BRPI0808682A2

BRPI0808682A2 - Método de fabricar um dispositivo fotovoltaico com revestimento resistente a arranhões e produto resultante

Info

Publication number: BRPI0808682A2
Application number: BRPI0808682-6A2A
Authority: BR
Inventors: Pramod K Sharma
Original assignee: Guardian Industries
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2008-02-01
Publication date: 2014-08-12
Also published as: EP2590222A1; WO2008112047A3; WO2008112047A2; US20100269901A1; US8450600B2; EP2118934A2; US7767253B2; US20080220152A1; RU2009137396A

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE FABRICAR UM DISPOSITIVO FOTOVOLTAICO COM REVESTIMENTO RESISTENTE A ARRANHÕES E PRODUTO RESULTANTE”.

A presente invenção refere-se a um processo de fabricar um re5 vestimento antirreflexo (AR) suportado por um subestrato de vidro para aplicação em um dispositivo fotovoltaico ou similar. O revestimento antirreflexo inclui, em determinadas modalidades exemplares, óxido/s metálico/s e sílica porosa, que podem ser produzidos utilizando um processo sol-gel. O revestimento AR pode, por exemplo, ser produzido usando um processo sol-gel. O 10 revestimento AR pode, por exemplo, ser depositado sobre vidro usado como um superstrato para a produção de dispositivos fotovoltaicos, embora também possa ser usado em outras aplicações.

Antecedentes da Invenção

O vidro é desejável por suas numerosas propriedades e aplica15 ções, inclusive clareza óptica e aparência visual total. Para algumas aplicações exemplares, determinadas propriedades ópticas (por exemplo, transmissão de luz, reflexão e/ou absorção) são desejadas ser otimizadas. Por exemplo, em determinadas instâncias ilustrativas, redução de reflexão de Iuz pela superfície de um subestrato de vidro pode ser desejável para vitrines na 20 frente de lojas, caixas de mostruários, dispositivos fotovoltaicos tais como pilhas solares, molduras de quadros, outros tipos de janelas, e assim por diante.

Dispositivos fotovoltaicos tais como pilhas solares (e módulos para as mesmas) são conhecidos da técnica. O vidro constitui uma parte 25 integrante da maioria dos módulos fotovoltaicos comerciais comuns, inclusive tanto os cristalinos como dos tipos de película delgada. Uma célula/módulo solar pode incluir, por exemplo, uma película de transferência fotovoltaica constituída de um ou mais camadas localizadas entre um par de substratos. Um ou mais dos substratos pode ser de vidro, e a película de 30 transferência fotoelétrica (tipicamente semicondutora) é para converter energia solar em eletricidade. Pilhas solares exemplares são expostas nas patentes US: 4.510.344; 4.800.436; 6.506.622; 5.977.477; e JP 07-122764; as invenções das quais são aqui incorporadas a título de referência.

O/s subestrato/s em uma pilha/módulo solar são às vezes constituídos de vidro. A radiação entrante passa através do subestrato de vidro incidente da pilha solar antes de atingir a camada ou camadas ativas antes de atingir a camada e/ou camadas ativas (por exemplo, película de transferência fotoelétrica tal como um semicondutor) da pilha solar. A radiação que é refletida pelo subestrato de vidro não penetra na camada ou camadas ativas da pilha solar, desse modo resultando em uma pilha solar menos eficiente. Em outras palavras, seria desejável decrescer o valor de radiação que é refletido pelo subestrato incidente, desse modo aumentando o valor de radiação que penetra na camada ativa da pilha solar. Particularmente, a potência de saída de uma pilha solar ou módulo fotovoltaico (PV) pode ser dependente da quantidade de luz, ou numero de fotos, dentro de um a faixa específica do espectro solar que passa através do subestrato de vidro incidente e atinge o semicondutor fotovoltaico.

