BRPI0716226A2 - Célula solar com revestimento antirrefletivo compreendendo fluoreto de metal e/ou sílica e método para fabricar a mesma - Google Patents
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Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CÉLULA SO- LAR COM REVESTIMENTO ANTIRREFLETIVO COMPREENDENDO FLUORETO DE METAL E/OU SÍLICA E MÉTODO PARA FABRICAR A MESMA".
A presente invenção refere-se a um artigo revestido que inclui
um revestimento antirrefletivo (AR) suportado por um substrato de vidro ou outro tipo de substrato. Em certas modalidades de exemplo desta invenção, o revestimento AR pode ser de ou incluir um composto de um (uns) fluore- to(s) de metal e sílica (SiO2). O metal pode ser Mg, Ca, ou os similares em certas modalidades de exemplo desta invenção. Dessa maneira, em certas modalidades de exemplo desta invenção, o revestimento AR pode ser de ou incluir um composto de (a) MGF2 e/ou CaF2 e (b) sílica. Em certas modalida- des de exemplo, o artigo de revestimento pode ser usado em conexão com uma célula solar, mas esta invenção é aplicável para outros tipos de artigos de revestimento também.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
O vidro é desejável devido às numerosas propriedades e aplica- ções, incluindo clareza óptica e aparência visual total. Para algumas aplica- ções de exemplo deseja-se que certas propriedades ópticas (por exemplo, transmissão, reflexo e/ou absorção de luz) sejam otimizadas. Por exemplo, em certos casos de exemplo, a redução do reflexo de luz da superfície de um substrato de vidro (por exemplo, superestrato ou qualquer outro tipo de substrato de vidro) é desejável para vitrines de frente de lojas, estojos de mostruário, células solares, estruturas de quadros, outros tipos de janelas e assim por diante.
Células solares/módulos são conhecidos na técnica. O vidro é uma parte integrante dos módulos fotovoltaicos comerciais mais comuns (por exemplo, células solares), incluindo ambos, cristalina e outros tipos de película fina. Uma célula solar/módulo pode incluir, por exemplo, uma pelícu- Ia de transferência fotoelétrica feita de uma ou mais camadas localizadas entre um par de substratos. Um ou mais dos substratos pode ser vidro. O vidro pode formar um substrato, um (uns) dispositivo(s) e/ou camada(s) de proteção subjacente(s) para converter a energia solar para eletricidade, e- xemplos de células solares são descritos nas Patentes U.S. Nos. 4.510.344, 4.806.436, 6.506.622, e 5.977.477, cujas descrições são pelo presente in- corporadas aqui a seguir por referência.
O(s) substrato(s) em uma célula solar/ módulo é(são) algumas
vezes feito(s) de vidro. A radiação que chega passa através do substrato de vidro incidente da célula solar antes de alcançar a(s) camada(s) ativa(s) ab- sorvente^) (por exemplo, a película de transferência fotoelétrica tal como um semicondutor) da célula solar. A radiação que é refletida pelo substrato de vidro incidente não avança na(s) camada(s) ativa(s) da célula solar dessa maneira resultando em uma célula solar menos eficiente. Em outras pala- vras, seria desejável diminuir a quantidade de radiação que é refletida pelo substrato incidente, dessa maneira aumentando a quantidade de radiação que se dirige para a(s) camada(s) ativa(s) da célula solar. Em particular, a saída de energia de uma célula solar ou módulo fotovoltaico dependente da quantidade de luz, ou do número de fótons, dentro de uma faixa específica do espectro solar que passa através do substrato de vidro incidente e alcan- ça o semicondutor fotovoltaico.
Desse modo, percebe-se que existe uma necessidade de um revestimento antirrefletivo (AR) melhorado para células solares ou outras aplicações, para reduzir o reflexo de um substrato de vidro incidente. BREVE SUMÁRIO DE MODALIDADES DE exemplo DA INVENÇÃO
Em certas modalidades de exemplo desta invenção, um revesti- mento antirrefletivo (AR) melhorado é fornecido em um substrato de vidro incidente de uma célula solar ou similar. Essas funções de revestimento AR para reduzir o reflexo de luz do substrato de vidro, dessa maneira permitindo que mais luz dentro do espectro solar passe através do substrato de vidro incidente e alcance o semicondutor fotovoltaico de modo que a célula solar pode ser mais eficiente. Em outras modalidades de exemplo desta invenção, tal como o revestimento AR pode ser usado em aplicações em vez de célu- las solares, tais como vitrines de frente de loja, estojos de mostruário, estru- turas de quadros e outros tipos de janelas e os similares. Em certas modalidades de exemplo desta invenção, o revesti- mento AR pode ser de ou incluir um composto de um(uns) fluoreto(s) de me- tal e sílica (SiO2). O metal pode ser Mg, Ca, e/ou os similares em certas mo- dalidades de exemplo desta invenção. Dessa maneira, em certas modalida- des de exemplo da invenção, o revestimento AR pode ser de ou incluir um composto de (a) MgF2 e/ou CaF2, e (b) sílica. Tais revestimentos AR para uma célula solar são vantajosos pelo fato de que elas podem permitir que uma célula solar ou similar seja provida com um revestimento AR fácil de fabricar, não dispendioso e/ou eficiente em uma base de grande área. Além do mais, tais revestimentos AR são vantajosos com respeito à durabilidade mecânica, são capazes de ser tratados por aquecimento (por exemplo, tem- perados termicamente) junto com o vidro subjacente, e/ou são revestimentos AR excelentes, dessa maneira permitindo mais radiação solar para alcançar a(s) camada(s) ativa(s) de tal modo a aumentar a energia da célula solar. Opcionalmente, o revestimento AR pode ser usado em conexão
e ser suportado por um substrato de vidro incidente de luz feito de vidro de soda-cal-sílica do tipo ferro inferior, em certas modalidades de exemplo des- ta invenção. A natureza do ferro inferior do vidro pode permitir que ele seja um vidro do tipo de alta transmissão em certos casos, podendo aumentar a quantidade de luz que pode passar através do vidro e alcançar o semicondu- tor do dispositivo fotovoltaico em certas modalidades de exemplo desta in- venção.
