360的控制器供电。在一些实施方式中，导线1330可嵌入或由间隔件1320覆盖，或以其他方式被间隔件1320隐藏。
图13D示出了根据特定实施例的具有集成可再充电电池1370的示例IGU 1308。IGU1308可包括组件1310和间隔件1320。可再充电电池1370可放置在由组件1310和间隔件1320形成的内部腔体中。组件1310的PV层可以通过电线1330连接到可再充电电池1370，以为可再充电电池1370供电。需要时，可再充电电池1370可用于为其他内部或外部器件供电。在一些实施方式中，导线1330可嵌入或由间隔件1320覆盖，或以其他方式被间隔件1320隐藏。
在一些应用中，如果电能消耗器件不在内部间隙中或者如果PV触点不位于内部间隙和间隔件的外部，则可能需要将太阳能产生的电力传送到IGU的内部间隙之外。下面详细描述用于将PV层产生的电力通过间隔件传送出IGU的一些技术。
图14A是根据特定实施例的具有穿过间隔件1420和密封胶1410的电线1440的示例IGU 1400的俯视图。图14B为IGU 1400的剖视图。IGU 1400可包括组件1430，该组装1430包括玻璃板和PV层。电线1440可以连接到PV层，并且穿过间隔件1420和密封胶1410到达IGU1400的外部。
图15A-15D示出了根据特定实施例的用于通过IGU间隔件1520将电能传递出IGU1500的各种方法。IGU 1500可包括形成在玻璃板1510内的玻璃板1510、IGU间隔件1520和PV层1530。图15A显示了IGU间隔件1520中预安装的/密封的连接器1550可用于将来自IGU间隔件1520内部的PV层的电能传输到外部线路或其他电连接1540。图15B显示了电线1545可穿过形成在IGU间隔件1520中的角部间隙1520。图15C显示了电线1545可穿过在IGU间隔件1520中部中的孔。图15D显示了电线1545可穿过在IGU间隔件1520边缘处的孔。
在一些实施例中，PV层可以在IGU内部，并且PV层上的PV触点可以在间隔件的外部，但是可以被密封胶覆盖。PV层产生的电能可以从IGU的内部传送，但可以不需要穿过间隔件。
图16A-16B示出了根据特定实施例的具有在IGU间隔件1620外部的PV触点的示例IGU 1600。图16A为IGU 1600的俯视图，16B为IGU 1600的剖视图。IGU 1600可包括组件1630，该组装1630包括玻璃板和PV层。电线1640可以连接到间隔件1620的外部区域内的PV层，并且穿过密封胶1610到达IGU1600的外部。
在一些实施例中，PV层可以放置在IGU的外在表面上。在这种情况下，电线可以不需要穿过间隔件，并且可以在覆盖间隔件的区域内或外的任何位置处连接到PV层。
图17A-17B示出了根据特定实施例的具有在IGU 1700外在表面上的PV触点的示例IGU 1700。图17A为IGU 1700的俯视图，图17B为IGU 1700的剖视图。IGU 1700可包括组件1730，该组件1730包括玻璃板和玻璃板外表面上的PV层、间隔件1720和密封胶1710。电线1740可以在覆盖间隔件1720的区域内、区域外或区域处的任何位置处连接到PV层。
与PV层的接触可允许电力被传送到布线或其他电子部件以用于期望的应用。不论PV层是位于IGU的内表面或外表面上，很多不同的技术可用于与PV层进行接触。这些技术的示例可包括嵌入或直接连接到间隔件部件(例如，粘合剂)、通过焊接连接的触点、通过导电压装配件的触点、使用导电带的触点，或通过柔性连接器的触点。在一些实施例中，汇流条而不是布线可用于将电荷从PV层的表面上的一个位置传送到功能器件可位于或附接到的同一表面上的另一位置。
