CN110870083A - 带有纳米颗粒层的着色光伏模块 - Google Patents

带有纳米颗粒层的着色光伏模块 Download PDF

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Abstract

包括高度稳定的纳米颗粒的层的着色的光伏(PV)模块或屋顶瓦片提供均匀的、与角度无关的观察者颜色。纳米颗粒可以包含金属氧化物，诸如氧化锌、二氧化钛或氧化铁。纳米颗粒可以具有被调整为吸收从PV电池反射的光的波长从而有效地隐藏其外观，并且被调整为散射期望颜色范围内的波长的组成和/或尺寸。与用于制造着色的PV模块的现有方法相比，所公开的实施例可以提供更好的颜色均匀性和更好的效率，并且更具成本效益。在制造处理期间，可以包含一个或多个喷嘴的涂覆系统可以用纳米颗粒喷涂玻璃盖的内表面，该纳米颗粒可以悬浮在溶剂(诸如水或异丙醇)中。然后可以将纳米颗粒层直接包封在密封剂层内部。

Description

带有纳米颗粒层的着色光伏模块
技术领域
本公开一般而言涉及着色的光伏(或“PV”)模块或屋顶瓦片。更具体而言，本公开涉及包括纳米颗粒层以提供均匀颜色的PV模块。
背景技术
典型的光伏(PV)面板或模块可以包括太阳能电池的二维阵列(例如，6×12)。PV屋顶瓦片(或太阳能屋顶瓦片)可以是特定类型的PV模块，其形状类似于屋顶瓦片并且与常规的太阳能电池板相比封装更少的太阳能电池，并且可以包括包封在前盖和后盖之间的一个或多个太阳能电池。这些盖可以是玻璃或其它可以保护太阳能电池不受天气因素影响的材料。太阳能电池的阵列可以用在前盖和后盖之间的包封层(诸如有机聚合物)密封。
常规地，PV模块或太阳能屋顶瓦片的颜色对应于太阳能电池的自然颜色，其可以是蓝色、深蓝色或黑色。有多种技术可用于改善PV模块的颜色外观，使得例如模块与建筑物的颜色匹配，或者模块的外观可以隐藏太阳能电池。
一种这样的颜色管理技术涉及在PV模块内(例如，在包封太阳能电池的前玻璃盖的内表面上)沉积诸如透明导电氧化物(TCO)层的滤光器。可以使用例如物理气相沉积(PVD)技术来沉积光学涂层。虽然基于PVD的光学涂层可以使用薄膜干涉效应来在光伏屋顶瓦片上实现期望的颜色效果，但是这种涂层会遭受随角异色(flop)或角度相关的颜色外观(即，反射波长的角度相关性)的问题。另外，PVD处理对于大批量生产可能是昂贵的。
发明内容
本文描述的一个实施例提供了一种光伏模块。该光伏模块包括前玻璃盖，其中前玻璃盖的内表面涂覆有包含纳米颗粒的材料层，该材料层促进预定颜色的光的反射。此外，光伏模块包括后盖和位于前玻璃盖和后盖之间的至少一个太阳能电池。
在该实施例的变型中，纳米颗粒包括ZnO、TiO2、Fe2O3和Fe3O4中的至少一种。
在该实施例的变型中，纳米颗粒的直径具有10-1000nm的范围。
在该实施例的变型中，纳米颗粒悬浮在密封剂材料中。
在该实施例的变型中，密封剂材料包括热塑性聚烯烃(TPO)或乙烯乙酸乙烯酯(EVA)。
在该实施例的变型中，纳米颗粒包括陶瓷。
在该实施例的变型中，材料层包含具有不同组成和/或尺寸的两种类型的纳米颗粒。
在该实施例的变型中，将纳米颗粒以液体或乳剂喷涂到玻璃盖的内表面上。
在该实施例的变型中，液体或乳剂包括水、异丙醇(IPA)和按重量或体积计0.1％至20％的纳米颗粒。
本文描述的另一个实施例提供了一种用于制造光伏模块的方法。该方法包括将包含纳米颗粒的液体或乳剂层喷涂到前玻璃盖的内表面上。然后，该方法包括将至少一个太阳能电池包封在前玻璃盖和后盖之间，其中纳米颗粒位于前玻璃盖和太阳能电池之间，从而使纳米颗粒反射预定颜色的光。
附图说明
