CN116102267B - 一种光伏建筑用全向反射纯蓝色玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光伏建筑用全向反射纯蓝色玻璃，其特征在于：在玻璃基底上表面由下往上依次设置有预制增透层、第一高折射率介质层、第二低折射率介质层、无定型硅层和第三低折射率介质层，预制增透层的轮廓平均偏差的均方根值Rq为5~20nm。本发明优点：将光伏建筑用全向反射纯蓝色玻璃放置在无反射物体上，光线从玻璃上表面沿法线方向垂直入射，其总反射率大于10%，反射结构色的色坐标L*值为15.1~25.0，a*值为40.2~60.8，b*值为‑70.5~‑92.6，当光线从微结构层沿法线方向垂直入射并沿垂直入射方向以0°~65°之间的角度观测，反射结构色的△L*≤2%，△a*≤1%，△b*≤1%。
Description
技术领域
本发明属于结构着蓝色玻璃技术领域，涉及一种光伏建筑用全向反射纯蓝色玻璃。
背景技术
光伏建筑一体化是将太阳能光伏发电阵列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，主要目的是保护和装饰建筑物，如果用光伏组件替代部分建材，将建筑、生态和科技融为一体，则满足建筑功能的需要又实现低碳环保的应用。但是目前光伏组件由于颜色单一，难以满足建筑作为环境和城市景观，对外观色彩的特殊要求。
结构着色玻璃兼具良好的透过率和色彩，且颜色可调环保，永不褪色，因此被越来越多的应用于薄膜太阳能电池、硅基太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等组件的封装玻璃。
专利202010485133.8公开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吗，形成所需要的蓝色介质模块，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，同时该玻璃基板与空气相接触的前表面形成具有粗糙纹理的结构来消除镜面玻璃眩光现象，上述蓝色前板玻璃为实现反射角不大于60°内具有良好的颜色均匀性，需首先对与空气相接触的玻璃前表面进行化学刻蚀或物理喷砂处理得到粗糙结构来形成表面漫反射，该制备过程繁琐，化学蚀刻或喷砂处理都会带来环境污染，且与后端镀膜工序无法有效连接，生产效率较低，成本较高且不易大规模生产。专利202010981479.7公开一种光伏建筑一体化用蓝色盖板玻璃及其制备方法，该蓝色盖板玻璃自下而上由玻璃基板、颜色层、保护层组成，颜色层的膜层材料由氧化物材料中的一种或多种混合而成，保护层膜层材料为氮化物、氧化物或氮氩化物材料中的一种或多种混合而成，上述盖板玻璃在实现反射颜色为宝石蓝的同时太阳能透光率≥85%，该蓝色盖板玻璃其着色结构简单，太阳能透光率高，但形成的颜色的色彩饱和度低、色域空间窄，较难满足光伏建筑一体化市场对色彩的高端需求。
发明内容
本发明的目的就是解决现有技术中存在的问题，提供一种光伏建筑用全向反射纯蓝色玻璃，该玻璃具有色彩鲜艳、颜色均匀，可见光波长范围内透过率高，且人眼在不同角度下观测颜色变化小的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种光伏建筑用全向反射纯蓝色玻璃，包括玻璃基底，其特征在于：在玻璃基底上表面由下往上依次设置有预制增透层、第一高折射率介质层、第二低折射率介质层、无定型硅层和第三低折射率介质层，预制增透层的轮廓平均偏差的均方根值Rq为5~20nm。
进一步，所述预制增透层为玻璃本体形成的表面纳米结构层。
进一步，所述第一高折射率介质层为ZrOXNY薄膜。
进一步，所述第二低折射率介质层和第三低折射率介质层均为SiOXNY薄膜。
进一步，所述预制增透层的厚度为90~120nm。
进一步，所述第一高折射率介质层的厚度为150~200nm。
进一步，所述第二低折射率介质层的厚度为10~50nm。
进一步，所述无定型硅层的厚度为5~20nm。
进一步，所述第三低折射率介质层的厚度为100~150nm。
进一步，所述ZrOXNY薄膜的折射率为1.7~2.2。
