Il vetro solare, un nuovo materiale che combina la trasmittanza della luce con la generazione di energia fotovoltaica, ha un valore di applicazione significativo nella costruzione - fotovoltaics integrato (BIPV), incapsulamento delle celle solari ed energia - edifici efficienti. La sua funzione principale è quella di assorbire o trasmettere in modo efficiente radiazioni solari mentre la converte in elettricità o ottimizzando l'efficienza di trasferimento di energia. Questo articolo spiega sistematicamente i principali metodi di preparazione, i parametri tecnici chiave e le strategie di ottimizzazione delle prestazioni per il vetro solare.
I. Classificazione e requisiti di base del vetro solare
Il vetro solare può essere diviso in tre categorie in base alla sua funzione:
1.Photovoltaic glass: Serves as the encapsulation substrate for solar cells and requires high light transmittance (typically >90%) e resistenza alle intemperie.
2. Vetro di conversione fotografico: assorbe la radiazione solare attraverso un rivestimento e lo converte in calore, con un rivestimento selettivo di assorbimento della superficie.
3. Glass conduttivo trasparente: incorpora ossidi conduttivi trasparenti (come ITO e FTO) e viene usato come strato di elettrodo per celle solari a pellicola - sottili.
I requisiti di prestazione di base includono: trasmittanza ottica (luce visibile), riflettività a infrarossi (riduzione della perdita di calore), resistenza meccanica (resistenza alla pressione del vento e impatto) e stabilità chimica (resistenza all'invecchiamento UV).
Ii. Metodi di produzione tradizionali e flussi di processo
1. Miglioramenti del processo in vetro galleggiante
La produzione tradizionale in vetro a galleggiante prevede un vetro fuso appiattito in un bagno di stagno per formare un vetro. Il vetro solare, su questa base, affronta requisiti di purezza e piattalità superficiale ancora più elevati. I miglioramenti chiave includono:
• Bassa formulazione di ferro -: ridurre il contenuto di ossido di ferro inferiore allo 0,01% (rispetto allo 0,1% allo 0,3% per il vetro convenzionale) migliora significativamente la trasmittanza della luce;
• In - rivestimento di linea: Anti - rivestimenti o strati di riflessione vengono depositati nei metodi Gel di ricottura a molo tramite la deposizione di vapore chimico (CVD) o Sol -. Ad esempio, il multistrato di siO₂ - tio₂ può aumentare la trasmittanza della luce visibile a oltre il 95%.
2. Tecnologia di rivestimento a vuoto offline
Per un vetro fotovoltaico -}-, sputtering magnetron offline o il rivestimento di evaporazione del fascio di elettroni è la scelta mainstream:
• Sputtering magnetron: deposita pellicole sottili di nitruro di silicio (sinₓ) o ossido di stagno di indio (ITO) su un substrato di vetro. Il film Sinₓ fornisce sia la riflessione anti - (il suo indice di rifrazione può essere regolato tra 1,9 e 2.1) e la protezione delle passivi.
• Design multistrato: alternando la deposizione di alti - rifrazione - materiali indici (come tio₂) e basso - refrattivo - materiali dell'indice (come SiO₂), completo - Efficienza di trasmissione. Ad esempio, Double - Silver Low - e Glass può riflettere oltre l'80% delle radiazioni a infrarossi.
3. Sol - Metodo gel e rivestimento della soluzione
Le soluzioni di costo - Low - spesso utilizzano il processo di gel sol - per preparare i rivestimenti funzionali in nanoscala:
• Rivestimenti fotocatalitici tio₂: i rivestimenti fotocatalitici di biossido di titanio (TiO₂) sono formati mediante idrolizzante alcossidi di titanio per formare un sol uniforme. Questo sol è quindi dip - rivestito o spin - rivestito, seguito da un trattamento termico, per impartire auto - pulizia e le proprietà di filtro UV al vetro.
• Doping quantico: i punti quantici CDSE o PBS vengono introdotti nella matrice di gel per estendere la risposta spettrale alla regione a infrarossi quasi -, rendendoli adatti per le celle solari in tandem.
Iii. Tecnologie chiave di ottimizzazione delle prestazioni
1. Anti - Riflessione e Anti - Design di riflessione
Attraverso i calcoli teorici (ad esempio, l'equazione di Fresnel), i gradienti di indice di rifrazione dell'aria (n=1.0), il rivestimento (n ≈ 1,3–1,5) e il vetro (n ≈ 1,5) sono abbinati. Ad esempio, un livello doppio - mgf₂ - siO₂ il rivestimento può ridurre la perdita di riflessione dal 4% al 1%.
2. Anti - PID (potenziale degradazione indotta)
Per affrontare il problema PID nei moduli fotovoltaici di silicio cristallino, la degradazione della potenza del modulo a termine Long - può essere controllata a meno dell'1% aggiungendo un livello di barriera ionica di metallo alcali (come un barriera di diffusione al₂o₃) per soda - Lime Glass o usando un sodio a sodio {{3} bicchiere).
3. Tecnologia di formazione della superficie flessibile e curva
Per ospitare superfici architettoniche curve, possono essere utilizzati processi compositi di polimero flessibile (come substrati PET/ETFE legati a un vetro sottile Ultra -) o la flessione calda per produrre vetro fotovoltaico curvo con un raggio inferiore a 500 mm. Ciò richiede una ricottura controllata per prevenire il crack di stress.
IV. Prospettive e sfide delle applicazioni
L'industrializzazione del vetro solare deve ancora affrontare sfide, tra cui il controllo dei costi (ad es. Alti investimenti in attrezzature di sputtering di magnetron), raggiungendo un rivestimento uniforme su larga scala (deviazione di spessore del film inferiore a ± 2nm per grandi superfici di vetro) e tecnologie di riciclaggio (compresa la disintossicazione dei rivestimenti pesanti). Le direzioni di sviluppo future includono:
•
Vetro specifico per perovskite - celle in tandem di silicio: sviluppo di vetri specializzati con alta trasmittanza UV per integrare lo strato di assorbimento della perovskite;
•
Integrazione di dimmoching intelligente: incorporare uno strato elettrocromico (come WO₃) per ottenere ombre dinamiche e generazione di energia sinergica;
•
Zero - produzione di carbonio: sostituzione della tradizionale ricottura del gas naturale con tecnologia di riduzione dell'idrogeno verde per ridurre le emissioni di carbonio del ciclo di vita.
Conclusione
La tecnologia di produzione di vetri solari integra approcci innovativi nella scienza dei materiali, ingegneria ottica e tecnologia energetica. Le sue prestazioni migliorate promuovono direttamente l'adozione diffusa dell'integrazione dell'edilizia fotovoltaica e dei sistemi di energia distribuita. Attraverso la continua ottimizzazione dei sistemi di materiali e dei processi di produzione, il vetro solare ha il potenziale per diventare uno dei materiali di supporto chiave per raggiungere gli obiettivi globali di neutralità del carbonio.