O substrato de vidro, com revestimento AR no mesmo, pode ou não pode ser tratado por calor (por exemplo, temperado termicamente) em certas modalidades de exemplo desta invenção. Temperar termicamente envolve aquecer o vidro com o revestimento do mesmo usando temperatu- ra^) de cerca de 580 a 850 graus C.
Em certas modalidades de exemplo desta invenção, é provido um dispositivo fotovoltaico que compreende: uma camada fotovoltaica e pelo menos um substrato de vidro em um lado incidente de luz da camada foto- voltaica; um revestimento antirrefletivo provido no substrato de vidro, e um revestimento antirrefletivo sendo localizado em um lado incidente de luz do substrato de vidro; e em que o revestimento antirrefletivo compreende uma camada compreendendo (a) fluoreto de magnésio e/ou fluoreto de cálcio, e (b) sílica.
Em certas modalidades de exemplo desta invenção, é fornecido um dispositivo fotovoltaico compreendendo uma camada fotovoltaica e pelo menos um substrato de vidro em um lado incidente de luz da camada foto- voltaica; um revestimento antirrefletivo provido no substrato de vidro, o re- vestimento antirrefletivo sendo localizado em um lado incidente de luz do substrato de vidro; e em que o revestimento antirrefletivo compreende uma camada que compreende pelo menos um fluoreto de metal e sílica.
Em ainda uma modalidade adicional de exemplos desta inven- ção, é provido um método de fazer um dispositivo fotovoltaico, o método compreendendo um substrato de vidro; misturar um fluoreto de metal inclusi- ve solução e uma solução inclusiva de sílica para formar uma mistura de solução; depositar a mistura de solução incluindo a solução de fluoreto de metal inclusive e a solução inclusiva de sílica sobre o substrato de vidro; a- quecer o substrato de vidro com a mistura de solução do mesmo, dessa ma- neira formando um artigo revestido incluindo um revestimento antirrefletivo no substrato de vidro; e acoplamento do artigo revestido incluindo o revesti- mento antirrefletivo e o substrato de vidro para pelo menos uma camada fo- tovoltaica na fabricação do dispositivo fotovoltaico. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A figura 1 é uma visão de corte transversal de um artigo revesti- do incluindo um revestimento antirrefletivo (AR) de acordo com uma modali- dade de exemplo desta invenção.
A figura 2 é uma visão de corte transversal de uma célula solar que pode usar o revestimento AR da figura 1 de acordo com uma modalida- de de exemplo desta invenção.
A figura 3 é uma transmissão de percentual versus gráfico de comprimento de onda ilustrando as características de artigos revestidos dos exemplos 1 e 2.
A figura 4 é uma transmissão de percentual versus gráfico de comprimento de onda ilustrando as características de artigos revestidos dos exemplos 3 a 7.
A figura 5 é uma transmissão de percentual versus gráfico de comprimento de onda ilustrando as características de um artigo revestido do exemplo 8.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES DE exemplo DA INVEN- ÇÃO
Referindo-se agora mais particularmente aos desenhos de a- companhamento em que, como indicam os numerais de referência, como partes do princípio ao fim das diversas visões.
Dispositivos fotovoltaicos tais como as células solares convertem radiação solar e outra luz em energia elétrica usável. A conversão de ener- gia ocorre tipicamente como resultado do efeito fotovoltaico. A radiação solar (por exemplo, a luz do sol), invadindo um dispositivo fotovoltaico e absorvida por uma região ativa do material semicondutor (por exemplo, uma película semicondutora, inclui uma ou mais camadas semicondutoras tais como ca- madas de a-Si) gera pares de cavidades de elétrons na região ativa. Os elé- trons e as cavidades podem estar separados por um campo elétrico de uma junção no dispositivo fotovoltaico. A separação dos elétrons e cavidades pe- Ia junção resulta na geração de uma corrente e voltagem elétrica. Em certas modalidades de exemplo, os elétrons fluem em direção à região do material semicondutor que tem condutividade do tipo n, e as cavidades fluem em di- reção à região do semicondutor que tem condutividade do tipo ρ. A corrente pode fluir através de um circuito externo conectando a região do tipo η com a região do tipo p, enquanto a luz continua a gerar pares de cavidades e elé- trons no dispositivo fotovoltaico. Em certas modalidades de exemplo, dispo- sitivos fotovoltaicos de silicone amorfo (a-Si) de junção única incluem pelo menos três camadas do semicondutor formando uma película de semicondu- tor absorvente. Em particular, uma camada p, uma camada η e uma camada i, que é intrínseca pode formar uma película semicondutora absorvente, em certos exemplos de casos. A película de silicone amorfa (que pode incluir uma ou mais camadas tais como camadas do tipo ρ, η e i) pode ser de sili- cone amorfo hidrogenado em certos casos, mas pode também ser de, ou incluir, carbono de silicone amorfo hidrogenado ou germânio de silicone a- morfo hidrogenado, ou os similares, em certas modalidades de exemplo des- ta invenção. Por exemplo, e sem limitação, quando um fóton de luz é absor- vido na camada i ele dá origem a uma unidade de corrente elétrica (um par de cavidades e elétron). As camadas ρ e n, que contêm íons dopantes car- regados, estabelecem um campo elétrico ao longo da camada i que retira a carga elétrica da camada i e envia para um circuito opcional externo onde pode prover energia para os componentes elétricos. Observa-se que, enquanto certas modalidades de exemplo des-
ta invenção são dirigidas para silicone amorfo baseado em dispositivos foto- voltaicos, esta invenção não é dessa maneira limitada e pode ser usada em conjunto com outros tipos de dispositivos fotovoltaicos em certos casos, in- cluindo mas não limitados a dispositivos que incluem outros tipos de material semicondutor, células solares de película fina em série, células solares ba- seadas em CdS/CdTe, células solares cristalinas e similares.
