CN112071930A - 光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏组件技术领域，具体涉及一种光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃及其制备方法。所述光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃，由自下而上排布的玻璃基板、颜色层、保护层组成；颜色层的膜层材料为SiO2、TiO2、ZnO、Si3N4、MgF2、SnO、Nb2O5中的一种或多种材料混合，厚度为80～200nm；保护层的膜层材料为TiN、ZrO2、ZrN、SiZrOx、SiZrN、SiZrON中的一种或多种材料混合，厚度为3～15nm。本发明的光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃，反射颜色值为宝石蓝色，用于光伏太阳能电池，太阳能透光率(380nm～1100nm)＞85％，太阳能电池的效率基本不变；本发明还提供其制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及光伏组件技术领域，具体涉及一种光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃及其制备方法。
背景技术
光伏建筑一体化，是应用太阳能发电的一种新概念，简单地讲就是将太阳能光伏发电方阵安装在建筑的围护结构外表面来提供电力。一般的建筑物外围护表面采用涂料、装饰瓷砖或幕墙玻璃，目的是为了保护和装饰建筑物。如果用光伏器件代替部分建材，即用光伏组件来做建筑物的屋顶、外墙和窗户，这样既可用做建材也可用以发电，可谓物尽其美。对于框架结构的建筑物，可把其整个围护结构做成光伏阵列，选择适当光伏组件，既可吸收太阳直射光，也可吸收太阳反射光。
为了实现光伏建筑一体化(BIPV)光伏市场的苛刻需求，在不断提高组件转换效率的同时，外观方面更加人性化，更加贴合环境和人的审美需求，这就需要更多的颜色组件以适应美观要求，尤其是光伏与建筑一体化对彩色组件的需求更加迫切，对于作为建筑材料的光伏产品，更需要根据客户喜欢的颜色来装扮自己的建筑，彰显建筑的特色。
专利CN2020104851338公开了一种光伏组件用蓝色前板玻璃及其制备的蓝色光伏组件，通过以不同折射率材料经沉积形成交替叠加的高折射率层和低折射率层，并通过调整各层间的厚度匹配，形成所需蓝色的介质膜块，并通过沉积于玻璃基板表面形成可用于光伏组件的蓝色前板玻璃；制备的蓝色前板玻璃在太阳光波段范围内具有高的透过率、良好的耐候性、阻水性，有效改善了传统光伏组件颜色单一的问题，满足光伏建筑一体化对外观颜色的需求。但是其颜色层需要采用多层材料沉积，制备方法繁琐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃，反射颜色值为宝石蓝色，用于光伏太阳能电池，太阳能透光率(380nm～1100nm)＞85％，太阳能电池的效率基本不变；本发明还提供其制备方法。
本发明所述的光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃，由自下而上排布的玻璃基板、颜色层、保护层组成。
颜色层的膜层材料为SiO2、TiO2、ZnO、Si3N4、MgF2、SnO、Nb2O5中的一种或多种材料混合，厚度为80～200nm，优选为100～150nm。
保护层的膜层材料为TiN、ZrO2、ZrN、SiZrOx、SiZrN、SiZrON中的一种或多种材料混合，厚度为3～15nm。
其中，SiZrOx、SiZrN、SiZrON是采用掺锆的硅靶材，分别通入氩气和氧气的混合气体，氩气和氮气的混合气体，氩气、氮气和氧气的混合气体制备的材料，锆掺杂的比例为20％～36％。
玻璃基板为普通玻璃、优质浮法玻璃、超白玻璃、超白压花玻璃、酸蚀玻璃中的一种；优选为超白玻璃、超白压花玻璃、酸蚀玻璃中的一种。
玻璃基板的厚度为3.2～15mm，优选为6～8mm。
本发明通过采用与玻璃基板折射率不同的材料作为颜色层，与玻璃本体干涉，从而使镀膜后的样品与BIPV结合后呈现蓝色外观；颜色层的材料厚度与材料折射率密切相关，同时与保护层相互配合，由于保护层的厚度较薄，主要通过对颜色层进行微调来达到相应的颜色效果；此外，保护层的硬度高、致密性好，对内部膜层具有保护作用，能够增加玻璃的耐加工性能。
本发明所述的光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃的制备方法，采用磁控溅射的方法在玻璃基板上依次制备颜色层和保护层。
包括以下步骤：
(1)将玻璃基板用去离子水清洗、干燥，玻璃经预真空过渡；
(2)将玻璃基板传送到磁控溅射设备的镀膜腔室，依次在配置好靶材的腔室中，通入工艺气体，制备多层膜干涉颜色层；
(3)将玻璃传送至保护层材料的靶位下，通入工艺气体，制备保护层。
步骤(1)、(2)中预真空和镀膜腔室的线速度1～12m/min。
步骤(2)和步骤(3)中的工艺气体为氩气，或者氩气和氧气的混合气体，或者氩气和氮气的混合气体，或者氩气、氮气和氧气的混合气体。
在用于制备太阳能电池时，自上而下依次排布为蓝色盖板玻璃、EVA、太阳能电池、EVA、背板。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明制备的光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃膜层少，膜层耐加工性能好，其反射颜色值为宝石蓝色，反射颜色的色坐标为a*(-8±1.5)，b*(-28±2)，用于光伏太阳能电池，太阳能透光率(380nm～1100nm)＞80％，太阳能电池的效率基本不变。