专利或申请文件包含至少一张彩色附图。在请求并支付必要费用后，专利局将提供本专利或专利申请公开的带有(一个或多个)彩色附图的副本。
图1示出了房屋上的光伏屋顶瓦片的示例性构造。
图2示出了根据实施例的光伏屋顶瓦片的构造的透视图。
图3A示出了示例性光伏模块或屋顶瓦片的横截面。
图3B示出了根据实施例的示例性光伏模块或包括纳米颗粒层的屋顶瓦片的横截面。
图4A图示了各种氧化铁组成的纳米颗粒对光的选择性散射的测量光谱。
图4B图示了各种尺寸和组成的金属氧化物纳米颗粒的测量的反射光谱。
图4C图示了各种尺寸和组成的金属氧化物纳米颗粒的测量的吸收光谱。
图4D图示了氧化铁和氧化钛纳米颗粒的混合物的测量的反射光谱。
图5A图示了根据实施例的用纳米颗粒层涂覆玻璃覆盖片。
图5B图示了根据实施例的用于用纳米颗粒层涂覆玻璃覆盖片的喷嘴。
图6图示了根据实施例的包含纳米颗粒层的示例性沉积的光伏模块或屋顶瓦片。
图7示出了根据实施例图示在光伏模块或屋顶瓦片中沉积纳米颗粒层的处理的框图。
在附图中，相似的附图标记指代相同的附图元素。
具体实施方式
呈现以下描述以使本领域的任何技术人员能够制造和使用实施例，并且在特定应用及其要求的上下文中提供以下描述。对于所公开的实施例的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本文中定义的一般原理可以应用于其它实施例和应用。因此，所公开的系统不限于所示的实施例，而是应被赋予与本文所公开的原理和特征相一致的最宽范围。
概述
本文描述的实施例通过包括高度稳定的纳米颗粒(NP)层来解决在光伏(PV)模块或屋顶瓦片中提供均匀的、与角度无关的颜色并且隐藏PV电池的外观的问题。纳米颗粒可以包括金属氧化物，诸如氧化锌、二氧化钛或氧化铁。纳米颗粒的组成和/或尺寸可以调整为吸收从PV电池反射的基本相同波长的光，从而有效地隐藏PV电池的外观。纳米颗粒的特性也可以调整为在与期望颜色外观对应的范围内散射波长，这可以减少PV电池和模块的颜色对比度或颜色的角度相关性。与用于制造着色的PV模块的现有方案相比，所公开的实施例可以提供更好的颜色均匀性和更好的效率，并且更具成本效益。
在制造处理期间，可以包含一个或多个喷嘴的涂覆系统可以用纳米颗粒的悬浮剂或乳剂喷涂玻璃盖的内表面。纳米颗粒可以悬浮在介质(诸如水或异丙醇)中。纳米颗粒层然后可以被密封剂层包封。
如本文所公开的纳米颗粒层具有优于现有的用于PV模块的颜色管理系统的可靠性优点，包括良好的拉力(粘合)性能和电流泄漏特点。为了优化可靠性并延长PV模块或屋顶瓦片的使用寿命，纳米颗粒优选地包括具有热、化学和电稳定性的材料。例如，纳米颗粒可以包括具有低电导率的材料，诸如绝缘体或宽带隙半导体，以避免在PV屋顶瓦片潮湿时电流泄漏。为了避免可靠性问题，还优选在操作温度下维持稳定相(即，固体)的材料。
在一个实施例中，纳米颗粒可以包括非导电金属氧化物，其包括以下中的一种或多种：氧化锌(ZnO)；二氧化钛(TiO2)；以及氧化铁，诸如氧化铁(III)(Fe2O3)和氧化铁(II，III)(Fe3O4)。在另一个实施例中，纳米颗粒可以包括陶瓷材料。注意的是，纳米颗粒可以基于任何稳定的材料，并且不受本公开的限制。例如，纳米颗粒层可以包括两种或更多种具有不同组成、尺寸和/或光学性质的纳米颗粒的混合物。
当纳米颗粒在层压处理中溶解在密封剂材料(例如，热塑性聚烯烃(TPO)或乙烯乙酸乙烯酯(EVA))中时，可以获得附加的可靠性。因此，对于纳米颗粒而言，固化或处理处理可以是可选的，并且由于密封剂层之间的良好粘合性，最终的屋面瓦产品可以承受大量的拉力。另外，由于纳米颗粒被包封，因此这些颗粒不暴露于大气，因此被保护免受腐蚀。