A figura 1 é uma visão de corte transversal de um artigo revesti- do de acordo com uma modalidade de exemplo desta invenção, e a figura 2 é uma visão de corte transversal de um artigo revestido da figura 1, como usado em conexão com um exemplo de dispositivo fotovoltaico em uma mo- dalidade de exemplo desta invenção. O dispositivo fotovoltaico inclui frente transparente ou substrato de vidro incidente de luz 1 com um revestimento AR 3 no mesmo, eletrodo frontal ou contato 10 que é de ou inclui uma ca- mada de óxido condutor transparente (TCO) tal como um oxido de estanho, óxido de estanho de fluoreto impermeabilizado, óxido de zinco, óxido de zin- co de alumínio impermeabilizado, óxido de estanho de índio, óxido de zinco de índio ou similares, película de semicondutor ativo ou absorvente 50 de uma ou mais camadas semicondutoras (por exemplo, incluindo pelo menos três camadas dos tipos p, i, e η em certos exemplos de casos), óxido de in- tensificação de reflexo opcional ou EVA 60, e eletrodo de apoio ou contato 70 opcional que pode ser um TCO ou um metal. Além disso, opcionalmente, um encapsulante ou adesivo opcional (não mostrado) de um material tal co- mo acetato de etil vinila (EV A) ou o similar, e um superestrato opcional (não mostrado), de um material tal como vidro, pode ser provido abaixo do conta- to de apoio 70 nesta ordem. Naturalmente, outra(s) camada(s) que não é(são) mostrada(s) pode(m) também ser provida(s) no dispositivo.
O substrato de vidro 1 frontal e/ou e superestrato traseiro (não
mostrado) pode ser feito de vidro baseado em soda-cal-sílica em certas mo- dalidades de exemplo desta invenção. Embora esses substratos possam ser de vidro em certas modalidades de exemplo desta invenção, outros materi- ais tais como quartzo ou o similar podem ser usados como substitutos. Além do mais, o superestrato (não mostrado) na parte traseira do dispositivo foto- voltaico é opcional em certos casos. O vidro de substrato 1 e/ou do superes- trato pode ou não pode ser temperado termicamente e/ou padronizado em certas modalidades de exemplo desta invenção. Adicionalmente, será ob- servado que a palavra "sobre", como usada aqui a seguir, cobre ambas, ca- mada/película direta ou indiretamente sobre alguma coisa, com outras ca- madas possivelmente estando localizadas ali no meio.
Embora o revestimento AR seja provido em um substrato de vi- dro com incidência de luz de um dispositivo fotovoltaico nas figuras 1 e 2, desta invenção não é desse modo limitado. Alternativamente, o revestimento (AR) 3 antireflexivo pode ser provido para artigos revestidos tais como jane- las de vitrine, estojos de mostruário, estruturas de quadros, outros tipos de janela e os similares; e/ou pode ser provido sobre o superestrato de vidro da parte traseira de um dispositivo fotovoltaico.
Com referência às figuras 1 e 2, em certas modalidades de e- xemplo desta invenção, o revestimento antirrefletivo (AR) 3 melhorado é provido sobre o lado incidente de luz do substrato de vidro do dispositivo fotovoltaico. Esse revestimento AR 3 funciona para reduzir o reflexo da luz do substrato de vidro 1, dessa maneira permitindo que mais luz dentro do espectro solar passe através do substrato de vidro incidente 1 e alcance o semiconductor 50 fotovoltaico, de modo que a célula solar pode ser mais eficiente e ter a energia aumentada. O revestimento AR 3 pode ser de ou incluir um composto de um(uns) fluoreto(s) de metal e sílica porosa (SiO2). O metal pode ser Mg, Ca1 e/ou similares, em certas modalidades de exemplo desta invenção. Dessa forma, em certas modalidades de exemplo desta in- venção, o revestimento 3 AR pode ser de, ou incluir, um composto de (a) fluoreto de magnésio tal como MgF2 e/ou fluoreto de cálcio tal como CaF2, e (b) sílica. Tais revestimentos 3 AR para uma dispositivo fotovoltaico, tal co- mo uma célula solar, são vantajosos pelo fato de que eles permitem uma célula solar ou similares ser providas com revestimento AR fácil de fabricar, não dispendioso e/ou eficiente numa base de área grande. Além do mais, tais revestimentos AR são vantajosos no que diz respeito à durabilidade mecânica, são capazes de ser tratados por calor (por exemplo, temperados termicamente) junto com o vidro subjacente, e/ou são revestimentos AR ex- celentes dessa maneira permitindo que mais radiação solar alcance a(s) camada(s) de tal maneira a aumentar a energia da célula solar.
A porção de fluoreto de metal do revestimento 3 AR de índice inferior composto é vantajosa pelo fato de que ela permite o revestimento AR realizar um índice refrativo baixo (n). Em certas modalidades de exemplo desta invenção, o substrato de vidro 1 pode ter um índice refrativo (n) de cerca de 1,48 a 1,60 (por exemplo, cerca de 1,52), enquanto que o revesti- mento 3 AR (que pode ser de uma camada única em certas modalidades de exemplo) pode ter um índice refrativo (n) de cerca de 1,20 a 1,45, mais pre- ferivelmente de cerca de 1,23 a 1,40, e mais preferivelmente de cerca de 1,25 a 1,35 (a 450 nm).
O índice refrativo baixo (n) do revestimento AR 3 é vantajoso pelo fato de que ele permite menos reflexo de modo que mais luz pode pas- sar através do substrato de vidro 1 e alcançar a(s) camada(s) semiconduto- ras ativas do dispositivo fotovoltaico. Neste meio tempo, a porção de sílica do revestimento 3 AR é vantajosa pelo fato de que ela aumenta a transmis- são solar do revestimento 3 de modo que menos luz é absorvida pelo reves- timento; novamente, isso aumenta a quantidade de luz que pode passar a- través do substrato de vidro 1 e alcançar a(s) camada(s) semicondutoras ativas do dispositivo fotovoltaico dessa maneira a energia do dispositivo po- de ser aumentada. Além do mais, a porção de sílica do revestimento 3, pelo fato de que ela aumenta a durabilidade mecânica do revestimento 3 e permi- te que ele seja usado em muitos ambientes diferentes com menos risco de dano.
