一种基于平面波导的光伏玻璃窗制造技术

本发明专利技术公开了一种基于平面波导的光伏玻璃窗，特点是：包括用于提供机械强度的普通窗玻璃基底层、用于平面波导传输的光学薄膜层以及用于接收日光而发电的光伏电池，光学薄膜层覆盖在基底层的上表面，光学薄膜层包括上下设置的导光层和缓冲层，导光层采用掺杂发光体的杂化材料制得，缓冲层采用杂化材料制得，导光层的折射率大于缓冲层的折射率，光伏电池设置在导光层的上方或下方或四周；优点是：本发明专利技术的光伏玻璃窗以普通窗玻璃为基底，在其上覆盖由掺杂发光体的高折射率导光层和未掺低折射率缓冲层构成的日光发光平面波导，能大面积吸收玻璃窗的透射光而发光，这些发出的光频下移的散射光由波导传输至边缘的光伏电池而发电，以实现零能源建筑。以实现零能源建筑。以实现零能源建筑。

【技术实现步骤摘要】
derived materials for energy applications. J. Sol
‑
Gel Sci. & Technol. 2020, 95, 520
‑
529.; Liang L L, Liu Y M, Zhao X Z, et al. Double
‑
shell β
‑
NaYF4:Yb3+, Er3+/SiO2/TiO2 submicroplates as a scattering and upconverting layer for efficient dye
‑
sensitized solar cells. Chem. Commun. 2013, 49(38): 3958
‑
3960.）。
[0005]LSC的基质材料是光学玻璃、有机玻璃PMMA或有机
‑
无机杂化材料（Najafi S I, Andrews M P, Fardad M A, et al. UV
‑
ligh imprinted surface, ridge and buried sol
‑
gel glass waveguides and devices on silicon. in Proc. Conf. Integrated Opt. Signal Processing. 1996, 2954, 100
–
104.; 徐真武，剪明明，徐键等，无水溶胶
‑r/>凝胶法制备有机
‑
无机杂化光波导薄膜，硅酸盐学报，2011, 39, 606
‑
610.）。其中，光学玻璃只能掺杂金属离子，不能掺杂金属有机配合物和有机染料等，且造价昂贵，不能大面积使用，在建筑等领域的应用受到限制。有机玻璃PMMA虽然可以掺杂金属离子有机配合物和有机染料，但它热/光稳定性较差，容易光退化和降解，随着使用时间增加其强度降低，在建筑等领域使用时存在隐患。杂化材料因含有无机网络和有机网络结构的特点，可掺杂无机和有机发光体，且因为结构中含有Ti
‑
O/Zr
‑
O等纳米团簇而使材料不易被光退化和降解，显示有良好的稳定性。以低成本杂化材料的LSC来吸收日光而发光，可以聚光至小面积的高价光伏电池片而发电。
[0006]玻璃窗或玻璃幕墙是现代建筑的组成部分，开发一种可发电的新型光伏玻璃窗，一则可用低成本的平面波导来聚光至很小面积、高价的光伏电池，提高其进入的光能流密度（即光效率），从而提高其功率转换效率；二则放置光伏电池板不需要巨大的占地面积。因此，这种光伏玻璃窗可成为零建筑的组成部分，具有十分广泛的应用前景。