此外，与诸如用于在PV模块的玻璃盖上涂覆滤光器层的PVD处理的现有系统相比，所公开的实施例具有明显的制造和成本优势。PVD需要真空室，而纳米颗粒层仅可以用空中多喷嘴喷涂系统被涂覆在玻璃上。此外，纳米颗粒的材料成本可以比滤光器层便宜。
PV屋顶瓦片和模块
所公开的系统和方法可以用于在PV屋顶瓦片和/或PV模块中提供更均匀的颜色并隐藏PV电池的外观。注意的是，这样的PV屋顶瓦片可以同时用作太阳能电池和屋顶瓦片。图1示出了房屋上的PV屋顶瓦片的示例性构造。PV屋顶瓦片100可以像常规屋顶瓦片或屋顶板一样安装在房屋上。特别地，PV屋顶瓦片可以以防止水进入建筑物的方式放置。
在PV屋顶瓦片内，相应的太阳能电池可以包括一个或多个电极，诸如母线和指状线，并且可以电耦合到其它电池。太阳能电池可以通过接线片经由它们相应的母线进行电耦合，以形成串联或并联连接。而且，可以在两个相邻的瓦片之间建立电连接，使得多个PV屋顶瓦片可以联合提供电力。
图2示出了根据实施例的光伏屋顶瓦片的构造的透视图。在这个视图中，太阳能电池204和206可以气密地密封在顶部玻璃盖202和底片或后玻璃盖208之间，这可以联合地保护太阳能电池不受天气因素的影响。搭接条212可以与太阳能电池204的前侧电极接触并且延伸超过玻璃盖202的左边缘，从而用作PV屋顶瓦片的第一极性的接触电极。搭接条212也可以与太阳能电池206的后侧接触，从而在太阳能电池204和太阳能电池206之间形成串联连接。搭接条214可以与太阳能电池216的前侧电极接触并且延伸超过玻璃盖202的右侧边缘。
使用可以覆盖前侧电极的大部分的长的搭接条可以确保足够的电接触，从而降低分离的可能性。此外，密封在玻璃盖和底片之间的四个搭接条可以提高PV屋顶瓦片的耐用性。
图3A示出了示例性光伏模块或屋顶瓦片300的横截面。在这个示例中，太阳能电池或太阳能电池阵列308可以由顶部玻璃盖302和底片或后玻璃盖312包封。可以基于聚合物的顶部密封剂层306可以用于在顶部玻璃盖302和太阳能电池或太阳能电池阵列308之间进行密封。具体而言，密封剂层306可以包括聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、热塑性聚烯烃(TPO)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)或N,N’-二苯基-N,N’-双(3-甲基苯基)-1,1’-二苯基-4,4’-二胺(TPD)。类似地，可以基于类似材料的后密封剂层310可以用于在太阳能电池阵列308和底片或玻璃盖312之间进行密封。在2017年3月1日提交的题为“SYSTEM AND METHOD FOR PACKAGINGPHOTOVOLTAIC ROOF TILES”、代理人案卷号为P357-1PUS的美国临时专利申请No.62/465,694中更详细地描述了PV屋顶瓦片和模块，该专利申请通过引用结合于此。本文公开的实施例可以应用于太阳能电池、PV屋顶瓦片和/或PV模块。
一种为PV屋顶瓦片或模块提供颜色的现有技术涉及经由诸如PVD之类的处理在PV模块内沉积滤光器。在图3A的示例中，模块或屋顶瓦片300也可以包含滤光器层304(也称为光学涂层或滤色器层)，该滤光器层304包括一层或多层光学涂层，这些涂层经由薄膜干涉效应提供颜色。滤光器层304可以包含透明导电氧化物(TCO)，诸如氧化铟锡(ITO)或掺杂铝的氧化锌(AZO)，或者包含具有不同折射率的材料的多层堆叠。在2016年10月14日提交的题为“COLORED PHOTOVOLTAIC MODULES”、代理人案卷号为P301-2NUS的美国专利申请No.15/294,042中更详细地描述了使用滤色器层的PV屋顶瓦片和模块。
