一种车载太阳能天窗的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种车载太阳能天窗，它包括玻璃保护层、玻璃基层和太阳能电池片，所述太阳能电池片位于所述玻璃保护层和玻璃基层之间，所述玻璃保护层和所述电池片之间设置有聚合物匹配层，所述玻璃保护层的光入射面设置有聚合物减反射膜，所述玻璃基层的光出射面设置有聚合物增透膜。通过聚合物匹配层，代替原有的空气间隙层，使玻璃保护层、聚合物匹配层和电池片三者的折射率匹配，减小界面的反射。通过聚合物减反射膜，利用微纳结构产生渐变的等效折射率，从而降低光进入玻璃保护层时的反射。通过聚合物增透膜，将穿透薄膜太阳能电池的光在较大的角度范围内出射到车厢内，增加车载太阳能天窗透射光的角度均匀性，增强整体的采光效果。
【专利说明】一种车载太阳能天窗
【技术领域】
[0001]本实用新型属于太阳能光伏【技术领域】，尤其涉及一种车载太阳能天窗。
【背景技术】
[0002]太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，其应用领域广泛，其中一个比较重要的应用领域为车载太阳能天窗。
[0003]现有技术中的车载太阳能天窗一个重要用途是降低汽车在高温天气下、室外长时间停车时的车内温度。车载太阳能天窗在原有汽车天窗的玻璃层中加入太阳能电池板，其输出端与蓄电池相连接，控制单元与车内空调温度传感器相连接。汽车在室外行驶或者停泊时，太阳能电池会向蓄电池进行充电。当汽车停泊时，天窗控制单元根据车内的温度来控制蓄电池驱动鼓风机，使室内空气与室外进行对流，极大地降低车厢内部的“孤岛”效应，降低汽车在高温室外行驶或者停泊时的车厢温度，消除用户进入车厢时的不舒适感。
[0004]太阳能天窗的另一个作用满足车内的采光需求，因透光性的要求，薄膜太阳能电池是该应用的首选。目前车载太阳能天窗一般采用多晶硅薄膜太阳能电池或者级联的薄膜太阳能电池，其厚度控制在几个微米范围内，且不能使用反射式的背板电极，总体效率较低。如图1所示的现有技术的车载太阳能天窗，包括玻璃保护层1、玻璃基层2以及太阳能电池的电池片3和透明电极4。玻璃保护层I覆盖在电池片3的光入射面，用于电池片3的密封、绝缘或防水等。利用制绒技术在电池片3光入射面刻制金字塔等褶皱结构，形成制绒面，以降低光在电池片3光入射面的反射，将太阳光以大角度散射到电池片3的硅有源层中，能有效提高光在硅有源层中的传输距离，提高薄膜太阳能电池的效率。但是由于电池片3与玻璃保护层I之间存在空气间隙层5，玻璃保护层1、空气间隙层5与电池片3之间的折射率不匹配，会导致光在从玻璃保护层I进入电池片3的过程中产生较大的反射，这极大地影响薄膜太阳能电池的效果，也影响到太阳能天窗的采光效果。
[0005]另外，现有技术的车载太阳能天窗在玻璃保护层I的光入射面，玻璃与空气的界面存在反射，影响了进入到薄膜太阳能电池的光的总量。
[0006]针对上述问题，一方面，现有技术中的解决方案是直接在玻璃保护层I光入射面制作减反射微纳结构，通过调制微纳结构的尺寸可以调制玻璃保护层表面等效折射率并使其与空气相匹配，从而大幅度减少交界面的反射，实现广角和宽光谱的响应。但是由于玻璃保护层I光入射面长期与外界接触，表面的污染会使得这种微纳结构逐渐失去其减反射的效果，并且更换这种带结构的玻璃保护层会使整个太阳能天窗的维护成本大大提高，并不适用于产业太阳能天窗的应用。
[0007]另一方面，现有技术的太阳能天窗的玻璃基层2的光出射面不设置有任何结构，因为其表面较为平整，会使出射光线限制在一个较小的角度，不利于车内整体的采光。
【发明内容】
[0008]本实用新型的目的就是提供一种车载太阳能天窗，在提高车载天窗的采光效果的同时，降低车载天窗的成本，改善太阳光入射车内时的均匀性。
[0009]为了实现上述实用新型目的，本实用新型技术方案如下:
[0010]一种车载太阳能天窗，它包括玻璃保护层、玻璃基层和太阳能电池片，所述太阳能电池片位于所述玻璃保护层和玻璃基层之间，所述玻璃保护层和所述电池片之间设置有聚合物匹配层，所述玻璃保护层的光入射面设置有聚合物减反射膜，所述玻璃基层的光出射面设置有聚合物增透膜。
[0011]进一步地，所述聚合物匹配层的折射率大于玻璃保护层的折射率，且小于电池片的折射率。三层材料形成了过渡的折射率梯度，大大减少了各种材料交界面的反射，提高了光伏转换效率。