技术实现思路

[0007]为了解决上述现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于平面波导的光伏玻璃窗，其基底具备较高的机械强度，表面覆盖的导光层具有宽吸收范围、发橙红光、发光半高宽较宽等特点，能够通过波导传输到光伏电池发电，以实现零能源建筑。
[0008]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于平面波导的光伏玻璃窗，包括用于提供机械强度的基底层、用于平面波导传输的光学薄膜层以及用于接收日光而发电的光伏电池，所述的光学薄膜层覆盖在所述的基底层的上表面，所述的光学薄膜层包括上下依次设置的导光层和缓冲层，所述的导光层采用掺杂有发光体的杂化材料制得，所述的缓冲层采用杂化材料制得，且所述的导光层的折射率大于所述的缓冲层的折射率，所述的光伏电池设置在所述的导光层的上方或下方或四周。
[0009]在一些实施方式中，所述的基底层采用普通窗玻璃。由此，具有取材方便，机械强度高，耐用性好，成本低廉等优势。
[0010]在一些实施方式中，所述的导光层为采用Ru(bpy)
32+
掺杂的有机
‑
无机杂化光学材料制得的均匀薄膜，所述的导光层的发光峰在588
‑
620nm，其半高宽为90
‑
120nm，所述的导光层的厚度为 10
ꢀ‑ꢀ
200mm，所述的导光层的折射率为1.4
ꢀ‑ꢀ
1.6。选用特定的Ru(bpy)
32+
掺杂的有机
‑
无机杂化光学材料，制作成特定厚度和折射率的导光层，能够大面积地吸收透射光而发光，这些发出的光频下移的散射光由波导传输至四周边缘，被高折射率的光伏电池
吸收并发电，本结构厚度薄，制作成本低，光传导效果好，特别适合应用于零能源建筑。
[0011]在一些实施方式中，所述的缓冲层为采用有机硅聚合物为基础的有机
‑
无机杂化光学材料制得的均匀薄膜，所述的缓冲层的厚度为10
ꢀ‑ꢀ
200mm，所述的缓冲层的折射率为1.4
ꢀ‑ꢀ
1.6。选用特定的无掺杂有机
‑
无机杂化光学材料，制作成特定厚度，折射率低于导光层的缓冲层，能够解决直接将导光层设置在基底层上时，由于基底层折射率较高导致的透光问题，设置缓冲层能提高光转换率，提高光伏玻璃窗性能。
[0012]在一些实施方式中，所述的光伏电池呈水平布置，布置在所述的导光层的上方四周的边缘部或者所述的缓冲层的四周的边缘部。光伏电池可以小面积设置在导光层周围，吸收平面波导传输至边缘的散射光，效果好且不影响窗玻璃美观。
[0013]在一些实施方式中，所述的光伏电池呈倾斜布置，布置在所述的导光层的四周的边缘部，所述的光伏电池的高度与所述的导光层的厚度相一致，所述的光伏电池的倾斜角为0
ꢀ‑ꢀ
10
°
。该光伏电池的设置方式同样具有较优的效果。
[0014]在一些实施方式中，在所述的基底层与所述的缓冲层之间设置有金属反射层。由此能进一步使入射光更多的留在导光层内进行平面波导传输，提高光转换效率。
[0015]在一些实施方式中，所述的导光层的制备包括以下步骤：
①
配制发光体Ru(bpy)
32+
无水醇溶液，其中Ru(bpy)
32+
的浓度为10
‑
100g/L；
②
配制杂化材料溶液，通过在有机硅聚合物中加入Ti或Zr或Mg的醇盐，调节折射率至设定要求，其中醇盐在总溶液中的摩尔比范围为0
ꢀ‑ꢀ
40%；
③
将步骤
①
得到的发光体Ru(bpy)
32+
无水醇溶液和步骤
②
得到的杂化材料溶液混合均匀，其中Ru(bpy)
32+
无水醇溶液的重量百分比为杂化材料溶液的0.01~10wt%，用旋涂或提拉溶胶
‑
凝胶法制备得到高折射率的导光层。
[0016]在一些实施方式中，所述的步骤
①
中的无水醇溶液选自无水乙醇、无水甲醇或无水丙醇；所述的步骤
②...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于平面波导的光伏玻璃窗，其特征在于，包括用于提供机械强度的基底层、用于平面波导传输的光学薄膜层以及用于接收日光而发电的光伏电池，所述的光学薄膜层覆盖在所述的基底层的上表面，所述的光学薄膜层包括上下依次设置的导光层和缓冲层，所述的导光层采用掺杂有发光体的杂化材料制得，所述的缓冲层采用杂化材料制得，且所述的导光层的折射率大于所述的缓冲层的折射率，所述的光伏电池设置在所述的导光层的上方或下方或四周。2.根据权利要求1所述的一种基于平面波导的光伏玻璃窗，其特征在于，所述的基底层采用普通窗玻璃。3.根据权利要求1或2所述的一种基于平面波导的光伏玻璃窗，其特征在于，所述的导光层为采用Ru(bpy)
32+
掺杂的有机
‑
无机杂化光学材料制得的均匀薄膜，所述的导光层的发光峰在588
‑
620nm，其半高宽为90
‑
120nm，所述的导光层的厚度为 10
ꢀ‑ꢀ
200mm，所述的导光层的折射率为1.4
ꢀ‑ꢀ
1.6。4.根据权利要求3所述的一种基于平面波导的光伏玻璃窗，其特征在于，所述的缓冲层为采用有机硅聚合物为基础的有机
‑
无机杂化光学材料制得的均匀薄膜，所述的缓冲层的厚度为10
ꢀ‑ꢀ
200mm，所述的缓冲层的折射率为1.4
ꢀ‑ꢀ
1.6。5.根据权利要求1所述的一种基于平面波导的光伏玻璃窗，其特征在于，所述的光伏电池呈水平布置，布置在所述的导光层的上方四周的边缘部或者所述的缓冲层的四周的边缘部。6.根据权利要求1所述的一种基于平面波导的光伏玻璃窗，其特征在于，所述的光伏电池呈倾斜布置，布置在所述的导光层的四周的边缘部，所述的光伏电池的高度与所述的导光层的厚度相一致，所述的光伏电池的倾斜角为0
ꢀ‑ꢀ
10
°
。7.根据权利要求1所述的一种基于平面波导的光伏玻璃窗，其特征在于，在所述的基底层与所述的缓冲层之间设置有金属反射层。8.根据权利要求3所述的一种基于平面波导的光伏玻璃窗，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈璐伟，徐键，刘琳，盛浩，郭宗源，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：