CN116477848A - 一种bipv组件前板玻璃的彩色化膜系及其制备方法和应用 - Google Patents
一种bipv组件前板玻璃的彩色化膜系及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116477848A CN116477848A CN202210043867.XA CN202210043867A CN116477848A CN 116477848 A CN116477848 A CN 116477848A CN 202210043867 A CN202210043867 A CN 202210043867A CN 116477848 A CN116477848 A CN 116477848A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- refractive index
- film layer
- layer
- glass
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 90
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 42
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 30
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000000572 ellipsometry Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000013084 building-integrated photovoltaic technology Methods 0.000 claims abstract 5
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 110
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 14
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 239000012788 optical film Substances 0.000 claims description 9
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 claims description 8
- 238000007788 roughening Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 4
- 239000007888 film coating Substances 0.000 claims description 3
- 238000009501 film coating Methods 0.000 claims description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 claims description 2
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000003086 colorant Substances 0.000 abstract description 4
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 abstract description 3
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 13
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004313 glare Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 2
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003916 acid precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000009500 colour coating Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
- C03C17/3411—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials
- C03C17/3417—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials all coatings being oxide coatings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
- B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
- B24C1/06—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for producing matt surfaces, e.g. on plastic materials, on glass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C15/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by etching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
- C03C17/3411—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials
- C03C17/3429—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials at least one of the coatings being a non-oxide coating
- C03C17/3435—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions with at least two coatings of inorganic materials at least one of the coatings being a non-oxide coating comprising a nitride, oxynitride, boronitride or carbonitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/20—Materials for coating a single layer on glass
- C03C2217/21—Oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/20—Materials for coating a single layer on glass
- C03C2217/21—Oxides
- C03C2217/212—TiO2
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/20—Materials for coating a single layer on glass
- C03C2217/21—Oxides
- C03C2217/213—SiO2
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/20—Materials for coating a single layer on glass
- C03C2217/21—Oxides
- C03C2217/216—ZnO
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/20—Materials for coating a single layer on glass
- C03C2217/21—Oxides
- C03C2217/218—V2O5, Nb2O5, Ta2O5
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/20—Materials for coating a single layer on glass
- C03C2217/21—Oxides
- C03C2217/22—ZrO2
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/70—Properties of coatings
- C03C2217/73—Anti-reflective coatings with specific characteristics
- C03C2217/734—Anti-reflective coatings with specific characteristics comprising an alternation of high and low refractive indexes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2218/00—Methods for coating glass
- C03C2218/10—Deposition methods
- C03C2218/15—Deposition methods from the vapour phase
- C03C2218/154—Deposition methods from the vapour phase by sputtering
- C03C2218/156—Deposition methods from the vapour phase by sputtering by magnetron sputtering
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
Abstract
本发明提供一种BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系及其制备方法和应用，包括如下步骤：通过反应磁控溅射的方法在玻璃基底表面制备低折射率膜层和高折射率膜层；通过椭偏测量技术分别测量低折射率和高折射率膜层在300‑2500nm波段的光学参数Ψ和Δ，建立柯西光学模型拟合获得玻璃基底上单层薄膜的在300‑2500nm波段的折射率，进而依据光学干涉和反射原理获得光学矩阵模型，通过磁控溅射逐层制备与理论模型相同膜层及厚度的介质膜系，使其具备高折射率和低折射率介质层相互叠加的实际膜层结构；本发明制备的多层膜系具有与理论模型相近的反射率和透过率，在具有较高透过率的前提下，人眼可感知特定色彩，采用此方法具有可制备定制化色彩的彩色镀膜前板玻璃，且发电量高。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电和彩色化镀膜领域，具体而言，涉及一种BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系及其制备方法和应用。