图18A-18F示出了根据特定实施例的在示例IGU上的PV触点的各种构造。IGU可包括组件1810，该组装1810包括玻璃板和PV层。在图18A所示的实施例中，导电环氧树脂或粘合剂可以形成在间隔件1820上，用于与组件1810中的PV层进行接触。图18B显示了导电压装配件1830可附接到组件1810的边缘，用于在组件1810的边缘处与PV层进行接触并使用电线1840传送电力。在图18C所示的实施例中，玻璃上粘合(Flex-On-Glass，FOG)各向异性导电粘合剂1850可以附接到组件1810的边缘，用于将组件1810中的PV层连接到连接器。图18D显示了焊接连接可用于与组件1810中的PV层进行接触并使用电线1840传送电力。图18E显示了导电带可用于在组件1810中的PV层进行接触并使用电线1840传送电力。图18F显示了可以在PV层上形成汇流条，用于与组件1810中的PV层进行接触，并且用于将电力从PV层的一个区域传送到PV层的另一个区域，其中可以设置电能消耗器件。
如上所述，除了PV层，其他材料层也可以集成到IGU中。PV层可以与这些材料层配对以向这些材料层提供电能，这可以执行一种或多种功能。这些材料层的一些示例可包括用于IR反射的低辐射率(Low Emissivity，low-E)材料/层、其他反射材料/层、颜色色调材料/层、颜色中性平衡材料/层、抗反射材料/层、用于改变太阳能加热的其他材料/层、导电改性层、表面能改性层(可能影响材料如何在下层上生长)、表面功函数改性层、表面粗糙度改性层等。在一些实施例中，一个或多个功能层或PV层可以是多功能的。
图19A-19B示出了根据特定实施例的除PV层之外还包括其他功能层的示例IGU。图19A示出了具有第一玻璃板1910、第二玻璃板1920、PV层1930和与PV层1930配对的功能层1940的示例IGU 1900。功能层1940和PV层1930的配对层可以执行除将太阳能转换成电能之外的附加功能。例如，附加功能层可以包括颜色色调材料，该颜色色调材料可以用作low-E或抗反射材料并且还可以平衡颜色中性。图19B示出了包括第一玻璃板1910、第二玻璃板1920和多功能层1960的示例IGU 1950。多功能层1960可包括一个或多个能执行多功能的材料层。例如，多功能层可充当PV层，也可以充当low-E层、颜色色调层，和/或反射层等。
附加功能层可以以各种组合与PV层一起布置。例如，这些层可以以任何顺序布置在IGU的玻璃板的相同内表面或外表面上。
图20A-20D示出了根据特定实施例的除PV层之外还包括其他功能层(例如，low-E层)的示例IGU的各种构造。例如，在图20A所示的实施例中，IGU可包括第一玻璃板2010和第二玻璃板2020，第一玻璃板410和第二玻璃板420形成间隙2050。PV层2030附接到第一玻璃板2010的面向间隙2050的内表面，并且功能层2040耦合到与第一玻璃板2010相对的PV层2030的表面。在图20B所示的实施例中，功能层2040附接到第二玻璃板2020的面向间隙2050的内表面，并且PV层2030耦合到与第二玻璃板2020相对的功能层2040的表面。在图20C所示的实施例中，功能层2040附接到第一玻璃板2010的面向外部环境的外表面，并且PV层2030耦合到与第一玻璃板2010相对的功能层2040的表面。在图20D所示的实施例中，PV层2030附接到第二玻璃板2020的面向建筑的内部的外表面，并且功能层2040耦合到与第二玻璃板2020相对的PV层2030的表面。
在一些实施例中，附加功能层和PV层可布置在IGU的任何玻璃板的相对表面上。在一些实施例中，附加功能层和PV层可布置在IGU的任何玻璃板的相对表面上。在一些实施例中，多个功能层可以用在相同的IGU中，并且可以根据任何合适的构造与PV层一起布置。在又一些实施例中，多个功能层可以用在IGU中，并且可以根据任何合适的构造(与功能层，如果有的话)一起布置。功能层可执行本公开如上所述和如下所述的各种功能。
