ES2381948B2 - Vidrios de alta transmitancia, procedimiento de obtención y aplicaciones fotovoltaicas - Google Patents

Vidrios de alta transmitancia, procedimiento de obtención y aplicaciones fotovoltaicas Download PDF

Info

Publication number
ES2381948B2
ES2381948B2 ES201200258A ES201200258A ES2381948B2 ES 2381948 B2 ES2381948 B2 ES 2381948B2 ES 201200258 A ES201200258 A ES 201200258A ES 201200258 A ES201200258 A ES 201200258A ES 2381948 B2 ES2381948 B2 ES 2381948B2
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
glass
application
page
sub
composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES201200258A
Other languages
English (en)
Other versions
ES2381948A1 (es
Inventor
Susana GOMEZ SALCES
Fernando Rodriguez Gonzalez
Rafael VALIENTE BARROSO
José Antonio BARREDA ARGÜESO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universidad de Cantabria
Original Assignee
Universidad de Cantabria
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidad de Cantabria filed Critical Universidad de Cantabria
Priority to ES201200258A priority Critical patent/ES2381948B2/es
Publication of ES2381948A1 publication Critical patent/ES2381948A1/es
Application granted granted Critical
Publication of ES2381948B2 publication Critical patent/ES2381948B2/es
Priority to PCT/ES2013/000044 priority patent/WO2013132116A1/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/095—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing rare earths
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00—Compositions for glass with special properties
    • C03C4/10—Compositions for glass with special properties for infrared transmitting glass
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • H01L31/0488—Double glass encapsulation, e.g. photovoltaic cells arranged between front and rear glass sheets
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

Vidrios de alta transmitancia, procedimiento de obtención y aplicaciones fotovoltaicas.#La presente invención describe un vidrio que presenta la siguiente composición (porcentajes expresados en % en peso respecto al peso total de la composición): 60 ? 80 % de SiO{sub,2}; 10 - 20 % de Na{sub,2}O; 5 - 15 % de CaO; 0,01 - 5 % de Al{sub,2}O{sub,3}; 0,01 - 1 % de SO{sub,3}; 0,01 - 5 % de MgO; 0,01 - 5 % de Bi{sub,2}O{sub,3} y/o CeO{sub,2} y 0,01 ? 6 % de uno ó más aditivos seleccionados del grupo formado por Eu{sub,2}O{sub,3}, Pr{sub,6}O{sub,11}, Yb{sub,2}O{sub,3}, Er{sub,2}O{sub,3} y Al{sub,2}O{sub,3}:Cr{sub,2}O{sub,3}. La presente invención describe asimismo un procedimiento para su obtención a partir de materia prima o vidrio reciclado, y sus aplicaciones en paneles fotovoltaicos.

