CN103906718A - 使用低熔点玻璃系统的无机基体的微波密封 - Google Patents

使用低熔点玻璃系统的无机基体的微波密封 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于浆料的气密密封系统，用于玻璃板之间相互密封，或密封玻璃与陶瓷。也公开了密封材料，应用这些密封材料的方法，以及选择性可控吸收用于加热和密封系统的微波能量的密封设计。气密密封用于各类应用中，例如(a)封装基于硅、有机系统和薄膜的太阳能电池，(b)封装其它电子设备例如有机LED，(c)生产真空绝缘玻璃窗，和(d)建筑玻璃和机动车玻璃。

Description

使用低熔点玻璃系统的无机基体的微波密封
技术领域
本发明涉及一种用于玻璃板之间相互密封或密封玻璃与陶瓷的基于玻璃浆料的气密密封系统，密封材料，用于应用这些密封材料的方法，以及选择性可控吸收用于加热和封接该系统的微波能量的密封设计。这些气密密封用于各类应用中，例如(a)封装基于硅、有机系统和薄膜的太阳能电池，(b)封装其它电子设备例如有机LED(OLED)，(c)生产真空绝缘玻璃(VIG)窗，和(d)建筑玻璃和机动车玻璃。
背景技术
在许多玻璃至玻璃密封的实际应用中，例如太阳能电池封装(晶体硅以及基于CdTe和CIGS的聚合的、弹性的薄膜)、OLED包装、显示器、触摸屏和真空绝缘玻璃(VIG)窗户密封以及建筑和机动车玻璃密封，许多情况下存在使用钢化玻璃的需要。在传统熔炉烧制密封玻璃材料中，当加热到约300℃以上时，玻璃失去韧度。因此，存在选择性单独加热密封材料的需要和在不明显加热基玻璃/基体下影响基玻璃/基体的连接的需要。
因此，需要选择性密封方法，例如微波密封，的改进。
发明内容
在各选择性加热技术例如红外(IR)加热、感应加热、微波加热、镭射密封以及高密度等离子体弧光灯密封中，微波加热提供高达1000℃/秒的加热速度(与玻璃在传统烤炉中为6℃-10℃/秒的慢加热相比)以及在低频率例如0.915GHZ或通常工业/商售微波烤炉的工作频率0.9GHZ-2.5GHZ下优良的穿透深度。因此微波加热和密封可以提供包括选择性加热密封材料的较厚层的独特优势密封。由于许多这些密封应用(尤其是真空绝缘窗户密封和太阳能电池封装或OLED密封应用)需要更厚的密封材料(超过20微米)，体积加热技术例如微波加热成为优选的密封方法。
本发明涉及基体之间微波密封的用途，包括玻璃至玻璃的密封，利用钢化玻璃和退火玻璃基体。
本发明的一个实施方案是使用微波能源将至少两个无机基体密封到一起的方法，包括：(a)提供第一和第二无机基体；(b)向至少一个第一和第二基体上应用粘结物组合物，该粘结物组合物包括：(i)玻璃浆料，和(ii)微波耦合添加剂，和(c)将基体和粘结物进行微波辐射，从而在两个无机基体之间形成气密密封。
本发明的一个实施方案是无铅和无镉的密封玻璃组合物，在烧制前，包括：(a)25-65mol％Bi2O3，(b)3-60mol％ZnO，(c)4-65mol％B2O3，(d)0.1-15mol％选自CuO、Fe2O3、Co2O3、Cr2O3中的至少一种及其组合，(e)非特意添加的硅氧化物，和(f)非特意添加的铝氧化物。
本发明的一个实施方案是密封太阳能电池组件的方法，包括：(a)提供至少两个玻璃板，(b)在这两个玻璃板之间布置多组相互电接触的太阳能电池，(c)向至少一个玻璃板上应用本文公开的任意玻璃浆料组合物，(d)将至少第二玻璃板与玻璃浆料进行物理接触，和(e)将玻璃浆料组合物进行微波加热烧结和流动玻璃组合物从而形成气密密封。
本发明的一个实施方案是密封真空绝缘玻璃组件的方法，包括：(a)提供至少两个玻璃板(b)向至少一个玻璃板上应用本文公开的任意玻璃浆料组合物，(b)将至少第二玻璃板和应用的玻璃浆料组合物接触，(d)将玻璃浆料组合物进行微波加热烧结和流动所述玻璃组合物从而形成气密密封。
本发明的一个实施方案是密封至少一个电子设备例如LED显示器或OLED显示器或电子电路组件的方法，包括：(a)提供至少两个玻璃板(b)向至少一个玻璃板上应用任意本文公开的玻璃浆料组合物从而形成腔室，(c)将至少一个电子设备放置于腔室处，(d)将至少一个第二玻璃板与玻璃浆料组合物接触，和(e)将玻璃浆料组合物进行微波加热以使玻璃浆料组合物烧结和流动从而形成气密密封。