进一步，所述SiOXNY薄膜的折射率为1.5~2.0。
进一步，所述玻璃基底为超薄柔性玻璃、超白压延玻璃、超白浮法玻璃、高铝玻璃中的一种。
进一步，所述玻璃基底的厚度为0.03~3.2mm。
进一步，所述ZrOXNY薄膜的X/Y值为0.1~1.3。
进一步，所述SiOXNY薄膜的X/Y值为0.1~1.5。
进一步，所述一种光伏建筑用全向反射纯蓝色玻璃的总透过率大于85%。
在玻璃本体上形成的预制增透层可有效提高玻璃本体的透过率，补偿玻璃因增加色彩而对可见光透过率的损失，其纳米尺度的表面微结构层可有效提高玻璃基体和后续膜层的结合力；无定型硅层作为中间层和高、低折射率介质层的有效组合可形成非对称共振腔形结构，不仅可有效提高色彩的饱和度和色域空间广度，而且能使光在不同的界面及介质层传播中更好的限制相位移，减少人眼在不同观测角度下看到的颜色变化。
本发明的有益效果为：本发明所述光伏建筑用全向反射纯蓝色玻璃放置在无反射物体上，光线从玻璃上表面沿法线方向垂直入射，其总反射率大于10%，反射结构色的色坐标L*值为15.1~25.0，a*值为40.2~60.8，b*值为-70.5~-92.6，当光线从微结构层沿法线方向垂直入射并沿垂直入射方向以0°~65°之间的角度观测，反射结构色的△L*≤2%，△a*≤1%，△b*≤1%。
附图说明
图1为本发明所述一种光伏建筑用全向反射纯蓝色玻璃的结构示意图；
图2为本发明实施例1制得的实际样品的断面形貌图；
图3为本发明实施例1制得的实际样品图；
图4为本发明实施例1制得的实际样品的色坐标图；
图5为本发明实施例1制得的实际样品0°和65°角度观测的透过率曲线图；
图6为本发明实施例1制得的实际样品0°和65°角度观测的反射率曲线图。
具体实施方式
结合图1，对本发明作进一步地说明：
一种光伏建筑用全向反射纯蓝色玻璃的制备方法，具体实施步骤如下：
实施例1
一种全向反射纯蓝色玻璃，包括厚度为3.2mm的超白压延玻璃基底1，玻璃基底上表面由内向外依次设置有预制增透层2、第一高折射率介质层3、第二低折射率介质层4、无定型硅层5和第三低折射率介质层6；其中预制增透层2为玻璃本体形成的表面纳米结构层，厚度为105nm；第一高折射率介质层3厚度为170nm的ZrOXNY层，X/Y值为1.1，折射率为2.0；第二低折射率介质层4厚度为30nm的SiOXNY层，X/Y值为1.2，折射率为1.8；无定型硅层5厚度为12nm，折射率为4.2；第三低折射率介质层6厚度为120nm SiOXNY层，X/Y值为1.2，折射率为1.8；
具体制备方法如下：
（1）选择厚度为3.2mm的超白压延玻璃作为玻璃基底1；
（2）采用反应离子刻蚀的方法在玻璃上表面形成预制增透层2，首先把玻璃放入真空腔室中，控制工作压强为0.5Pa，CF4流量为100sccm，射频功率为120W，刻蚀时间为11min，预制增透层2的轮廓平均偏差的均方根值Rq为12nm；
（3）采用射频反应溅射工艺在预制增透层2表面制备第一高折射率介质层3，使用磁控溅射设备，溅射靶材为ZrO陶瓷靶，溅射工艺气体为Ar，反应气体为N2，溅射电源为射频电源，腔室的本底真空度2×10-4Pa，工作压强为4×10-1Pa，溅射功率为200w，Ar流量为30sccm，N2流量为5sccm，溅射时间为60min，得到折射率为2.0，厚度为170nm的第一高折射率介质层3；
（4）采用射频反应溅射工艺在第一高折射率介质层3表面制备第二低折射率介质层4，使用磁控溅射设备，溅射靶材为SiO2陶瓷靶，溅射工艺气体为Ar，反应气体为N2，溅射电源为射频电源，腔室的本底真空度3×10-4Pa，工作压强为6×10-1Pa，溅射功率为150w，Ar流量为30sccm，N2流量为7sccm，沉积第二低折射率介质层的时间为12min，得到折射率为1.8，厚度为30nm的第二低折射率介质层4；
（5）采用磁控溅射工艺在第二低折射率介质层4表面沉积无定型硅层5，使用磁控溅射设备，溅射靶材为Si靶，溅射工艺气体为Ar，溅射电源为直流电源，腔室的本底真空度3×10-4Pa，工作压强为3×10-1Pa，溅射功率为100w，Ar流量为30sccm，沉积无定型硅层的时间为30min，得到折射率为4.2，厚度为12nm的无定型硅层5；