Em certas modalidades de exemplo desta invenção, a porção do fluoreto de metal (por exemplo, MgF2 e/ou CaF2) do revestimento 3 AR pode fabricar de cerca de 0,5 a 50% do revestimento (percentagem de peso), mais preferivelmente de cerca de 1 a 45%, ainda mais preferivelmente de cerca de 1 a 25%, e mais preferivelmente de cerca de 1 a 15% do revesti- mento 3; o restante do revestimento pode ser feito de sílica e/ou outro(s) elemento(s). Em certas modalidades de exemplo desta invenção, o revesti- mento 3 AR inclui pelo menos cerca de 50% de sílica, mais preferivelmente pelo menos cerca de 60% de sílica, ainda mais preferivelmente pelo menos cerca de 70% de sílica, e possivelmente pelo menos cerca de 85% de sílica (percentagem de peso). Ainda outra vantagem do exemplo de revestimento 3 é que pode
consistir em somente uma camada única em certas modalidades de exemplo desta invenção, dessa maneira reduzindo o número de etapas necessárias para formar o revestimento AR. Embora seja possível o revestimento 3 AR ser apenas uma camada única em certas modalidades de exemplo, é possí- vel que um revestimento de multicamadas seja usado para o revestimento 3 em outras modalidades de exemplo desta invenção.
O revestimento 3 AR pode ser depositado sobre o substrato de vidro 1 de qualquer maneira apropriada, incluindo mas não limitada usar re- vestimento giratório, revestimento por imersão, ou técnicas de revestimento de fluxo. O revestimento 3 AR pode ser formado como a seguir em certos exemplos de casos ilustrativos. Um sal inclusivo de Mg tal como acetato de magnésio, ou sal de carboxilato inclusivo de Mg, ou qualquer outro sal inclu- sivo de Mg, pode ser dissolvido em um solvente tal como álcool, propanol, etileno glicol, outro glicol, ou os similares de tal modo para que seja na forma líquida e na forma de uma solução. Como outro exemplo, a solução pode ser formada fazendo o etóxido de magnésio ou o similar ser dissolvido em um solvente tal como propanol (por exemplo, propanol-2). A solução pode de- pois ser misturada com um ácido ou similares incluindo F. Depois, a solução resultante ou similares pode ser misturada com uma sílica inclusive sol e depois aplicada através de revestimento giratório sobre, diretamente ou indi- retamente, um substrato de vidro 1. Depois, o substrato revestido pode ser tratado por aquecimento para temperar termicamente, cura e/ou os similares (por exemplo, para de cerca de 1 a 15 minutos, mais preferivelmente de cer- ca de 2 a 10 minutos). O artigo revestido tratado por calor, incluindo o subs- trato de vidro 1 temperado com revestimento 3 AR no mesmo, pode depois ser usado na fabricação de um dispositivo fotovoltaico como o substrato in- cidente de luz de tal dispositivo.
Para as finalidades do exemplo e sem limitação, o revestimento 3 pode ser de cerca de 0,5 a 15 μιτι de espessura em certas modalidades de exemplo desta invenção, mais preferivelmente de cerca de 1 a 10 pm de espessura.
Em certas modalidades de exemplo desta invenção, o vidro de
ferro inferior de transmissão alta pode ser usado para substrato de vidro 1 a fim de adicionalmente aumentar a transmissão da radiação (por exemplo, fótons) para a(s) camada(s) ativa(s) 50 da célula solar ou similares. Por e- xemplo, e sem limitação, o substrato de vidro 1 pode ser de quaisquer um do vidros descritos em qualquer um do Pedidos de Patente U.S. Serial Nos. 11/049.292 e/ou 11/122.218, cujas descrições são pelo presente incorpora- das aqui a seguir por referência.
Certos vidros para o substrato de vidro 1 (que podem ser padro- nizadas em casos ilustrativos diferentes) de acordo com as modalidades de exemplo desta invenção utilizar vidro plano de soda-cal-sílica como sua composição/vidro de base. Em adição à composição/vidro de base, uma porção corante pode ser provida a fim de conseguir um vidro que seja de cor bem clara e/ou tenha uma transmissão visível alta. Um vidro de base de so- da-cal-sílica exemplar de acordo com certas modalidades desta invenção, em uma base de percentagem de peso, inclui os seguintes ingredientes bá- sicos: EXEMPLO DE VIDRO DE BASE
Ingrediente % em Peso
SiO2 67 a 75%
Na2O 10 a 20%
CaO 5 a 15%
MgO 0 a 7%
AI2O3 O a 5%
K2O O a 5%
Li2O O a 1,5%
BaO Oa 1%
Outros ingredientes menores, incluindo vários auxiliares de refi- namento convencionais, tais como SO3, carbono e similares podem também ser incluídos na base do vidro. Em certas modalidades, por exemplo, o vidro aqui a seguir pode ser feito de areia de sílica de matérias primas em batela- da, cinza de soda, dolomita, pedra calcária, com o uso de sais de sulfato tais como um bolo de sal (Na2SO4) e/ou sal de Epsom (MgSO4 x 7H20) e/ou gesso (por exemplo, cerca de uma combinação de 1 :1 de qualquer um) com agentes de refinamento. Em certas modalidades de exemplo, os vidros ba- seados em soda-cal-sílica aqui a seguir incluem cerca de 10 a 15% em peso de Na2O e cerca de 6 a 12% de CaO.