图21A-21B示出了根据特定实施例的在同一IGU玻璃板上包括功能层2140和PV层2130的示例IGU。示例IGU可各自包括第一玻璃板2110和第二玻璃板2120，第一玻璃板410和第二玻璃板420形成间隙2150。在图21A所示的实施例中，PV层2130可以放置在面向外部环境的第一玻璃板2110的外表面上，并且功能层2140可以放置在第一玻璃板2110的与间隙2150相邻的内表面上。在图21B所示的实施例中，功能层2140可放置在第一玻璃板2110面向外部环境的的外表面上，并且PV层2130可放置在第一玻璃板2110与间隙2150相邻的内表面上。
图22A-22C示出了根据特定实施例的在不同IGU玻璃板上包括功能层2240和PV层2230的示例IGU。示例IGU可各自包括第一玻璃板2210和第二玻璃板2220，第一玻璃板410和第二玻璃板420形成间隙2250。在图22A的实施例中，PV层2230可以放置在第一玻璃板2110面向外部环境的的外表面上，并且功能层2240可以放置在第二玻璃板2110与间隙2250相邻的内表面上。在图22B的实施例中，PV层2230可放置在第一玻璃板2110与间隙2250相邻的的内表面上，同时功能层2240可放置在第二玻璃板2220与间隙2250相邻的内表面上。在图22C的实施例中，功能层2240可放置在第一玻璃板2110面向外部环境的的外表面上，同时PV层2230可放置在第二玻璃板2220面向建筑的内部的外表面上。
图23A示出了根据特定实施例的包括多个功能层的示例IGU 2300。IGU 2300可包括第一玻璃板2310和第二玻璃板2320，第一玻璃板410和第二玻璃板420形成间隙2350。PV层2330可以放置在第一玻璃板2310与间隙2350相邻的内表面上。第一功能层2340可以放置在第一玻璃层2310面向外部环境的外表面上。第二功能层2360可以紧邻PV层2330放置。第三功能层2370可以放置在第二玻璃层2320面向建筑的里面的外表面上。
图23B示出了根据特定实施例的包括多个PV层的示例IGU 2305。IGU 2305可包括第一玻璃板2310和第二玻璃板2320，第一玻璃板410和第二玻璃板420形成间隙2350。第一PV层2380可放置在第一玻璃板2110与间隙2350相邻的的内表面上，同时第二PV层2390可放置在第二玻璃板2320与间隙2350相邻的内表面上。
图24A-24B示出了根据特定实施例的包括低辐射率(low-Emissivity，low-E)层2440的示例IGU。low-E涂层在反射IR光方面可能非常有效。当PV模块与太阳光路径中的PV层之后的low-E涂层集成时，由low-E涂层反射回PV层的IR光可以增加PV层中的NIR吸收，导致PV层的整体电能转换效率的提高和进入建筑的热透射率的降低。图24A显示了包括第一玻璃板2410和第二玻璃板2420的示例IGU，第一玻璃板410和第二玻璃板420形成间隙2450。PV层2430可以放置在第一玻璃板2410与间隙2450相邻的内表面上。low-E层2440可以紧邻PV层2430放置。穿过第一玻璃板2410并到达PV层的太阳光可以部分被PV层2430吸收。可以到达low-E层2440的太阳光部分可以通过low-E层2440反射回PV层2430并且至少部分地被PV层2430吸收。在图24B所示的IGU 2405中，PV层2430可以放置在第一玻璃层2410与间隙2450相邻的内表面上。low-E层2440可以放置在第二玻璃板2420与间隙2450相邻的内表面上。穿过第一玻璃板2410并到达PV层的太阳光可以部分被PV层2430吸收。可以穿过间隙2450并到达low-E层2440的太阳光部分可以通过low-E层2440反射回PV层2430并且至少部分地被PV层2430吸收。
