1.背景技术
光伏建筑一体化(BIPV)是一种将太阳能发电(光伏)产品集成到建筑上的技术，是光伏与建筑的集成，也是建筑节能的一种重要应用形式之一，具有绿色能源、不占用土地、无需配备蓄电池、建筑节能、高效节能等优势特点。随着新能源的不断发展和城市节能减排、绿色环保需求的日益增加，光伏建筑一体化越来越成为太阳能应用发电的新潮流。
BIPV组件从受光面起依次是：玻璃、顶面EVA胶膜、电池片、背面EVA胶膜、背板，所采用的封装材料EVA胶膜，其折光指数与玻璃相近，在1.5左右，电池片为硅基材料，折光指数在2.1左右，因此，光线经玻璃照射到顶面EVA胶膜中，光反射率是很小的，可忽略不计，照射到电池片表面时，光线反射率较高，照射到电池片上的光损失较大，从而使其实际功率小于理论功率。
光学材料是现代社会和现代科技中最重要的材料之一，光学材料的合成与研发明究是材料科学中的重要组成部分。其中，电光材料、激光材料、光折变材料、非发明线性光学材料也越来越多的受到了人们广泛的关注。目前，得到广泛应用的光学发明材料多为无机或半导体材料，但是，由于它们造价高、制备过程比较繁琐、很难发明得到光学质量好的晶体，因而限制了它们的进一步应用。
随着纳米科学与技术的发明发展，越来越多的功能性纳米材料已经被广泛地研究。比如，荧光、光致变色、发明激光、二阶或者三阶非线性光学等光学性能的纳米粒子的制备及应用已经成为人发明们研究的热点。与传统的材料相比，纳米材料具有简单的制备工艺、可调的光学发明性质、高的化学和热稳定性等优点。其中，高折射率有机无机复合材料的制备方法也在不断的更新和优化，如溶胶凝胶法、原位聚合法、转移分散聚合法等。
近年来高折射率有机无机复合材料的研究成果主要集中于膜层材料。然而，在光学镜片、偏光镜、封装材料等很多领域则需要厚度大于1mm的体相材料。这种体相材料不仅要具有高折射率、高透明性，还要具有良好的热稳定性和优秀的的机械性能（如高硬度、高耐磨性等）。这就需要用于复合的纳米粒子需要粒径小，折射率高，在聚合物中的含量必须达到一定的量，且在聚合物中均匀无聚集分散。
2.国内外发展现状
欧洲是BIPV市场应用的领导者，据欧洲光伏工业协会数据显示，光伏建筑应用量占欧洲整个光伏应用量的80%，在美国这一比例也达到67％，2019年BIPV行业实现1.15GW的全球装机容量。目前，欧美等发达国家的BIPV技术已进入成熟期，得到了广泛应用。国内主要是BIPV建材产品生产单位分为薄膜和晶硅两大类，晶硅类BIPV厂家主要有嘉盛光电、隆基等公司，薄膜类BIPV厂家以中建材集团为代表。晶体硅光伏技术成熟度高，性价比高，市场占有率超过95%。
据著名瑞士BIPV技术中心（SUPSI）预测，未来5年BIPV组件发展趋势是光伏移动房屋、覆膜和图案化光伏幕墙、彩色玻璃光伏幕墙。由于BIPV组件决定了整个建筑的美观，色彩化对其应用场景的拓展起着重要的作用。近两年欧美公司相继推出了彩色BIPV产品，经过调研，现有彩色BIPV产品颜色选择有限，存在透光率低、颜料对光线吸收高等技术缺陷，实验室彩色BIPV产品发电效率虽高，但不能实现量产且颜色单一，均不能满足现有建筑行业对彩色BIPV组件的需求。
表1 市场调研情况表
3.技术方案设计
基于纳米光学材料的光伏组件包括玻璃、顶面EVA胶膜、电池片、背面EVA胶膜和背板，玻璃表面粘接有高透色彩膜层，高透色彩膜层是通过流延工艺将多种不同的纳米金属氧化物材料附着在玻璃上形成。
高透色彩膜层的主体为纳米粒子固体粉末，纳米粒子固体粉末包含以下重量份数的组分：硫源4-5份、锌盐8-10份、镉盐9-14份、贵金属纳米粒子1-2份、表面修饰剂1-2份、有机溶剂100份。基于纳米光学材料的光伏组件贵金属纳米粒子为金或银。锌盐是氯化锌、硝酸锌、醋酸锌、硫酸锌或高氯酸锌，镉盐是醋酸镉、氯化镉或高氯酸镉等，硫源为硫脲、硫代乙酰胺、硫化钠或硫化氢，表面修饰剂是巯基乙醇、巯基丙醇或硫甘油。
纳米粒子固体粉末的制备方法为：在氮气保护下将硫源、锌盐、镉盐、贵金属纳米粒子、表面修饰剂一次性加入到极性有机溶剂中，反应混合溶液在180～200℃反应10~15小时；再用不良溶剂将表面修饰的纳米粒子沉淀出来，经离心分离、洗涤、干燥后得到经表面修饰的纳米粒子固体粉末。其中不良溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、己烷或环己烷。
高透色彩膜层的制备方法为：将纳米粒子固体粉末及助剂按比例混合均匀，后经螺杆塑化，挤出，从模头流出，经辊轮压制成为光伏组件用高透色彩膜层。
光伏组件的制备：将高透色彩膜层贴附在玻璃表面；再按照传统制作工艺将玻璃、顶面EVA胶膜、电池片、背面EVA胶膜和背板从上而下封装成光伏组件。
4.结束语
本文通过将折射率不同的两种或多种纳米级金属氧化物材料在空间有序/无序排列复合叠加，利用其对光形成强烈的干涉的光学效果，实现动态的颜色变化及金属光泽；玻璃生产过程中，将多种不同的纳米金属氧化物材料通过流延工艺在玻璃上形成高透色彩膜层，色彩外观均质化，满足建筑对色彩的特殊设计要求，同时减少了光线从顶面EVA胶膜照射到电池片上时的损失，提高了发电效率。本文的纳米金属该体验色彩膜层，具有良好的热稳定性，耐老化性能，绝缘性能和粘接性能，保证了产品与建筑同寿命。
河北省保定市恒源西路88号 国家重点实验室，龙满园 13393321479