Description

Vidrios de alta transmitancia, procedimiento de obtención y aplicaciones fotovoltaicas.
Campo de la técnica
La presente invención se refiere a nuevos vidrios con composiciones que comprenden aditivos que proporcionan simultáneamente protección a la radiación y mejoran el rendimiento fotovoltaico de células solares en las que encuentran aplicación así como a su procedimiento de obtención. Estos nuevos vidrios pueden ser utilizados tanto en los sectores de producción de energía solar como de la edificación.
Estado de la técnica
Los vidrios de alta transmitancia son habitualmente utilizados como protección de dispositivos emplazados en lugares sujetos a condiciones ambientales diversas. Los paneles fotovoltaicos de producción de energía eléctrica lo utilizan como escudo protector con objeto de prolongar su vida útil. El uso de estos vidrios presenta varios inconvenientes relativos a su envejecimiento por irradiación prolongada (solarización) y a la pérdida de energía de radiación incidente por reflexión.
En la actualidad no existen soluciones que mitigando los efectos de solarización, incrementen la transmisividad óptica y permitan la conversión energética de la radiación ultravioleta e infrarroja en luz visible de forma integrada en un mismo vidrio.
La búsqueda de soluciones a estos problemas se ha abordado modificando la composición de los vidrios con aditivos absorbentes de radiación ultravioleta para minimizar el efecto de la solarización (US 2010-0108914). Sin embargo, estas soluciones normalmente acarrean una disminución de la transmitancia óptica que va en detrimento del rendimiento fotovoltaico de las células solares. Otra estrategia seguida para aumentar la eficiencia fotovoltaica es el uso de pigmentos luminiscentes incorporados en la superficie del vidrio (CN201773856) o directamente incorporados en materiales vitrocerámicos (CN101618945), capaces de absorber la radiación ultravioleta o infrarroja y transformarla por diversos mecanismos de conversión de fotones de baja energía en fotones de alta energía (upconversion)o viceversa, un fotón de alta energía en fotones de menor energía (downconversion) y luminiscencia directa en radiación visible apta para producir energía fotovoltaica.
Los paneles fotovoltaicos comerciales más utilizados hoy en día están constituidos por células de silicio amorfo, policristalino o monocristalino en orden creciente de eficiencia fotovoltaica, así como otras alternativas basadas en composiciones tipo CdTe y CulnGaSe2 (CIGS). La célula fotovoltaica presenta su máximo rendimiento a la radiación solar con longitudes de onda comprendidas entre 400 nm y 1100 nm para el silicio cristalino, entre 400-730 nm para el silicio amorfo y en un rango intermedio para los otros semiconductores. Por ello, las soluciones que mejoren el rendimiento fotovoltaico se han de encaminar a aumentar la transmitancia óptica del vidrio en este rango espectral.
El principal problema que presenta la incorporación de pigmentos o aditivos en el vidrio para aumentar el rendimiento fotovoltaico de las células solares es la transformación que éstos pueden experimentar durante la síntesis del vidrio. Aditivos o pigmentos que son eficientes fuera del vidrio se transforman al incorporarlos en éste provocando el efecto contrario al buscado: disminución de la calidad óptica del vidrio con disminución de la transmitancia, pérdida de luminiscencia, degradación por solarización, etc. La selección de aditivos es crítica y debe responder a los objetivos buscados. Los tratamientos superficiales del vidrio son una alternativa que se está explorando en la actualidad para la incorporación de pigmentos y evitar con ello el deterioro que acarrean los tratamientos térmicos severos que tienen lugar durante el proceso de fabricación de vidrios.
Aunque se conocen algunas soluciones para incorporar aditivos directamente en vidrios con alto contenido en B2O3 al objeto de mitigar los efectos de solarización (US 2010/0108914; US 2006/0205583), el problema asociado a la incorporación en vidrios sódico-cálcicos de alta transmitancia óptica sin contenido en boro que tienen un interés industrial y comercial persiste.