图25是根据特定实施例的示例IGU 2500的部件分解图。IGU 2500可以集成到天窗组件中，并且IGU 2500中的PV模块可以用于为天窗机械升降机供电，为其他部件供电，或者反馈到建筑中的电网中。IGU 2500可包括面向建筑的内部的第一玻璃板2510(或玻璃片)，以及面向建筑外部环境的第二玻璃板2560。PV阻挡层2550可以涂覆有PV层2540，并且可以附接到第二玻璃板2560的内表面。PV层2540可电连接汇流条2542和电线2544。第三玻璃板2530可附接到PV层2540以封装和保护PV层2540。第二玻璃板2560、PV阻挡层2550、PV层2540、汇流条2542、电线2544和第三玻璃板2530可以形成PV组件。PV组件，第一玻璃板2510和IGU间隔件2520可以组装在一起以形成IGU，其中IGU间隔件2520可以将PV组件和第一玻璃板2510隔开以在IGU中形成内部间隙。
图26是根据特定实施例的包括电致变色层2620的示例IGU 2600的部件分解图。IGU 2600可用作为例如用于车辆的天窗组件或作为车辆或建筑的窗户。IGU 2600可以包括PV模块，该PV模块可以用于为自动窗户着色供电或者为天窗或窗户附近的其他部件供电。当汽车关闭、开启或两者时，可以使用产生的电能。在一些实施例中，IGU 2600可包括面向车辆的里面的第一玻璃板2610(或玻璃片)，以及面向车辆的外部环境的第二玻璃板2650。PV层2640可涂敷在第二玻璃板2650上，并且可由PV阻挡层2630覆盖和保护。PV层2640可电连接到汇流条2642和电线2644。电致变色层2620可以放置在第一玻璃板2610和PV阻挡层2630之间，并且可以连接到电线2622以从电源接收电能。例如，电线2622可连接到电线2644以接收来自PV层2640的电能。当向其施加不同的电压等级时，电致变色层2620可以以连续但可逆的方式改变光学性质，例如颜色、光学透射、吸收、反射和/或辐射率。
图27是根据特定实施例的包括电致变色层2720的示例IGU 2700的部件分解图。IGU 2700可用作为建筑或其他结构的智能窗户组件。IGU 2700可包括PV模块，该PV模块可以用于为电致变色窗户供电或者为天窗或为向电致变色窗户提供电能的内部电池充电。在一些实施例中，IGU 2700可包括面向建筑的里面的第一玻璃板2710(或玻璃片)，以及面向建筑或结构的外部环境的第二玻璃板2750。PV层2740可涂敷在第二玻璃板2750上。PV层2740可电连接到汇流条2742和电线2744。电致变色层2720可以放置在第一玻璃板2610的内表面上，并且可以连接到电线2722以从电源接收电力。例如，电线2722可连接到电线2744以接收来自PV层2740的电力。当向其施加不同的电压等级时，电致变色层2720可以以连续但可逆的方式改变光学性质，例如颜色、光学透射、吸收、反射和/或辐射率。涂敷有PV层2740的第二玻璃板2750、涂敷有电致变色层2720的第一玻璃板2710和IGU间隔件2730可组装在一起以形成IGU，其中IGU间隔件2730可将第一玻璃板2710和第二玻璃板2750隔开以在IGU中形成内部间隙。
图28是根据特定实施例的示例IGU 2800的部件分解图。IGU 2800可用作为建筑IGU。PV模块可集成到IGU 2800中。然后，PV模块产生的PV电力可以连接到DC-AC逆变器，并被馈送到建筑的电力电网或智能电网中。在一些实施例中，IGU 2800可包括面向建筑的里面的第一玻璃板2810(或玻璃片)，以及面向建筑的外部环境的第二玻璃板2840。PV层2830可形成于第二玻璃板2840上。PV层2830可电连接到汇流条2832和电线2834。电线2834可连接到DC电气器件或DC-AC逆变器。涂敷有PV层2830的第二玻璃板2840、第一玻璃板2810和IGU间隔件2820可组装在一起以形成IGU 2800，其中IGU间隔件2820可将第一玻璃板2810和第二玻璃板2840隔开以在IGU中形成内部间隙。
应注意，在上述示例IGU中，即使功能层、low-E层、封装层和/或密封胶可能未在图中示出或未明确描述以便不模糊所描述的特征，技术人员将容易理解，这些层和密封胶的各种组合可用于如上所述的任何IGU中。