附图说明
图1为本发明光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃的结构示意图；
图中：1、玻璃基板；2、颜色层；3、保护层；
图2为本发明实施例1制备的光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃300-1100nm的透过率光谱；
图3为本发明实施例1制备的光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃300-800nm的反射率光谱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃，由自下而上排布的玻璃基板、颜色层、保护层组成；玻璃基板为厚度6mm的超白玻璃，颜色层为厚度128nm的TiO2，保护层为厚度5nm的ZrO2。
制备方法为：
(1)将玻璃基板用超纯水清洗干净，线速度设置为2.0m/min；
(2)将玻璃基板经预真空过渡后传送入镀膜腔室中，镀膜室的本底真空＜1×10- 5mbar，磁控溅射镀膜设备安装不完全氧化的TiOx靶，通入氩气纯度大于99.99％，流量800sccm，氧气纯度大于99.99％，流量20sccm，工作压强为2～5×10-3mbar，设置靶材总功率为480KW，采用射频磁控溅射的方法，在玻璃基板上镀TiO2膜层128nm；
(3)磁控溅射镀膜设备安装不完全氧化的ZrOx靶，通入氩气800sccm，氧气20sccm，设置靶材总功率为5KW，采用磁控溅射的方法，在玻璃基板上镀ZrO2膜层5nm，得到光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃。
实施例2
一种光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃，由自下而上排布的玻璃基板、颜色层、保护层组成；玻璃基板为厚度6mm的超白压花玻璃，颜色层为厚度145nm的ZnSnO2，保护层为厚度8nm的ZrO2。
制备方法为：
(1)将玻璃基板用超纯水清洗干净，线速度设置为2.0m/min；
(2)将玻璃基板经预真空过渡后传送入镀膜腔室中，镀膜室的本底真空＜1×10- 5mbar，磁控溅射镀膜设备安装ZnSn靶，Zn/Sn为1：1，通入氩气纯度大于99.99％，流量400sccm，氧气纯度大于99.99％，流量800sccm，工作压强为2～5×10-3mbar，设置靶材总功率为350KW，采用磁控溅射的方法，在玻璃基板上镀ZnSnO2(ZnO和SnO混合)膜层145nm；
(3)磁控溅射镀膜设备安装不完全氧化的ZrOx靶，通入氩气纯度大于99.99％，流量800sccm，氧气纯度大于99.99％，流量20sccm，设置靶材总功率为8KW，采用磁控溅射的方法，在玻璃基板上镀ZrO2膜层8nm，得到光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃。
实施例3
一种光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃，由自下而上排布的玻璃基板、颜色层、保护层组成；玻璃基板为厚度6mm的超白玻璃，颜色层为厚度132nm的Nb2O5，保护层为厚度7nm的SiZrO2。
制备方法为：
(1)将玻璃基板用超纯水清洗干净，线速度设置为2.0m/min；
(2)将玻璃基板经预真空过渡后传送入镀膜腔室中，镀膜室的本底真空＜1×10- 5mbar，磁控溅射镀膜设备安装不完全氧化的NbOx靶，通入氩气纯度大于99.99％，流量800sccm，氧气纯度大于99.99％，流量200sccm，工作压强为2～5×10-3mbar，设置靶材总功率为350KW，采用射频磁控溅射的方法，在玻璃基板上镀Nb2O5膜层132nm；
(3)磁控溅射镀膜设备安装SiZr靶，Zr掺杂百分比为36.5％，通入氩气纯度大于99.99％，流量800sccm，氧气纯度大于99.99％，流量400sccm，设置靶材总功率为8KW，采用磁控溅射的方法，在玻璃基板上镀SiZrO2膜层8nm，得到光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃。
对比例1
本对比例的光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃不含保护层，由自下而上排布的玻璃基板、颜色层组成；玻璃基板为厚度6mm的超白玻璃，颜色层为厚度135nm的TiO2。
制备方法为：
一种光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃，由自下而上排布的玻璃基板、颜色层、保护层组成；玻璃基板为厚度6mm的超白压花玻璃，颜色层为厚度145nm的ZnSnO2，保护层为厚度8nm的ZrO2。
制备方法为：
(1)将玻璃基板用超纯水清洗干净，线速度设置为2.0m/min；
(2)将玻璃基板经预真空过渡后传送入镀膜腔室中，镀膜室的本底真空＜1×10- 5mbar，磁控溅射镀膜设备安装ZnSn靶，Zn/Sn为1：1，通入氩气纯度大于99.99％，流量400sccm，氧气纯度大于99.99％，流量800sccm，工作压强为2～5×10-3mbar，设置靶材总功率为350KW，采用磁控溅射的方法，在玻璃基板上镀ZnSnO2(ZnO和SnO混合)膜层145nm；
(3)磁控溅射镀膜设备安装不完全氧化的ZrOx靶，通入氩气纯度大于99.99％，流量800sccm，氧气纯度大于99.99％，流量20sccm，设置靶材总功率为8KW，采用磁控溅射的方法，在玻璃基板上镀ZrO2膜层8nm，得到光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃。
