BRPI0709394A2 - vidro plano de alta transmissão de baixo teor de ferro para aplicação em célula solar e método para fabricar o mesmo - Google Patents

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BRPI0709394A2
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Ksenia A Landa
Leonid M Landa
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Abstract

VIDRO PLANO DE ALTA TRANSMISSãO DE BAIXO TEOR DE FERRO PARA APLICAçãO EM CéLULA SOLAR E MéTODO PARA FABRICAR O MESMO. A presente invenção refere-se a determinadas modalidades de exemplificação desta invenção relacionadas a um vidro com baixo teor de ferro de alta transmissão, que é altamente oxidado e fabricado usando o processo de flutuação, para uso em dispositivos fotovoltaicos tais como células solares ou similares. Em determinadas modalidades de exemplificação, a composição de vidro usada para o vidro é feita através do processo de flutuação utilizando um potencial de redução de lote extremamente alto e positivo, de modo a reduzir o percentual de FeO a um nível baixo e permitir ao vidro concretizar uma combinação de alta transmissão visível (Lta ou T~ vis~) alta transmissão de infravermelho (IV), e alta transmissão solar total(TS). O substrato de vidro pode ser moldado ou não-moldado em diferentes modalidades de exemplificação desta invenção.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "VIDRO PLA-NO DE ALTA TRANSMISSÃO DE BAIXO TEOR DE FERRO PARA APLI-CAÇÃO EM CÉLULA SOLAR E MÉTODO PARA FABRICAR O MESMO".
Este pedido de depósito de patente é uma continuação em parte(CIP) da Patente US Número 11/373.490, depositada em 13 de março de2006, cuja apresentação é aqui incorporada, pelo presente, como referência.
Determinadas modalidades de exemplificação desta invençãoreferem-se a um vidro com baixo teor de ferro, de alta transmissão, que éaltamente oxidado e produzido utilizando o processo de flutuação, para usoem dispositivos fotovoltaicos tais como células solares ou similares. Tambémé proporcionado um método para fazer o vidro. Em determinadas modalida-des de exemplificação, a composição de vidro usada para o vidro é feita porintermédio do processo de flutuação utilizando um potencial de redução delote extremamente alto e positivo, de modo a reduzir o percentual de FeO(óxido ferroso) a um baixo nível e permitir ao vidro realizar uma combinaçãode transmissão visível alta (Lta ou TVjS), transmissão de infravermelho (IV)alta, e transmissão solar total(TS) alta. O substrato de vidro pode ser molda-do ou não-moldado em diferentes modalidades de exemplificação desta in-venção.
Antecedentes e Sumário de Modalidades de Exemplificação desta Invenção
As células solares são conhecidas na técnica. Uma célula solarpode incluir, por exemplo, uma película de transferência fotoelétrica compos-ta de uma ou mais camadas localizadas entre um par de substratos ou ou-tras camadas. Estas camadas podem ser apoiadas por um substrato de vi-dro. São apresentados exemplos de células solares nas Patentes US Núme-ros 4.510.344, 4.806.436, 6.506.622 e 5.977.477, cujas descrições são, pelopresente, aqui incorporadas como referência. Os substratos em células sola-res (ou dispositivos fotovoltaicos) são, às vezes, feitos de vidro. O vidro queé suficientemente transparente em cor e altamente transmissivo à luz visívelé algumas vezes desejável em aplicações em células solares.
Matérias-primas de vidro (por exemplo, areia de sílica, barrilha,dolomita, e/ou calcário) incluem tipicamente certas impurezas, tal como ferro,que é um corante para vidro. A quantidade total de ferro presente é aqui ex-pressa em termos de Fe2O3 (oxido de ferro), de acordo com a prática corren-te. No entanto, de modo típico, nem todo o ferro está em forma de Fe2O3. Aocontrário, o ferro está usualmente presente igualmente em estado ferroso(Fe2+; expressado aqui como FeO (óxido ferroso), muito embora todo o ferroem estado ferroso pode não estar em forma de FeO), e em estado férrico(Fe3+). O ferro no estado ferroso (Fe2+; FeO) é um corante azul-verde, en-quanto que o ferro no estado férrico (Fe3+) é um corante amarelo-verde. Ocorante azul-verde do óxido ferroso (Fe2+; FeO) é de particular interessequando se busca obter um vidro suficientemente transparente ou coloridoneutro, uma vez que, como um forte corante, ele introduz cor significativa novidro. Embora o ferro no estado férrico (Fe3+) seja também um corante, ele éde menor interesse quando se busca obter um vidro suficientemente trans-parente em cor, uma vez que o ferro no estado férrico tende a ser mais fracocomo um corante que no seu estado ferroso equivalente.
Verificou-se que o uso de um vidro (opcionalmente moldado)altamente transparente com baixo teor de ferro é vantajoso para aplicaçõesem células solares. O uso da composição de baixo teor de ferro em combi-nação com a(s) superfície(s) moldada(s) do(s) substrato(s) de vidro foi verifi-cado ser mais vantajoso com respeito a propriedades óticas, com isso le-vando ao aumento de eficiência solar de uma célula solar.
Em dispositivos fotovoltaicos, como células solares, é desejávelpara o substrato de vidro no lado da luz incidente do dispositivo ter uma altatransmissão solar total(TS). Quanto maior o valor total solar (TS), mais ener-gia alcança a camada de absorção semicondutora do dispositivo fotovoltai-co, e mais energia elétrica é gerada. Assim, deverá ser observado que valo-res baixos de percentuais TS são indesejáveis para substratos de vidro emdispositivos fotovoltaicos, especialmente para os substratos de vidro do ladoda luz incidente de tais dispositivos. Isto porque é desejável, de modo geral,para o substrato de vidro do lado da luz incidente de um dispositivo fotovol-taico permitir tanta radiação quanto possível passar através dele, de modoque a película de transferência fotoelétrica (ou película de absorção semi-condutora) do dispositivo possa converter a radiação no máximo de energiaelétrica possível. Quanto menos permitido passar radiação através do subs-trato de vidro, menos corrente elétrica é gerada no dispositivo fotovoltaico.Por exemplo, os vidros transparentes de alta transmissão convencionais"Transparência Regular" e "Extra Transparência" apresentados na parte àesquerda da figura 1 possuem valores baixos indesejáveis em percentual deTS de 84,84 % e 88,55% (ISO 9050), respectivamente.
Seria desejável se pudesse ser fornecido um vidro transparentede alta transmissão que tivesse um valor de percentual de TS maior que osvalores de TS de 84 - 88% dos vidros convencionais "Transparência Regu-lar" e "Extra Transparência" apresentados na parte esquerda da figura 1.
Verificou-se que o oxido ferroso (Fe2+;FeO) é de particular inte-resse quando se busca maximizar valores de percentuais de TS de vidro.Isto é porque o oxido ferroso bloqueia quantidades significativas de radiaçãoIV e alguma radiação visível, cada uma delas contribuindo substancialmentepara o percentual de TS. Assim, o conteúdo com alto percentual de FeO po-de levar a valores baixos indesejáveis de percentuais de TS em aplicaçõesfotovoltaicas ou similares.
Anteriormente, foi utilizado antimônio (Sb) em uma tentativa parareduzir o percentual de TS no vidro e obter boas características. Em deter-minados casos, foi adicionado antimônio ao vidro na forma de trióxido deantimônio (Sb2O3), antimonito de sódio (NaSbO3), e/ou piroantimonato desódio (Sb(Sb2O5)). No entanto, verificou-se que o antimônio é indesejávelem determinados casos exemplares, nos quais ele é incompatível com de-terminados processos de flutuação (por exemplo, banho de estanho). Assim,em determinadas modalidades exemplificativas desta invenção, o vidro al-tamente oxidado é obtido sem a necessidade de antimônio (o qual inclui oxi-do de antimônio), embora quantidades em traços possam estar presentesem determinados casos.
Outra abordagem para reduzir o percentual de FeO em um vidrode alta transmissão foi a utilização de óxido de cério (CeO2) no vidro. No en-tanto, o uso de quantidades substanciais de óxido de cério (CeO2) em vidrode alta transmissão é indesejável porque o oxido de cério é, igualmente, ca-ro e pode conduzir a uma coloração não desejável em determinados casosexemplares.
Um ou mais dos problemas supramencionados podem ser resolvidos utilizando uma ou mais das modalidades de exemplificação desta invenção.
Em determinadas modalidades de exemplificação desta invenção, é produzido um vidro de modo a ser altamente transmissível à luz visí-vel, suficientemente transparente ou neutro em cor, e alcançar de modoconsistente altos valores de percentuais de TS. Altos valores de percentuaisde TS são de modo particular desejáveis para aplicações em dispositivosfotovoltaicos, nos quais altos valores de percentuais de TS do substrato devidro do lado incidente de luz permitem a tais dispositivos fotovoltaicos gera-rem mais energia elétrica em função da radiação incidente, uma vez quemais radiação é permitida alcançar a película de absorção semiçondutora dodispositivo. Foi verificado que o uso de um potencial de redução de lote ex-tremamente alto no processo de fabricação de vidro permite resultar em vi-dros com baixo teor de ferro feitos por intermédio do processo de flutuação,para obter de modo consistente uma combinação de alta transmissão visível,cor substancialmente neutra, e valores solares totais altos (percentual deTS). Além disso, em determinadas modalidades de exemplificação destainvenção, esta técnica permite que estas características desejáveis sejamalcançadas com o uso de pouco, ou nenhum, oxido de cério.
Em determinadas modalidades de exemplificação desta inven-ção, é feito um vidro baseado em soda-cal-sílica usando o processo de flu-tuação com um potencial de redução de lote extremamente alto. Um exem-plo de potencial de redução de lote que pode ser usado na fabricação devidros, de acordo com determinadas modalidades de exemplificação destainvenção, é cerca de +26 a +40, mais preferivelmente cerca de +27 a +35, emuito mais preferivelmente cerca de +28 a +33 (observar que estes são va-lores de potencial de redução de lote extremamente altos, não tipicamenteusados na fabricação de vidros). Ao fazer o vidro através do processo deflutuação ou similar, o alto valor de potencial de redução de lote tende a re-duzir ou eliminar a presença de oxido terroso (Fe2+;FeO) no vidro resultante,permitindo com isso ao vidro ter um valor de transmissão de percentual deTS mais alto, o que pode ser útil em aplicações fotovoltaicas. Isto é vantajo-so, por exemplo, porque permite fazer vidro com alto percentual de TS, altatransmissão e cor neutra usando matérias-primas tendo quantidades típicasde ferro em determinados casos exemplares (por exemplo, de cerca de 0,04a 0,10% de ferro total).
Em determinadas modalidades exemplares desta invenção, ovidro tem um conteúdo total de ferro (Fe2O3) de não mais que cerca de0,1%, mais preferivelmente de cerca de 0 (ou 0,04) a 0,1%, ainda mais pre-ferivelmente de cerca de 0,01 (ou 0,04) a 0,08%, e muito mais preferivel-mente de cerca de 0,03 (ou 0,04) a 0,07%. Em determinadas modalidadesexemplificativas desta invenção, o vidro resultante pode ter um percentual deFeO (oxido ferroso) de 0 a 0,0050%, mais preferivelmente de 0 a 0,0040, atémais preferivelmente de 0 a 0,0030, ainda mais preferivelmente de 0,0020, emuito mais preferivelmente de 0 a 0,0010, e possivelmente de 0,0005 a0,0010 em determinados casos de exemplificação. Em determinadas moda-lidades de exemplificação, o vidro resultante tem um potencial de redução devidro (diferente de potencial de redução de lote) não maior que 0,08, maispreferivelmente não maior que 0,06, ainda mais preferivelmente não maiorque 0,04, e até mais preferivelmente não maior que 0,03 ou 0,02.
O substrato de vidro pode ser moldado, ou não-moldado, emdiferentes modalidades de exemplificação desta invenção.
Em determinadas modalidades de exemplificação desta inven-ção, o substrato de vidro pode ter cor suficientemente transparente que podeser levemente amarelada (um valor b* positivo é indicativo de cor amarela-da), em adição à alta transmissão visível e ao alto percentual de TS. Por e-xemplo, em determinadas modalidades de exemplificação, o substrato devidro pode ser caracterizado por uma transmissão visível de pelo menos90% (mais preferivelmente pelo menos cerca de 91%), um valor solar total(percentual de TS) de pelo menos 90% (mais preferivelmente pelo menoscerca de 91%), um valor de cor a* transmissivo de -1,0 a +1,0 (mais preferi-velmente de -0,5 a +0,5, até mais preferivelmente de -0,35 a 0) e um valorde cor b* transmissivo de -0,5 a +1,5 (mais preferivelmente de 0 a +1,0, emuito mais preferivelmente de +0,2 a +0,8). Estas propriedades podem serconcretizadas em um exemplo, não limitativo, de espessura de vidro de cer-ca de 4 milímetros.
Em determinadas modalidades exemplificativas desta invenção,é proporcionado um método de fazer vidro compreendendo:
<table>table see original document page 7</column></row><table>
em que o vidro tem transmissão visível de pelo menos cerca de90%, um valor de cor a* transmissivo de -1,0 a +1,0, um valor de cor b*transmissivo de -0,50 a +1,5, um percentual de TS de pelo menos 89,5%, eem que o método compreende usar um potencial de redução de lote de +26a +40 na fabricação do vidro.
Em determinadas modalidades de exemplificação desta inven-ção, é proporcionado um vidro compreendendo:
<table>table see original document page 7</column></row><table>
em que o vidro tem transmissão visível de pelo menos 90%,transmissão de TS de pelo menos 90%, um valor de cor a* transmissivo de -1,0 a +1,0, um valor de cor b* transmissivo de -0,5 a +1,5.
Ainda em modalidades de exemplificação adicionais desta in-venção, é proporcionada uma célula solar compreendendo: um substrato devidro; primeira e segunda camadas condutivas com pelo menos uma películafotoelétrica fornecida entre elas; na qual o substrato de vidro é de uma com-posição compreendendo:
<table>table see original document page 8</column></row><table>
em que o substrato de vidro tem transmissão visível de pelo me-nos 90%, transmissão de TS de pelo menos 90%; um valor de cor a* trans-missivo de -1,0 a +1,0, um valor de cor b* transmissivo de -0,5 a +1,5.
Nosdesenhos
A figura 1 é uma tabela apresentando as composições químicase propriedades espectrais de vidros de acordo com determinadas modalida-des de exemplificação desta invenção (Exemplos 1 - 5) comparadas com osvidros convencionais "Transparência Regular" e "Extratransparência".
A figura 2 é um gráfico do percentual de TS (ou percentual deTe) em relação ao percentual de FeO de vidro, ilustrando como uma reduçãono percentual de FeO em um vidro de alta transmissão pode levar a um va-lor de percentual de TS aumentado.
A figura 3 é uma vista em corte transversal de um dispositivofotovoltaico utilizando um substrato de vidro de acordo com uma modalidadede exemplificação desta invenção.
Descrição Detalhada de Determinadas Modalidades de Exemplificação desta InvençãoEstá ilustrado na figura 3 um exemplo de célula solar em cortetransversal. A célula solar (fotovoltaica e/ou térmica) inclui, como exemplo esem estar a isso limitada, um substrato de vidro de alta transmissão 1, umeletrodo frontal condutivo transparente 2 que pode ser uma película de oxidocondutivo transparente em determinados casos de exemplificação, uma pelí-cula de transferência fotoelétrica (algumas vezes referida como película deabsorção semicondutora) 3 que pode incluir uma ou mais camadas, um ele-trodo traseiro ou posterior 4, e um refletor opcional 5. Em determinadas mo-dalidades de exemplificação, a película de transferência fotoelétrica 3 podeincluir uma camada inclusiva de silício tipo-p, uma camada inclusiva de silí-cio tipo-i, e uma camada inclusiva de silício tipo-n. Estas camadas inclusivasde silício podem ser compostas de silício amorfo ou de qualquer outro tipoadequado de semicondutor com dopantes adequados em determinadas mo-dalidades de exemplificação desta invenção. Outros semicondutores tam-bém podem ser usados para a película fotoelétrica ativa 3 que converte aradiação incidente em corrente elétrica. Os eletrodos 2,4 podem ser de umcondutor transparente tal como oxido de zinco condutivo, ou qualquer outromaterial adequado em determinadas modalidades de exemplificação destainvenção, e o refletor opcional 5 pode ser de alumínio, prata ou similar.
Em determinadas modalidades de exemplificação desta inven-ção, podem ser moldadas, igualmente, uma ou as maiores superfícies dosubstrato de vidro 1. A luz tende a ser retratada na(s) interface(s) resultantesda moldagem do substrato de vidro 1, fazendo, em conseqüência, a luz pro-gredir através da(s) camada(s) semicondutora(s) em ângulo(s) tal que o per-curso seja maior. Como resultado, mais luz pode ser absorvida pela célulasolar e a produção de corrente elétrica e/ou a eficiência pode ser melhora-da/aumentada. Em determinadas modalidades de exemplificação desta in-venção, a(s) superfície(s) moldada(s) do substrato de vidro 1 pode(m) teruma rugosidade de superfície (entre picos/vales) em torno de 0,1 a 1,5 μητι,mais preferivelmente em torno de 0,5 a 1,5 μηι. Em determinadas modalida-des de exemplificação desta invenção, o substrato de vidro 1 tem uma oumais superfícies que são moldadas de modo a se ter uma característica deondulação nelas definidas. No entanto, em outras modalidades de exemplifi-cação desta invenção, o substrato de vidro 1 não necessita ser moldado.
Em determinadas modalidades de exemplificação desta invenção, o vidro para substrato 1 compreende vidro baseado em soda-cal-sílicafeito através do processo de flutuação, ou qualquer outro processo adequa-do. Em adição à composição de base de vidro, pode ser fornecida uma partecorante. É desejável ao vidro ser suficientemente transparente em cor, teruma alta transmissão visível e uma alta transmissão solar total (percentualde TS), de modo a deixar passar o máximo de radiação possível através de-le para atingir a película de transferência fotoelétrica 3 do dispositivo fotovol-taico. Um exemplo de vidro baseado em soda-cal-sílica de acordo com de-terminadas modalidades desta invenção, em uma base de percentual depeso, inclui os seguintes ingredientes básicos:
Tabela 1: Exemplo de Vidro de Base
<table>table see original document page 10</column></row><table>
Em adição ao vidro de base (por exemplo, ver Tabela 1 acima),ao fabricar vidro de acordo com determinadas modalidades da presente in-venção, o lote de vidro engloba materiais (incluindo corantes e/ou oxidantes)que fazem o vidro resultante ser suficientemente neutro em cor (ele pode serlevemente amarelo em determinadas modalidades de exemplificação, indi-cado por um valor b* levemente positivo), e concretizar uma alta transmissãovisível e um alto percentual de TS. Estes materiais podem também estar pre-sentes nas matérias-primas (por exemplo, pequenas quantidades de ferro),ou podem ser adicionados aos materiais de vidro de base no lote (por exem-plo, oxidantes). Além disso, em adição aos ingredientes na Tabela 1 acima,outros ingredientes secundários, incluindo vários recursos de purificação, talcomo SO3 (trióxido de enxofre) e similares, podem ser englobados no vidrode base. Em determinadas modalidades, por exemplo, o vidro aqui pode serfeito de matérias-primas em lotes de areia de sílica, barrilha, dolomita, calcá-rio, com o uso de sais de sulfatos tal como sulfato de sódio não-refinado(Na2SO4) e/ou sal de Epsom (MgSO4 χ 7H20), e/ou gesso (por exemplo,combinação em torno de 1:1 de qualquer deles) como agentes de purifica-ção. Em determinadas modalidades de exemplificação, vidros baseados emsoda-cal-sílica aqui incluem de acordo com o peso cerca de 10 - 15% deNa2O e cerca de 6 - 12% de CaO. Além disso, é fornecido no vidro, em de-terminadas modalidades de exemplificação, cerca de 0,15 a 7% de MgO,mais preferivelmente cerca de 1 a 7% de MgO.
Em determinadas modalidades de exemplificação desta inven-ção, o vidro do substrato 1 está baseado em soda-cal-sílica (ver vidro debase acima) e é baseado em matérias-primas de baixo teor de ferro de mo-do que o vidro possui ferro total (Fe2O3) em termos de percentual de peso denão mais que cerca de 0,01%. Em determinadas modalidades de exemplifi-cação desta invenção, o vidro tem um conteúdo total de ferro (Fe2O3) de nãomais que cerca de 0,1%, mais preferivelmente de cerca de 0 (ou 0,04) a0,1%, até mais preferivelmente de cerca de 0,01 (ou 0,04) a 0,08%, e muitomais preferivelmente de cerca de 0,03 (ou 0,04) a 0,07%. Em determinadasmodalidades de exemplificação desta invenção, o vidro resultante pode terum percentual de FeO (oxido ferroso) de 0 a 0,0050%, mais preferivelmentede 0 a 0,0040, até mais preferivelmente de 0 a 0,0030, ainda mais preferi-velmente de O a 0,0020, e muito mais preferivelmente de 0 a 0,0010, e pos-sivelmente de 0.0005 a 0,0010 em determinados casos de exemplificação.
Em determinadas modalidades de exemplificação, o vidro resultante tem umpotencial de redução de vidro (diferente do potencial de redução de lote) nãomaior que 0,08, mais preferivelmente não maior que 0,06, ainda mais prefe-rivelmente não maior que 0,04, a até mais preferivelmente não maior que0,03 ou 0,02. Além disso, em determinadas modalidades de exemplificaçãodesta invenção, o vidro é extremamente oxidado de modo a ter nenhum, oumuito pouco, oxido ferroso (Fe2+;FeO), como acima discutido. Este baixopercentual de FeO em combinação com outras características permite aovidro ter um percentual de transmissão de TS mais alto em combinação comcor suficientemente neutra e alta transmissão visível, o que é útil em aplica-ções de células solares.
Em determinadas modalidades de exemplificação desta inven-ção, o vidro é feito de modo a ser altamente transmissível para luz visível,suficientemente transparente ou neutro em cor, e concretizar de modo con-sistente altos valores de percentual de TS. Altos valores de percentual de TSsão particularmente desejáveis para aplicações em dispositivos fotovoltaicosporque altos valores de percentual de TS do substrato de vidro do lado daluz incidente permitem a tais dispositivos fotovoltaicos gerar mais energiaelétrica da radiação incidente, uma vez que uma maior quantidade de radia-ção é permitida alcançar a película de absorção semicondutora do dispositi-vo. Foi verificado que o uso de um potencial de redução de lote extrema-mente alto no processo de fabricação de vidro permite obter vidros de baixoteor de ferro feitos através do processo de flutuação para alcançar de modoconsistente uma combinação desejável de alta transmissão visível, cor subs-tancialmente neutra, e altos valores solares totais (percentual de TS). Alémdisso, em determinadas modalidades de exemplificação desta invenção, es-ta técnica permite a estas características desejáveis serem obtidas com ouso de pouco, ou nenhum, oxido de cério, antimônio, e/ou arsênio. Em de-terminadas modalidades de exemplificação desta invenção, é feito um vidrobaseado em soda-cal-sílica usando o processo de flutuação com um poten-cial de redução de lote extremamente alto. Um exemplo de potencial de re-dução de lote que pode ser usado na confecção de vidros de acordo comdeterminadas modalidades de exemplificação desta invenção, é de cerca de+26 a +40, mais preferivelmente cerca de +27 a +35, e muito mais preferi-velmente cerca de +28 a +33 (observar que estes são valores de potencialde redução de lote extremamente altos, não tipicamente usados na fabrica-ção de vidro). Ao fazer o vidro através do processo de flutuação ou similar, oalto valor de potencial de redução de lote tende a reduzir ou eliminar a pre-sença de óxido ferroso (Fe2"1"; FeO) no vidro resultante, permitindo, destemodo, ao vidro ter um valor de percentual de TS mais alto, o que pode serútil em aplicações fotovoltaicas. Estes altos valores de potencial de reduçãode lote podem ser obtidos adicionando oxidantes suficientes ao lote de vidrodurante o processo de fabricação por flutuação, de modo a fazer o potencialde redução de lote alcançar estes níveis. Em determinadas modalidades deexemplificação desta invenção, alta oxidação e, assim, alto potencial de re-dução de lote positivo podem ser obtidos através do uso de uma combina-ção de quantidades suficientes de sulfatos tais com sulfato de sódio não-refinado, sal de Epsom, gesso e/ou nitratos tais como nitratos de sódio e/oude potássio (individualmente ou em combinação). Em particular, é(são) utili-zado) suficiente(s) agente(s) oxidante(s) no lote de vidro para causar umou os dois de: (a) o lote de vidro ter um potencial de redução de lote de cer-ca de +26 a +40 (mais preferivelmente de cerca de +27 a +35, e muito maispreferivelmente de cerca de +28 a +33), e/ou (b) o vidro resultante ter umpotencial de redução de vidro (Fe0/Fe203) não maior que 0,08, mais preferi-velmente não maior que 0,06, ainda mais preferivelmente não maior que0,04, e até mais preferivelmente não maior que 0,03 ou 0,02. Esta técnica deusar o potencial de redução de lote desta maneira é vantajosa, por exemplo,porque ela permite fabricar vidro com alta transmissão, cor neutra e alto per-centual de TS usando matérias-primas tendo quantidades típicas de ferro emdeterminados casos de exemplificação (por exemplo, de cerca de 0,04 a0,10% de ferro total, ou até de 0,05 a 0,10% de ferro total).
Anteriormente, foi usado antimônio (Sb) em vidro na tentativa deoxidar o vidro e obter boas características. Por exemplo, em determinadoscasos, foi adicionado antimônio ao vidro na forma de trióxido de antimônio(Sb2O3), antimonito de sódio (NaSbO3)1 e/ou piroantimonato de sódio(Sb(Sb2O5)). No entanto, foi verificado que o antimônio é indesejável em de-terminados casos de exemplificação porque ele é incompatível com determi-nados processos de flutuação (por exemplo, banho de estanho) em certoscasos. Assim, em determinadas modalidades de exemplificação desta in-venção, o vidro altamente oxidado é obtido sem a necessidade de antimônio(o qual inclui oxido de antimônio). Em determinadas modalidades de exem-plificação desta invenção, o vidro está livre de antimônio (o qual inclui oxidode antimônio), ou o vidro possui menos que 0,01% de antimônio, mais prefe-rivelmente não mais que cerca de 0,005% de antimônio, até mais preferivel-mente não mais que cerca de 0,0005% ou 0,0001% de antimônio, e aindamais preferivelmente sem antimônio. De um modo similar, em determinadasmodalidades de exemplificação desta invenção, o vidro altamente oxidado éobtido sem a necessidade de arsênio (o qual inclui oxido de arsênio) que,como Sb, tende a causar a descoloração do vidro dopado com cério. Emdeterminadas modalidades de exemplificação desta invenção, o vidro estálivre de arsênio (As) (o qual inclui oxido de arsênio), ou o vidro tem menosque 0,01% de arsênio, mais preferivelmente não mais que cerca de 0,005%de arsênio, até mais preferivelmente não mais que cerca de 0,0005% ou0,0001% de arsênio, e ainda mais preferivelmente sem arsênio.
Em determinadas modalidades preferenciais, não há, ou há mui-to pouco, óxido de cério no vidro. O oxido de cério é um absorvedor de UV(radiação ultravioleta), prevenindo assim que a UV seja transmitida atravésdo vidro. Deste modo, não é desejado demasiado cério em determinadasmodalidades de células solares desta invenção. Conseqüentemente, em de-terminadas modalidades de exemplificação desta invenção, o vidro não temmais que cerca de 0,07% ou 0,05% de óxido de cério, mais preferivelmentenão mais que cerca de 0,01% de óxido de cério, mais preferivelmente nãomais que cerca de 0,001% de óxido de cério, ainda mais preferivelmente nãomais que cerca de 0,0005% de óxido de cério, e algumas vezes 0% de óxidode cério. No entanto, deverá ser observado que é possível usar uma peque-na quantidade de óxido de cério para propósitos de oxidação. Como todosos percentuais de material aqui, estas quantidades estão em termos de pesopercentual. O termo óxido de cério como utilizado aqui inclui Ce2O3, CeO2,ou similares.
Em determinadas modalidades de exemplificação desta inven-ção, a porção corante está substancialmente livre de outros corantes (excetoquantidades potências em traços). No entanto, deve ser observado quequantidades de outros materiais (por exemplo, recursos de purificação, re-cursos de fusão, corantes e/ou impurezas) podem estar presentes no vidroem outras determinadas modalidades desta invenção, sem que seja(m) a-bandonado(s) o(s) propósito(s) e/ou objetivo(s) da presente invenção. Porexemplo, em determinadas modalidades de exemplificação desta invenção,a composição do vidro é substancialmente livre de uma, duas, três, quatroou de todas de: oxido de érbio, oxido de níquel, oxido de cobalto, óxido deneodímio, óxido de cromo, e selênio. A frase "substancialmente livre" signifi-ca não mais que 2 ppm, mais preferivelmente não mais que 1 ppm, e possi-velmente tão baixa quanto O ppm do elemento ou material. Observa-se quepodem ser incluídas pequenas quantidades de óxido de titânio em certoscasos. Além disso, é possível usar pequenas quantidades de óxido de cobal-to, óxido de érbio e/ou Nd2O3 no lote de vidro, e ainda também no vidro, compropósitos de correção de cor, para fazer o vidro tornar-se mais neutro emcoloração.
A quantidade total de ferro presente no lote de vidro e no vidroresultante, isto é, na sua parte corante, é aqui expressa em termos deFe203, de acordo com a prática padrão. Isto, no entanto, não implica quetodo o ferro está de fato em forma de FeaO3 (ver discussão acima a esterespeito). Igualmente, a quantidade de ferro no estado ferroso (Fe2+) é aquirelatada como FeO, muito embora todo o ferro em estado ferroso no lote devidro ou vidro pode não estar em forma de FeO. Como acima mencionado, oferro em estado ferroso (Fe2+,FeO) é um corante azul-verde, enquanto o fer-ro no estado férrico (Fe3+) é um corante amarelo-verde; e o corante azul-verde do óxido ferroso é de particular interesse, uma vez que, como um co-rante forte, ele introduz cor significativa no vidro, o que pode ser algumasvezes indesejável quando se busca obter uma cor neutra ou transparente.
Como acima mencionado, pode ser obtida uma profunda oxidação em de-terminadas modalidades de exemplificação desta invenção por ajustamentosde operações e quimicamente pela introdução de sulfatos na forma de umou mais de sulfato de sódio não-refinado (por exemplo, Na2SO4), sal de Ep-som (por exemplo, MgSO4 χ 7H20) e/ou gesso em quantidades significativase em combinação de um ou mais destes com nitrato de potássio e/ou de só-dio. O sulfato de sódio não-refinado pode ser referido no vidro acabado co-mo SO3. As grandes quantidades de sulfato de sódio não-refinado utilizadasem determinadas modalidades de exemplificação podem ser vistas a partirdas grandes quantidades de SO3 aqui mencionadas com respeito à compo-sição do vidro acabado (por exemplo, ver Exemplos 1 - 5 na figura 1).
Verificou-se que potencial de redução de lote é diferente de po-tencial de redução de vidro. Potencial de redução de lote é conhecido natécnica como sendo geralmente baseado no que se segue. Cada componen-te do lote recebe um número de potencial de redução, e o potencial de redu-ção de lote é calculado como a soma total dos mesmos. O número de po-tencial de redução de lote é calculado antes de o vidro ser fabricado, a partirdo lote. Uma discussão detalhada sobre "potencial de redução de lote" ecomo ele é determinado é proporcionada em The redox number concept andits use by the glass technologist, de W. Simpson e D. D. Myers (1977 ou1978), o qual é aqui incorporado como referência. Em contraste com o po-tencial de redução de lote, o potencial de redução de vidro é calculado de-pois que o vidro foi fabricado, a partir de dados espectrais ou similares, sen-do uma relação de percentual de FeO com o ferro total no vidro. O alto po-tencial de redução de lote discutido acima faz com que o ferro no estado fer-roso (Fe2+; FeO) se oxide para o estado férrico (Fe3+) e, assim, faz com queum montante do forte corante azul-verde do óxido ferroso (Fe2+; FeO) se 0-xide no corante óxido férrico amarelo-verde (Fe3+) mais fraco, durante a fu-são do vidro (observação: algum ferro em estado de óxido ferroso podepermanecer no vidro resultante). A oxidação do ferro supramencionada ten-de a reduzir a coloração do vidro, reduz o percentual de FeO, e causa o au-mento visível da transmissão e do percentual de TS. Qualquer cor amarela-da ocasionada pela oxidação do ferro para o ferro em estado férrico (Fe3+)(isto é, b* positivo) pode ser aceitável em aplicações de células solares enão necessita ser compensada pela adição de outros corantes, desta formaeconomizando custos em determinadas modalidades de exemplificação des-ta invenção.
Será observado por aqueles versados na técnica que o alto po-tencial de redução de lote resulta em um vidro com um baixo valor de "po-tencial de redução de vidro" (isto é, menos ferro no estado terroso FeO). Aeste respeito, a proporção de ferro total no estado ferroso (FeO) é usadapara determinar o estado de potencial de redução do vidro, e o potencial deredução de vidro é expresso na relação Fe0/Fe203, que é o percentual depeso (%) de ferro no estado ferroso (FeO) dividido pelo percentual de peso(%) do ferro total (expressado como Fe2O3) no vidro resultante. Devido apelo menos a presença do(s) agente(s) oxidante(s), o potencial de reduçãode vidro do vidro 1, de acordo com determinadas modalidades de exemplifi-cação desta invenção, é, como acima mencionado, muito baixo, e a quanti-dade de ferro no estado ferroso (FeO) será também baixa.
É observado que o vidro de acordo com determinadas modali-dades de exemplificação desta invenção é freqüentemente feito através doconhecido processo de flutuação, no qual é utilizado um banho de estanho.Será então apreciado por aqueles versados na técnica que, como um resul-tado da formação do vidro em estanho fundido em determinadas modalida-des de exemplificação desta invenção, pequenas quantidades de estanho ouoxido de estanho podem migrar para dentro das áreas de superfície do vidrono lado que estava em contato com o banho de estanho durante a fabrica-ção (isto é, tipicamente, o vidro plano pode ter uma concentração de oxidode estanho de 0,05% ou mais (peso) nos primeiros poucos mícrons abaixoda superfície que estava em contato com o banho de estanho).
Em vista do acima, os vidros de acordo com determinadas mo-dalidades de exemplificação da presente invenção adquirem uma cor neutraou substancialmente transparente, alta transmissão visível, alta transmissãode IV, e alta transmissão solar (TS) total. Em determinadas modalidades, osvidros resultantes de acordo com determinadas modalidades de exemplifica-ção da presente invenção podem ser caracterizados por uma ou mais dacomposição transmissiva ótica ou características de cor (para a característi-ca ótica, é utilizada uma espessura de referência não Iimitante de cerca de 4milímetros). Observar que Lta é o percentual de transmissão visível. É ob-servado que na tabela abaixo os valores de cor L*, a* e b* são determinados<table>table see original document page 18</column></row><table>
As características supramencionadas no substrato de vidro 1são apenas para o substrato de vidro, e não para a célula solar como umtodo ou módulo de célula solar.
Como pode ser visto pela Tabela 2 acima, os vidros para o subs-trato 1 de determinadas modalidades da presente invenção atingem as ca-racterísticas desejadas de cor suficientemente transparente e/ou alta trans-missão visível, com cor b* levemente positiva em determinadas modalida-des, enquanto não necessitando de ferro a ser eliminado da composição dovidro. Além disso, também são obtidos altos valores de percentual de IV e depercentual de TS, o que é vantajoso para aplicações de células solares por-que é permitida mais radiação através do substrato de vidro 1, assim istopodendo ser convertido em corrente elétrica ou voltagem. Isto pode ser obti-do através do fornecimento dos valores de potencial de redução de lote es-peciais utilizados e/ou das combinações de materiais aqui descritas.Exemplos 1 - 5
Foram fabricados e testados vidros de exemplo (por exemplo,para o substrato de vidro 1) de acordo com modalidades exemplificativasdesta invenção, como mostrado na figura 1. Em particular, as cinco colunasmais à direita na figura 1 ilustram as respectivas composições e característi-cas óticas dos vidros dos Exemplos 1 - 5 desta invenção. Para propósitos decomparação, também são fornecidos na parte à esquerda da figura 1 vidrosconvencionais "Transparência Regular" e "Extratransparência" e suas carac-terísticas. Pode ser observado pela figura 1 que os Exemplos desta invençãoforam melhorados (isto é, solar total (TS) mais alto e percentual de FeO re-duzido, comparados com os vidros "Transparência Regular" e "Extratranspa-rência"). A este respeito, observar o SO3 adicional nos Exemplos 1 - 5 emcomparação com os vidros convencionais, o que indica a presença de altasquantidades de oxidantes no lote e um potencial de redução de lote maisalto, e assim um percentual de FeO reduzido comparados com os vidrosconvencionais. Observa-se que todos os Exemplos 1 - 5 possuem 0% deantimônio e 0% de arsênio, o que é preferido em determinadas modalidadesde exemplificação desta invenção. Além disso, ao se fazer os Exemplos 1 -5, não havia agentes de redução presentes no lote. Mais ainda, observa-seque os Exemplos 1 - 3 e 5 não usam óxido de cério, enquanto que o Exem-plo 4 usa uma pequena quantidade de óxido de cério para fazer o percentualde FeO ir a essencialmente zero.
A figura 2 é um gráfico de energia solar versus percentual deFeO, comparando as características de transmissão de vidros de acordocom exemplos diferentes desta invenção com quantidades de ferro total epercentual de FeO diferentes. Pode ser visto na figura 2 que o conteúdo re-duzido de percentual de FeO traduz-se em transmissão total de energia so-lar aumentada, e que o conteúdo de ferro total reduzido também se traduzem transmissão de energia solar total mais alta.
Uma vez feita a apresentação acima, ficarão evidentes àquelesversados na técnica muitas outras características, modificações e aperfeiço-amentos. Tais características, modificações e aperfeiçoamentos são, conse-qüentemente, considerados como uma parte desta invenção, cujo objetivo édeterminado pelas reivindicações que se seguem.

Claims (27)

1. Método para fabricar vidro compreendendo:<table>table see original document page 21</column></row><table>em que o vidro tem transmissão visível de pelo menos cerca de 90%, um valor de cor a* transmissivo de -1,0 a +1,0, um valor de cor b*transmissivo de -0,50 a +1,5, percentual de TS de pelo menos 89,5%, e emque o método compreende:usar um potencial de redução de lote de +26 a +40 quando fra-bricando o dito vidro.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o potencialde redução de lote é de +27 a +35.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o potencialde redução de lote é de +28 a +33.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o vidrocompreende:<table>table see original document page 21</column></row><table>
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o métodoadicionalmente compreende usar materiais suficientes no lote utilizado parafazer o vidro, de modo que o vidro compreende pelo menos 0,27% de SO3.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, em que o vidrocompreende de 0,30 a 0,50% de SO3.
7. Método, de acordo com a reivindicação 5, em que o vidrocompreende pelo menos 0,32% de SO3.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o substratode vidro tem um percentual de TS de pelo menos 90%, e compreende:<table>table see original document page 22</column></row><table>
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o substratode vidro contém não mais que 2 ppm de pelo menos dois de oxido de érbio,oxido de níquel, oxido de cobalto, oxido de neodímio, oxido de cromo, e se-lênio.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o substra-to de vidro contém não mais que 2 ppm de pelo menos quatro de óxido deérbio, óxido de níquel, óxido de cobalto, óxido de neodímio, óxido de cromo,e selênio.
11. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o substra-to de vidro contém não mais que 2 ppm de pelo menos cinco de óxido deérbio, óxido de níquel, óxido de cobalto, óxido de neodímio, óxido de cromo,e selênio.
12. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o substra-to de vidro contém não mais que 2 ppm de cada um de óxido de érbio, óxidode níquel, óxido de cobalto, óxido de neodímio, óxido de cromo, e selênio.
13. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que que o vi-dro contém de 0 a 0,07% de óxido de cério.
14. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o vidrocontém de 0 a 0,05% de óxido de cério.
15. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o vidrocontém de 0 a menos que 0,01% de óxido de antimônio.
16. Célula solar compreendendo:um substrato de vidro;primeira e segunda camadas condutivas com pelo menos umapelícula fotoelétrica disposta entre elas;em que o substrato de vidro é de uma composição compreendendo:<table>table see original document page 22</column></row><table><table>table see original document page 23</column></row><table>em que o substrato de vidro possui transmissão visível de pelomenos 90%, transmissão de TS de pelo menos 90%, um valor de cor a*transmissivo de -1,0 a +1,0, um valor de cor b* transmissivo de -0,5 a +1,5.
17. Célula solar, de acordo com a reivindicação 16, em que osubstrato de vidro compreende:Percentual de FeO <= 0,003%Potencial de redução de vidro <= 0,06.
18. Célula solar, de acordo com a reivindicação 16, em que osubstrato de vidro tem um percentual de TS de pelo menos 91%, e compre-ende:Percentual de FeO <= 0,002%Potencial de redução de vidro <= 0,04.
19. Célula solar, de acordo com a reivindicação 16, em que ovidro compreende pelo menos 0,27% de SO3, mais preferivelmente de 0,30a 0,50% de SO3.
20. Célula solar, de acordo com a reivindicação 16, em que osubstrato de vidro contém não mais que 2 ppm de pelo menos dois de, maispreferivelmente pelo menos três de, até mais preferivelmente pelo menosquatro de, e muito mais preferivelmente pelo menos cinco de: óxido de érbio,óxido de níquel, óxido de cobalto, óxido de neodímio, óxido de cromo, e se-lênio.
21. Célula solar, de acordo com a reivindicação 16, em que ovidro contém de 0 a 0,05% de óxido de cério, mais preferivelmente não maisque 0,01 % de óxido de cério.
22. Vidro, compreendendo:Ingrediente Peso percentualSiO2 67 - 75%<table>table see original document page 24</column></row><table>em que o vidro tem transmissão visível de pelo menos 90%,transmissão de TS de pelo menos 90%, um valor de cor a* transmissivo de -- 1,0 a +1,0, um valor de cor b* transmissivo de -0,5 a +1,5.
23. Vidro, de acordo com a reivindicação 22, em que o vidrocompreende:Percentual de FeO <= 0,003%Potencial de redução de vidro <= 0,06.
24. Vidro, de acordo com a reivindicação 22, em que o vidropossui um percentual de TS de pelo menos 91% e compreende:Percentual de FeO <= 0,002%Potencial de redução de vidro <= 0,04.
25. Vidro, de acordo com a reivindicação 22, em que o vidrocompreende pelo menos 0,27% de SO3, mais preferivelmente de 0,30 a 0,50% de SO3.
26. Vidro, de acordo com a reivindicação 22, em que o vidrocompreende não mais que 2 ppm de pelo menos dois de, mais preferivel-mente pelo menos três de, até mais preferivelmente pelo menos quatro de, emuito mais preferivelmente pelo menos cinco de: óxido de érbio, óxido deníquel, óxido de cobalto, óxido de neodímio, óxido de cromo, e selênio.
27. Vidro, de acordo com a reivindicação 22, em que o vidrocompreende de 0 a 0,05% de óxido de cério, mais preferivelmente não maisde 0,01 % de óxido de cério.
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