本发明的一个实施方案是密封组件的方法，包括：(a)提供至少两个玻璃板(b)将本文公开的任意玻璃组合物应用于第一玻璃板，(c)将组件放置在由至少第一玻璃板和玻璃浆料组合物之间形成的腔室内，(d)将至少第二玻璃板与玻璃浆料组合物接触，和(e)对玻璃浆料组合物进行微波加热使玻璃浆料组合物烧结和流动从而形成气密密封。
本发明的一个实施方案是密封用于机动车组件的方法，包括：(a)提供至少两个玻璃板(b)将本文公开的任意玻璃浆料组合物应用于至少一个玻璃板，(b)将至少第二玻璃板与玻璃浆料组合物物理接触，和(d)对玻璃浆料组合物进行微波加热使玻璃组合物烧结和流动从而形成气密密封。
本发明的一个实施方案是密封建筑中组件(例如智能窗)的方法，包括：(a)提供至少两个玻璃板(b)向至少一个玻璃板上应用本文公开的任意玻璃组合物，(b)将至少第二玻璃板与玻璃浆料组合物物理接触，和(d)将玻璃浆料组合物进行微波加热使玻璃浆料组合物烧结和流动从而形成气密密封。
本发明的一个实施方案是将第一和第二玻璃板连接的方法，从而气密地密封和隔离其间限定的腔室，该方法包括，(a)提供第一均匀粉末玻璃密封组合物，包括：(i)25-65mol％Bi2O3，(ii)3-60mol％ZnO，(iii)4-65mol％B2O3，(iv)非特意添加的硅氧化物，和(v)非特意添加的铝氧化物，(b)提供第二均匀粉末玻璃密封组合物，包括：(i)37-45mol％Bi2O3，(ii)30-40mol％ZnO，(iii)18-35mol％B2O3，(iv)0.1-15mol％选自CuO、Fe2O3、Co2O3、Cr2O3中的至少一种，(v)非特意添加的硅氧化物，和(vi)非特意添加的铝氧化物，(c)混合第一和第二粉末形成均匀混合物，(d)向至少第一和第二玻璃板之一上应用均匀混合物，(e)布置第一和第二玻璃板使得第一和第二粉末与两个玻璃板接触，(f)将玻璃板和粉末在具有频率为0.9-2.5GHz的电磁场中进行微波加热来使第一和第二粉末烧结和流动从而形成限定第一和第二板之间腔室的气密密封。
本发明的一个实施方案是一种无铅和无镉的密封玻璃组合物，在烧制前，包括：(a)5-65mol％ZnO，(b)10-65mol％SiO2，(c)5-55mol％B2O3+Al2O3，(d)0.1-45mol％选自Li2O、Na2O、K2O、Cs2O中的至少一种及其组合，和/或(e)0.1-20mol％选自MgO、CaO、BaO、SrO中的至少一种及其组合，和/或(f)0.1-40mol％选自TeO2、Tl2O、V2O5、Ta2O5、GeO2中的至少一种及其组合。
本发明的另一实施方案是一种无铅和无镉的密封玻璃组合物，在烧制前，包括：(a)5-55mol％Li2O+Na2O+K2O，(b)2-26mol％TiO2，(c)5-75mol％B2O3+SiO2，(d)0.1-30mol％选自V2O5、Sb2O5、P2O5中的至少一种及其组合，(e)0.1-20mol％选自MgO、CaO、BaO、SrO中的至少一种及其组合，(f)0.1-40mol％选自TeO2、Tl2O、Ta2O5、GeO2中的至少一种及其组合，和(g)0.1-20mol％F。
本发明的再另一实施方案是密封组件的方法，包括(a)提供至少两个玻璃板，其中至少一个玻璃板是智能玻璃(b)向至少第一玻璃板上应用玻璃浆料组合物，(c)将至少第二玻璃板与玻璃浆料组合物进行接触，和(d)将密封微波加热使玻璃浆料组合物烧结和流动从而形成气密密封。
合适的微波耦合添加剂包括亚铁磁金属、过渡金属、铁、钴、镍、钆、镝、MnBi合金、MnSb合金、MnAs合金、CuO·Fe2O3、FeO、Fe2O3、Fe3O4MgO·Fe2O3、MnO·Fe2O3、NiO·Fe2O3、Y3Fe5O12、包含玻璃的氧化铁(例如Fe2O3-玻璃)、SiC、CrO2、碱土钛酸盐、钛酸铼、钛酸铼铋、稀土钛酸盐、微波绝缘体例如来自费罗公司的ULF800(在900℃下烧结具有密度4.37g/cc的钛酸铼浆料)、C0G620H(在1260℃下烧结具有密度5.65g/cc的钛酸铼)、C0G820MW(在1330℃下烧结具有密度5.68g/cc的钛酸铼铋)，及其组合物。