[0012]进一步地，所述电池片的光入射面通过制绒技术设置有制绒面，所述聚合物匹配层靠近电池片一侧与所述制绒面相匹配。用聚合物匹配层代替了空气间隙层，使三层的折射率匹配，增加了光的入射效果。
[0013]进一步地，所述聚合物减反射膜光入射面设置有至少一个呈阵列状排列的金字塔纳米结构。所述聚合物减反射膜的金字塔纳米结构的底部边长为I微米，高度为I微米，周期为I微米，下部支撑基底厚度为500纳米。通过调制金字塔纳米结构的底边长、高和支撑基底厚度，可产生渐变的等效折射率，在外界空气与玻璃之间形成等效折射率的渐变，从而大大减少了外界光进入玻璃保护层时候的反射，增加光透射到玻璃保护层的比例。
[0014]进一步地，所述聚合物增透膜光出射面设置有至少一个呈阵列状排列的金字塔纳米结构。所述聚合物增透膜的金字塔纳米结构的底部边长为500纳米，高度为I微米，周期为500纳米，下部支撑基底厚度为500纳米。对金字塔纳米结构的高度、底部边长和阵列周期进行调制，可以调控出射光的散射范围，增大出射光的散射角度，使出射光能量在大角度范围内分布均匀。
[0015]本实用新型提出的车载太阳能天窗，通过在传统太阳能电池的电池片和玻璃保护层之间设置聚合物匹配层，以代替原有的空气间隙层，使玻璃保护层、聚合物匹配层和电池片三者的折射率匹配，减小界面的反射。通过在玻璃保护层的光入射面设置聚合物减反射膜，利用聚合物减反射膜的微纳结构产生渐变的等效折射率，从而降低光进入玻璃保护层时的反射。通过在玻璃基层的光出射面设置聚合物增透膜，将穿透薄膜太阳能电池的光在较大的角度范围内出射到车厢内，增加车载太阳能天窗透射光的角度均匀性，增强整体的米光效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为现有技术的车载太阳能天窗的结构示意图；
[0017]图2为本实用新型的车载太阳能天窗的结构示意图。
[0018]图中附图标记说明如下:1、玻璃保护层，2、玻璃基层，3、电池片，4、透明电极，5、空气间隙层，6、聚合物匹配层，7、聚合物减反射膜，8、聚合物增透膜。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本实用新型的限定。
[0020]如图2所示的本实用新型的车载太阳能天窗，包括玻璃保护层1、电池片3、玻璃基层2、聚合物匹配层6、聚合物减反射膜7和聚合物增透膜8。为了简单起见，对于车载太阳能天窗的其他关联部件如蓄电池、空调温度传感器和天窗控制单元，由于不是本实用新型的重点，这里不再赘述。
[0021]电池片3的光入射面采用制绒技术形成制绒面，制绒面采用常见的金字塔纳米结构。本实施例中，将聚合物匹配层6填充到电池片3与玻璃保护层I之间，该聚合物匹配层6靠近电池片3 —侧与制绒面相匹配。
[0022]聚合物匹配层6采用工业中常用的聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，折射率为1.52。在生产过程中，将聚甲基丙烯酸甲酯溶解到有机溶剂中能形成具有较好流动性的胶体，再涂覆在电池片3的光入射面，胶体可渗透进电池片3的硅有源层的褶皱结构之间的缝隙中；再将玻璃保护层I覆盖到胶体涂覆后的电池片3的光入射面，胶体会紧密地结合玻璃保护层I与电池片3，胶体固化后形成聚合物匹配层6。从而玻璃保护层1、聚合物匹配层6和电池片3便会紧密地粘结在一起。
[0023]本实施例用聚合物匹配层6代替了现有技术中介于玻璃保护层I和电池片3之间的空气间隙层5。并且电池片3的折射率最大，聚合物匹配层6的折射率第二，玻璃保护层I的折射率最小，三层形成了较好的折射率梯度，大大地减少了材料交界面的反射率，与现有技术相比，反射率可下降为原来的25.9%。
[0024]为了进一步减少太阳光进入玻璃保护层I时候的反射，在玻璃保护层I的光入射面还设置有聚合物减反射膜7。
[0025]如图2所示，聚合物减反射膜7位于玻璃保护层I的光入射面，作为硅太阳能电池的最外层。
[0026]聚合物减反射膜7采用的材料也为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，其折射率为1.52。在生产过程中，将聚甲基丙烯酸甲酯溶解到有机溶剂中能形成具有较好流动性的胶体，通过纳米压印技术在这种胶体的一面制作至少一个金字塔纳米结构，固化后可以形成带金字塔纳米结构的减反射膜。每个金字塔纳米结构的底部边长为I微米，高度为I微米，周期为I微米；其下部支撑基底厚度为500纳米。利用金字塔纳米结构产生渐变的等效折射率，在外界空气与玻璃之间形成等效折射率的渐变，从而大大减少了外界光进入玻璃保护层I时的反射，增加光透射到玻璃保护层I的比例。