背景技术
随着经济的快速发展，对能源的需求越来越强。由于传统化石燃料(煤、石油和天然气)在使用过程中排出大量的有毒有害物质，会对水、土壤和大气造成严重污染，形成温室效应和酸雨，严重危害到人类的生存环境和身体健康，因此可再生的清洁能源得受了越来越多的关注。太阳能因其取之不尽用之不竭、清洁无污染等特点成为了重点发展的方向。太阳能电池可以把太阳能转化为电能，可以用于光伏建筑一体化(BIPV)产品。光伏建筑一体化将建筑、生态和科学技术融为一体，既满足建筑功能的需求又实现太阳能的利用。由于太阳能电池芯片颜色单一，导致光伏组件的颜色也是单一的。采用丝网印刷、UV打印等方式在前板玻璃上制备彩色化涂层可实现较为丰富的色彩，然而利用以上两种技术制备的彩色化涂层由于材料具有吸光特性，因此会导致前板玻璃的透光率下降明显，会显著影响光伏组件的发电效率。
采用真空镀膜的方式可制备特殊色彩的前板玻璃，介质膜系本身不吸光，且可反射10％-15％的特定波段的光线，从而显示特定色彩，透光率高；然而由于玻璃表面特定角度的反射，该方式容易造成眩光等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系及其制备方法和应用，结合椭偏测量、光学膜系设计和磁控溅射镀膜技术设计与制备具有高透光率的彩色化镀膜玻璃，应用此类彩色化玻璃的BIPV组件具有色彩可定制和发电量高的特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系的制备方法：
1)通过反应磁控溅射的方法在玻璃基底表面制备低折射率膜层；通过反应磁控溅射的方法在获得的低折射率膜层表面制备高折射率膜层；
2)通过光学椭偏测量方法分别测量低折射率膜层和高折射率膜层在300-2500nm波段的光学参数Ψ和Δ，通过建立柯西光学模型拟合获得步骤1)的低折射率膜层及高折射率膜层在300-2500nm波段的折射率和消光系数；
3)将步骤2)获得的折射率和消光系数，采用光学干涉和反射原理，建立多层膜系光学矩阵，获得具有太阳光波段透过率高的光学膜系模型，从所述模型可获得包括膜层的层数、厚度及材料的介质膜系的理论参数，使得所述介质膜系具有理论色彩；
4)将步骤1)处理后的玻璃未镀膜的另一面进行粗糙化处理，将步骤1)处理后的玻璃镀膜的表面进行清洁处理；
5)根据步骤3)获得的介质膜系的理论参数，通过反应磁控溅射在经步骤4)处理后的玻璃镀膜表面制备各膜层，以获得具备高折射率和低折射率介质层相互叠加的膜层结构。
根据本发明的方法，步骤1)中，所述玻璃基体为前板玻璃，如超白玻璃或其它有机玻璃材质。
根据本发明的方法，步骤1)中，所述低折射率膜层包括SiO2膜层，在具体实施方案中，采用Si靶(纯度99.9％)，在真空腔室内通入Ar和O2混合气体，溅射功率为4000W，通过反应磁控溅射的方式在玻璃基底上制备厚度为100-200nm低折射率SiO2膜层。
根据本发明的方法，步骤1)中，所述高折射率膜层包括Si3N4或具有高折射率的金属氧化物膜层，例如TiO2、Nb2O5、ZnO、ZrO等高折射率膜层；在具体实施方案中，采用SiAl靶(或Ti、Nb、Zn、Zr等金属靶)，在真空腔室内通入Ar和N2(采用金属靶材时通入O2)混合气体，溅射功率4000-5000W，通过反应磁控溅射的方式在玻璃基底上制备厚度100-200nm的高折射率Si3N4或具有高折射率的金属氧化物的膜层。
根据本发明的方法，步骤2)中，柯西光学模型为基于光波在材料中不吸收的一种光学模型。
根据本发明的方法，步骤3)中，所述光学膜系模型的太阳光波段透过率高于70％。
根据本发明的方法，步骤4)中，所述粗糙化处理可采用化学腐蚀或喷砂的方式，得到在玻璃表面产生的0.5-10μm的高低起伏的粗糙层，以增加光的散射，从而消除眩光。优选地，具有这种粗糙表面的玻璃较普通超白玻璃表面粗糙度高100-1000倍。
根据本发明的方法，步骤4)中，所述清洁处理包括：对玻璃镀膜的表面采用去离子水及毛刷对表面进行清洗，清除表面油污等杂质，获得洁净的表面。
根据本发明的方法，步骤4)中，还包括在粗糙化处理的玻璃表面采用减反射镀膜液的方式设置减反射层，优选厚度为100-200nm。在具体的实施方案中，可将悬浮有氧化硅的溶液旋涂至粗糙玻璃表面，干燥后会在粗糙玻璃表面生成一层厚度为1/4光学波长且均匀的氧化硅减反射层，具有明显的减反效果。本发明中为了消除眩光，采用了玻璃表面的上述粗糙化处理，但真空蒸镀薄膜生长过程中会按一定方向进行生长，因此在粗糙表面若采用真空镀膜方式制备的减反射层会存在厚度不均匀问题。
根据本发明的方法，步骤5)中，反应磁控溅射的工艺参数与步骤1)中相同。
本发明另一方面提供了由上述方法制备的彩色镀膜前板玻璃，包括玻璃基体，以及在玻璃基体表面设置的高折射率膜层和低折射率膜层相互叠加的介质膜系结构；所述玻璃基体未镀膜的另一面设置有粗糙层。
根据本发明的组件，优选地，还包括在玻璃粗糙层的表面设置的减反射层。
本发明另一方面还提供了由上述方法制备的彩色镀膜前板玻璃的应用，将其用于制备BIPV彩色化光伏组件。
本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