图29示出了根据特定实施例的示例IGU 2900的构造。IGU 2900包括沉积在第一玻璃板2910(例如，12”×12”×1.1mm玻璃片)上的PV层2930。可以使用光学透明的UV可固化环氧树脂、可热固化的环氧树脂或压力-热粘合剂(例如，聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol，PVA)，聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinyl Butyral，PVB)或热塑性聚氨酯(ThermoplasticPolyurethane，TPU))将封装玻璃2940(例如，12”×11.5”×2.5mm的玻璃片)粘合到PV层2930的上表面上。汇流条(图29未示出)可以沿着PV层2930的两个边缘添加银膏，该PV层2930的两个边缘在封装之后可能暴露。用于电接触的导线可以通过焊接和/或铜带固定到IGU2900的每一侧。间隔件2950(例如，尺寸为11.5”××.5尺”××.5”)可以直接粘合到封装玻璃2940和第二玻璃板2920(例如，12”××如”×2.5mm的玻璃片)上。
图30A-30D示出了根据特定实施例的示于图29中的示例IGU 2900的各个部件。图30A显示了包括PV层2930和第一玻璃层2910的组件3010。组件3010也可以包括连接到PV层的电线3012。图30B显示了使用光学透明的UV可固化环氧树脂、热固化环氧树脂或压力热粘合剂(例如PVA、PVB或TPU)将封装玻璃2940粘合到PV层2930的上表面。封装层2940在一个方向(例如，示于图30B中的垂直方向)具有与第一玻璃板2910相同的尺寸，并且可在另一个方向(例如，水平方向)比第一玻璃板2910稍(例如，约0.5”)短。在封装玻璃2940粘合到PV层2930之后，可以暴露(未覆盖)PV层2930的两个垂直边缘附近的某些区域。汇流条或点连接可以形成于暴露区域的上方，用于与PV层2930进行接触。图30C显示了间隔件2950能被粘合到封装玻璃2940。图30D显示了间隔件2950可在两个方向上均稍(例如，约0.5”)短于组件3010。因此，到PV层2930的电连接可以在间隔件2950外部进行，并且不必穿过间隔件2950，以便将产生的电力带出IGU 2900。IGU 2900可以使用例如硅酮密封胶围绕隔离件2950的外边缘密封，留下电线3012暴露以与PV层2930电接触。
图31A-31D显示了根据特定实施例的示于图29中的完全组装的示例IGU 2900。图31A是完全组装IGU 2900的剖视图。图31B是IGU 2900的部分放大剖视图。图31C为IGU 2900的水平剖视图。图31C为IGU 2900的垂直剖视图。如图31B和31D所示，封装玻璃2940的上边缘可与组件3010对齐，并从而可以使得IGU的组装简单。如图31B和31C所示，组件3010的左边缘和右边缘附近的区域可以不被封装玻璃2940或间隔件2950覆盖，因此可以用于与PV层2930进行电连接而不必穿过间隔件2950。
为了估计集成到双板玻璃中的透明PV层与low-E功能相组合可能对整个建筑的用于加热和冷却的能耗产生的影响，可以执行建筑能源模拟。在下面描述的示例中，在三个不同气候区域中的典型中型办公楼上执行一系列年度建筑能源模拟，以预测在双板窗户中集成透明PV层和增加的low-E功能对建筑的节能的影响。选择透明PV层以在NIR范围内具有选择性吸收和反射。
独立的low-E层(称为“Low-E”)和具有增加的low-E功能的示例透明PV(TPV)层堆叠(称为“TPV+Low-E”)用于集成到双板窗户中。测量low-E和TPV+Low-E涂层的光学性质(例如，透射和反射)。