Em adição a base de vidro acima, na fabricação de vidro de a- cordo com certas modalidades de exemplo da invenção do momento, a bate- Iada de vidro inclui materiais (incluindo corantes e/ou oxidantes) que fazem o vidro resultante ser de cor bastante neutra (ligeiramente amarelo em certas modalidades de exemplo, indicado por um valor de b* positivo) e/ou ter uma alta transmissão de luz visível. Esses materiais podem estar presentes em matérias primas (por exemplo, pequenas quantidades de ferro), ou podem ser adicionados aos materiais da base do vidro na batelada (por exemplo, cério, érbio e/ou os similares). Em certas modalidades de exemplo desta invenção, o vidro resultante tem transmissão visível de pelo menos 75%, mais preferivelmente pelo menos 80%, ainda mais preferivelmente de pelo menos 85%, e preferivelmente de pelo menos cerca de 90% (algumas vezes pelo menos 91%) (Lt D65). Em certos exemplos de casos ilustrativos não limitantes, tais como altas transmissões podem ser realizadas em uma es- pessura de vidro de referência de cerca de 3 a 4 mm. Em certas modalida- des desta invenção, em adição a base do vidro, o vidro e/ou a batelada de vidro compreende ou consiste essencialmente em materiais como mostrado na tabela 2 abaixo (em termos de percentagem de peso da composição de vidro total):
EXEMPLO ADICIONAL DE MATERIAIS EM VIDRO
Ingrediente Geral (% em peso) Mais Preferido O mais Preferido ferro total (expres- so como Fe2O3) 0,001 a 0,06% 0,005 a 0,04% 0,01 a 0,03% óxido de cério: 0 a 0,30 % 0,01 a 0,12% 0,01 a 0,07% TiO2 0 a 1,0% 0,005 a 0,1 % 0,01 a 0.04 % óxido de érbio 0,05 a 0,5% 0,1 a 0,5% 0,1 a 0,35%
Em certas modalidades de exemplo, o conteúdo de ferro total do vidro é mais preferivelmente de 0,01 a 0,06%, mais preferivelmente de 0,01 a 0,04%, e mais preferivelmente de 0,01 a 0,03%. Em certas modalidades de exemplo desta invenção, a porção corante é substancialmente livre de outros corantes (em vez de potenciais quantidades de traços). Entretanto, deverá ser observado que as quantidades de outros materiais (por exemplo, auxiliares de refinamento, auxiliares de ponto de fusão, corantes e/ou impu- rezas) podem estar presentes no vidro em certas outras modalidades desta invenção sem sair da(s) finalidade(s) e/ou meta(s) da invenção do momento. Por exemplo, em certas modalidades de exemplo desta invenção, a compo- sição do vidro é substancialmente livre de, ou livre de um, dois, três quatro ou todos de: oxido de érbio, oxido de níquel, óxido de cobalto, oxido de neo- dímio, óxido de crômio, e selênio. A frase "substancialmente livre" significa não mais do que 2 ppm e possivelmente tão pouco quanto 0 ppm do ele- mento ou material. Nota-se que, apesar da presença de óxido de cério ser preferida em muitas modalidades desta invenção, não é necessário em to- das as modalidades e, na verdade, omitidas em muitos casos. Entretanto, em certas modalidades de exemplo desta invenção, pequenas quantidades de óxido podem ser adicionadas ao vidro na porção corante (por exemplo, de cerca de 0,1 a 0,5% de óxido de érbio).
A quantidade total de ferro presente na batelada de vidro e no vidro resultante, isto é, na porção de corante do mesmo, é expressa aqui a seguir em termos de Fe2Oe de acordo com a prática padrão. Isto, entretanto não quer dizer que todo o ferro está realmente na forma de Fe2Oa (veja a discussão acima a esse respeito). Da mesma maneira, a quantidade de ferro no estado ferroso (Fe+2) é relatada aqui a seguir como FeO, muito embora todo o ferro em estado ferroso na batelada de vidro ou no vidro pode não estar na forma de FeO. Como mencionado acima, o ferro no estado ferroso (Fe2+; FeO) é um corante verde azulado, enquanto que o ferro no estado férrico (Fe3+) é um corante verde amarelado; e o corante verde azulado de ferro ferroso é de particular consideração, uma vez que como um corante forte ele introduz uma cor significativa no vidro que pode algumas vezes ser indesejável quando se busca alcançar uma cor neutra ou clara. Observa-se que a superfície incidente de luz do substrato de vidro 1 pode ser plana ou padronizada em diferentes modalidades de exemplo desta invenção. Além do mais, nota-se que outros tipos de vidro, que não são os discutidos acima, podem ser usados para o substrato 1 em outras determinadas modalidades desta invenção.
Os exemplos a seguir são providos somente com a finalidade de
exemplo. Os exemplos a seguir são exemplos de diferentes modalidades de exemplo desta invenção. EXEMPLO 1
No exemplo 1, 2,14 gramas de acetato de magnésio (Mg(CH3COO)2)1 um exemplo de sal inclusivo Mg foi dissolvido em 15 ml de propanol-2. De- pois 4 ml de ácido de triflúor (TFA) e 4 ml de água deionizada foram adicio- nados. A solução foi agitada durante 2 horas. O experimento foi feito com vidro de ferro inferior ExtraCIear disponível de Guardian Industries Corp. A película MgF2 foi fabricada por revestimento giratório dessa solução no subs- trato de vidro 1 ExtraCIear usando uma técnica de revestimento giratório como exemplo de 2650 rpm por 30 segundos: a cura é opcional. Isso resul- tou em um substrato de vidro 1 com um revestimento 3 AR do mesmo, o re- vestimento 3 AR sendo feito de MgF2 puramente. O substrato de vidro 1 com
0 revestimento 3 AR resultante do mesmo foi depois tratado por calor em fornalha a 625°C por 3 horas e mais para tempero térmico. Os espectros ópticos desse revestimento 3 sobre o substrato de vidro 1 são como mostra-
do como linha A na figura 3. Além do mais, esse revestimento 3 de MgF2 AR foi medido para aumentar a transmissão de luz através do substrato de vidro
1 em 1,5%, dessa maneira aumentando a energia (saída de energia teórica) do dispositivo fotovoltaico por 1,9% (W/m2), quando usado em uma célula solar como mostrado na figura 2. Observe que em todos os exemplos aqui a
seguir, a energia aumenta por dispositivos fotovoltaicos assumidos em uma célula solar fotovoltaíca baseada em silicone cristalino para fins de referên- cia. Embora o revestimento AR deste exemplo fosse opticamente excelente, ele não foi muito durável a partir de uma perspectiva mecânica. EXEMPLO 2