[0027]在宽带光(波长分布从300纳米到800纳米的称为宽带光)垂直入射玻璃保护层I时，比较光从外界进入到玻璃保护层I的反射率，设置有聚合物减反射膜7的玻璃保护层I的反射率是现有技术玻璃保护层I的反射率的8.9%。即使宽带光(波长分布从300纳米到800纳米称为宽带光)与光学膜片成25度倾角入射，即与玻璃保护层I垂线成75度角，设置有聚合物减反射膜7的玻璃保护层I的反射率也只是现有技术玻璃保护层I的反射率的65.8%，大大提高了光的广角收集效率。
[0028]为了进一步地使光在较大的角度范围内出射到车厢内，增加车载太阳能天窗透射光的角度均匀性，在玻璃基层2的光出射面还设置有聚合物增透膜8。
[0029]如图2所示，聚合物增透膜8位于玻璃基层2的光出射面。聚合物增透膜8采用的材料也为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，其折射率为1.52。
[0030]在生产过程中，将聚甲基丙烯酸甲酯溶解到有机溶剂中能形成具有较好流动性的胶体，通过纳米压印技术在这种胶体的一面制作至少一个金字塔形纳米结构，固化后可以形成带金字塔纳米结构的增透膜。每个金字塔纳米结构的底部边长为500纳米，高度为I微米，周期为500纳米；其下部支撑基底厚度为500纳米。宽带光(波长分布从300纳米到800纳米)从玻璃基层2中垂直出射到空气中，添加聚合物增透膜8后，玻璃基层2的透射率和没有任何处理的玻璃基层2的透射率相当，但是添加聚合物增透膜8的玻璃基层2的透射光角度分布广，其光能量在以垂直方向成75度夹角范围内较均匀地分布，光散射效果远优于没有任何处理的玻璃基层2。
[0031]聚合物减反射膜7和聚合物增透膜8均可单独生产，成品可以直接粘贴到玻璃保护层I或玻璃基层2表面产生减反射或增透效果，当聚合物减反射膜7或聚合物增透膜8损坏或者表面被污染导致减反射效果下降时，可以直接更换该聚合物减反射膜7或聚合物增透膜8，而不需要整个换掉玻璃保护层I或玻璃基层2，更不需要整个改动太阳能天窗，能大大降低维护成本。
[0032]值得注意的是，本实用新型中，玻璃保护层I既可以作为太阳能电池中电池片3的封装，又可以作为车载太阳能天窗的外层玻璃，即玻璃保护层I与车载太阳能天窗的外层玻璃合为同一层。若玻璃保护层I只作为电池片3的封装，在本实用新型的车载太阳能天窗中，还包括设置于玻璃保护层I外的外层玻璃。
[0033]以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种车载太阳能天窗，它包括玻璃保护层(I)、玻璃基层(2)和电池片(3)，所述太阳能电池片(3)位于所述玻璃保护层(I)和玻璃基层(2)之间，其特征在于，所述玻璃保护层(I)和所述电池片(3)之间设置有聚合物匹配层￠)，所述玻璃保护层(I)的光入射面设置有聚合物减反射膜(7)，所述玻璃基层(2)的光出射面设置有聚合物增透膜(8)。
2.根据权利要求1所述的车载太阳能天窗，其特征在于，所述聚合物匹配层(6)的折射率大于玻璃保护层(I)的折射率，且小于电池片(3)的折射率。
3.根据权利要求2所述的车载太阳能天窗，其特征在于，所述电池片(3)的光入射面通过制绒技术设置有制绒面，所述聚合物匹配层(6)靠近电池片(3) —侧与所述制绒面相匹配。
4.根据权利要求1所述的车载太阳能天窗，其特征在于，所述聚合物减反射膜(7)光入射面设置有至少一个呈阵列状排列的金字塔纳米结构。
5.根据权利要求4所述的车载太阳能天窗，其特征在于，所述聚合物减反射膜(7)的金字塔纳米结构的底部边长为I微米，高度为I微米，周期为I微米，下部支撑基底厚度为500纳米。
6.根据权利要求1所述的车载太阳能天窗，其特征在于，所述聚合物增透膜(8)光出射面设置有至少一个呈阵列状排列的金字塔纳米结构。
7.根据权利要求6所述的车载太阳能天窗，其特征在于，所述聚合物增透膜(8)的金字塔纳米结构的底部边长为500纳米，高度为I微米，周期为500纳米，下部支撑基底厚度为500纳米。
【文档编号】H01L31/042GK203920357SQ201420215036
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】何赛灵 申请人:江苏鼎云信息科技有限公司