（6）采用射频反应溅射工艺在无定型硅层5表面沉积第三低折射率介质层6，使用磁控溅射设备，溅射靶材为SiO2陶瓷靶，溅射工艺气体为Ar，反应气体为N2，溅射电源为射频电源，腔室的本底真空度3×10-4Pa，工作压强为6×10-1Pa，溅射功率为150w，Ar流量为30sccm，N2流量为7sccm，沉积第三低折射率介质层6的时间为50min，得到折射率为1.8，厚度为120nm的第三低折射率介质层6。
将本实施例中的全向反射纯蓝色玻璃进行色度测试，当光线从玻璃上表面沿法线方向垂直入射并沿垂直入射方向记为0°角度观测，多角度色差计测得色坐标L*值为18.1，a*值为56.5，b*值为-86.7，以65°角度观测，多角度色差计测得色差△L*值为1.8%，△a*值为0.7%，△b*值为0.8%；可见光区总透过率为86.3%，可见光区总反射率为12%。
实施例2
一种全向反射纯蓝色玻璃，包括厚度为1.1mm的超白浮法玻璃基底1，玻璃基底上表面由内向外依次设置有预制增透层2、第一高折射率介质层3、第二低折射率介质层4、无定型硅层5和第三低折射率介质层6；其中预制增透层2为玻璃本体形成的表面纳米结构层，厚度为90nm；第一高折射率介质层3厚度为200nm的ZrOXNY层，X/Y值为1.3，折射率为2.2；第二低折射率介质层4厚度为10nm的SiOXNY层，X/Y值为0.1，折射率为2.0；无定型硅层5厚度为5nm，折射率为4.1；第三低折射率介质层6厚度为100nm SiOXNY层，X/Y值为0.1，折射率为2.0；
具体制备方法如下：
（1）选择厚度为1.1mm的超白浮法玻璃作为玻璃基底1；
（2）采用反应离子刻蚀的方法在玻璃上表面形成预制增透层2，首先把玻璃放入真空腔室中，控制工作压强为0.1Pa，CF4流量为50sccm，射频功率为50W，刻蚀时间为15min，预制增透层2的轮廓平均偏差的均方根值Rq为5nm；
（3）采用射频反应溅射工艺在预制增透层2表面制备第一高折射率介质层3，使用磁控溅射设备，溅射靶材为ZrO陶瓷靶，溅射工艺气体为Ar，反应气体为N2，溅射电源为射频电源，腔室的本底真空度2×10-4Pa，工作压强为4×10-1Pa，溅射功率为250w，Ar流量为30sccm，N2流量为4sccm，溅射时间为53min，得到折射率为2.2，厚度为200nm的第一高折射率介质层3；
（4）采用射频反应溅射工艺在第一高折射率介质层3表面制备第二低折射率介质层4，使用磁控溅射设备，溅射靶材为SiO2陶瓷靶，溅射工艺气体为Ar，反应气体为N2，溅射电源为射频电源，腔室的本底真空度3×10-4Pa，工作压强为6×10-1Pa，溅射功率为120w，Ar流量为30sccm，N2流量为9sccm，沉积第二低折射率介质层的时间为10min，得到折射率为2.0，厚度为10nm的第二低折射率介质层4；
（5）采用磁控溅射工艺在第二低折射率介质层4表面沉积无定型硅层5，使用磁控溅射设备，溅射靶材为Si靶，溅射工艺气体为Ar，溅射电源为直流电源，腔室的本底真空度3×10-4Pa，工作压强为3×10-1Pa，溅射功率为90w，Ar流量为30sccm，沉积无定型硅层的时间为15min，得到折射率为4.1，厚度为5nm的无定型硅层5；
（6）采用射频反应溅射工艺在无定型硅层5表面沉积第三低折射率介质层6，使用磁控溅射设备，溅射靶材为SiO2陶瓷靶，溅射工艺气体为Ar，反应气体为N2，溅射电源为射频电源，腔室的本底真空度3×10-4Pa，工作压强为6×10-1Pa，溅射功率为120w，Ar流量为30sccm，N2流量为9sccm，沉积第三低折射率介质层6的时间为90min，得到折射率为2.0，厚度为100nm的第三低折射率介质层6。
将本实施例中的观测角度不敏感的结构蓝色玻璃进行色度测试，当光线从玻璃上表面沿法线方向垂直入射并沿垂直入射方向记为0°角度观测，多角度色差计测得色坐标L*值为15.1，a*值为40.2，b*值为-70.5，以65°角度观测，多角度色差计测得色差△L*值为1.9%，△a*值为0.8%，△b*值为0.9%；可见光区总透过率为85.3%，可见光区总反射率为13%。
实施例3