No exemplo 2, 3,16 gramas de acetato de cálcio foram dissolvi-
das em 15 ml de propanol-2. Depois, 4 ml de ácido de triflúor (TFA) e 4 ml de água deionizada foram adicionados. A solução foi agitada durante 2 ho- ras. O experimento foi feito com vidro de ferro inferior ExtraCIear disponível de Guardian Industries Corp., como foi o caso com todos os outros exemplos aqui a seguir. A película de CaF2 foi fabricada por revestimento giratório desta solução no substrato de vidro 1 ExtraCIear usando um exemplo de técnica de revestimento giratório de 2650 rpm durante 30 segundos. Isso resultou em um substrato de vidro 1 com revestimento 3 do mesmo, o re- vestimento 3 AR sendo feito de CaF2 puramente. O substrato de vidro 1 com o revestimento 3 resultante do mesmo foi depois tratado por calor em forna- lha a 625°C por 3 minutos e meio. Os espectros ópticos desse revestimento 3 sobre o substrato de vidro 1 é mostrado como linha B na figura 3. Pode se ver que a transmissão através do artigo revestido não foi muito boa, isto é, o revestimento 3 não fez um bom trabalho como o revestimento 3 de MgF2 AR do exemplo 1. Em particular, esse revestimento 3 de CaF2 sobre o substrato 1 do exemplo 2 foi medido para indesejavelmente diminuir (não aumentar) a transmissão de luz através do substrato de vidro 1 em -9,7%, dessa maneira reduzindo a energia (saída de energia teórica) do dispositivo fotovoltaico em -12,2% (W/m2). Este exemplo mostra que um revestimento 3 de CaF2 puro (sem sílica) é inadequado a partir de uma perspectiva óptica. EXEMPLO 3
No exemplo 3, um revestimento 3 AR composto de fluoreto de
magnésio-sílica foi preparado a partir de soluções de solução de fluoreto de magnésio e solução de sílica. A solução de fluoreto de magnésio foi prepa- rada como descrito acima no exemplo 1. A solução de sílica foi preparada como a seguir. Um componente polimérico de sílica foi preparado usando 64% em peso de n-propanol, 24% em peso de Glymo, 7% em peso de água e 5% em peso de ácido clorídrico. Esses ingredientes foram usados e mistu- rados durante 24 horas. A solução de revestimento foi preparada usando 21% em peso de solução polimérica, 7% em peso de sílica coloidal em metil etil cetona fornecida por Nissan Chemicals lnc, e 72% em peso de n- propanol. Isso foi agitado durante 2 horas para dar a solução de sílica. O fluoreto de magnésio e a solução de sílica foram misturados em uma propor- ção de 50:50 por cento de peso durante 30 minutos. O método de revesti- mento sobre o substrato de vidro 1 e o subsequente tratamento por calor foram os mesmos como mencionado acima no exemplo 1. O resultado foi um artigo revestido incluindo substrato de vidro 1 e um revestimento AR no mesmo feito de MgF2 composto e sílica. Os espectros ópticos desse artigo revestido são mostrados pela linha A na figura 4. Além do mais, esse reves- timento 3 de AR do composto de MgF2-SiIica foi medido para aumentar a transmissão de luz através do substrato de vidro 1 em 1,0%, dessa maneira aumentando a energia (saída de energia teórica) do dispositivo fotovoltaico em 1,1% (W/m2), se usado em uma célula solar como mostrado na figura 2. Observe que em todos os exemplos aqui a seguir, a energia aumenta atra- vés de dispositivos fotovoltaicos supondo uma célula solar fotovoltaica base- ada em silicone cristalino para fins de referência. Esse revestimento 3 foi mais durável que daqueles dos exemplos 1 e 2, e resultou em características ópticas excelentes para a célula solar. EXEMPLO 4 No exemplo 4, um revestimento 3 AR de composto de fluoreto de magnésio-sílica foi preparado a partir de soluções de fluoreto de magné- sio e solução de sílica. A solução de fluoreto de magnésio foi preparada co- mo descrito acima no exemplo 1. A solução de sílica foi preparada como a seguir. Um componente de sílica polimérica foi preparado usando 64% em peso de n-propanol, 24% em peso de Glymo, 7% em peso da água e 5% em peso de ácido clorídrico. Esses ingredientes foram usados e misturados du- rante 24 horas. A solução de revestimento foi preparada usando 21% em peso de solução polimérica, 7% em peso de sílica coloidal em metil etil ceto- na fornecida por Nissan Chemicals Inc1 e 72% em peso de n-propanol. Isso foi agitado por 2 horas para dar a solução de sílica. A solução de fluoreto de magnésio e a solução de sílica foram misturadas em uma proporção em pe- so percentual de 20:80 durante 30 minutos. O método de revestimento sobre o substrato de vidro 1 e o subsequente tratamento por calor foram os mes- mos como mencionado acima no exemplo 1. O resultado foi um artigo reves- tido incluindo substrato de vidro 1 e um revestimento e AR do mesmos feito de um de MgF2 composto e sílica. Os espectros ópticos desse artigo revesti- do são mostrados pela linha B na figura 4. Além do mais, esse revestimento 3 de composto de MgF2-SiIica foi medido para aumentar a transmissão de luz através do substrato de vidro 1 em 1,5%, dessa maneira aumentando a energia (saída de energia teórica) do dispositivo fotovoltaico em 1,9% (W/m2), se usado em uma célula solar como mostrado na figura 2. Nota que em todos os exemplos aqui a seguir, a energia aumenta para os dispositivos fotovoltaicos supondo uma célula solar fotovoltaica baseada em silicone cris- talino para fins de referência. Esse revestimento 3 foi mais durável do que aquela dos exemplos 1 a 2, e resultou em características ópticas excelentes para a célula solar. EXEMPLO 5
O exemplo 5 foi o mesmo que os exemplos 3 e 4, exceto que as soluções de fluoreto de magnésio e sílica foram usados em uma proporção de peso de percentual 10:90, respectivamente. Os espectros ópticos desse artigo revestido é mostrado pela linha C na figura 4. Além do mais, esse re- vestimento 3 de AR de composto de MgF2-SiIica medido para aumentar a transmissão de luz através do substrato de vidro 1 em 2,2%, dessa maneira aumentando a energia (saída de energia teórica) do dispositivo fotovoltaico em 2,6% (W/m2), se usado em uma célula solar como mostrado na figura 2.