A la vista de lo expuesto sigue existiendo por un lado la necesidad de proporcionar nuevos vidrios sódico-cálcicos que mejoren simultáneamente tres propiedades importantes como a) minimizar los efectos de solarización, b) aumentar la transmitancia en el rango visible, y c) absorber la radiación ultravioleta transformándola en radiación visible a través de distintos mecanismos de transferencia de energía y emisión luminiscente, aumentando la eficiencia energética (transmitancia energética según normas ISO9050:2003) para uso fotovoltaico, y por el otro de proporcionar nuevos procedimientos de obtención de los mismos.
La solución propuesta por la presente invención se basa en que los inventores han descubierto sorprendentemente que la incorporación de determinados aditivos a base de óxidos ópticamente activos en vidrios sódico-cálcicos de alta transmitancia permite obtener vidrios con una nueva composición que consigue una mejora simultánea de las propiedades anteriormente mencionadas, resultando un vidrio con muy buenas características en particular de cara a su uso en aplicaciones fotovoltaicas.
Descripción de las figuras
Fig. 1 Energía incidente del espectro solar a nivel del mar en Wm−2nm−1 y curva de respuesta (eficiencia relativa, er) del silicio cristalino expresado en %.
Fig. 2 Esquema del experimento de solarización realizado en las muestras M1, M2, M3 y M4.
Fig. 3 Comparación de los espectros de transmitancia de los vidrios M0, M1, M2, M3 y M4.
Fig. 4 Espectros de transmitancia tras 48 horas de solarización en las muestras M1, M2, M3 y M4.
Fig. 5 Espectro de emisión excitando a 360 nm de la muestra M3 antes y después de la solarización.
Fig. 6 Espectros de emisión y excitación de la muestra M4.
El eje de abcisas de las figuras 1, 3, 4,5y6 representa la longitud de onda expresada en nanómetros.
Descripción de la invención
En un primer aspecto la invención se relaciona con un nuevo vidrio tipo sódico-cálcico de alta transmitancia al que se incorporan aditivos a base de óxidos de elementos ópticamente activos en polvo cristalino o como nanopartículas.
En general los vidrios del tipo sódico-cálcicos están formados principalmente por sílice, y carbonatos de sodio y calcio. Son vidrios de coste reducido, incoloro y se emplea generalmente en las ventanas de los edificios.
En el sentido de la presente invención el término de alta transmitancia, se refiere a que es un vidrio que transmite aproximadamente un 91-92% de la luz incidente en el rango espectral de transparencia 275-1170 nm. Es decir, no absorbe o refleja la luz que le llega sino que mayoritariamente la transmite. Los vidrios de la presente invención son de alta transmitancia pero a diferencia de otros vidrios también de alta transmitancia descritos por ejemplo en US 2010/0108914 y US 2006/0205583, no contienen boro, lo que hace más meritorio lograr altas transmitancias y reduce considerablemente los costes de producción.
El nuevo vidrio de tipo sódico cálcico de alta transmitancia, en adelante el vidrio de la presente invención, presenta la siguiente composición química: (todos los % están expresados en peso en relación al peso total de la composición a no ser que se mencione expresamente lo contrario):
60-80% de SiO2
10-20% de Na2O
5-15% de CaO
0,01-5% de Al2O3
0,01-1% de SO3
0,01-5% de MgO
0,01-5% de Bi2O3 y/o CeO2 y
0,01-6% de uno ó más aditivos seleccionados del grupo formado por Eu2O3,Pr6O11,Yb2O3,Er2O3 yAl2O3: Cr2O3.
Esta composición particular consigue que el vidrio de la invención presente mejoras destacables con respecto a los vidrios comerciales; proporcione mayor transmitancia óptica en la región visible infrarroja del espectro de interés fotovoltaico, absorba la radiación ultravioleta con una alta resistencia frente a los efectos de solarización y transforme eficientemente la luz absorbida ultravioleta e infrarroja mediante procesos de transferencia de energía y luminiscencia, en luz de alto rendimiento fotovoltaico.
En una realización particular presentan la ventaja adicional de que pueden obtenerse a partir de vidrio reciclado.
Los aditivos empleados CeO2 yBi2O3 hacen que el vidrio de la invención absorba radiación ultravioleta en el intervalo 270-350 nm y 270-300 nm, respectivamente. La radiación absorbida se emite en forma de luz de 400 nm de la que una parte se transmite en el vidrio y otra parte se transfiere a otros aditivos seleccionados del grupo formado por Eu2O3,Pr6O11,Yb2O3,Er2O3 yAl2O3:Cr2O3 (Al2O3:Cr3+) y sus mezclas. La energía transferida a estos últimos aditivos se emite en la región espectral 550-700 nm proporcionando una radiación que mejora el rendimiento fotovoltaico de