一种全向反射纯蓝色玻璃，包括厚度为0.03mm的超薄柔性玻璃基底1，玻璃基底上表面由内向外依次设置有预制增透层2、第一高折射率介质层3、第二低折射率介质层4、无定型硅层5和第三低折射率介质层6；其中预制增透层2为玻璃本体形成的表面纳米结构层，厚度为120nm；第一高折射率介质层3厚度为150nm的ZrOXNY层，X/Y值为0.1，折射率为1.7；第二低折射率介质层4厚度为50nm的SiOXNY层，X/Y值为1.5，折射率为1.5；无定型硅层5厚度为20nm，折射率为4.4；第三低折射率介质层6厚度为150nm SiOXNY层，X/Y值为1.5，折射率为1.5；
具体制备方法如下：
（1）选择厚度为0.03mm的超薄柔性玻璃作为玻璃基底1；
（2）采用反应离子刻蚀的方法在玻璃上表面形成预制增透层2，首先把玻璃放入真空腔室中，控制工作压强为1.2Pa，CF4流量为200sccm，射频功率为150W，刻蚀时间为5min，预制增透层2的轮廓平均偏差的均方根值Rq为20nm；
（3）采用射频反应溅射工艺在预制增透层2表面制备第一高折射率介质层3，使用磁控溅射设备，溅射靶材为ZrO陶瓷靶，溅射工艺气体为Ar，反应气体为N2，溅射电源为射频电源，腔室的本底真空度2×10-4Pa，工作压强为4×10-1Pa，溅射功率为180w，Ar流量为30sccm，N2流量为7sccm，溅射时间为50min，得到折射率为1.7，厚度为150nm的第一高折射率介质层3；
（4）采用射频反应溅射工艺在第一高折射率介质层3表面制备第二低折射率介质层4，使用磁控溅射设备，溅射靶材为SiO2陶瓷靶，溅射工艺气体为Ar，反应气体为N2，溅射电源为射频电源，腔室的本底真空度3×10-4Pa，工作压强为6×10-1Pa，溅射功率为180w，Ar流量为30sccm，N2流量为3sccm，沉积第二低折射率介质层的时间为9min，得到折射率为1.5，厚度为50nm的第二低折射率介质层4；
（5）采用磁控溅射工艺在第二低折射率介质层4表面沉积无定型硅层5，使用磁控溅射设备，溅射靶材为Si靶，溅射工艺气体为Ar，溅射电源为直流电源，腔室的本底真空度3×10-4Pa，工作压强为3×10-1Pa，溅射功率为150w，Ar流量为30sccm，沉积无定型硅层的时间为25min，得到折射率为4.4，厚度为20nm的无定型硅层5；
（6）采用射频反应溅射工艺在无定型硅层5表面沉积第三低折射率介质层6，使用磁控溅射设备，溅射靶材为SiO2陶瓷靶，溅射工艺气体为Ar，反应气体为N2，溅射电源为射频电源，腔室的本底真空度3×10-4Pa，工作压强为6×10-1Pa，溅射功率为180w，Ar流量为30sccm，N2流量为3sccm，沉积第三低折射率介质层6的时间为28min，得到折射率为1.5，厚度为150nm的第三低折射率介质层6。
将本实施例中的观测角度不敏感的结构蓝色玻璃进行色度测试，当光线从玻璃上表面沿法线方向垂直入射并沿垂直入射方向记为0°角度观测，多角度色差计测得色坐标L*值为25.1，a*值为60.8，b*值为-92.6，以65°角度观测，多角度色差计测得色差△L*值为2%，△a*值为1%，△b*值为1%。可见光区总透过率为85%，可见光区总反射率为14%。
实施例4
本发明提供一种全向反射纯蓝色玻璃，包括厚度为0.3mm的高铝玻璃基底1，玻璃基底上表面由内向外依次设置有预制增透层2、第一高折射率介质层3、第二低折射率介质层4、无定型硅层5和第三低折射率介质层6；其中预制增透层2为玻璃本体形成的表面纳米结构层，厚度为100nm；第一高折射率介质层3厚度为160nm的ZrOXNY层，X/Y值为1.2，折射率为2.1；第二低折射率介质层4厚度为40nm的SiOXNY层，X/Y值为1.1，折射率为1.6；无定型硅层5厚度为14nm，折射率为4.2；第三低折射率介质层6厚度为140nm SiOXNY层，X/Y值为1.1，折射率为1.6；
具体制备方法如下：
（1）选择厚度为0.3mm的高铝玻璃作为玻璃基底1；
（2）采用反应离子刻蚀的方法在玻璃上表面形成预制增透层2，首先把玻璃放入真空腔室中，控制工作压强为0.5Pa，CF4流量为100sccm，射频功率为100W，刻蚀时间为13min，预制增透层2的轮廓平均偏差的均方根值Rq为11nm；