Esse revestimento 3 foi mais durável do que aquele dos exemplos 1 e 2, e resultou em características ópticas excelentes para a célula solar. EXEMPLO 6
O exemplo 6 foi o mesmo que os exemplos 3 a 5, exceto que as soluções de fluoreto de magnésio e de sílica foram usados em uma propor- ção de 5:95 por cento em peso, respectivamente. Os espectros ópticos des- se artigo revestido são mostrados pela linha D na figura 4. Além do mais, esse revestimento 3 AR de composto de MgF2-SiIica foi medido para aumen- tar a transmissão de luz através do substrato de vidro 1 em 2,4%, dessa maneira aumentando a energia (saída de energia teórica) do dispositivo fo- tovoltaico em 2,9% (W/m2), se usado em uma célula solar como mostrado na figura 2. Esse revestimento 3 foi mais durável do que aqueles dos exemplos 1 e 2, e resultou em características ópticas excelentes para a célula solar. EXEMPLO 7
No exemplo 7, um revestimento composto de fluoreto -sílica foi preparado a partir de soluções de fluoreto de cálcio e solução de sílica. A solução de fluoreto de cálcio foi preparada como descrito acima no exemplo 2. A solução de sílica foi preparada como descrito acima no exemplo 3. A solução de fluoreto de cálcio e a solução de sílica foram misturadas em uma proporção de 2:98 por cento em peso, respectivamente, por 30 minutos. O revestimento e o método de aquecimento foram os mesmos como descrito acima nos exemplos 1 a 6. Os espectros ópticos desse artigo revestido são mostrados pela linha E na figura 4. Além do mais, esse revestimento 3 de AR de composto de CaF2-SiIica foi medido para aumentar a transmissão de luz através do substrato de vidro 1 por 2,3%, dessa maneira aumentando a energia (saída de energia teórica) do dispositivo fotovoltaico em 2,6% (W/m2), se usada em uma célula solar como mostrado na figura 2. Esse revestimento 3 AR foi mais durável do que aquele do exemplo 2, e resultou em característi- cas ópticas excelentes para a célula solar. EXEMPLO 8
No exemplo 8, o revestimento 3 AR foi um composto de MgF2, CaF2, e sílica. Em outras palavras, o revestimento 3 AR deste exemplo foi um composto de sílica e fluoreto bimetálico. A solução de fluoreto de mag- nésio, solução de fluoreto de cálcio, e solução de sílica foram preparadas como descrito acima nos exemplos 1 a 7. Depois, a solução de fluoreto de magnésio, a solução de fluoreto de cálcio e a solução de sílica foram mistu- radas em uma proporção de 1 : 1 :98 por cento em peso, respectivamente, e agitadas durante trinta minutos. A técnica de revestimento e subsequente tratamento por calor foram os mesmos que nos exemplos 1 a 7. Os espec- tros ópticos desse artigo revestido são mostrados pela linha na figura 5. A- lém do mais, esse revestimento 3 de AR de composto de MgF2-CaF2-Silica foi medido para aumentar a transmissão de luz através do substrato de vidro 1 em 2,2%, dessa maneira aumentando a energia (saída de energia teórica) do dispositivo fotovoltaico em 2,5% (W/m2), se usado em uma célula solar como mostrado na figura 2. Esse revestimento 3 AR foi mais durável do que aquele dos exemplos 1 e 2, e resultou em características ópticas excelentes para a célula solar. EXEMPLO 9
No exemplo 9, 0,57 gramas de etóxido de magnésio foram dis- solvidos em 15 ml de propanol-2. Depois 4ml de ácido de triflúor (TFA) foram adicionados. A solução foi agitada por 2 horas. O experimento foi feito com o substrato de vidro 1 de soda cal e sílica de ferro inferior ExtraCIear da Guardian. A película 3 de AR MgF2 foi depositada no substrato de vidro 1 usando uma técnica de revestimento giratório com 2650 rpm por 30 segun- dos. O vidro 1 com o revestimento 3 AR no mesmo foi depois tratado por calor em fornalha a 625°C por 3 minutos e meio para a cura e/ou para tem- perar a película. Esse revestimento 3 de MgF2 foi medido para aumentar a transmissão de luz através do substrato de vidro 1 em 1,6%, dessa maneira aumentando a energia (saída de energia teórica) do dispositivo fotovoltaico em 1,7% (W/m2), quando usado em uma célula solar como mostrado na figu- ra 2.
EXEMPLO 10
No exemplo 10, a solução de fluoreto de magnésio foi preparada como mencionado no exemplo 9 acima. O revestimento do composto de flu- oreto de magnésio-sílica foi preparado a partir das soluções de solução de fluoreto de magnésio e solução de sílica. A solução de sílica foi preparada pelo método descrito no exemplo 4. Os 10% em peso de solução de fluoreto de metal e 90% em peso de solução de sílica sol foram misturados e agita- dos por 30 minutos. A técnica de deposição do revestimento sobre o subs- trato de vidro 1 e o tratamento por calor subsequente foram os mesmos co- mo mencionado acima no exemplo 9. Além do mais, esse revestimento 3 de composto de MgF2-SiIica do exemplo 10 foi medido para aumentar a trans- missão de luz através do substrato de vidro 1 em 2,4%, dessa maneira au- mentando a energia (saída de energia teórica) do dispositivo fotovoltaico em 2,9% (W/m2), se usado em uma célula solar como mostrado na figura 2. Es- se revestimento 3 foi mais durável do que aquele do exemplo 9, e resultou em características ópticas excelentes para a célula solar.