可替代地，釉质可以预烧结到每个玻璃板的顶部和底部，且随后向至少一个预烧结的釉质预烧结品上应用部分含釉质的微波耦合剂。通过微波加热进行密封将玻璃板的顶部和底部密封到一起。预烧结避免了在太阳能加工设施中处理大量密封材料的需求，且避免了光伏设备过热。对于最终密封烧制，避免了粘合剂耗尽的污染，因为不需要有机粘合剂。总体上，按本文列出的步骤实施的密封方法比传统方法快速，大部分因为预烧结降低了浆料的质量，该浆料在密封形成的瞬间必须被烧制。
虽然在微波密封前预烧结釉质层有利于控制起泡，但没有预烧结直接密封也是可能的，也可以预期且事实上是优选的。进一步地，釉质层可以应用在密封到一起的一对基板中仅一个上。相似地，预期密封材料(釉质层(预烧结或没有预烧结))能够全部应用于相同板(顶部或底部)，选择性地密封到其它板上。为了实现快速制备，优选底板上具有釉质而顶板上没有釉质以实现所需的基板上釉质的最大辐射微波能量。
本发明的一个实施方案是包含多个独立气密密封太阳能电池的多电池太阳能阵列。在许多有用的玻璃至玻璃密封的实际应用中，例如太阳能电池封装(晶体硅以及基于CdTe和CIGS的聚合的、弹性的薄膜)、OLED包装、显示器和真空绝缘玻璃密封、建筑及机动车玻璃密封，在许多情况下存在使用回火处理的玻璃的需要。当在密封玻璃材料的传统熔℃炉烧制中在约300℃以上加热时，玻璃失去韧度。因此，存在单独选择性地加热密封材料的需要和在不明显加热所述基玻璃/基体下影响至基玻璃/基体连接的需要。
本文可预期的是使用由微波加热和熔融体系工业领导者例如Gyrotron Technology,Inc.3412Progress Drive,Bensalem,PA19020(www.gyrotrontech.com)制造的产品，其具有独特的微波加热技术，使用高频率浓缩微波装置来熔融玻璃。Gyrotron束是浓缩的能量源。其高频率和高能量的浓缩与该新能源的微波性质结合获得独特的性能，不同于任何其它已知的能源。该束具有以下作用：快速体积加热从10微米-30厘米(.0004"至12")的非金属材料，表示加热速度快于热传导和氧化方法；快速选择性加热，其中在暴露材料中目标区域的受热可以不同于周围区域。Gyrotron束是加工聚合物基材料、有机物、陶瓷、半导体、玻璃、木材和其它非金属材料的有效加热源。
Gyrotron束是以束形式的第一微波源。其具有高达15kW/sq.cm(例如1-15kW/sq.cm)的热通量。其表现为在标准和低压下快速加热：高达10,000℃/秒(例如0.1-10,000℃/秒)；提供了对于目标区域或内部或表面层的选择性和/或专属性加热，而没有显著加热其它层。束可以为任意形式，例如直径为3毫米(0.12")或更大的圆形；长度高达2米(6英尺)的条形，高达60平方英尺的方形或椭圆形。该束也可以被分裂开来支持在同时加工两条生产线或加热产品的两侧。
附图说明
图1显示了两个玻璃板间简单微波加热熔融密封。
具体实施方式
在大部分选择性密封方法中，由于密封材料中适宜吸收剂或耦合剂的存在，或因意向电磁波的优选吸收而产生局部加热。这导致密封的选择性加热。此选择性密封方法各方面的控制，例如：吸收和热量产生的量和位置；通过材料和密封设计控制散热使热梯度或热冲击的发生降到最低，尤其是对于这种选择性密封方法中的一种——微波密封，它们也是本发明的一方面。
本发明涉及控制微波能量沉积量、此能量沉积的位置、此能量沉积速率，从而形成高质量的密封，由于热冲击或热膨胀错配造成的可能破坏密封气密性的毁灭性破裂可以避免或降到最小。
根据本发明形成气密密封的方法理论上简单但在实践中很难实现。由于即使在大太阳能组件或VIG板中的一个裂缝或漏洞(可能在0.8m×1.2m-2m×3m玻璃基体上)可以破坏密封和太阳能组件的寿命或使VIG单元失去绝缘能力，需注意气密密封的形成要求近乎完美。密封的玻璃或釉质可以在玻璃板微波密封在一起前在玻璃板上预先上釉(或预先烧制)或直接没有预先上釉直接密封。应该理解的是，存在于釉质中或在密封操作时形成的起泡将在加热过程中膨胀，形成能够破坏密封整体性的更大的孔。因此根据密封的几何形状和玻璃板的大小，釉质层可以上釉或不上釉。
原则上，本发明需要将尺寸的变化最小化，在待密封的接触面位置沉积大多数的能量，控制和最小化气泡平均尺寸，然后最小化任意热度梯度和膨胀错配从而最小化热冲击或热膨胀错配造成破裂的可能性。