但是，基于薄膜干涉的滤光器层可能会遭受PV电池与PV模块之间的对比度或与角度相关的颜色外观的影响，这可能会损害美观性。本文公开的系统和方法提供了PV模块中的替代颜色来源，即，由纳米颗粒层散射特定波长的光。与PVD沉积的滤色器层相比，纳米颗粒具有几个优点，包括更好的颜色均匀性、能效、成本效益和可靠性。
图3B示出了根据实施例的包括纳米颗粒层的示例性光伏模块或屋顶瓦片350的横截面。模块或屋顶瓦片350具有与图3A中所示的模块或屋顶瓦片300类似的结构，包括由顶部玻璃盖352和背板或后玻璃盖362包封的太阳能电池或太阳能电池阵列358。顶部密封剂层356在顶部玻璃盖352与太阳能电池或太阳能电池阵列358之间进行密封。后密封剂层360可以在太阳能电池阵列358和背板或后玻璃盖362之间进行密封。
PV模块或屋顶瓦片350包含纳米颗粒层354。在一个实施例中，纳米颗粒层354可以吸收或滤掉与由太阳能电池358反射的光对应的波长范围内的光(通常为蓝光)，从而使太阳能电池的外观对观察者不可见。纳米颗粒层354还可以散射或反射与期望的颜色外观对应的波长的光(例如，红光)，从而提供基本上均匀的颜色(例如，赤土色、灰色或黑色)。
基于纳米颗粒的米氏散射的均匀颜色外观
所公开的系统和方法可以通过由纳米颗粒层反射、散射和/或吸收光而在PV模块或屋顶瓦片中提供均匀的、与角度无关的颜色。具体而言，纳米颗粒层可以通过吸收与PV电池的颜色(通常为蓝色或深蓝色)对应的波长范围来有效地隐藏PV电池的外观。因此，纳米颗粒层可以滤掉由PV电池反射的光，从而防止其进入观看者的眼睛。同时，从纳米颗粒层的散射(其散射峰在特定波长范围内)可以提供均匀的颜色外观。由于这种着色光被散射(并且纳米颗粒在层中随机且各向同性地分布)，因此光在PV电池和模块之间显示的对比度很小，并且几乎没有“随角异色”或颜色的角度相关性。
利用所公开的系统和方法，可以例如通过调节纳米颗粒的诸如尺寸和组成之类的性质，精确地调整纳米颗粒层以过滤一些波长并且散射其它波长。纳米颗粒的尺寸(例如，通过直径测量)和材料都会影响纳米颗粒的带隙、吸收和散射。作为对照，在PVD沉积的滤光器膜中，颜色是由来自薄膜表面的反射光波的折射和干涉决定的。因此，PVD沉积的膜可能缺乏与所公开的纳米颗粒层相当的吸收和散射光谱特征的细粒度调节。
纳米颗粒的尺寸可以确定其散射轮廓及其散射峰的位置，因此确定纳米颗粒层的颜色外观。从直径远小于可见波长的纳米颗粒散射的情况已由瑞利(Rayleigh)散射很好地描述。这样的颗粒仅经历可见光的最小散射，因此具有在蓝色或紫色范围内散射为主的可见色。米氏或选择性散射是指更普遍的情况，尤其是直径与可见波长(即几百纳米)相当的颗粒的情况。这些纳米颗粒会经历具有相似波长的光的强烈选择性散射。
虽然纳米颗粒的尺寸对于确定其散射光谱是重要的，但其组成也会影响光谱。图4A图示了各种氧化铁组成的纳米颗粒对光的选择性散射的测量光谱。如图所示，散射峰的数量、位置和宽度在不同氧化铁之间变化。如图4A所示，氧化铁的散射峰通常在红色和红外范围内。
注意的是，纳米颗粒可以帮助散射具有期望红色色调的PV模块的红色光。例如，Fe2O3纳米颗粒可以用于吸收来自PV电池的蓝光并反射其它颜色的光。在一些实施例中，TiO2纳米颗粒可以用于散射红光，包括从Fe2O3反射的光，以呈现红色外观(例如，赤土色)。
图4B图示了各种尺寸和组成的金属氧化物纳米颗粒的测量的反射光谱。如图所示，对于TiO2纳米颗粒，散射在蓝色(450nm)和红色红外(850nm)波长附近具有峰值。此外，看到颗粒尺寸影响散射光谱，与500nm颗粒相比，尤其是波长大于300nm的颗粒，较小的300nm颗粒的散射幅度受到抑制。对于30nm的Fe3O4纳米颗粒，散射受到进一步抑制，但光谱在300nm和850nm附近显示出峰。