Embora a invenção tenha sido descrita em conexão com o que é presentemente considerado como sendo a modalidade mais prática e prefe- rida, é para ser compreendida que a invenção não deve ser limitada à moda- lidade descrita, mas ao contrário, é tencionada para cobrir várias modifica- ções e arranjos equivalentes incluídas dentro do espírito e escopo das rei- vindicações em anexo.
Claims (21)
1. Dispositivo fotovoltaico compreendendo: uma camada fotovol- taica e pelo menos um substrato de vidro em um lado incidente de luz da camada fotovoltaica; um revestimento antirrefletivo provido sobre o substrato de vidro, o revestimento antirreflexo estando localizado em um lado incidente de luz do substrato de vidro; e em que o revestimento antirrefletivo compre- ende uma camada compreendendo MgF2 e sílica.
2. Dispositivo fotovol- taico de acordo com a reivindicação 1, em que o revestimento antirreflexo inclui somente uma camada única compreendendo MgF2 e sílica, e o reves- timento antirrefletivo diretamente contata uma superfície incidente de luz do substrato de vidro.
3. Dispositivo fotovoltaico de acordo com a reivindicação 1, em que o revestimento antirrefletivo inclui mais sílica do que MgF2.
4. Dispositivo fotovoltaico de acordo com a reivindicação 1, em que o revestimento antirrefletivo tem um índice refrativo (n) de cerca de 1,20 a 1,45.
5. Dispositivo fotovoltaico de acordo com a reivindicação 1, em que o revestimento antirrefletivo tem um índice refrativo (n) de cerca de 1,23 a 1,40.
6. Dispositivo fotovoltaico de acordo com a reivindicação 1, em que o revestimento antirrefletivo tem um índice refrativo (n) de cerca de 1,25 a 1,35.
7. Dispositivo fotovoltaico de acordo com a reivindicação 1, em que o MgF2 tem um total de cerca de 1 a 45% de revestimento antirrefletivo.
8. Dispositivo fotovoltaico de acordo com a reivindicação 1, em que o MgF2 tem um total de cerca de 1 a 15% de revestimento antirrefletivo.
9. Dispositivo fotovoltaico de acordo com a reivindicação 1, em que o revestimento antirrefletivo consiste essencialmente em MgF2 e sílica.
10. Dispositivo fotovoltaico de acordo com a reivindicação 1, em que o substrato de vidro compreende: Ingrediente % em peso SiO2 67 a 75% Na2O 10 a 20% CaO 5 a 15% Ferro total (expresso como Fe2Os) 0,001 a 0,06% oxido de cério 0 a 0,30% em que o substrato de vidro por si próprio tem uma transmissão visível de pelo menos 90%, um valor de cor a* transmissível de -1,0 a +1,0 e um valor de cor b* transmissível de 0 a +1,5.
11. Dispositivo fotovoltaico compreendendo: uma camada foto- voltaica e pelo menos um substrato de vidro sobre um lado incidente de luz da camada fotovoltaica; um revestimento antirrefletivo provido sobre o subs- trato de vidro, o revestimento antirrefletivo estando localizado em um lado de luz incidente do substrato de vidro; e em que o revestimento antirrefletivo compreende uma camada compreendendo (a) fluoreto de magnésio e/ou fluoreto de cálcio, e (b) sílica.
12. Dispositivo fotovoltaico de acordo com a reivindicação 11, em que o revestimento antirrefletivo inclui somente uma camada única com- preendendo CaF2 e sílica, e o revestimento antirrefletivo entra em contato diretamente com uma superfície incidente de luz do substrato de vidro.
13. Dispositivo fotovoltaico de acordo com a reivindicação 11, em que o revestimento antirrefletivo compreende CaF2, e o revestimento an- tirrefletivo inclui mais sílica do que CaF2.
14. Dispositivo fotovoltaico de acordo com a reivindicação 11, em que o revestimento antirrefletivo tem um índice refrativo (n) de cerca de 1,20 a 1,45, mais preferivelmente de cerca de 1,23 a 1,40, e ainda mais pre- ferivelmente de cerca de 1,25 a 1,35.
15. Dispositivo fotovoltaico de acordo com a reivindicação 11, em que o revestimento antirrefletivo compreende CaF2, e em que o CaF2 tem um total de cerca de 1 a 45% do revestimento antirrefletivo, mais prefe- rivelmente de cerca de 1 a 15% do revestimento antirrefletivo.
16. Dispositivo fotovoltaico de acordo com a reivindicação 11, em que o revestimento antirrefletivo compreende uma camada compreen- dendo fluoreto de magnésio, fluoreto de cálcio, e sílica.
17. Dispositivo fotovoltaico de acordo com a reivindicação 1, em que o revestimento antirrefletivo ainda inclui CaF2.
18. Dispositivo fotovoltaico compreendendo: uma camada fotovoltaica e pelo menos um substrato de vidro sobre um lado incidente de luz da camada fotovoltaica; um revestimento antirrefletivo provido sobre o substrato de vidro, o revestimento antirrefletivo sendo localizado sobre um lado incidente de luz do substrato de vidro; e em que o revestimento antirrefletivo compreende uma camada compreendendo pelo menos um fluoreto de metal e sílica.
19. Dispositivo fotovoltaico de acordo com a reivindicação 18, em que a camada antirrefletiva compreende sílica e um ou ambos de MgF2 e CaF2.
20. Método de fabricar um dispositivo fotovoltaico, o método compreendendo: prover um substrato de vidro; misturar uma solução inclusiva de fluoreto de metal e uma solu- ção de inclusiva de sílica inclusive para formar uma mistura de solução; depositar a mistura da solução incluindo a solução inclusiva de fluoreto de metal e a solução inclusiva de sílica sobre o substrato de vidro; aquecer o substrato de vidro com a mistura de solução no mes- mo, dessa maneira formando um artigo revestido incluindo um revestimento antirrefletivo sobre o substrato de vidro; e acoplar o artigo revestido incluindo o revestimento antirrefletivo e o substrato de vidro para pelo menos uma camada fotovoltaica na fabricação do dispositivo fotovoltaico.
21. Método de acordo com a reivindicação 20, em que o fluoreto de metal compreende fluoreto de magnésio e/ou fluoreto de cálcio.
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