一种基于无序光子晶体的光伏玻璃的制备方法与流程

1.本发明涉及光伏电池技术领域，尤其涉及一种基于无序光子晶体的光伏玻璃的制备方法。


背景技术：

2.彩色光伏电池满足了建筑幕墙、光伏发电玻璃及装饰领域的审美需求，因此受到广泛关注，构筑光子晶体结构色是一种切实可行的色彩化策略。但由于光子晶体结构色满足布拉格方程，即其显示的颜色与入射光的角度高度相关，也即从不同角度看到色颜色也不同，且光子晶体的高度有序性给大面积制备带来困难，不可避免的缺陷会导致色度差异，影响视觉效果。


技术实现要素：

3.本发明解决的技术问题在于提供一种基于无序光子晶体的光伏玻璃的制备方法，其仅显示与入射角无关的单一颜色。
4.有鉴于此，本技术提供了一种基于无序光子晶体的光伏玻璃的制备方法，包括以下步骤：清洗基底；在20nm~2μm的粒径范围内，选择3~10种阶梯粒径的微球与溶剂混合，得到悬浊液；所述微球选自聚苯乙烯、二氧化硅或聚甲基丙烯酸甲酯；采用所述悬浊液处理清洗后的基底，沉积后得到光伏玻璃。
5.优选的，所述基底选自超白玻璃、具有导电层的fto、具有导电层的ito或具有导电层的azo。
6.优选的，所述清洗采用去离子水、丙酮和乙醇依次超声20~30min。
7.优选的，所述微球为粒径分别为100nm、200nm和250nm的二氧化硅微球、粒径分别为50nm、100nm、200nm、250nm和300nm的二氧化硅微球、粒径分别为100nm、200nm和250nm的聚苯乙烯微球或粒径分别为50nm、100nm、200nm、250nm和300nm的聚苯乙烯微球。
8.优选的，所述悬浊液的浓度为0.5~10wt%，所述溶剂选自水和无水乙醇中的一种或两种。
9.优选的，所述处理的方法为旋涂法、浸渍提拉法、喷涂法、刮涂法、垂直沉降自组装法或狭缝涂布法。
10.优选的，所述沉积的厚度为20nm~50μm。
11.本技术提供了一种基于无序光子晶体的光伏玻璃的制备方法，其首先清洗基底，在将不同粒径的阶梯粒径的微球与溶剂混合，最后采用悬浊液处理清洗后的基底，沉积后即可得到梯度分布的光伏玻璃；由于光伏玻璃表面粒径呈梯度分布的微球的设置，使其仅在短程上有序，不存在光子禁带，在任意方向上的散射效果相同，因此光伏玻璃仅显示与入射角无关的单一颜色，且粒径小的微球填充了粒径大的微球间的空隙，抑制了制备过程中
缺陷的形成。
附图说明
12.图1为本发明制备的光伏玻璃表面的无序光子晶体结构的示意图。
具体实施方式
13.为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
14.本发明提出了一种基于无序光子晶体的彩色光伏玻璃，首先通过粒径呈梯度分布的微球，仅显示与入射角无关的单一结构色，其次利用小粒径微球的填充效果，减少了缺陷，提升了显色效果。图1为光伏玻璃表面的无序光子晶体结构的示意图，其中1为基底，2为由梯度分布的微球组成的无序光子晶体结构。具体的，本发明实施例公开了一种基于无序光子晶体的光伏玻璃的制备方法，包括以下步骤：清洗基底；在20nm~2μm的粒径范围内，选择3~10种阶梯粒径的微球与溶剂混合，得到悬浊液；所述微球选自聚苯乙烯、二氧化硅或聚甲基丙烯酸甲酯；采用所述悬浊液处理清洗后的基底，沉积后得到光伏玻璃。
15.在制备的过程中，本技术首先清洗基底，所述清洗具体采用去离子水、丙酮和乙醇依次超声20~30min，以保证基底彻底清洗干净。在基底清洗之后则采用氮气吹干。所述基底选自超白玻璃、具有导电层的fto、具有导电层的ito或具有导电层的azo；在具体实施例中，所述基底选自fto透明导电玻璃。
16.本技术再在20nm~2μm的粒径范围内，选择3~10种阶梯粒径的微球与溶剂混合，得到悬浊液；所述微球选自聚苯乙烯、二氧化硅或聚甲基丙烯酸甲酯；关于微球粒径的选择是采用阶梯状选择的，粒径的差距不能过大，例如不能同时选择20nm和2μm。在具体实施例中，所述微球为粒径分别为100nm、200nm和250nm的二氧化硅微球、粒径分别为50nm、100nm、200nm、250nm和300nm的二氧化硅微球、粒径分别为100nm、200nm和250nm的聚苯乙烯微球或粒径分别为50nm、100nm、200nm、250nm和300nm的聚苯乙烯微球。在本技术中，不同粒径的微球的质量百分比分比为x1、x2、x3。。。xn，n=3~10，x1+x2+x3+。。。+xn=100%。所述悬浊液的浓度为0.5~10wt%，所述溶剂选自水和无水乙醇中的一种或两种；更具体地，所述悬浊液的浓度为1%~5%。
