O vidro solar, um novo material que combina a transmitância de luz com geração de energia fotovoltaica, tem um valor significativo de aplicação na construção - fotovoltaica integrada (BIPV), encapsulamento de células solares e energia -} edifícios eficientes. Sua função principal é absorver ou transmitir com eficiência a radiação solar enquanto a converte em eletricidade ou otimizando a eficiência da transferência de energia. Este artigo explica sistematicamente os principais métodos de preparação, os principais parâmetros técnicos e estratégias de otimização de desempenho para o vidro solar.
I. Classificação e requisitos básicos do vidro solar
O vidro solar pode ser dividido em três categorias com base em sua função:
1.Photovoltaic glass: Serves as the encapsulation substrate for solar cells and requires high light transmittance (typically >90%) e resistência climática.
2. Vidro de conversão fototérmica: absorve a radiação solar através de um revestimento e a converte em calor, com um revestimento de absorção de superfície seletivo sendo fundamental.
3. Vidro condutor transparente: incorpora óxidos condutores transparentes (como ITO e FTO) e é usado como camada de eletrodo para células solares finas -.
Os requisitos de desempenho básico incluem: transmitância óptica (luz visível), refletividade infravermelha (redução da perda de calor), força mecânica (resistência à pressão e impacto do vento) e estabilidade química (resistência ao envelhecimento dos UV).
Ii. Métodos de produção e fluxos de processo convencionais
1. Melhorias do processo de vidro flutuante
A produção tradicional de vidro flutuante envolve achatar vidro fundido em um banho de lata para formar um vidro. O vidro solar, nessa base, enfrenta requisitos de pureza ainda mais alta e planicidade da superfície. As principais melhorias incluem:
• Baixo - Formulação de ferro: reduzindo o teor de óxido de ferro para menos de 0,01% (em comparação com 0,1% a 0,3% para o vidro convencional) melhora significativamente a transmitância da luz;
• Em - revestimento de linha: anti -- revestimentos ou camadas de reflexão são depositados no LEHR de recozimento de float via deposição de vapor químico (CVD) ou métodos de gel -}. Por exemplo, o SiO₂ - tio₂ multicamadas pode aumentar a transmitância de luz visível para mais de 95%.
2. Tecnologia de revestimento de vácuo offline
Para o alto -} vidro fotovoltaico de performance, a pulverização offline de magnetron ou o revestimento de evaporação de feixe de elétrons é a escolha principal:
• Sputtering de magnetron: deposita filmes finos de nitreto de silício (sinₓ) ou óxido de lata de índio (ITO) em um substrato de vidro. O filme Sinₓ fornece reflexão anti -- (seu índice de refração pode ser ajustado entre 1,9 e 2.1) e a proteção de passivação.
• Design multicamada: alternando a deposição de altos materiais de índice - - (como TiO₂) e baixo - refrativo - Materiais de índice (como SiO₂), Full -} {Spectrum Transmission Transmission Is Optimed Is Optimized. Por exemplo, o duplo - prata baixa - e vidro pode refletir mais de 80% da radiação infravermelha.
3.
Low - soluções de custo geralmente utilizam o processo de gel Sol - para preparar revestimentos funcionais em nanoescala:
• Revestimentos fotocatalíticos de TiO₂: Os revestimentos fotocatalíticos de dióxido de titânio (TiO₂) são formados por alcóxidos de titânio hidrolisando para formar um sol uniforme. Este sol é então mergulhe - revestido ou spin - revestido, seguido de tratamento térmico, para transmitir as propriedades de limpeza e filtragem de UV ao vidro.
• Doping quântico: os pontos quânticos de CdSe ou PBS são introduzidos na matriz de gel para estender a resposta espectral à região infravermelha próxima -, tornando -os adequados para células solares em tandem.
Iii. Principais tecnologias de otimização de desempenho
1. Anti - Reflexão e anti - Design de reflexão
Através de cálculos teóricos (por exemplo, a equação de Fresnel), os gradientes de índice de refração do ar (n=1.0), revestimento (n ≈ 1,3-1,5) e vidro (n ≈ 1,5) são comparados. Por exemplo, uma camada dupla - mgf₂ - o revestimento sio₂ pode reduzir a perda de reflexão de 4% para abaixo de 1%.
2. Anti - PID (potencial degradação induzida) Tratamento)
Para abordar a questão do PID nos módulos fotovoltaicos de silício cristalino, a degradação de energia do módulo de termo longa - pode ser controlada para menos de 1%, adicionando uma camada de barreira de Íons de metal alcalina (como um gibão de lima de bem.
3. Tecnologia de formação de superfície flexível e curva
Para acomodar superfícies arquitetônicas curvas, processos compostos de polímero flexíveis (como substratos PET/ETFE ligados a Ultra - vidro fino) ou flexão quente podem ser usados para produzir vidro fotovoltaico curvo com um raio inferior a 500 mm. Isso requer recozimento controlado para evitar rachaduras no estresse.
4. Perspectivas e desafios de aplicativos
A industrialização do vidro solar ainda enfrenta desafios, incluindo controle de custos (por exemplo, alto investimento em equipamentos de pulverização de magnetron), alcançando revestimento uniforme em larga escala (desvio de espessura do filme menor que ± 2Nm para grandes superfícies de vidro) e tecnologias de reciclagem (incluindo a desintoxicação de revestimentos de metal pesado). As direções futuras de desenvolvimento incluem:
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Vidro específico para perovskita - células em tandem de silício: desenvolvendo vidro especializado com alta transmitância de UV para complementar a camada de absorvedor de perovskita;
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Integração inteligente de escurecimento: incorporando uma camada eletrocrômica (como WO₃) para obter sombreamento dinâmico e geração de energia sinérgica;
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Zero - Fabricação de carbono: substituindo o recozimento tradicional de gás natural pela tecnologia de redução de hidrogênio verde para reduzir as emissões de carbono do ciclo de vida.
Conclusão
A tecnologia de fabricação de vidro solar integra abordagens inovadoras em ciência de materiais, engenharia óptica e tecnologia de energia. Seu desempenho aprimorado promove diretamente a adoção generalizada de integração fotovoltaica de construção e sistemas de energia distribuídos. Através da otimização contínua de sistemas de materiais e processos de fabricação, o vidro solar tem o potencial de se tornar um dos principais materiais de suporte para atingir as metas globais de neutralidade de carbono.