除了受控的散射之外，还可以对纳米颗粒的带隙、尺寸和组成进行改造，以实现受控的吸收。例如，对于Fe3O4纳米颗粒，带隙随着颗粒尺寸的减小而增加，这进而影响颗粒的吸收光谱。这种增加的带隙可以在特定波长下产生吸收峰，因此纳米颗粒层可以用于滤掉这些波长。
图4C图示了各种尺寸和组成的金属氧化物纳米颗粒的测量吸收光谱。如图所示，300nm和500nm的TiO2纳米颗粒具有相似的吸收率，对于大于300nm的波长，较大的TiO2颗粒的吸收率稍强。同时，30nm的Fe3O4纳米颗粒显示出明显更强的吸收率，特别是对于小于650nm的波长。由于吸收率有助于减少来自PV电池的后反射，因此系统优选地使用30nm纳米颗粒，诸如Fe3O4或Fe2O3来吸收后反射的蓝光。
在一些实施例中，纳米颗粒层可以包括两种或更多种具有不同组成或尺寸的纳米颗粒的混合物，以便同时调整吸收率和散射性质。即，该层可以包含一种类型的被调整为吸收蓝光的纳米颗粒，以及第二种类型的被调整为散射PV瓦片的期望颜色的纳米颗粒。例如，该层可以包含如上所述的用于吸收来自PV电池的光的30nm氧化铁纳米颗粒(诸如Fe3O4或Fe2O3)，以及用于提供红色色调的二氧化钛(TiO2)。
图4D图示了氧化铁和氧化钛纳米颗粒的混合物的测量的反射光谱。如图所示，对于波长大于700nm(对应于红色和红外光)和小于300nm(对应于紫外光)的波长，该组合的反射光谱与TiO2的反射光谱很大程度相似。但是，对于介于大约400nm和500nm之间的中间波长(对应于蓝色和紫色光)，Fe2O3的存在会引起强吸收率，从而大大降低全反射率。
在一些实施例中，该层还可以包含多于两种类型的纳米颗粒(例如，以散射两种颜色的混合，或以提供更高效的吸收率)。因此，调整纳米颗粒层的吸收和散射允许对到达观看者的眼睛的颜色进行精确控制。
纳米颗粒层的优点
如上所述，纳米颗粒层可以提供对PV模块的颜色外观的精确控制。与现有系统相比，纳米颗粒层的其它优点包括改善的颜色均匀性、能量效率、成本效益、可靠性和大批量制造(HVM)可规模化性。
表1比较了根据实施例的纳米颗粒涂覆的瓦片和PVD涂覆的瓦片的颜色匹配和电流损耗。如表1所示，已经证明了良好的颜色匹配。PVD黑色和灰色样本分别显示出4.2和2.8的L*a*b*色差
Figure BDA0002358888980000101
(其中L*是亮度，并且a*和b*是色对抗的绿-红色和蓝-黄色)，而纳米颗粒具有范围从2.8至3.8的ΔE*。
关于效率或由于反射引起的所产生电流的损失，所公开的纳米颗粒层与PVD处理相比可以实现相同或更好的性能。例如，如表1所示，纳米颗粒方案可以实现2-8％的短路电流Isc损耗，而PVD处理的损耗为8-10％。注意的是，PV模块的效率通常与Isc成比例。因此，本文公开的纳米颗粒层显示出与PVD沉积的滤光器层一样好或更好的效率。
在功耗方面，滤掉后反射的蓝光会消耗入射功率的7-8％。因此，对于灰色和黑色瓦片，这等于总功耗。对于着色瓦片，散射红光以提供红色色调会消耗另外8-9％的功率。因此，总的来说，着色的PV模块或屋顶瓦片会损失多达约20％的入射太阳能来隐藏PV电池和提供着色的外观。
<u>涂覆</u> <u>ΔE(色差)</u> <u>I<sub>sc</sub>损耗</u>
PVD BlackA 4.19 -8.16％
NP Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 3.84 -3.96％