（3）采用射频反应溅射工艺在预制增透层2表面制备第一高折射率介质层3，使用磁控溅射设备，溅射靶材为ZrO陶瓷靶，溅射工艺气体为Ar，反应气体为N2，溅射电源为射频电源，腔室的本底真空度2×10-4Pa，工作压强为4×10-1Pa，溅射功率为200w，Ar流量为30sccm，N2流量为4sccm，溅射时间为55min，得到折射率为2.1，厚度为160nm的第一高折射率介质层3；
（4）采用射频反应溅射工艺在第一高折射率介质层3表面制备第二低折射率介质层4，使用磁控溅射设备，溅射靶材为SiO2陶瓷靶，溅射工艺气体为Ar，反应气体为N2，溅射电源为射频电源，腔室的本底真空度3×10-4Pa，工作压强为6×10-1Pa，溅射功率为170w，Ar流量为30sccm，N2流量为6sccm，沉积第二低折射率介质层的时间为10min，得到折射率为1.6，厚度为40nm的第二低折射率介质层4；
（5）采用磁控溅射工艺在第二低折射率介质层4表面沉积无定型硅层5，使用磁控溅射设备，溅射靶材为Si靶，溅射工艺气体为Ar，溅射电源为直流电源，腔室的本底真空度3×10-4Pa，工作压强为3×10-1Pa，溅射功率为120w，Ar流量为30sccm，沉积无定型硅层的时间为23min，得到折射率为4.2，厚度为14nm的无定型硅层5；
（6）采用射频反应溅射工艺在无定型硅层5表面沉积第三低折射率介质层6，使用磁控溅射设备，溅射靶材为SiO2陶瓷靶，溅射工艺气体为Ar，反应气体为N2，溅射电源为射频电源，腔室的本底真空度3×10-4Pa，工作压强为6×10-1Pa，溅射功率为170w，Ar流量为30sccm，N2流量为6sccm，沉积第三低折射率介质层6的时间为35min，得到折射率为1.6，厚度为140nm的第三低折射率介质层6。
将本实施例中的全向反射纯蓝色玻璃进行色度测试，当光线从玻璃上表面沿法线方向垂直入射并沿垂直入射方向记为0°角度观测，多角度色差计测得色坐标L*值为19.5，a*值为50.2，b*值为-80.1，以65°角度观测，多角度色差计测得色差△L*值为1.9%，△a*值为0.9%，△b*值为0.8%。可见光区总透过率为86.0%，可见光区总反射率为12%。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (3)
1.一种光伏建筑用全向反射纯蓝色玻璃，包括玻璃基底，其特征在于：在玻璃基底上表面由下往上依次设置有预制增透层、第一高折射率介质层、第二低折射率介质层、无定型硅层和第三低折射率介质层，预制增透层的轮廓平均偏差的均方根值Rq为5~20nm；所述预制增透层为玻璃本体形成的表面纳米结构层；第一高折射率介质层为ZrOXNY薄膜；第二低折射率介质层和第三低折射率介质层均为SiOXNY薄膜；预制增透层的厚度为90~120nm，第一高折射率介质层的厚度为150~200nm，第二低折射率介质层的厚度为10~50nm，无定型硅层的厚度为5~20nm，第三低折射率介质层的厚度为100~150nm；所述ZrOXNY薄膜的折射率为1.7~2.2，SiOXNY薄膜的折射率为1.5~2.0；ZrOXNY薄膜的X/Y值为0.1~1.3，SiOXNY薄膜的X/Y值为0.1~1.5；所述光伏建筑用全向反射纯蓝色玻璃总透过率大于85%，将其放置在无反射物体上，光线从玻璃上表面沿法线方向垂直入射，其总反射率大于10%，反射结构色的色坐标L*值为15.1~25.0，a*值为40.2~60.8，b*值为-70.5~-92.6，当光线从微结构层沿法线方向垂直入射并沿垂直入射方向以0°~65°之间的角度观测，反射结构色的△L*≤2%，△a*≤1%，△b*≤1%。
2.根据权利要求1所述一种光伏建筑用全向反射纯蓝色玻璃，其特征在于：所述玻璃基底为超薄柔性玻璃、超白压延玻璃、超白浮法玻璃、高铝玻璃中的一种。
3.根据权利要求1所述一种光伏建筑用全向反射纯蓝色玻璃，其特征在于：所述玻璃基底的厚度为0.03~3.2mm。
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