对比例2
一种光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃，由自下而上排布的玻璃基板、颜色层、保护层组成；玻璃基板为厚度6mm的超白压花玻璃，颜色层为厚度112nm的TiO2，保护层为厚度20nm的ZrO2。
制备方法为：
(1)将玻璃基板用超纯水清洗干净，线速度设置为2.0m/min；
(2)将玻璃基板经预真空过渡后传送入镀膜腔室中，镀膜室的本底真空＜1×10- 5mbar，磁控溅射镀膜设备安装不完全氧化的TiOx靶，通入氩气纯度大于99.99％，流量800sccm，氧气纯度大于99.99％，流量20sccm，工作压强为2～5×10-3mbar，设置靶材总功率为480KW，采用射频磁控溅射的方法，在玻璃基板上镀TiO2膜层102nm；
(3)磁控溅射镀膜设备安装不完全氧化的ZrOx靶，通入氩气纯度大于99.99％，流量800sccm，氧气纯度大于99.99％，流量20sccm，设置靶材总功率为20KW，采用磁控溅射的方法，在玻璃基板上镀ZrO2膜层20nm，得到光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃。
将各实施例和对比例制备的蓝色盖板玻璃进行性能测试，包括透光率、颜色和耐划伤性能，测试结果如表1所示。
其中，耐划伤性能采用划痕仪，在10N的压力下，0.75mmd的金刚金刚石刀头进行测试后，显微镜下比较样品的划痕宽度。
表1各实施例和对比例制备的蓝色盖板玻璃性能测试结果
| 透光率 | 反射a* | 反射b* | 划痕宽度 | |
| 实施例1 | 85.00％ | -7.51 | -29.92 | 9μm |
| 实施例2 | 83.95％ | -7.80 | -28.39 | 12μm |
| 实施例3 | 82.34％ | -7.01 | -28.56 | 15μm |
| 对比例1 | 84.23％ | -8.97 | -27.81 | 20μm |
| 对比例2 | 79.05％ | -5.30 | -20.15 | 5μm |
从表1可以看出，实施例1～3所制备的蓝色盖板玻璃的太阳光透光率在83～85之间，均大于80％具有较高的透光率，而且反射颜色值a*在-7～-9之间，b*均大于-25，颜色呈现蓝色。
对比实施例1和对比例1，实施例1的蓝色盖板玻璃划痕宽度明显较小，说明保护层的设置明显改善了蓝色盖板玻璃的耐划伤性能。对比实施例1和对比例2，保护层厚度增加耐划伤性能改善不明显，反而会影响盖板玻璃的颜色和透光率。
Claims (9)
1.一种光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃，其特征在于：由自下而上排布的玻璃基板、颜色层、保护层组成；颜色层的膜层材料为SiO2、TiO2、ZnO、Si3N4、MgF2、SnO、Nb2O5中的一种或多种材料混合，厚度为80～200nm；保护层的膜层材料为TiN、ZrO2、ZrN、SiZrOx、SiZrN、SiZrON中的一种或多种材料混合，厚度为3～15nm。
2.根据权利要求1所述的光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃，其特征在于：玻璃基板为普通玻璃、优质浮法玻璃、超白玻璃、超白压花玻璃、酸蚀玻璃中的一种。
3.根据权利要求2所述的光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃，其特征在于：玻璃基板为超白玻璃、超白压花玻璃、酸蚀玻璃中的一种。
4.根据权利要求1所述的光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃，其特征在于：玻璃基板的厚度为3.2～15mm。
5.根据权利要求1所述的光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃，其特征在于：颜色层厚度为100～150nm。
6.根据权利要求1所述的光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃，其特征在于：SiZrOx、SiZrN、SiZrON是采用掺锆的硅靶材，分别通入氩气和氧气的混合气体，氩气和氮气的混合气体，氩气、氮气和氧气的混合气体制备的材料，锆掺杂的比例为20％～36％。
7.一种权利要求1-6任一项所述的光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将玻璃基板用去离子水清洗、干燥，玻璃经预真空过渡；
(2)将玻璃基板传送到磁控溅射设备的镀膜腔室，依次在配置好靶材的腔室中，通入工艺气体，制备多层膜干涉颜色层；
(3)将玻璃传送至保护层材料的靶位下，通入工艺气体，制备保护层。
8.根据权利要求7所述的光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃的制备方法，其特征在于：步骤(1)、(2)中预真空和镀膜腔室的线速度1～12m/min。
9.根据权利要求7所述的光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃的制备方法，其特征在于：步骤(2)和步骤(3)中的工艺气体为氩气，或者氩气和氧气的混合气体，或者氩气和氮气的混合气体，或者氩气、氮气和氧气的混合气体。
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