本发明通过椭偏测量技术分别测量低折射率和高折射率膜层在300-2500nm波段的光学参数Ψ和Δ，建立柯西光学模型拟合获得玻璃基底上单层薄膜的在300-2500nm波段的折射率，进而依据光学干涉和反射原理获得光学矩阵模型，通过磁控溅射逐层制备与理论模型相同膜层及厚度的介质膜系，使其具备高折射率和低折射率介质层相互叠加的实际膜层结构；本发明制备的多层膜系具有与理论模型相近的反射率和透过率，在具有较高透过率的前提下，人眼可感知特定色彩，采用此方法具有可制备定制化色彩的彩色镀膜前板玻璃，且发电量高。
因此，本发明将椭偏测量、光学膜系设计和磁控溅射镀膜技术三者结合，获得了一种能够快速准确开发特定色彩光伏彩色化前板玻璃的思路。采用本发明方法可以将理论模型与实际膜层相结合，能够快速进行反射和透射的预测，本发明较以往技术可以通过理论模拟进行膜层颜色的调整，节省大量试验量，能够快速开发且定制化彩色化光伏组件前板玻璃，使其能够更加适合应用于建筑一体化，进而提升彩色化光伏组件性能的有益效果。
附图说明
图1为本发明示例的前板玻璃彩色化膜系的制备方法流程图。
图2A-2B为本发明实施例1中采用椭偏测量低折射率SiO2(2A)和高折射率Si3N4(2B)材料光学参数示意图。
图3A-3B为本发明实施例1采用椭偏拟合参数获得的SiO2单层薄膜(3A)和Si3N4单层薄膜(3B)的折射率示意图。
图4为本发明示例的彩色镀膜膜系结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明提供了一种用于BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系的制备方法，包括如下步骤：
1)通过反应磁控溅射的方法在玻璃基底表面制备低折射率膜层；通过反应磁控溅射的方法在步骤1)获得的低折射率膜层表面制备高折射率薄膜层；
2)通过光学椭偏测量方法分别测量低折射率膜层和高折射率膜层在300-2500nm波段的光学参数Ψ和Δ，通过建立柯西光学模型拟合获得步骤1)的低折射率膜层及高折射率膜层在300-2500nm波段的折射率和消光系数；
3)将步骤2)获得的折射率和消光系数，采用光学干涉和反射原理，建立多层膜系光学矩阵，获得具有在太阳光波段透过率高的光学膜系模型，从所述模型可获得包括膜层的层数、厚度及材料的介质膜系的理论参数，使得所述介质膜系具有理论色彩；
4)将步骤1)处理后的玻璃未镀膜的另一面进行粗糙化处理，将步骤1)处理后的玻璃镀膜的表面进行清洁处理；
5)根据步骤3)获得的介质膜系的理论参数，通过反应磁控溅射在经步骤4)处理后的玻璃镀膜表面制备各膜层，以获得具备高折射率和低折射率介质层相互叠加的膜层结构。例如图4示例的一种彩色镀膜膜系结构。
为了便于理解，下面示例说明本发明的制备方法及组件结构，不应理解为本发明技术方案仅局限于此：
实施例1
向装有Si靶的磁控溅射真空腔室中通入100sccm氩气和20sccm氧气混合气体，控制溅射气压为1.0Pa，采用脉冲磁控溅射在功率为4000W，溅射时间约为120S，在超白玻璃基底制备了厚度为100nm的SiO2薄膜；然后向真空腔室通入100sccm氩气和25sccm氮气，控制溅射气压为1.0Pa，溅射功率为4000W，溅射时间为100S，在玻璃基底上制备厚度为100nm的Si3N4薄膜；
将在玻璃基底上制备有氧化硅和氮化硅单层薄膜的样品在波长范围为300nm-2500nm间椭偏测量薄膜的光学参数Ψ和Δ(入射光分别为55°，65°和75°下)，采用柯西光学模型拟合得到两种单层材料在300nm-2500nm间的折射率；将两种材料在300nm-2500nm波段的折射率带入光学膜系设计模型TFCalc，在该模型中初设结构为：
Si3N4(50nm)/SiO2(50nm)/Si3N4(50nm)/SiO2(50nm)/Si3N4(50nm)；
经过上述光学矩阵模型，获得膜系的透光率理论约为70％，呈现黄绿色；在以上膜系的基础上优化调整各层厚度，使膜系的反射最强点向长波长波段偏移，当各层厚度调整为：
Si3N4(25±10nm)/SiO2(25±10nm)/Si3N4(75±10nm)/SiO2(25±95nm)/Si3N4(70±10nm)的膜系结构后，在太阳光的波段膜系的透过率为85.6％，反射颜色坐标为(0.348和0.361)，理论上呈现古铜色；
将超白玻璃一面采用HF酸酸蚀的方式制备粗糙度为5微米的粗糙层；采用毛刷清洗粗糙层，然后将悬浮氧化硅的减反射镀膜液旋涂至粗糙玻璃表面制备厚度约为100nm的减反射层；
将未粗糙化处理的一面采用毛刷、去离子水将表面油污和杂质清洗干净，然后分别采用与前述步骤中相应单层膜相同的磁控溅射参数，通过控制溅射时间进而控制膜厚的方式分别制备与上述理论模型相同的多层膜层结构(调整后)，获得与理论模型具有近似透过率和颜色的古铜色光伏用前板玻璃，其中，Si3N4沉积速率为25nm/min；SiO2为20nm/min，通过沉积时间控制膜层厚度。图2A-2B为本发明实施例1中采用椭偏测量低折射率SiO2(2A)和高折射率Si3N4(2B)材料光学参数示意图。图3A-3B为本发明实施例1采用椭偏拟合参数获得的SiO2单层薄膜(3A)和Si3N4单层薄膜(3B)的折射率示意图。
实施例2
向装有Si靶的磁控溅射真空腔室中通入100sccm氩气和20sccm氧气混合气体，控制溅射气压为1.0Pa，采用脉冲磁控溅射在功率为5000W，溅射时间约为120S，在超白玻璃基底制备了厚度为100nm的SiO2薄膜；然后向真空腔室通入100sccm氩气和25sccm氧气，控制溅射气压为1.0Pa，溅射功率为4000W，溅射时间为100S，在玻璃基底上制备厚度为100nm的TiO2薄膜；