NP Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> 2.99 -3.19％
PVD Grey1 2.79 -9.22％
NP ZnO 3.77 -8.84％
NP TiO<sub>2</sub> 2.83 -2.48％
表1：颜色匹配和效率的比较。
关于纳米颗粒的成本优势，通常PVD处理需要真空室，而纳米颗粒层可以使用空中多喷嘴喷涂系统涂覆在玻璃上。因此，所公开的系统和方法可以带来较少的资金支出。
此外，由于纳米颗粒方案比光学滤色器所涉及的材料便宜，因此其带来更低的运营成本。对于将TCO沉积为滤色器的基于PVD的方案，可能需要使用昂贵的基于In2O3的材料用于防潮屏障。作为对照，沉积的纳米颗粒的主要材料成本是纳米颗粒悬浮剂，从而导致每瓦片成本约为PVD沉积的TCO的成本的70％或更少。利用回收程序来重用悬浮剂，可以将沉积纳米颗粒的成本进一步降低到PVD每瓦片成本的大约20％或更低。
表2示出了三种不同颜色的纳米颗粒涂覆的瓦片的可靠性，该可靠性是通过在温度应力之后的“拉力”测试中由样品承受的“拉力”或粘附力来测量的。如表中所示，具有纳米颗粒层的PV屋顶瓦片可以承受大约110N的典型拉力。因此，所有材料均已通过拉力测试，该拉力测试需要至少90N的拉力才能与标准太阳能模块的密封胶粘合强度相当。注意的是，因为纳米颗粒可以溶解在密封剂中，因此它们可以承受强大的拉力，使得不需要额外的处理即可将各层粘合在一起。纳米颗粒溶解在密封剂中的能力还有助于保护它们免受外部环境的影响。
<u>薄涂层</u> <u>厚涂层</u> <u>中等涂层</u>
114.4 109.6 115
127.2 120.5 94
136.6 130.2 109.8
表2：可靠性：在对于三种颜色的温度应力之后的拉力测试中的拉力(N)。
此外，纳米颗粒涂层材料全都没有在潮湿条件下表现出电流泄漏。带有纳米颗粒的瓦片已通过电流泄漏测试，该电流泄漏测试对于单个8.5”×13”的屋顶瓦片需要至少0.57GΩ的初始电阻。黑色和灰色纳米颗粒材料均显示超过20GΩ的电阻。这些强的防止电流泄漏的结果可归因于纳米颗粒包含非导电材料的事实。
如以下将讨论的，可以容易地实现用于PV模块或屋顶瓦片中的纳米颗粒层的沉积处理以进行大批量制造(HVM)。此外，制造处理具有良好的可伸缩性，并且可以快速放置就位和自动化。用于沉积纳米颗粒的高度稳定的材料的另一个优点是更好的处理稳定性。
在PV模块中沉积纳米颗粒层
本部分描述通过喷涂纳米颗粒悬浮剂来沉积纳米颗粒层的示意性处理。注意的是，用于纳米颗粒沉积的许多不同处理是可能的，包括在美国专利申请No.15/294,042中描述的那些处理，并且不受本公开的限制。
图5A图示了根据实施例的用纳米颗粒层涂覆玻璃覆盖片。在这个示例中，顶部玻璃盖502被放置为其内表面朝向喷嘴504。然后用纳米颗粒悬浮剂或乳剂喷涂玻璃盖。在一个实施例中，纳米颗粒悬浮在介质(例如水和异丙醇(IPA)的混合物)中。然后可以例如使用加热器506使悬浮剂干燥，从而留下在顶玻璃盖508的内表面上涂覆的纳米颗粒层510。在一些实施例中，可以在喷涂之后将介质排干。然后可以将纳米颗粒层510与密封剂层512层压在一起。层压处理可以将纳米颗粒接合到玻璃盖508。
注意的是，在这个示例中，PV模块被示出为上下颠倒，即，顶部玻璃盖508置于纳米颗粒层510下方，而纳米颗粒层510则位于密封剂512下方。可以以这种倒置朝向制造PV模块，以促进沉积处理，使得可以将纳米颗粒层510喷涂到玻璃508上，并且随后与密封剂512层压在一起。在顶部玻璃盖的内表面朝下的情况下，也可以向上喷涂纳米颗粒层。
图5B图示了根据实施例的用于用纳米颗粒层涂覆玻璃覆盖片的喷嘴。可以使用多个喷嘴，以便提供优异的生产可规模化性。喷嘴可以与化学品输送系统、皮带和外壳一起集成在集成系统中。沉积纳米颗粒所需的喷嘴和装备可以具有小的尺寸(例如，大约6到7英尺的边缘的立方体)、低的资金和运营成本，并且因此总体上小的制造处理“占用区域(footprint)”。
在一个实施例中，喷嘴可以包括一个或多个压力喷嘴。但是，为了防止纳米颗粒沉降在纳米颗粒悬浮剂中，沉积处理可以优选地包括提供对悬浮剂的搅拌。此外，纳米颗粒悬浮剂可以优选地作为均质混合物喷涂，而不是包含聚集的颗粒簇或团块。当纳米颗粒尺寸小时，这尤其重要。可以使用超声波喷嘴，该超声波喷嘴在喷涂处理之前或期间采用超声波能量将簇或团块搅动和/或分离成单独的纳米颗粒。压缩空气载气也可以用于改善纳米颗粒的均匀性。
沉积的纳米颗粒层的密度和厚度会影响反射到观察者的光量，从而影响模块的颜色外观的颜色亮度(或L*值)。注意的是，这也会影响模块的效率，因为被纳米颗粒反射的光无法到达PV电池以被转换成太阳能。
在实施例中，纳米颗粒可以以0.5mg/cm2的面积密度进行沉积。可以喷涂纳米颗粒以形成标称厚度为100nm至1μm的层。可以基于纳米颗粒的密度ρ和顶部玻璃盖508上涂覆的质量M计算标称厚度，例如M/(Aρ)，其中A是涂覆面积，而M/A是沉积面积密度。
在一个实施例中，可以以与常规PV模块相反的顺序制造具有纳米颗粒层的PV模块或屋顶瓦片，以便促进将纳米颗粒悬浮剂喷涂在玻璃盖上。图6图示了根据实施例的包含纳米颗粒层的示例性制造的光伏模块或屋顶瓦片。在这个示例中，PV模块相对于其标准朝向(即相对于图3A和图3B中所示的朝向)上下颠倒地放置。特别地，顶部玻璃盖602位于堆叠的底部，如图5A的示例中所示。
接下来，将纳米颗粒层604涂覆在玻璃盖602的内表面上，并与密封剂层606层压在一起。在这个示例中，玻璃盖602、纳米颗粒层604和密封剂层606彼此相邻。接下来，可以在密封剂层606上布置PV电池阵列608。底部或第二密封剂层610可以层压在PV电池阵列608上。最后，底部或第二玻璃盖612可以密封在第二密封剂层610上。注意的是，如果将纳米颗粒涂层转到标准方向，该涂层将不会脱落，即，该涂层可以粘附到玻璃盖602的底部。
图7示出了根据实施例的图示在光伏模块或屋顶瓦片中沉积纳米颗粒层的处理的框图。首先，将纳米颗粒溶液喷涂在玻璃盖的内表面上(操作702)。纳米颗粒可以具有被调整为吸收从多个PV电池反射的第一波长范围的光并且被调整为散射第二波长范围的着色光的组成和/或尺寸。取决于材料的特性以及所需的涂层颜色和厚度，悬浮剂浓度可以有很大变化。一般而言，较低的浓度可以减少集聚并提供更好的颗粒尺寸控制。溶液的纳米颗粒浓度按重量或体积计可以是0.1％到5％的较低范围。溶液的纳米颗粒浓度可以高达20％。在一个实施例中，溶液可以包含5％的Fe2O3和1％的TiO2。溶液可以包含水、IPA和0.1％至20％的纳米颗粒。
然后将溶液干燥或排干，从而在玻璃盖上留下纳米颗粒层(操作704)。接下来，将密封剂层放置在纳米颗粒层上(操作706)。在一些实施例中，该层压处理是用胶或聚合物材料完成的。然后将多个PV电池放置在密封剂层上(操作708)。最后，将第二密封剂层和/或第二玻璃盖密封在多个PV电池上(操作710)。
仅出于说明和描述的目的给出了各种实施例的前述描述。它们并非旨在穷举或将本系统限制为所公开的形式。因此，许多修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。此外，以上公开并非旨在限制本系统。

Claims (20)

1.一种光伏模块，包括：
前玻璃盖，其中所述前玻璃盖的内表面涂覆有包含纳米颗粒的材料层，所述材料层促进预定颜色的光的反射；
后盖；以及
位于所述前玻璃盖和所述后盖之间的至少一个太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述纳米颗粒包括以下中的至少一种：ZnO、TiO2、Fe2O3和Fe3O4。
3.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述纳米颗粒的直径具有10-1000nm的范围。
4.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述纳米颗粒悬浮在密封剂材料中。
5.根据权利要求4所述的光伏模块，其中所述密封剂材料包括热塑性聚烯烃(TPO)或乙烯乙酸乙烯酯(EVA)。
6.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述纳米颗粒包括陶瓷。
7.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述材料层包含具有不同组成和/或尺寸的两种类型的纳米颗粒。
8.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述纳米颗粒以液体或乳剂的形式喷涂到所述玻璃盖的内表面上。
9.根据权利要求8所述的光伏模块，其中所述液体或乳剂包括水、异丙醇(IPA)和按重量或体积计0.1％至20％的纳米颗粒。
10.一种用于制造光伏模块的方法，所述方法包括：
将包含纳米颗粒的液体或乳剂层喷涂到前玻璃盖的内表面上；
将至少一个太阳能电池包封在所述前玻璃盖和后盖之间，其中所述纳米颗粒位于所述前玻璃盖和所述太阳能电池之间，从而使所述纳米颗粒反射预定颜色的光。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述纳米颗粒包括以下中的至少一种：ZnO、TiO2、Fe2O3和Fe3O4。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述纳米颗粒的直径具有10-1000nm的范围。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述纳米颗粒悬浮在密封剂材料中。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述密封剂材料包括热塑性聚烯烃(TPO)或乙烯乙酸乙烯酯(EVA)。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述材料层包含具有不同组成和/或尺寸的两种类型的纳米颗粒。
16.根据权利要求10的方法，其中所述液体或乳剂包含水、异丙醇(IPA)和按重量或体积计0.1％至20％的纳米颗粒。
17.一种光伏屋顶瓦片，包括：
前玻璃盖，其中所述前玻璃盖的内表面涂覆有包含纳米颗粒的材料层，所述材料层促进预定颜色的光的反射；
后盖；以及
位于所述前玻璃盖和所述后盖之间的至少一个太阳能电池。
18.根据权利要求17所述的光伏屋顶瓦片，其中所述纳米颗粒包括以下中的至少一种：ZnO、TiO2、Fe2O3和Fe3O4。
19.根据权利要求17所述的光伏屋顶瓦片，其中所述纳米颗粒的直径具有10-1000nm的范围。
20.根据权利要求17所述的光伏屋顶瓦片，其中所述纳米颗粒悬浮在密封剂材料中。
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