尺寸的变化主要通过使用烧制(预先上釉)釉质去除，烧制釉质已经由具有堆密度为其理论密度约60％或更少的干沉降物致密化/烧结，烧制的釉质具有至少90％的理论密度。然而，也应该知道，将预先上釉的基体连接至具有干釉质粘结物薄层的基体只能产生较小尺寸改变且也是基本可行的，且这也是本发明的一部分。在基体上预先上釉烧制釉质的另一个目的是制造高质量釉质基体接触面。
本发明的另一实施方案涉及能量沉积位置的控制。在微波封接中，高强度的电磁场通过如产自Gyrotron Technology,Inc的微波发生器产生。事实上，Gyrotron束是第一个以束的形式的微波源。该束可以提供多种基体材料(聚合物、有机物、陶瓷、半导体、玻璃、木材和其它非金属材料)的快速体积加热。其具有的热通量高达15kW/sq.cm。在基体和粘结物的至少一个部分的加热速率可以是0.1-10,000℃/秒。该束可以是以下任意形状：圆形、方形、椭圆形或分叉的。
玻璃自身可以被微波加热。然而，加入微波耦合添加剂将增加密封材料的微波吸收。合适的微波耦合添加剂包括亚铁磁金属、过渡金属、铁、钴、镍、钆、镝、MnBi合金、MnSb合金、MnAs合金、CuO·Fe2O3、FeO、Fe2O3、Fe3O4MgO·Fe2O3、MnO·Fe2O3、NiO·Fe2O3Y3Fe5O12、含氧化铁的玻璃优选Fe2O3玻璃、SiC、CrO2、碱土金属钛酸盐、钛酸铼、钛酸铼铋、稀土钛酸盐、微波绝缘体例如获自费罗公司的ULF800、C0G620H、C0G820MW和它们的组合。
本发明的再另一实施方案涉及了这些耦合试剂的形状和尺寸。为了在密封玻璃材料中影响体积加热，可预期密封添加那些形状选自高球形度、低球形度、不规则、等分、椭圆状、扁平状、圆柱状、片状、晶须和线形几何状的颗粒的耦合材料，来产生贯穿密封的热。D50粒径尺寸可以为5nm-100,000nm，优选10nm-50,000nm，更优选50nm-10,000nm。
本发明的又另一实施方案涉及防止可以使密封变弱的压力和防止可以破坏密封气密性的破裂。这通过控制釉质的组成和密封技术的参数进行。虽然并不要求使用此发明，但预先上釉的应用极其有助于形成高质量气密密封。当涂层具有相当厚度时，封装步骤中干釉质的使用导致明显尺寸变化使密封更难于形成。另外，干釉质容易在密封中形成大孔洞，且也倾向在密封方法中将污染吹进电池组件或VIG板中。
本发明的另一实施方案涉及向在共有待审专利PCT/US2011/032689(美国序列号13/641,046)中公开的低温密封玻璃材料中添加前述耦合材料，该待审专利作为参考并入。可以将前述耦合试剂加入市售材料，例如来自Ferro Corporation，Cleveland，OH的EG2824、EG2824B和EG2824G。本文所说的密封玻璃材料不限于单独的高铋玻璃。我们预想将这些耦合材料添加到不同的封装玻璃体系中，即，基于低熔融铅玻璃例如EG2760的高铅玻璃密封材料；锌玻璃体系例如CF7574、LF256；硼酸锌铋玻璃例如EG2871；高钡玻璃；高钙玻璃；含钛和/或锌的碱性硅玻璃例如EG3600、EG3608。上述指定的玻璃市购自Ferro Corporation，Cleveland Ohio且概括地公布在下表中。
表1.用于密封玻璃浆料中的个别氧化物的宽泛范围。该玻璃浆料一般具有软化点250-800℃。
Figure BDA0000499262920000081
表2.以较少量用于密封玻璃浆料中的个别添加的氧化物的范围。
Figure BDA0000499262920000082
表2中个别添加的氧化物的可选范围包括CuO、Fe2O3、Co2O3和MnO，以mol％计：1.5-9、2-8和4-7。La2O3的可选范围包括0.5-8、2-6和1-6mol％。
在表2或4中的氧化物，包括在前述段落中的可选物，可以任意栏中公布的任意量与表1或3中的氧化物一起使用。在表2或4的不同栏中的量可以与在表1或3的任意栏的氧化物的量一起使用。
注意的是，这些玻璃氧化物例如Bi2O3、ZnO、CuO、Fe2O3、Co2O3、MnO中的部分，在密封材料中可以作为陶瓷氧化物添加剂来获得本文可预期的最终整体玻璃组合物。
作为前述提及的多层玻璃，优选两种或三种浆料的玻璃混合物，可以用于控制密封的整体性能。如果使用第二玻璃组合物，可变化玻璃组合物的配比来控制粘结物与基体例如硅的接触程度、密封的流动和结晶化特性和因此获得的密封性能。例如，在玻璃组分中，第一和第二玻璃组合物可以约1:20-约20:1和优选约1:5-约5:1的重量比存在。玻璃组分优选无铅或铅氧化物，以及无镉或镉氧化物。然而，在一定的实施方案中，PbO的性能无法复制，这样的实施方案中有利地包含PbO。进一步第二和第三玻璃可以是表1和2的另一铋玻璃，或锌玻璃(表3)或碱性硅酸钛玻璃(表4)或铅玻璃(表5或6)。
表3.以摩尔百分数的用于锌基添加玻璃的氧化浆料原料
玻璃组合物 3-1 3-2 3-3
原料[摩尔％]
ZnO 5-65 7-50 10-32
SiO2 10-65 20-60 22-58
(B2O3+Al2O3) 5-55 7-35 10-25
(Li2O+Na2O+K2O+Cs2O) 0-45 2-25 1-20
(MgO+CaO+BaO+SrO) 0-20 0-15 0-10
(TeO2+Tl2O+V2O5+Ta2O5+GeO2) 0-40 0-30 0-15
表4.以摩尔百分数的用于碱-钛-硅酸添加玻璃的氧化物浆料原料
玻璃组合物 4-1 4-2 4-3
原料[摩尔％]
Li2O+Na2O+K2O 5-55 15-50 30-40
TiO2 2-26 10-26 15-22
B2O3+SiO2 5-75 25-70 30-52
V2O5+Sb2O5+P2O5 0-30 0.25-25 5-25
MgO+CaO+BaO+SrO 0-20 0-15 0-10
(TeO2+Tl2O+Ta2O5+GeO2) 0-40 0-30 0-20
F 0-20 0-15 5-13
表5.以摩尔百分数的用于铅基添加玻璃的氧化物浆料原料
玻璃组合物 5-1 5-2 5-3
原料[摩尔％]
PbO 15-75 25-66 50-65
B2O3+SiO2 5-75 20-55 24-45
ZnO 0-55 0.1-35 0.1-25
(Li2O+Na2O+K2O+Cs2O) 0-40 0-30 0-10
TiO2+ZrO2 0-20 0-10 0.1-5
(MgO+CaO+BaO+SrO) 0-20 0-15 0-10
(TeO2+Tl2O+V2O5+Ta2O5+GeO2) 0-40 0-30 0-15
F2 0-15 0-10 0-8
表6.以摩尔百分数的用于铅钒基添加玻璃的氧化物浆料原料
玻璃浆料组合物 6-1 6-2 6-3
原料[摩尔％]
PbO 1-90 10-70 20-40
V2O5 1-90 10-70 25-65
P2O5 5-80 5-40 5-25
B2O3+SiO2 0-20 0-10 0-5
(Li2O+Na2O+K2O+Cs2O) 0-40 0-30 0-10
(MgO+CaO+BaO+SrO) 0-20 0-15 0-10
(TeO2+Ta2O5+Tl2O+GeO2) 0-40 0-30 0-15
F2 0-15 0-10 0-8
本发明的密封玻璃浆料组合物可以是无铅和无镉的。在一个实施方案中，无铅和无镉的密封玻璃组合物，在烧制前，包括：(a)25-65mol％Bi2O3，(b)3-60mol％ZnO，(c)4-65mol％B2O3，(d)0.1-15mol％选自CuO、Fe2O3、Co2O3、Cr2O3中的至少一种及其组合，(e)非特意添加的硅氧化物，和(f)非特意添加的铝氧化物。
除了其它实施方案，本发明中使用的玻璃可以选自铋玻璃、铅玻璃、锌玻璃、钡玻璃、钙玻璃、碱性硅酸盐玻璃、钒玻璃、碲玻璃、磷酸盐玻璃及其组合。
本发明的再另一实施方案是向环氧树脂以及有机-无机杂化材料中添加这些耦合材料来影响基体玻璃至玻璃，玻璃至金属和玻璃至陶瓷密封的加热、流动和连接。
本发明的再另一实施方案是至少一个玻璃板是钢化的。
本发明的再另一实施方案是至少一个玻璃板是预先层压玻璃组件。
本发明的再另一实施方案是至少一个玻璃板是用导电涂层例如锡氧化物(TCO)或铟锡氧化物(ITO)材料涂覆的。
本发明的再另一实施方案是其它釉质或粘结物与本发明的密封玻璃或釉质层一起烧制。
本发明的再另一实施方案是将精确馈通合并入玻璃板并且其与密封釉质烧结一起或分开密封。
通常，感应密封方法开始于在顶玻璃板上预先烧制包含釉质组合物的感应耦合剂。然后将顶板放置在底板上。然后微波加热源以组件为目标来熔化能量吸收/耦合釉质的顶表面并将板连接在一起。
任选地，将包含釉质的微波耦合剂预先烧制到每个顶部和底部的玻璃板。然后将这些板放置在一起通过微波源进行加热以完成密封。
预先烧结降低了向太阳能电池建造设施投注大量密封材料的需求，并避免了光伏设备的过度加热。由于不需要有机粘合剂，对于最终密封烧制，粘合剂烧尽带来的污染物得以消除。总体上，通过本文概述过程实施的密封方法比传统方法快，主要由于预先烧制降低了必须在密封形成时烧制的浆料的质量。
即便优选在微波密封之前预先烧制釉质层，也可预期不进行预先烧制的直接密封也是可能的。
相似地，可以预期封装材料(釉质层)可以全部应用到同一板上(顶部或底部)且在有或者没有预先烧制釉质时选择性密封至另一板上。
本发明的各种实施方案可涉及应用微波耦合釉质层的各种方法。应用方法可以包括一种或多种丝网印刷、粘结物挤出、喷墨印刷、使用喷墨或喷射沉积的数字应用方法、自动注射分配例如通过使用Nordson自动分配系统、旋转涂布、浸渍涂布及其它。
本发明的另一实施方案是用于连接两个或更多个用于形成光伏设备的无机基体的密封剂材料系统，所述密封剂材料系统包括一个或多个玻璃或陶瓷组分。所述密封剂材料系统可包括本文公开的任意玻璃和/或金属和/或氧化物的任意组合。
在本文的任意实施方案中，密封在至少两个无机基体以及密封剂材料系统产生的空间中可密封真空或惰性气体。
本发明的一个实施方案是用于连接两个或更多个无机基体的密封剂材料系统，该无机基体包含在应用浓缩能量源的光伏设备中。所述密封剂材料系统可包含本文公开的以任意组合的任意玻璃和/或氧化物。
本发明的一个实施方案是包含多个独立气密密封太阳能电池的多电池太阳能阵列。在许多有用的玻璃至玻璃密封的实际应用中，例如太阳能电池封装(晶体硅以及基于CdTe和CIGS的聚合的、弹性的薄膜)、OLED包装、显示器和真空绝缘玻璃密封、建筑及机动车玻璃密封，在许多情况下存在使用回火处理的玻璃的需要。当在密封玻璃材料的传统熔炉煅烧中加热约300℃以上时，碱石灰硅玻璃基体失去了其韧度。因此，存在单独选择性地加热密封材料的需要和在不明显加热所述基玻璃/基体下影响至基玻璃/基体连接的需要。
本文可预期的是使用由微波加热和熔融体系工业领导者例如Gyrotron Technology，Inc.3412Progress Drive，Bensalem，PA19020(www.gyrotrontech.com)制造的产品，因为它们使用独特的微波加热技术。
本发明考虑如图1-3所示的用于玻璃板感应密封的三种不同的设计。图1是两个玻璃板之间的简单密封。图2是具有金属中间层的密封。图3是外金属片材进行感应加热来影响玻璃至金属的密封。
具体地，图1描述了具有通过绿色感应密封玻璃130(密封玻璃和感应耦合添加剂)连接的玻璃板110和120来形成组件100的实施方案。组件100经加热将在密封130中的玻璃熔化为固态气密密封。腔室140可以容纳活性层(未显示)或特殊气体，例如惰性气体，如N2、He、Ar或部分真空至压力500托、400托、300托、200托甚至100托，至将玻璃板110和120密封至一起的密封剂材料的气密极限。
本文所有的范围认为包括“约”指范围的上限和下限。例如短语“1-10％TeO2+Ta2O5+Tl2O+GeO2”指的是任何或所有指明的氧化物可以高至组合物的1-10％存在。
关于本发明细节方面可以在一个或多个下面的美国专利申请中找到，其均为共同享有，且均通过参考并入本文：10/864,304；10/988,208；11/131,919；11/145,538；11/384,838；11/774,632；11/846,552；12/097,823；12/298,956；12/573,209；61/324,356；61/328,258；61/366,568和61/366,578。

Claims (27)

1.一种使用微波能源将两个无机基体密封在一起的方法，包括：
a.提供第一和第二无机基体；
b.向至少一个第一和第二基体上应用粘结物组合物，该粘结物组合物包括：
i.玻璃浆料，和
ii.微波耦合添加剂，
c.布置所述基体使得所述粘结物组合物分布在所述基体之间且与两个基体相接触，且
d.将基体和粘结物进行微波辐射，从而在两个无机基体之间形成气密密封。
2.根据权利要求1所述的方法，其中微波辐射具有的频率为约0.9GHz-约2.5GHz。
3.根据权利要求1所述的方法，其中微波辐射具有的频率为约0.915GHz。
4.根据权利要求1所述的方法，其中微波辐射提供的热通量为每平方厘米0.1kW-15kW。
5.根据权利要求1所述的方法，其中微波辐射以每秒0.1-10,000℃的速率加热至少一部分基体和粘结物。
6.根据权利要求1所述的方法，其中微波辐射以具有直径为3毫米-10厘米的圆柱束的形式提供。
7.根据权利要求1所述的方法，其中微波辐射以具有选自圆形、方形、椭圆形或分叉形的横截面的束的形式提供。
8.根据权利要求1所述的方法，其中一个基体是玻璃，另一个基体是陶瓷。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述玻璃浆料选自EG2824、EG2824B、EG2824G、EG2760、S46/6；LF256、GL4317、BBS2、EG0026及其组合。
10.根据权利要求9所述的方法，其中粘结物进一步包括TiO2。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述微波耦合添加剂选自亚铁磁金属、过渡金属、铁、钴、镍、钆、镝、MnBi合金、MnSb合金、MnAs合金、CuO·Fe2O3、FeO、Fe2O3、Fe3O4MgO·Fe2O3、MnO·Fe2O3、NiO·Fe2O3、Y3Fe5O12、包含氧化铁的玻璃、Fe2O3-玻璃、SiC、CrO2、碱土钛酸盐、钛酸铼、钛酸铼铋、稀土钛酸盐及其组合。
12.根据权利要求1所述的方法，其中微波耦合添加剂选自钛酸铼、钛酸铼铋及其组合。
13.根据权利要求1所述的方法，其中粘结物进一步包括含锰组分，选自铋锰颜料、钙钛矿锰氧化物、Bi2Mn4O10、Bi12MnO20和具有Bi2O3与MnO2摩尔比为5:1-1:5的铋-锰颜料。
14.根据权利要求1所述的方法，其中粘结物进一步包括Mn(II)添加剂。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述Mn(II)添加剂选自MnO、含MnO玻璃、Mn(II)颜料、钙钛矿锰氧化物及其组合。
16.根据权利要求1所述的方法，其中磁金属玻璃线分布在粘结物中。
17.根据权利要求1所述的方法，其中粘结物进一步包括微波感受体材料。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述微波感受体材料包括SiC。
19.根据权利要求1所述的方法，其中粘结物进一步包括环氧基树脂和有机-无机杂化材料中至少一种，且其中前提为第一基体是玻璃，第二基体选自玻璃、金属和陶瓷。
20.根据权利要求1所述的方法，其中玻璃浆料在烧制前包括：
a.25-65mol％Bi2O3，
b.3-60mol％ZnO，
c.4-65mol％B2O3，
d.0.1-15mol％选自CuO、Fe2O3、Co2O3、Cr2O3中的中至少一种及其组合，
e.非特意添加的硅氧化物，和
f.非特意添加的铝氧化物。
21.一种无铅且无镉的密封玻璃组合物，在烧制前包括，(a)25-65mol％Bi2O3，(b)3-60mol％ZnO，(c)4-65mol％B2O3，(d)0.1-15mol％选自CuO、Fe2O3、Co2O3、Cr2O3中的至少一种及其组合，(e)非特意添加的硅氧化物，和(f)非特意添加的铝氧化物。
22.一种形成气密密封腔的方法，包括：
a.提供至少两个玻璃板，
b.向至少一个玻璃板上应用选自玻璃1、玻璃2和玻璃3的玻璃组合物，其中玻璃1、玻璃2和玻璃3分别包括：
i.玻璃1：
1.25-65mol％Bi2O3，
2.3-60mol％ZnO，
3.4-65mol％B2O3，
4.0.1-15mol％选自CuO、Fe2O3、Co2O3、Cr2O3中的至少一种及其组合，
5.非特意添加的硅氧化物，和
6.非特意添加的铝氧化物，
ii.玻璃2：
1.37-45mol％Bi2O3，
2.30-40mol％ZnO，
3.18-35mol％B2O3，
4.0.1-15mol％选自CuO、Fe2O3、Co2O3、Cr2O3中的至少一种及其组合，
5.非特意添加的硅氧化物，和
6.非特意添加的铝氧化物
iii.玻璃3：
1.5-65mol％ZnO,
2.10-65mol％SiO2,
3.5-55mol％B2O3+Al2O3,
a.和至少一种选自：
i.0.1-45mol％选自Li2O、Na2O、K2O、Cs2O中的至少一种及其组合，
ii.0.1-20mol％选自MgO、CaO、BaO、SrO中的至少一种及其组合，和
iii.0.1-40mol％选自TeO2、Tl2O、V2O5、Ta2O5、GeO2中的至少一种，
c.将至少第二玻璃板与玻璃组合物进行相互物理接触，且
d.将玻璃组合物进行微波加热来使所述玻璃组合物烧结和流动从而形成气密密封。
23.一种将第一和第二玻璃板相互粘结的方法，从而气密密封和隔离所述玻璃板之间限定的腔室，该方法包括：
a.提供第一均匀粉末状玻璃密封组合物，其包括：
i.25-65mol％Bi2O3，
ii.3-60mol％ZnO，
iii.4-65mol％B2O3，
iv.非特意添加的硅氧化物，和
v.非特意添加的铝氧化物，
b.提供第二均匀粉末状玻璃密封组合物，其包括：
i.37-45mol％Bi2O3，
ii.30-40mol％ZnO，
iii.18-35mol％B2O3，
iv.0.1-15mol％选自CuO、Fe2O3、Co2O3、Cr2O3中的至少一种，
v.非特意添加的硅氧化物，和
vi.非特意添加的铝氧化物，
c.混合所述第一和第二粉末形成均匀混合物，
d.向第一和第二玻璃板中至少一个上应用所述均匀混合物，
e.布置所述第一和第二玻璃板使所述第一和第二粉末与两个玻璃板接触，且
f.使用具有频率为0.9-2.5GHZ的电磁场将玻璃板和粉末进行微波加热来使所述第一和第二粉末烧结和流动，从而形成限定第一和第二板之间腔室的气密密封。
24.根据权利要求23所述的方法，其中至少一个玻璃板是智能玻璃嵌板。
25.一种无铅且无镉的密封玻璃组合物，在烧制前包括：
a.5-65mol％ZnO，
b.10-65mol％SiO2，
c.5-55mol％B2O3+Al2O3，
d.至少一种选自组分i、ii、iii：
i.0.1-45mol％选自Li2O、Na2O、K2O、Cs2O中的至少一种及其组合，
ii.0.1-20mol％选自MgO、CaO、BaO、SrO中的至少一种及其组合，和
iii.0.1-40mol％选自TeO2、Tl2O、V2O5、Ta2O5、GeO2中的至少一种及其组合。
26.一种无铅且无镉的密封玻璃组合物，在烧制前包括：
a.5-55mol％Li2O+Na2O+K2O，
b.2-26mol％TiO2，
c.5-75mol％B2O3+SiO2，
d.0.1-30mol％选自V2O5、Sb2O5、P2O5中的至少一种及其组合，
e.0.1-20mol％选自MgO、CaO、BaO、SrO中的至少一种及其组合，
f.0.1-40mol％选自TeO2、Tl2O、Ta2O5、GeO2中的至少一种及其组合，和
g.0.1-20mol％F。
27.根据权利要求1的方法，其中玻璃浆料组合物选自玻璃1、玻璃2和玻璃3，其中玻璃1、玻璃2和玻璃3分别包括：
a.玻璃1：
i.25-65mol％Bi2O3，
ii.3-60mol％ZnO，
iii.4-65mol％B2O3，
iv.0.1-15mol％选自CuO、Fe2O3、Co2O3、Cr2O3中的至少一种及其组合，
v.非特意添加的硅氧化物，和
vi.非特意添加的铝氧化物，
b.玻璃2：
i.37-45mol％Bi2O3，
ii.30-40mol％ZnO，
iii.18-35mol％B2O3，
iv.0.1-15mol％选自CuO、Fe2O3、Co2O3、Cr2O3中的至少一种，
v.非特意添加的硅氧化物，和
vi.非特意添加的铝氧化物，和
c.玻璃3：
i.5-65mol％ZnO,
ii.10-65mol％SiO2,
iii.5-55mol％B2O3+Al2O3,
1.和至少一种选自：
a.0.1-45mol％选自Li2O、Na2O、K2O、Cs2O中的至少一种及其组合，
b.0.1-20mol％选自MgO、CaO、BaO、SrO中的至少一种及其组合，和
c.0.1-40mol％选自TeO2、Tl2O、V2O5、Ta2O5、GeO2中的至少一种。
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