采用椭偏测试技术测量在入射光分别为55°，65°和75°下获得SiO2和TiO2单层薄膜波长在300nm-2500nm间光学参数Ψ和Δ；采用柯西光学模型拟合得到两种单层材料在300nm-2500nm间的折射率n；将两种材料在300nm-2500nm波段的折射率带入光学膜系设计模型TFCalc，通过该模型得到结构为：多层TiO2(110nm)/SiO2(90nm)/TiO2(110nm)的膜系结构，参考反射光谱，经过计算理论模型在太阳光波段的透过率为82％，颜色坐标为(0.314和0.175)，理论上呈现紫色。
将超白玻璃一面采用HF酸酸蚀的方式制备粗糙度为2微米的粗糙表面层；采用毛刷清洗粗糙表面层，然后将悬浮氧化硅的减反射镀膜液旋涂至粗糙玻璃表面制备厚度约为100nm的减反射层；
将未粗糙化处理的一面采用毛刷、去离子水将表面油污和杂质清洗干净，然后分别采用与上述步骤相应单层膜系相同的溅射参数，通过控制溅射时间的方式在未经粗糙化处理的玻璃表面分别制备与理论模型相同的多层膜层结构，获得与理论模型具有近似透过率和颜色的古紫色光伏用前板玻璃。采用在线分光光度计测量得到透光率；其中，SiO2沉积速率为20nm/min，TiO2 30nm/min，通过沉积时间控制膜层厚度。
本发明上述实施例中关注的是可见光波段，在这个波段本发明涉及的介质材料消光系数非常小(不吸光)，故没有引入消光系数参数。
本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种用于BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)通过反应磁控溅射的方法在玻璃基底表面制备低折射率膜层；通过反应磁控溅射的方法在获得的低折射率膜层表面制备高折射率膜层；
2)通过光学椭偏测量方法分别测量低折射率膜层和高折射率膜层在300-2500nm波段的光学参数Ψ和Δ，通过建立柯西光学模型拟合获得步骤1)的低折射率膜层及高折射率膜层在300-2500nm波段的折射率及消光系数；
3)将步骤2)获得的折射率及消光系数，采用光学干涉和反射原理，建立多层膜系光学矩阵，获得具有在太阳光波段透过率高的光学膜系模型，从所述模型可获得包括膜层的层数、厚度及材料的介质膜系的理论参数，使得所述介质膜系具有理论色彩；
4)将步骤1)处理后的玻璃未镀膜的另一面进行粗糙化处理，将步骤1)处理后的玻璃镀膜的表面进行清洁处理；
5)根据步骤3)获得的介质膜系的理论参数，通过反应磁控溅射在经步骤4)处理后的玻璃镀膜表面制备各膜层，以获得具备高折射率和低折射率介质层相互叠加的膜层结构。
2.根据权利要求1所述的用于BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述玻璃基体为前板玻璃，所述低折射率膜层包括SiO2膜层，厚度为100-200nm；所述高折射率膜层包括Si3N4或具有高折射率的金属氧化物膜层，厚度100-200nm。
3.根据权利要求1或2所述的用于BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述光学膜系模型的太阳光波段透过率高于70％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用于BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述粗糙化处理采用化学腐蚀或喷砂的方式，得到在玻璃表面产生的0.5-10μm的高低起伏的粗糙层。
5.根据权利要求1-4任一项所述的用于BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述清洁处理包括：对玻璃镀膜的表面采用去离子水及毛刷对表面进行清洗，清除表面油污等杂质，获得洁净的表面。
6.根据权利要求1-4任一项所述的用于BIPV组件前板玻璃的彩色化膜系的制备方法，其特征在于，步骤4)中，还包括在粗糙化处理的玻璃表面采用减反射镀膜液的方式设置减反射层，优选厚度为100-200nm。
7.如权利要求1-6任一项所述方法制备的彩色镀膜前板玻璃，包括玻璃基体，以及在玻璃基体表面设置的高折射率膜层和低折射率膜层相互叠加的介质膜系结构；所述玻璃基体未镀膜的另一面设置有粗糙层。
8.根据权利要求7所述的彩色镀膜前板玻璃，其特征在于：还包括在玻璃粗糙层的表面设置的减反射层。
9.根据权利要求7或8所述的彩色镀膜前板玻璃，其特征在于：所述高折射率膜层或低折射率膜层的单层厚度为100-200nm；所述粗糙层为0.5-10μm的高低起伏，所述减反射层厚度为100-200nm。
10.如权利要求1-6任一项所述方法制备的彩色镀膜前板玻璃的应用，将其用于制备BIPV彩色化光伏组件。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210043867.XA CN116477848A (zh) | 2022-01-14 | 2022-01-14 | 一种bipv组件前板玻璃的彩色化膜系及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210043867.XA CN116477848A (zh) | 2022-01-14 | 2022-01-14 | 一种bipv组件前板玻璃的彩色化膜系及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116477848A true CN116477848A (zh) | 2023-07-25 |