las células solares que incorporan el vidrio de la invención. Algunos ejemplos de composiciones de vidrio según la invención y sus propiedades ventajosas se muestran en la Tabla 1 (ver ejemplos) y se ilustran en las figuras. En una realización preferente el vidrio de la invención presenta la siguiente composición: 65-75% de SiO2 12-17% de Na2O 7-14% de CaO 0,1-1% de Al2O3
0,1-0,5% de SO3
0,05-4% de MgO
0,01-1,5% de CeO2
0,01-1,5% de Bi2O3
0,01-1,5% de Eu2O3
0,01-0,2% de Pr6O11.
Los inventores han observado que se consigue una muy buena combinación de las características anteriormente citadas: 1) un aumento de la transmisión óptica en la región 420 nm-1200 nm; 2) mayor resistencia a la solarización; y 3) un aumento del rendimiento fotoluminiscente en la región óptima de trabajo de la célula solar proveniente de la luz ultravioleta absorbida, para composiciones de vidrio en las que la relación de concentraciones de CeO2:Bi2O3 es de 2:1 dentro de los rangos anteriormente definidos. Una realización preferente se considera la composición M3 de la Tabla 1 que presenta más particularmente un 1,0% CeO2 y 0,5% Bi2O3.
En otro aspecto la invención se relaciona con un procedimiento para la preparación del vidrio de la invención.
La incorporación de aditivos al vidrio de alta transmitancia se lleva a cabo mediante un procedimiento que comprende un tratamiento térmico. Dicho tratamiento térmico varía dependiendo del material de partida para la obtención del vidrio que puede ser (i) materia prima o (ii) vidrio reciclado.
Por materia prima ha de entenderse en el contexto de la presente invención la materia utilizada para la fabricación del vidrio desde el origen, que comprende arena de sílice (SiO2), carbonato de sodio (Na2CO3) y caliza (CaCO3) además de otros compuestos químicos que hacen diferenciar los tipos de vidrios (la materia prima en la presente solicitud se denomina como M0).
Por vidrio reciclado, ha de entenderse vidrio roto o defectuoso sódico-cálcico puro obtenido durante el proceso de enfriamiento que pasa a formar parte de la nueva hornada, reduciendo así considerablemente la temperatura de fusión.
El procedimiento de obtención del vidrio de la invención cuando se parte de materia prima comprende las etapas de:
-
adicionar los aditivos ópticamente activos.
-
fundir la materia prima con aditivos por tratamiento térmico a temperatura en torno a 1500ºC.
-
mantener la temperatura y
-
enfriamiento.
El procedimiento de obtención del vidrio de la invención a partir de vidrio reciclado comprende las etapas de:
-
molienda del vidrio reciclado hasta dejarlo en forma de polvo, adicionar los aditivos ópticamente activos.
-
fundir el polvo con los aditivos por tratamiento térmico a temperaturas entre 1000 y 1100ºC.
-
mantener la temperatura y
-
enfriamiento.
Los aditivos seleccionados en cada caso, se mezclan de forma diluida y homogénea bien con la materia prima o con el vidrio reciclado. Estos se introducen en forma de polvo o como nanopartículas. El material se funde, y se mantiene en ese estado fundido por un tiempo entre 3-6 horas si se parte de materia prima o entre 12-15 horas si se parte de vidrio reciclado.
En el contexto de la invención el término polvo, se refiere a un material obtenido mediante molienda o en un proceso reactivo estándar en el que la partícula de polvo tiene un tamaño medio comprendido entre 1 μm y 0,5 mm. Las nanopartículas, se refieren a un material de tamaño medio inferior a 200 nm y típicamente comprendido entre 2-100 nm. Además de poseer propiedades diferentes que el material en polvo de la misma composición, el empleo de aditivos en forma de nanopartículas tiene la ventaja de minimizar los procesos de dispersión de luz y con ello de pérdidas de energía solar transmitida por dispersión.
En el caso particular del aditivo Al2O3:Cr3+, su introducción en forma de nanopartículas, en lugar de polvo de mayor tamaño, tiene la ventaja, cuando se parte de vidrio reciclado y el tratamiento térmico no supera los 1000ºC, de mantener las características luminiscentes del producto Al2O3:Cr3+, sin que afecte a la transmisión de luz por el vidrio (efectos dispersivos); es decir, interesa que se diluya en el vidrio de la invención como nanopartículas preservando su composición inicial. En los casos de los restantes aditivos, no se presenta esta ventaja, ya que el resto de los aditivos se descomponen y diluyen en el vidrio de la invención.
En el procedimiento de la invención si el material de partida es materia prima, la temperatura del tratamiento térmico debe ser en torno a 1500ºC, mientras que si el material de partida es material reciclado, la temperatura es ventajosamente inferior, en torno a 1000-1100ºC. Estas temperaturas garantizan una incorporación homogénea del aditivo con una calidad óptica comparable a la del vidrio sin aditivos.
Los resultados experimentales que se muestran en los ejemplos ponen de manifiesto que los vidrios activados ópticamente según la presente invención con las concentraciones definidas de los aditivos seleccionados, proporcionan nuevas propiedades físico-químicas al vidrio que permiten minimizar los efectos de la solarización, aumentar la transmitancia en el rango visible del espectro solar y transformar radicación UV poco eficiente en energía eficiente para las células solares.
Dadas las propiedades del vidrio de la invención de alta transmitancia y conversión espectral que se describen en la presente solicitud, resulta muy apropiado como elemento activo en la producción de energía eléctrica fotovoltaica en espacios abiertos con un óptimo aprovechamiento del espectro solar que aumenta la eficiencia final de un panel fotovoltaico.
Por ello en otro aspecto adicional, la invención se refiere al uso del vidrio de la presente invención en paneles fotovoltaicos, en particular, como dispositivo conversor de energía.
Las propiedades anteriormente mencionadas aumentan el rendimiento, la eficiencia y la durabilidad de los paneles fotovoltaicos, con respecto al empleo de vidrios comerciales de alta transmitancia. Además el vidrio disminuye el calentamiento que se produce en el panel fotovoltaico el estar expuesto directamente a la radiación solar.
A continuación, para una mejor comprensión de la presente invención, sin que deban ser interpretados como limitaciones del alcance de la misma, se exponen los siguientes ejemplos.
(Tabla pasa a página siguiente)
Ejemplos
Ejemplo 1 Se han preparado los siguientes vidrios M1-M4 con las composiciones mostradas en la siguiente Tabla 1.
TABLA 1
Estos vidrios se han sometido a diversos ensayos como se expone a continuación y sus propiedades se han comparado con las de un vidrio sin aditivos (M0). Este vidrio puro se produce comercialmente con las denominaciones Albarino y Diamant® (Saint Gobain), son vidrios templados, extraclaros, con bajo contenido en sales de hierro que se emplean habitualmente en módulos fotovoltaicos y de alta transmitancia.
Transmitancia
Los espectros obtenidos de transmitancia se muestran en la Fig. 3 para las muestras M0, M1, M2, M3 y M4 en el rango 200-1200 nm. En ellos puede observarse una mejora en los valores de la transmitancia de las muestras M1, M2, M3 y M4 con respecto a la del vidrio sin aditivos M0. Los espesores de las muestras fueron: 0,10 cm para M0, de 0,08 cm para M1, M2 y M3 y de 0,09 cm para M4.
Los inventores han observado sorprendentemente en todas las muestras que las cantidades incorporadas de CeO2, Bi2O3,Pr6O11 yEu2O3 permiten una muy buena dilución de los aditivos sin modificar sustancialmente el índice de refracción del vidrio. Destaca asimismo el hecho de que las concentraciones de CeO2 yBi2O3 utilizadas proporcionan un aumento sensible de la transmitancia en la región 400-1100 nm (Fig. 3) según la composición relativa de los dos aditivos mencionados, con respecto al vidrio M0 de referencia. En esta región espectral, la célula fotovoltaica de silicio presenta la máxima eficiencia. La formación de Ce3+ yBi3+ en el vidrio aumenta la absorción en la región UV desplazándose hacia mayores longitudes de onda con la concentración de CeO2. Los espesores de las muestras utilizados son de 0,10 cm para M0, 0,08 cm para M1, M2 y M3 y 0,09 cm para M4.
Solarización
Para el experimento de solarización se utilizó una lámpara Ultra-Vitalux de OSRAM de 300Wyla placa calefactora que permite mantener la temperatura durante todo el experimento. Los círculos del esquema de la Fig. 2 representan la disposición de los vidrios durante el proceso de solarización. Los efectos de solarización en el vidrio se han cuantificado espectroscópicamente tras ser sometido a un proceso de irradiación ultravioleta prolongado con la lámpara de acuerdo con el esquema de la Fig. 2. Para simular los efectos de la radiación solar, la distancia entre la lámpara y el vidrio fue de 16,3 cm, de acuerdo con la norma EN ISO 12543-4:1998. Los vidrios M1, M2, M3 y M4 fueron sometidos a diferentes dosis de irradiación durante un período de 48 horas.
Transmitancia antes y después de la solarización
Los efectos de los aditivos sobre la transmitancia óptica después de la solarización se muestran en los espectros de la Fig. 4. Los espesores de las muestras de los ensayos fueron: 0,10 cm para M0, de 0,08 cm para M1, M2 y M3 y de 0,09 cm para M4.
Los valores de la transmitancia óptica a 500 y 800 nm, y de la longitud de onda para la cual la transmitancia se reduce al 50% en los diferentes vidrios, se recogen en la siguiente Tabla 2 para su comparación.
TABLA 2
Las composiciones de los vidrios M1, M2, M3 y M4 proporcionan transmitancias ópticas a 500 y 800 nm superiores al vidrio M0 antes de la solarización. Este aumento es debido fundamentalmente a la incorporación de los óxidos CeO2 yBi2O3. Tras el proceso de solarización, los valores de la transmitancia en la región en torno a 800 nm no se modifican sustancialmente. En el caso más desfavorable la reducción de la transmitancia es inferior al 0.5%.
La longitud de onda correspondiente a una transmitancia del 50% se desplaza hacia mayores longitudes de onda debido a la incorporación de iones Ce3+ yelBi3+ con una fuerte absorción en la región ultravioleta. La combinación de variación de la transmitancia y desplazamiento de la longitud de onda tras la solarización indican que la muestra M3 es la más eficiente de las muestras.
Luminiscencia antes y después de la solarización
La Fig. 5 muestra la luminiscencia del vidrio M3 antes y después de la solarización. Los espectros de emisión consisten en bandas luminiscentes provenientes del Ce3+ yBi3+ con la máxima intensidad a 400 nm, y diferentes bandas debidas al Eu3+ con las emisiones más intensas en 550 y 720 nm. Tras el proceso de solarización de 48 horas, las emisiones del Ce3+ yBi3+ en 400 nm disminuyen significativamente. Por el contrario, la luminiscencia debida al Eu3+ no se ve afectada por la solarización.
Espectros de emisión y excitación
La Fig. 6 muestra los espectros de emisión y excitación del vidrio M4. En ellos se pone de manifiesto la existencia de procesos de transferencia de energía del Bi3+ al Eu3+ yPr3+ consiguiendo con ello transformar la luz absorbida en el ultravioleta en luminiscencia en las regiones espectrales óptimas para el rendimiento fotovoltaico. La excitación del ion Bi3+ en 300 nm produce luminiscencia cuyos espectros de emisión presentan una banda en 400 nm característica del Bi3+, así como emisiones provenientes de los iones Eu3+ y del Pr3+ entre 550 y 720 nm. Es importante destacar que estas emisiones se producen a través de un proceso de transferencia de energía desde el Bi3+ al Eu3+ lo que supone un desplazamiento efectivo de la emisión desde la región de 400 nm a las regiones de 550 y 720 nm, que son más eficientes para uso fotovoltaico.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un vidrio que presenta la siguiente composición (porcentajes expresados en % en peso respecto al peso total de la composición): 60-80% de SiO2 10-20% de Na2O
    5-15% de CaO 0,01-5% de Al2O3
    0,01-1% de SO3 0,01-5% de MgO 0,01-5% de Bi2O3 y/o CeO2 y
    0,01-6% de uno ó más aditivos seleccionados del grupo formado por Eu2O3,Pr6O11,Yb2O3,Er2O3 y Al2O3:Cr2O3.
  2. 2. Un vidrio según la reivindicación 1 que presenta la siguiente composición: 65-75% de SiO2 12-17% de Na2O 7-14% de CaO 0,1-1% de Al2O3
    0,1-0,5% de SO3 0,05-4% de MgO 0,01-1,5% de CeO2 0,01-1,5% de Bi2O3
    0,01-1,5% de Eu2O3
    0,01-0,2% de Pr6O11,
  3. 3. Un vidrio según la reivindicación1o2,que presenta una relación de concentraciones de CeO2:Bi2O3 de 2:1.
    (Tabla pasa a página siguiente) 4. Un vidrio con una composición M1, M2, M3 o M4:
  4. 5.
    Procedimiento para la obtención de un vidrio según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores a partir de materia prima que comprende las siguientes etapas: -adicionar los aditivos ópticamente activos. -fundir la materia prima con aditivos por tratamiento térmico a temperatura en torno a 1500ºC.
    -mantener la temperatura y -enfriamiento.
  5. 6.
    Procedimiento de obtención del vidrio según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores a partir de vidrio reciclado que comprende las siguientes etapas: -molienda del vidrio reciclado hasta dejarlo en forma de polvo. -adicionar los aditivos ópticamente activos. -fundir el polvo con los aditivos por tratamiento térmico a temperaturas entre 1000 y 1100ºC.
    -mantener la temperatura y -enfriamiento.
  6. 7.
    Procedimiento según la reivindicación5o6enelque el aditivo se añade en forma de polvo.
  7. 8.
    Procedimiento según la reivindicación5o6enelque el aditivo se añade en forma de nanopartículas.
  8. 9. Uso del vidrio según una cualquiera de las reivindicaciones como dispositivo conversor de energía en paneles fotovoltaicos.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201200258
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 07.03.2012
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A
    WO 2011091961 A1 (SCHOTT AG ET AL.) 04.08.2011, páginas 5 -6. 1-9
    A
    WO 2006023081 A2 (3M INNOVATIVE PROPERTIES CO) 02.03.2006, reivindicaciones 1-3. 1-9
    A
    WO 2010118209 A1 (DU PONT ET AL.) 14.10.2010, página 1, línea 28 -página 2, línea 33. 1-9
    A
    WO 2006025935 A1 (GOODRICH CORP ET AL.) 09.03.2006, página 4, línea 18 -página 13, línea 15. 1-9
    A
    WO 2008024647 A1 (3M INNOVATIVE PROPERTIES CO) 28.02.2008, página 4, línea 31 página 6, línea 27. 1-9
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 21.05.2012
    Examinador M. García González Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201200258
    CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD C03C3/095 (2006.01)
    C03C4/10 (2006.01) H01L31/042 (2006.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)
    C03C, H01L
    Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, XPESP, NPL, SADIQ
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201200258
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 21.05.2012
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-9 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-9 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201200258
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    WO 2011091961 A1 (SCHOTT AG et al.) 04.08.2011
    D02
    WO 2006023081 A2 (3M INNOVATIVE PROPERTIES CO) 02.03.2006
  9. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    El objeto de la invención es una composición de vidrio. También es objeto de la invención un procedimiento para la obtención de dicho vidrio, así como su uso en paneles fotovoltaicos.
    El documento D01 divulga una composición de vidrio para uso en aplicaciones fotovoltaicas con los siguientes componentes principales (% en peso): SiO2 (49-69%), Na2O (10-16%), CaO (0-5%), Al2O3 (4.7-15%), MgO (0-6%), CeO2 (0-2%), Bi2O3 (03%), entre otros (ver páginas 5-6)
    El documento D02 se refiere a una composición de vidrio en la que están presente, entre otros, los siguientes componentes (% en peso): SiO2 (0-10%), Al2O3 (>35%), Bi2O3 (0-10%), CaO, MgO, CeO2, Eu2O3, Pr6O11, … (ver reivindicaciones 1-3)
    Ninguno de los documentos citados en el IET ni ninguna combinación relevante de los mismos divulga un vidrio con una composición que presente los componentes y proporciones que se recogen en la reivindicación 1 de la solicitud, con la ventaja asociada de conferir al vidrio mejores propiedades (minimiza los efectos de la solarización, aumenta la transmitancia en el rango visible,…) que dan lugar a un mejor rendimiento fotovoltaico de la células solares en las que se aplica dicho vidrio.
    En consecuencia, la invención tal y como se recoge en las reivindicaciones 1-9 de la solicitud es nueva e implica actividad inventiva. (Art. 6.1 y 8.1 LP)
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
ES201200258A 2012-03-07 2012-03-07 Vidrios de alta transmitancia, procedimiento de obtención y aplicaciones fotovoltaicas Active ES2381948B2 (es)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES201200258A ES2381948B2 (es) 2012-03-07 2012-03-07 Vidrios de alta transmitancia, procedimiento de obtención y aplicaciones fotovoltaicas
PCT/ES2013/000044 WO2013132116A1 (es) 2012-03-07 2013-02-19 Vidrios de alta transmitancia, procedimiento de obtención y aplicaciones fotovoltaicas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES201200258A ES2381948B2 (es) 2012-03-07 2012-03-07 Vidrios de alta transmitancia, procedimiento de obtención y aplicaciones fotovoltaicas

Publications (2)

Publication Number Publication Date
ES2381948A1 ES2381948A1 (es) 2012-06-04
ES2381948B2 true ES2381948B2 (es) 2012-09-18

Family

ID=46082593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES201200258A Active ES2381948B2 (es) 2012-03-07 2012-03-07 Vidrios de alta transmitancia, procedimiento de obtención y aplicaciones fotovoltaicas

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2381948B2 (es)
WO (1) WO2013132116A1 (es)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2553163A (en) * 2017-01-20 2018-02-28 Johnson Matthey Plc Composition and device
US20200331791A1 (en) * 2017-10-13 2020-10-22 The University Of Adelaide Method for controlling the formation of metallic nanoparticles in glass and products thereof

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7732358B2 (en) * 2000-09-20 2010-06-08 Goodrich Corporation Inorganic matrix compositions and composites incorporating the matrix composition
US7332453B2 (en) * 2004-07-29 2008-02-19 3M Innovative Properties Company Ceramics, and methods of making and using the same
US8701441B2 (en) * 2006-08-21 2014-04-22 3M Innovative Properties Company Method of making inorganic, metal oxide spheres using microstructured molds
CN102369168A (zh) * 2009-04-09 2012-03-07 E.I.内穆尔杜邦公司 用于光伏电池导体中的玻璃组合物
DE102010006331A1 (de) * 2010-01-29 2011-08-04 Schott Ag, 55122 Aluminosilikatgläser mit hoher thermischer Beständigkeit, niedriger Verarbeitungstemperatur und hoher Kristallisationsbeständigkeit

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013132116A1 (es) 2013-09-12
ES2381948A1 (es) 2012-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4087113B2 (ja) 高透過板ガラスおよびその製造方法
JP5842318B2 (ja) 低日射透過率ガラス
JP5935445B2 (ja) 紫外線赤外線吸収ガラス
CN101066835B (zh) 太阳能超白压延玻璃组分
BR122020004049B1 (pt) método de fabricação de vidro em um processo de vidro flotado
JP2020100557A (ja) ガラス組成物、ガラス板及び該ガラス板を用いた車両用ガラス窓
Du et al. Luminescence properties of Ce3+-doped oxyfluoride aluminosilicate glass and glass ceramics
ES2311794T3 (es) Composicion de vidrio silico-sodico-calcico destinado a la fabricacion de acristalamientos.
BRPI0618277A2 (pt) artigo de vidro e método de sua produção
ES2381948B2 (es) Vidrios de alta transmitancia, procedimiento de obtención y aplicaciones fotovoltaicas
KR102018648B1 (ko) 자외선 투과 가시광 흡수 유리 및 자외선 투과 가시광 흡수 필터
JP3465642B2 (ja) 淡色高透過ガラスおよびその製造方法
Kaewjaeng et al. Influence of trivalent praseodymium ion on SiO2–B2O3–Al2O3–BaO–CaO–Sb2O3–Na2O–Pr2O3 glasses for X-Rays shielding and luminescence materials
WO2017209148A1 (ja) 紫外線遮蔽ガラス板及び該ガラス板を用いた車両用ガラス窓
WO2017094869A1 (ja) ガラス
WO2018101220A1 (ja) ガラス板
JPH0558670A (ja) 車両用ガラス
Sun et al. Alkaline-earth oxide network modifier on optical properties of Ce3+-activated borogermanate glasses
JP2000185934A (ja) 紫外線赤外線吸収ガラス
WO2019045024A1 (ja) ガラス板
JPH09188542A (ja) 紫外線透過黒色ガラス
CN105924000A (zh) 强吸收红外线的蓝绿色玻璃组合物
JPH0692678A (ja) 紫外線赤外線吸収ガラス
TW201714847A (zh) 高透過玻璃
JP6589871B2 (ja) 紫外線吸収性ガラス物品

Legal Events

Date Code Title Description
FG2A Definitive protection

Ref document number: 2381948

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: B2

Effective date: 20120918