图32A示出了根据特定实施例的两种材料(Low-E和TPV+Low-E)的透射光谱。Low-E涂层的透射光谱示于曲线3210，TPV+Low-E涂层的透射光谱示于曲线3220。图32A显示了两种涂层对于可见光的高透射效率，而TPV+Low-E也具有对于NIR光的低透射效率。
图32B示出了根据特定实施例的两种材料(Low-E和TPV+Low-E)的透射光谱。反射光谱显示了PV材料对从PV材料前面入射的光的反射率。Low-E涂层的反射光谱由曲线3230显示，TPV+Low-E涂层的反射光谱由曲线3240显示。图32B显示两种材料对于波长大于1200nm的IR光均具有高反射率，并且TPV+Low-E涂层对于波长小于1200nm的NIR光也可具有高反射率。
来自劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Lab)的“Optics6”软件用于使用测量的Low-E和TPV+Low-E涂层的光学性质(例如，透射率、前后反射率和辐射率等)测定Low-E和TPV+Low-E涂层的窗户模拟值。随后，可以从劳伦斯伯克利国家实验室的Windows数据库获得可用于模拟透明玻璃和low-E玻璃窗户组件的关键物理参数。表1显示了对于透明玻璃、low-E玻璃和具有TPV+Low-E涂层的玻璃的这些参数的比较。表1中的下标表明太阳光谱(如“sol”指太阳光的，“vis”指可见光的)的成分。表1中的参数中的数字表明前(“1”)和后(“2”)表面，ε表示红外辐射率，k表示热导率。
表1：不同种类的玻璃的模拟参数
来自劳伦斯伯克利国家实验室的“Berkeley Lab WINDOW”软件用于分析如下所述的不同窗户构造的热和光学性能。使用窗户性质，计算具有和不具有TPV涂层的三种窗户构造的可见光透射率、太阳热增益系数(SHGC)和U值(代表总传热系数)的标准度量。对于建筑模拟的建议，假设参考建筑包括双板窗户，因为这些窗户是新的行业标准。还假设双板窗户包括两个6毫米厚的玻璃板，并且玻璃板之间的空气间隙约为6毫米。
图33A示出了具有透明玻璃的示例IGU 3300。IGU 2300可包括第一玻璃板3310和第二玻璃板3320，第一玻璃板410和第二玻璃板420形成内部间隙3330。第一玻璃板3310可面向建筑的外部环境，第二玻璃板3320可面向建筑的里面。图33B示出了包括low-E层3340的示例IGU 3302。IGU 3302可包括第一玻璃板3310和第二玻璃板3320，第一玻璃板410和第二玻璃板420形成内部间隙3330。Low-E层3340可以放置在第一玻璃板3310的内表面上。图33C示出了根据特定实施例的包括透明PV层的示例IGU3304。IGU 3304可包括第一玻璃板3310和第二玻璃板3320，第一玻璃板410和第二玻璃板420形成内部间隙3330。TPV涂层3350(其也可以包括low-E层)可形成于第一玻璃板3310的内表面。
该模拟使用复杂的模型，该模型使用表1中的数据来模拟窗户的能源特征。该模型考虑了窗户性质的角度变化，并分别处理太阳光谱的每个部分。表2显示了针对图33A-33C中所示的示例IGU构造计算的U值、SHGC和VT值。
表2：为不同窗户构造计算的参数
U值 SHGC VT
具有空气间隙(参考)的双板 3.114 0.717 0.798
具有空气间隙和low-E涂层的双板 2.329 0.500 0.649
具有空气间隙和TPV+Low-E涂层的双板 2.329 0.289 0.596
表2中的U值代表总传热系数，该总传热系数描述建筑元件传导热量的程度。较低的U值意味着较高的绝缘程度，并因此通常优选用于窗户组件。如表2所示，向双板窗户添加Low-E或TPV+Low-E涂层可以大大降低双板窗户的U值。
SHGC表明通过窗户进入的入射太阳辐射的分数，包括直接传输的部分和首先被吸收的部分以及随后向内释放的部分。窗户的SHGC越低，窗户传输的太阳能热量就越少，因此，夏天的冷却需求就越低。太阳能热增益可能受到玻璃类型、板数量和任何玻璃涂层的影响。典型双板窗户可具有约0.72的SHGC。通过增加low-E涂层，该值可以显著降低，例如约0.5。如表2所示，由于通过low-E涂层的波长小于1200nm的NIR光的选择性吸收和反射以及波长大于1200nm的红外光的反射，具有TPV+Low-E涂层的双板窗户具有显著较低的SHGC值，约为0.29。
尽管这些标准窗户度量被广泛接受和理解，但它们无法捕获先进技术的一些优点，例如窗户中的电能产生层。为了解决这些问题，执行年度整体建筑能源模拟以模拟美国三个典型气候的能源性能，以充分确定向窗户添加PV层的益处。
美国能源部(Department of Energy，DOE)开发的中型商业参考建筑模型用于模拟三种气候下的能源性能：亚利桑那州凤凰城、伊利诺伊州芝加哥市和马里兰州巴尔的摩市。建筑模型的设计符合ASHRAE90.1-2004建筑能源规范，代表典型的新建筑。中型参考建筑模型包括3层，总模拟楼面面积约为53,600ft2。该模型具有约7027ft2窗户面积，代表约33％的窗户-墙壁比率。窗户沿着四个立面平均分布。每层楼面具有四个周界区域和一个核心区域。周界区域和核心区域分布包括总面积的40％和60％。楼面到楼面的高度约为13ft，楼面到天花板的高度约为9ft。高度的差异代表压力通风系统的高度。
Energy Plus软件用于执行建筑能源模拟。使用Energy Plus软件计算每个窗户构造和每个位置的总建筑冷却和加热的能耗。使用从国家可再生能源实验室(NationalRenewable Energy Lab，NREL)获得的每个位置的平均太阳照度数据来估计由TPV涂覆的窗户产生的电能。
表3示出了不同地理位置的不同窗户构造的加热、通风和空调(Heating,Ventilation,and Air Conditioning,HVAC)能耗。年度加热和冷却的能源要求代表必须通过HVAC系统输送到建筑或从建筑除去的热能，以维持期望的恒温器设定点。与基线双板玻璃相比，low-E和TPV+Low-E涂敷的窗户在所有气候下对HVAC能源的需求减少，TPV+Low-E涂敷的窗户的HVAC减少量显著更高。此外，使用来自NREL的平均太阳能照度数据并假设5％的PV效率来估计由TPV涂覆的窗户产生的PV电能。通过结合所产生的PV电能和HVAC节省量，包括TPV涂层的窗户可以使典型建筑的电能消耗降低约40-50％。这大大节省了建筑能耗，并显示了TPV涂层对建筑集成光伏模块的巨大影响。
表3：不同窗户构造的加热和冷却的能源需求。
应当理解，本文描述的具体步骤和器件提供了制造根据本发明实施例的可见透明光伏模块的特定方法。根据替代实施例，还可以执行其他步骤顺序。例如，本发明的替代实施例可以以不同的顺序执行上面概述的步骤。此外，本文描述的各个步骤和器件可以包括多个子步骤，这些子步骤可以以适合于各个实施例的各种顺序执行。此外，根据具体应用，可以添加或删除其他步骤和部件。本领域普通技术人员将认识到许多变化、修改和替代。
还应理解，本文描述的示例和实施例仅用于说明目的，并且本领域技术人员将建议对其进行各种修改或改变，并且包括在本申请的精神和范围内以及所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种发电窗户，包括：
第一玻璃板，包括内表面；
第二玻璃板，包括内表面；以及
光伏器件，形成在所述第一玻璃板的内表面或所述第二玻璃板的内表面上，所述光伏器件包括：
第一透明电极层；
第二透明电极层；以及
一个或多个活性层，构造为吸收紫外光或近红外光，并且传输可见光。
2.根据权利要求1所述的发电窗户，其特征在于，还包括：
第一汇流条，与所述第一透明电极层接触；
第二汇流条，与所述第二透明电极层接触；以及
间隔件，将所述第一玻璃板和所述第二玻璃板通过腔体隔开；
其中，所述间隔件形成在所述光伏器件的周界外，但是在所述第一玻璃板或所述第二玻璃板的周界内的闭环；及
其中，所述第一汇流条和所述第二汇流条在由所述间隔件形成的周界内或在所述间隔件下方，所述第一汇流条和所述第二汇流条中的每一个沿着所述光伏器件的边缘延伸。
3.根据权利要求2所述的发电窗户，其特征在于，还包括在所述光伏器件上和由所述间隔件形成的周界内的封装层。
4.根据权利要求3所述的发电窗户，其特征在于，所述封装层包括一个或多个薄膜封装层。
5.根据权利要求3所述的发电窗户，其特征在于，所述封装层包括用于反射红外光的低辐射率层。
6.根据权利要求3所述的发电窗户，其特征在于，所述封装层包括玻璃板或层压阻挡层。
7.根据权利要求2所述的发电窗户，其特征在于，还包括两根导线，每根导线电连接到所述第一汇流条或所述第二汇流条并且通过所述间隔件中的气密密封件穿过所述间隔件。
8.根据权利要求1所述的发电窗户，其特征在于，所述光伏器件构造为既作为光伏器件又作为用于反射红外光的低辐射率层。
9.根据权利要求1所述的发电窗户，其特征在于，还包括：
低辐射率层，构造为反射红外光，
其中所述低辐射率层位于所述光伏器件上或不同于所述光伏器件的玻璃板上。
10.根据权利要求9所述的发电窗户，其特征在于，还包括位于所述光伏器件和所述低辐射率层之间的封装层。
11.根据权利要求1所述的发电窗户，其特征在于：
所述光伏器件层压在所述第一玻璃板和所述第二玻璃板之间。
12.根据权利要求1所述的发电窗户，其特征在于，还包括电耦合到所述光伏器件的功能器件。
13.根据权利要求12所述的发电窗户，其特征在于，所述功能器件包括电致变色器件。
14.一种制造发电窗户的方法，所述方法包括：
在第一玻璃板的上表面上形成光伏器件，所述光伏器件包括：
第一透明电极层；
一个或多个活性层，构造为吸收紫外光或近红外光，并且传输可见光；以及
第二透明电极层；以及
将第二玻璃板附接到所述光伏器件的顶部上，其中所述第二玻璃板与所述光伏器件隔开一段距离。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：
形成第一汇流条，所述第一汇流条与所述第一透明电极层接触；
形成第二汇流条，所述第二汇流条与第二透明电极层接触；以及
在光伏器件上沉积封装层。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：
将所述第二玻璃板附接到所述光伏器件的顶部包括：
将间隔件附接到所述封装层上；以及
将所述第二玻璃板附接到所述间隔件上；
所述间隔件形成在所述光伏器件的周界外，但是在所述第一玻璃板或所述第二玻璃板的周界内的闭环；以及
所述第一汇流条和所述第二汇流条在由所述间隔件形成的周界内或在所述间隔件下方，所述第一汇流条和所述第二汇流条中的每一个沿着所述光伏器件的边缘延伸。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述光伏器件上沉积所述封装层包括沉积一个或多个薄膜层。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：
在将所述第二玻璃板附接到所述光伏器件的顶部上之前，在所述第二玻璃板的底表面上或所述光伏器件上方形成用于反射红外线的低辐射率层。
19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述第二玻璃板上或所述光伏器件上方形成电致发光层；以及
将所述电致发光层电耦合到所述光伏器件上。
20.一种电致变色窗户，包括：
第一玻璃板，包括内表面；
光伏器件，形成在所述第一玻璃板的内表面上，所述光伏器件包括：
第一透明电极层；
第二透明电极层；以及
一个或多个活性层，构造为吸收紫外光或近红外光，并且传输可见光；阻挡层；第二玻璃板；以及
电致变色层，在所述阻挡层和所述第二玻璃板之间，所述电致发光层电耦合到所述第一透明电极层和所述第二透明电极层。
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