Family
ID=87219997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210043867.XA Pending CN116477848A (zh) | 2022-01-14 | 2022-01-14 | 一种bipv组件前板玻璃的彩色化膜系及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116477848A (zh) |
-
2022
- 2022-01-14 CN CN202210043867.XA patent/CN116477848A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sarkın et al. | A review of anti-reflection and self-cleaning coatings on photovoltaic panels | |
| US10953635B2 (en) | Laminated glazing with coloured reflection and high solar transmittance suitable for solar energy systems | |
| Li et al. | Broadband antireflection TiO2–SiO2 stack coatings with refractive-index-grade structure and their applications to Cu (In, Ga) Se2 solar cells | |
| KR101194257B1 (ko) | 광대역 반사방지 다층코팅을 갖는 태양전지용 투명 기판 및 그 제조방법 | |
| US20090101209A1 (en) | Method of making an antireflective silica coating, resulting product, and photovoltaic device comprising same | |
| EP2717320B1 (en) | Preparation method for surface-textured conductive glass and its application for solar cells | |
| CN108424007B (zh) | 一种光伏玻璃减反膜 | |
| US20220256777A1 (en) | Luminescent greenhouse glazing structures | |
| TW201119063A (en) | Solar cell device | |
| CN103884122B (zh) | 一种太阳能光热转换集热器透明热镜及其制备方法 | |
| Wu et al. | Gradient refractive index-based broadband antireflective coatings and application in silicon solar modules | |
| KR101456220B1 (ko) | 반사방지 코팅층을 가지는 투명기판 및 그 제조방법 | |
| KR20120107203A (ko) | 광대역 반사방지 다층코팅을 갖는 태양전지용 투명 기판 및 그 제조방법 | |
| CN116477848A (zh) | 一种bipv组件前板玻璃的彩色化膜系及其制备方法和应用 | |
| Alam et al. | Silica nano-particulate coating having self-cleaning and antireflective properties for PV modules | |
| CN210624437U (zh) | 一种带减反射薄膜的led玻璃灯罩 | |
| CN105158825B (zh) | 一种抗反射结构及其构筑方法 | |
| Alam et al. | Superhydrophilic, antifogging and antireflecting nanoparticulate coating for solar PV modules | |
| CN103570248A (zh) | 增透的防雾玻璃及其制备方法 | |
| Lin et al. | Improvement in performance of Si-based thin film solar cells with a nanocrystalline SiO2–TiO2 layer | |
| CN112147722A (zh) | 一种光伏玻璃用的增透膜及其制备方法和应用 | |
| TW201316532A (zh) | 薄膜太陽能電池模組及薄膜太陽能電池模組之製造方法 | |
| Kim et al. | Design and fabrication of color coatings for high-performance building-integrated photovoltaics | |
| CN109553309A (zh) | 建筑用夹层玻璃及其制备方法 | |
| CN103035783A (zh) | 一种氧化铝太阳电池减反膜的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |