JP2011524270A - 光起電性ガラス積層物品および層状物品 - Google Patents

光起電性ガラス積層物品および層状物品 Download PDF

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Abstract

積層物品および層状物品、例えば、光起電性装置に有用な低アルカリガラスおよび／または低ナトリウム積層物品および層状物品が記載される。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００８年５月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／０５７，３４４号に優先権を主張する。
本発明の実施の形態は、積層物品および層状物品に関し、より詳細には、例えば光起電装置に有用な低アルカリガラスおよび／または低ナトリウム積層物品および層状物品に関する。
自然光の取扱いおよび利用は、例えば、光起電装置の効率をいかに最大にするか等、光起電装置において考慮すべき事項である。
光起電装置は、いくつかの安全規定を満たさなければならず、例えばデブリ衝突試験および破壊後ウィンド・サイクリング（post-breakage wind cycling）のような機械的強度テストを受ける。光起電装置は、例えば環境条件に耐えるために、増加した機械的強度から恩恵を受ける。
光起電用途のための機能材料は、通常ソーダ石灰ガラス基板に塗布される。いくつかの用途において、基板から機能材料中へのアルカリ、例えばナトリウム拡散を最小にするために、基板はしばしば、バリヤ層で被覆される。しかしながら、バリヤ層における任意の破損、例えば引っかき傷は、機能材料の組成に依存して、ナトリウムまたはアルカリを機能材料へ入り込ませ、機能材料の効用を落とし得る。例えば気泡、引っかき傷、異物のようなソーダ石灰ガラス中の欠陥もまた、機能材料の効用を落とし得る。
ガラス強度は、暴露温度、アスペクト比、プレートサイズ、硬さおよび負荷時間に依存し得る。積層ガラスは、風圧への耐性の増加、衝撃耐性または熱応力への耐性の増加のような追加の利点のために、アニール化、熱強化、および／または完全な焼き戻しをして作製されてもよい。
アルカリ拡散および／またはナトリウム拡散が最小化または評価またはコントロールでき、機械的強度が最大化できる積層物品および層状物品を有することが好都合であろう。
積層物品および層状物品は、従来の積層物品および層状物品の上記の不都合の１つ以上に対処し、以下の利点の１つ以上を提供する：ガラスから機能材料中へのアルカリ拡散および／またはナトリウム拡散を最小化または評価またはコントロールし、ガラス中の欠陥を減少し、透明度を増加し、重量を最小化する。
ある実施の形態は、以下を含む物品である：
５００℃以上の歪点を有するガラス層；
ガラス上に配置された光起電性機能材料；
ガラス、ポリマー、またはそれらの組合せを含み、ガラス層より大きい厚さを有する基板；および
基板と、ガラス層または光起電性機能材料のいずれかとの間に配置されたラミネート層。
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明に示され、一部は明細書から当業者に明らかであろう、または明細書および特許請求の範囲、並びに添付の図面に記載されるように本発明を実施することにより認識されるであろう。
前記の一般的記載および以下の詳細な記載はいずれも、本発明の単なる例示であり、請求される本発明の性質および特徴の理解のための概要または枠組みを提供する意図であることが理解されるべきである。
添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれその一部を構成する。図面は、本発明の１つ以上の実施の形態を示し、明細書と共に、本発明の原理および作用を説明する役目をする。
以下の詳細な説明のみからまたは添付の図面と共に、本発明が理解できる。
ある実施の形態による物品の概略図 ある実施の形態による物品の概略図 ある実施の形態による物品の概略図
次に、本発明の様々の実施の形態が詳細に参照され、そのうちのある実施例が添付の図面に示される。可能な限り、同じ参照番号は図面を通して同じまたは同様の部分に言及するために使用される。
ここで用いたように、「基板」なる用語は、光電池の構造に依存して、基板または表板（superstrate）を表すために使用できる。例えば、光電池に組み立てられると、基板は表板であり、これは光電池の光入射側上である。表板は、太陽スペクトルの適切な波長の透過を可能としながら、衝撃および環境悪化から光起電性材料を保護できる。さらに、複数の光電池は、光起電性モジュールに配置できる。光起電装置は、電池、モジュール、または両方を表してもよい。
図１および図２に示されるように、ある実施の形態は、それぞれ物品１００および２００であり、以下を含む：
５００℃以上の歪点を有するガラス層１２；
ガラス層上に配置された光起電性機能材料１０；
ガラス、ポリマー、またはそれらの組合せを含み、ガラス層より大きい厚さを有する基板１６；および
基板と、ガラス層または光起電性機能材料のいずれかとの間に配置されたラミネート層１４。
いくつかの実施の形態によれば、ガラス層は、４．０ｍｍ以下、例えば、３．５ｍｍ以下、例えば、３．２ｍｍ以下、例えば、３．０ｍｍ以下、例えば、２．５ｍｍ以下、例えば、２．０ｍｍ以下、例えば、１．９ｍｍ以下、例えば、１．８ｍｍ以下、例えば、１．５ｍｍ以下、例えば、１．１ｍｍ以下、例えば、０．５ｍｍから２．０ｍｍ、例えば、０．５ｍｍから１．１ｍｍ、例えば、０．７ｍｍから１．１ｍｍの厚さを有する。これらは例示的な厚さであるが、ガラスは、０．１ｍｍから４．０ｍｍまでの範囲で小数位を含む任意の数値の厚さを有してもよい。
ある実施の形態において、ガラス層は、巻き取り可能である。ある実施の形態において、ガラスはダウンドロー可能である。ガラスは、例えばスロットドローまたはフュージョンドローされてもよい。別の実施の形態によれば、ガラスはフロート形成されてもよい。
ガラス層の特性、例えば、成形性、ＣＴＥ、歪点は、ガラスの組成に依存するであろう。
ある実施の形態において、ガラス層は、５００℃以上、例えば５４０℃以上、または例えば５００℃から６００℃までの歪点を有する。
ガラス層は、比較的低い熱膨張係数（ＣＴＥ）、例えば、５０×１０−７／℃以下、例えば、３５×１０−７／℃以下を有してもよい。ある実施の形態によれば、ガラス層は、２０×１０−７／℃から５０×１０−７／℃まで、例えば、２０×１０−７／℃から３５×１０−７／℃までのＣＴＥを有する。ある実施の形態において、ガラス層の熱膨張係数は、３０×１０−７／℃から９０×１０−７／℃までの範囲である。いくつかの実施の形態において、ガラスは、５０×１０−７以上、例えば、６０×１０−７以上、例えば、７０×１０−７以上、例えば、８０×１０−７以上の熱膨張係数を有する。ある実施の形態において、ガラスは、５０×１０−７から９０×１０−７までの熱膨張係数を有する。
ある実施の形態において、光起電性機能材料は、銅・インジウム・ガリウム・ジセレニド（ＣＩＧＳ）を含む。ある実施の形態において、光起電性機能材料は、銅・インジウム・ガリウム・ジセレニド（ＣＩＧＳ）を含み、ガラス層の熱膨張係数は、３０×１０−７／℃から９０×１０−７／℃までの範囲である。
ある実施の形態において、ガラス層の熱膨張係数は、６０×１０−７／℃から９０×１０−７／℃までの範囲である。
ある実施の形態において、光起電性機能材料は、テルル化カドミウムを含む。ある実施の形態において、光起電性機能材料は、テルル化カドミウムを含み、ガラス層の熱膨張係数は、６０×１０−７／℃から９０×１０−７／℃までの範囲である。
ある実施の形態において、ガラス層の熱膨張係数は、３０×１０−７／℃から６０×１０−７／℃までの範囲である。
ある実施の形態において、ガラス層は透明である。
いくつかの実施の形態において、ラミネート層は、ポリビニルブチラール、ＵＶ硬化樹脂、熱可塑性物質、熱可塑性イオノプラスト、ポリカーボネート、ポリウレタン、ＵＶ硬化ポリマー、シリコン、およびそれらの組合せから選択される材料を含んでもよい。
いくつかの実施の形態において、光起電性機能材料は、シリコンを含む。シリコンは、結晶、ナノ結晶、アモルファス、またはそれらの組合せでもよい。
ある実施の形態において、基板は透明である。
別の実施の形態は、以下を含む物品である：
１０質量％以下のアルカリ酸化物含有量を有し、０．５ｍｍから４ｍｍまでの厚さを有する透明ガラス層；
透明ガラス上に配置された光起電性機能材料；
ガラス、ポリマー、またはそれらの組合せを含み、透明ガラス層よりも大きい厚さを有する基板；および
基板と、透明ガラス層または光起電性機能材料のいずれかとの間に配置された、ポリビニルブチラール、ＵＶ硬化樹脂、熱可塑性物質、熱可塑性イオノプラスト、ポリカーボネート、ポリウレタン、ＵＶ硬化ポリマー、シリコン、およびそれらの組合せから選択される材料を含むラミネート層。
別の実施の形態は、以下を含む物品である：
１０質量％以下の酸化ナトリウム含有量を有し、０．５ｍｍから４ｍｍまでの厚さを有する透明ガラス層；
透明ガラス上に配置された光起電性機能材料；
ガラス、ポリマー、またはそれらの組合せを含み、透明ガラス層よりも大きい厚さを有する基板；および
基板と、透明ガラス層または光起電性機能材料のいずれかとの間に配置された、ポリビニルブチラール、ＵＶ硬化樹脂、熱可塑性物質、熱可塑性イオノプラスト、ポリカーボネート、ポリウレタン、ＵＶ硬化ポリマー、シリコン、およびそれらの組合せから選択される材料を含むラミネート層。
ある実施の形態によれば、基板は、ガラス、ポリマー、またはそれらの組合せを含む。例えば、基板は、フロートガラス、フュージョン成形（fusion formable）ガラス、ソーダ石灰ガラス、プラスチック、ポリカーボネート、およびそれらの組合せから選択される材料を含んでもよい。
光起電性機能材料は、単一層または複数層を有してもよい。光起電性機能材料は、電極層、対局層、イオン伝導層のような複数層を有してもよい。いくつかの実施の形態において、層は、固体無機材料を含んでもよい。
ある実施の形態によれば、ガラス層は、２５質量％以下、例えば、１０質量％以下、例えば、９％以下、例えば、８％以下、例えば、５％以下、例えば、０．５％以下のアルカリ酸化物含有量を含む。ある実施の形態において、アルカリ酸化物含有量は、０．１％から１０％までの範囲である。これらは例示的なアルカリ酸化物含有量であるが、ガラス層は、０から１０質量％までの範囲で小数位を含む任意の数値のアルカリ酸化物含有量を有してもよい。
ある実施の形態によれば、ガラス層は、１０質量％以下、例えば、９％以下、例えば、８％以下、例えば、５％以下、例えば、０．５％以下の酸化ナトリウム含有量を含む。ある実施の形態において、酸化ナトリウム含有量は、０から１０質量％まで、例えば、０．１から１０質量％までの範囲である。これらは例示的な酸化ナトリウム含有量であるが、ガラス層は、０から１０質量％までの範囲で小数位を含む任意の数値の酸化ナトリウム含有量を有してもよい。
いくつかの実施の形態によれば、物品の構造は、例えば図１および図２により表されるものでもよいが、他の構造を本発明に従って使用してもよい。例えば、ラミネート層は、基板と、ガラス層または光起電性機能材料のいずれかとの間に配置されてもよい。
図３に示される別の実施の形態は、以下を含む物品３００である：５００℃以上の歪点を有するガラス層を有するガラス層１８；ガラス層上に配置された光起電性材料２０；およびガラス層と接触しない、光起電性材料の表面上に配置された保護層２２。ある実施の形態によれば、物品はさらに、保護層とガラス層を結合するシール材料２４を含み、保護層、ガラス層、およびシール材料の組合せは共に光起電性材料を囲む。シール材料は、フリット（frit）、ガラスシート、およびスパッタガラスから選択されてもよい。シール材料は、保護層およびガラス層と組み合わせて、環境へ光起電性材料を暴露することによる、例えば、輸送中、光起電装置の製造中、および／またはオン／オフグリッドの成形における光電池または光起電性モジュールのような最終製品中、の悪影響を最小化し得る。
この実施の形態において、光起電性材料は、電極層、対局層、半導体材料、テルル化カドミウム、ＣＩＧＳ、アモルファスシリコンおよび／または結晶シリコン層のような複数層を有してもよい。いくつかの実施の形態において、層は、固体無機材料を含んでもよい。
この実施の形態において、ガラス層は、４．０ｍｍ以下、例えば、３．５ｍｍ以下、例えば、３．２ｍｍ以下、例えば、３．０ｍｍ以下、例えば、２．５ｍｍ以下、例えば、２．０ｍｍ以下、例えば、１．９ｍｍ以下、例えば、１．８ｍｍ以下、例えば、１．５ｍｍ以下、例えば、１．１ｍｍ以下、例えば、０．５ｍｍから２．０ｍｍ、例えば、０．５ｍｍから１．１ｍｍ、例えば、０．７ｍｍから１．１ｍｍの厚さを有してもよい。これらは例示的な厚さであるが、ガラスは、０．１ｍｍから４．０ｍｍまでの範囲で小数位を含む任意の数値の厚さを有してもよい。
ガラス層は、比較的低い熱膨張係数（ＣＴＥ）、例えば、５０×１０−７／℃以下、例えば、３５×１０−７／℃以下を有してもよい。ある実施の形態によれば、ガラス層は、２０×１０−７／℃から５０×１０−７／℃、例えば、２０×１０−７／℃から３５×１０−７／℃のＣＴＥを有する。ある実施の形態において、ガラス層の熱膨張係数は、３０×１０−７／℃から９０×１０−７／℃までの範囲である。いくつかの実施の形態において、ガラスは、５０×１０−７以上、例えば、６０×１０−７以上、例えば、７０×１０−７以上、例えば、８０×１０−７以上の熱膨張係数を有する。ある実施の形態において、ガラスは、５０×１０−７から９０×１０−７までの熱膨張係数を有する。
保護層は、化学的または機械的耐久性を提供してもよい。保護層は、スパッタガラス層またはガラスのシート、例えば、透明ガラス層またはシートでもよい。いくつかの実施の形態によれば、保護層は、４．０ｍｍ以下、例えば、３．５ｍｍ以下、例えば、３．２ｍｍ以下、例えば、３．０ｍｍ以下、例えば、２．５ｍｍ以下、例えば、２．０ｍｍ以下、例えば、１．９ｍｍ以下、例えば、１．８ｍｍ以下、例えば、１．５ｍｍ以下、例えば、１．１ｍｍ以下、例えば、０．５ｍｍから２．０ｍｍ、例えば、０．５ｍｍから１．１ｍｍ、例えば、０．７ｍｍから１．１ｍｍの厚さを有する。これらは例示的な厚さであるが、保護層は、０．１ｍｍから４．０ｍｍまでの範囲で小数位を含む任意の数値の厚さを有してもよい。
保護層は、比較的低い熱膨張係数（ＣＴＥ）、例えば、５０×１０−７／℃以下、例えば、３５×１０−７／℃以下を有してもよい。ある実施の形態によれば、保護層は、２０×１０−７／℃から５０×１０−７／℃、例えば、２０×１０−７／℃から３５×１０−７／℃のＣＴＥを有する。ある実施の形態において、保護層の熱膨張係数は、３０×１０−７／℃から９０×１０−７／℃の範囲である。
いくつかの実施の形態において、保護層は透明である。
材料で被覆された薄い、低ＣＴＥ、低アルカリまたは低ナトリウムガラスを厚いソーダ石灰ガラスに積層することにより、工程が改善され、費用を最小にできる。低ＣＴＥ、低アルカリおよび／または低ナトリウムガラスは、耐久性があり、ソーダ石灰ガラスと比較して透明度が増加し、例えばテレビのためのディスプレイガラス用途において最小限の欠陥で作製できる。
ある実施の形態によれば、０．５ｍｍから２．０ｍｍまで、例えば、０．７ｍｍから１．１ｍｍまでの低ＣＴＥ、低アルカリ、例えば低ナトリウムガラスを、多くの積層工程の１つによりポリビニルブチラールラミネートを使用して、６ｍｍ未満のソーダ石灰ガラスに積層できる。ソーダ石灰ガラスは、関連する機械的強度規定を満たすために必要とされる強度に依存して、アニール化、熱強化（ＨＳ）および／または完全に焼き戻ししてもよい。
この実施例において、ソーダ石灰ガラスは、アニール化、熱強化（アニール化ガラスの通常２倍強度）および／または完全に焼き戻し（アニール化ガラスの通常４倍強度）されて、追加の機械的強度を提供できるという点で、強度の利点を提供する。低ＣＴＥ低アルカリ、例えば低ナトリウムガラスは、通常、アニール化形態でのみ利用可能であり、したがって、基板、本実施例においてソーダ石灰ガラスは、積層物品の増加した強度を提供する。
本発明によれば、ガラス層は、以下の利点の１つ以上を提供する：低アルカリおよび／または低ナトリウムガラスは、ナトリウム／アルカリ拡散を最小にするためのソーダ石灰ガラス上のバリヤ層の必要性を減少する；低アルカリまたは低ナトリウムガラスは、有機または無機コーティングの性能、例えば、光起電性を高める；低アルカリまたは低ナトリウムガラスは、高温で処理できる；低アルカリまたは低ナトリウムガラスは、コーティング後に切断できる。薄い低アルカリまたは低ナトリウムガラスは、低重量であり、低ＣＴＥ、低アルカリまたは低ナトリウム製品と関連する費用を最小にする。
ラミネーションは、以下の利点の１つ以上を提供できる：天気／自然災害恩恵、耐久性、デザイン汎用性、設置容易性、および製造容易性。ラミネーションは、様々の基板へ薄いガラスを積層するために使用できる。

本発明の積層物品および層状物品は、例えば、建物（商業用および居住用）におけるルーフトップ用途、およびオン−オフグリッドのための、光起電装置に使用できる。
積層物品および層状物品は、例えば、光起電装置の外側、中央または内側基板または表板として組み込まれてもよい。
本発明の原理および範囲を逸脱せずに、本発明に様々の変更および変化が可能であることが当業者に明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内に基づくものであれば、本発明の変更および変化を含むことが意図される。

Claims (5)

  1. ５００℃以上の歪点を有するガラス層；
    該ガラス層上に配置された光起電性機能材料；
    ガラス、ポリマー、またはそれらの組合せを含み、前記ガラス層より大きい厚さを有する基板；および
    該基板と、前記ガラス層または前記光起電性機能材料のいずれかとの間に配置されたラミネート層、
    を含むことを特徴とする物品。
  2. 前記ガラス層が、５４０℃以上の歪点を有することを特徴とする請求項１記載の物品。
  3. 前記ガラス層の熱膨張係数が、３０×１０−７／℃から９０×１０−７／℃までの範囲であることを特徴とする請求項１記載の物品。
  4. 前記ガラス層が、１０質量％以下の酸化ナトリウム含有量を有することを特徴とする請求項１記載の物品。
  5. ５００℃以上の歪点を有するガラス層；
    該ガラス層上に配置された光起電性機能材料；および
    前記ガラス層に接触しない、前記光起電性材料の表面上に配置された保護層、
    を含むことを特徴とする物品。
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