17.在上述准备工作之后，本技术则将上述得到的悬浊液处理清洗后的基底，沉积后即得到光伏玻璃；所述沉积的方法包括旋涂法、浸渍提拉法、喷涂法、刮涂法、垂直沉降自组装法或狭缝涂布法。上述旋涂法、浸渍提拉法、喷涂法、刮涂法、垂直沉降自组装法或狭缝涂布法按照本领域技术人员熟知的方法进行，对此本技术没有特别的限制。在本技术中，所述沉积层的厚度为20nm~50μm；更具体地，所述沉积层的厚度为1~20μm。
18.本发明提供了一种基于无序光子晶体的彩色光伏玻璃的制备方法，其在基底表面沉积了不同粒径分布的微球，通过粒径呈梯度分布的微球，使得光伏玻璃仅显示与入射角无关的单一结构色，其次利用小粒径微球的填充效果，减少了缺陷，提升了显色效果。
19.为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的无序光子晶体的光伏玻璃的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
20.实施例1（1）将fto透明导电玻璃裁成4cm
×
4cm的片，置于离子水、丙酮、乙醇中分别超声清洗20min后，氮气吹干后保存备用；（2）取粒径为100nm、200nm、250nm的二氧化硅微球，质量分别为0.1g、0.6g、0.3g，置于125ml无水乙醇中，超声分散1h，配置成质量分数为1%的悬浊液；取fto玻璃片插入悬浊液中，导电面朝上，呈45
°
倾斜，置于恒温恒湿箱，55℃，rh45%，直至溶剂完全挥发后取出备用，得到厚度为2.1μm的彩色层。
21.实施例2（1）将fto透明导电玻璃裁成4cm
×
4cm的片，置于离子水、丙酮、乙醇中分别超声清洗20min后，氮气吹干后保存备用；（2）取粒径为50nm、100nm、200nm、250nm、300nm的二氧化硅微球，质量分别为0.1g、0.2g、0.4g、0.2g、0.1g，置于125ml无水乙醇中，超声分散1h，配置成质量分数为1%的悬浊液；取fto玻璃片插入悬浊液中，导电面朝上，呈45
°
倾斜，置于恒温恒湿箱，55℃，rh45%，直至溶剂完全挥发后取出备用，得到厚度为1.8μm的彩色层。
22.实施例3（1）将fto透明导电玻璃裁成4cm
×
4cm的片，置于离子水、丙酮、乙醇中分别超声清洗20min后，氮气吹干后保存备用；（2）取粒径为100nm、200nm、250nm的聚苯乙烯微球，质量分别为0.1g、0.6g、0.3g，置于125ml去离子水中，超声分散1h，配置成质量分数为1%的悬浊液；取fto玻璃片插入悬浊液中，导电面朝上，呈45
°
倾斜，置于恒温恒湿箱，55℃，rh45%，直至溶剂完全挥发后取出备用，得到厚度为2.1μm的彩色层。
23.实施例4（1）将fto透明导电玻璃裁成4cm
×
4cm的片，置于离子水、丙酮、乙醇中分别超声清洗20min后，氮气吹干后保存备用；（2）取粒径为50nm、100nm、200nm、250nm、300nm的聚苯乙烯微球，质量分别为0.1g、0.2g、0.4g、0.2g、0.1g，置于125ml离子水中，超声分散1h，配置成质量分数为1%的悬浊液；取fto玻璃片插入悬浊液中，导电面朝上，呈45
°
倾斜，置于恒温恒湿箱，55℃，rh45%，直至溶剂完全挥发后取出备用，得到厚度为1.8μm的彩色层。
24.对比例1（1）将fto透明导电玻璃裁成4cm
×
4cm的片，置于离子水、丙酮、乙醇中分别超声清洗20min后，氮气吹干后保存备用；（2）取粒径为200nm的二氧化硅微球，质量为1g，置于125ml无水乙醇中，超声分散1h，配置成质量分数为1%的悬浊液；取fto玻璃片插入悬浊液中，导电面朝上，呈45
°
倾斜，置于恒温恒湿箱，55℃，rh45%，直至溶剂完全挥发后取出备用，得到厚度为2.0μm的彩色层。
25.对比例2（1）将fto透明导电玻璃裁成4cm
×
4cm的片，置于离子水、丙酮、乙醇中分别超声清洗20min后，氮气吹干后保存备用。
26.（2）取粒径为200nm的聚苯乙烯微球，质量为1g，置于125ml离子水中，超声分散1h，配置成质量分数为1%的悬浊液。取fto玻璃片插入悬浊液中，导电面朝上，呈45
°
倾斜，置于恒温恒湿箱，55℃，rh45%，直至溶剂完全挥发后取出备用，得到厚度为2.0μm的彩色层。
27.对比例1、2作为对比实验，制备了有序光子晶体彩色层。
28.表1 实施例1~2和对比例1制备的彩色层不同反射角下的反射峰位置数据表表2 实施例3~4和对比例2制备的彩色层不同反射角下的反射峰位置数据表表中对比了聚苯乙烯无序光子晶体和有序光子晶体的不同入射角下的反射峰位置，可见实施例1、2的反射峰位置（颜色）与入射角无关。
29.以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
30.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。