Devido à potência de saída do módulo poder depender a quantidade de Iuz dentro do espectro solar que passa através do vidro e atinge o semicondutor PV, determinadas tentativas foram feitas buscando reforçar a transmissão solar total através do vidro usado em módulos PV. Uma tentati20 va é o uso de vidro isento de ferro ou ‘transparente’ que pode aumentar o grau de transmissão de Iuz solar quando comparado com o vidro plano regular, através da minimização de absorção.

Em determinadas modalidades exemplares da presente invenção, uma tentativa de se endereçar aos problemas supracitados é efetuada 25 usando um revestimento antirreflexivo (AR) sobre um subestrato de vidro (o revestimento AR pode ser prestado sobre um ou outro lado do subestrato de vidro em diferentes modalidades da invenção). Um revestimento AR pode aumentar a transmissão de Iuz através do subestrato para que Iuz adicional atinja a película absorvedora semicondutora do PV. Assim, a potência de um 30 módulo PV pode ser aperfeiçoada em determinadas modalidades exemplares da presente invenção.

É conhecido o emprego de sílica porosa como revestimento AR sobre um subestrato de vidro. Porém um revestimento AR produzido exclusivamente de sílica porosa pode ser ineficaz com respeito à resistência a arranhões em determinados casos. Uma resistência a arranhões tão baixa pode ser causada pela presença de poros, especialmente um grande núme5 ro de poros, no revestimento AR. Pode se apresentar a necessidade de aumentar a propriedade resistente a arranhões de revestimentos AR a qualquer transmissão dada para revestimentos AR de alto desempenho que podem ser usados como um superestrato PV. Assim, será apreciado que pode existir a necessidade por um revestimento AR aperfeiçoado para pilhas sola10 res ou outras aplicações, para reduzir a reflexão de vidro e de outros substratos.

Sumário de Modalidades Exemplares da Invenção

Determinadas modalidades exemplares da presente invenção referem-se, em parte, à formulação e manufatura de revestimentos AR pro15 duzidos usando um processo sol-gel baseado sobre óxidos metálicos contendo sílica porosa, para uso em conexão com vidro proposto para ser usado como um subestrato em um dispositivo fotovoltaico ou semelhante. Estes revestimentos de sílica porosa podem ter alta transmitância, dessa maneira aperfeiçoando a eficiência e/ou a potência do dispositivo fotovoltaico em de20 terminadas modalidades exemplares. Estes revestimentos também podem ter resistência aperfeiçoada a arranhões.

Em determinadas modalidades exemplares da presente invenção, é apresentado um processo de produzir um revestimento antirreflexão para aplicação em um dispositivo fotovoltaico ou similar, o processo com25 preendendo; a formação de um componente polimérico de sílica por misturar pelo menos um silano com um ou mais de um primeiro solvente, um catalisador, e água; formando um sol-gel por misturar o componente polimérico com uma sílica coloidal, e opcionalmente um segundo solvente, formando um sol de óxido metálico por misturar um silano com um óxido metálico, um 30 catalisador, água, opcionalmente um agente complexo, e opcionalmente um terceiro solvente, misturando a sílica gel com o sol de óxido metálico, moldando a mistura pelo revestimento por centrifugação para formar uma camada sobre um subestrato de vidro, e curando e/ou tratando termicamente a camada, a camada compondo pelo menos parte do revestimento antirreflexo (AR).

Os óxidos metálicos usados na produção da camada baseada 5 em sílica porosa (por exemplo, ver a camada 3a nas figuras) são vantajosos pelo fato de poder permitir que a resistência a aranhões resultante da camada final 3a seja maior ou aumentada. Estes óxidos metálicos podem permitir que os materiais da camada baseada em sílica porosa reajam de maneira a aumentar a dureza da camada resultante, o que é vantajoso.

Em determinadas modalidades exemplares da presente inven

ção, é apresentado um método de fabricar um revestimento antirreflexão usando um processo de sol-gel incluindo: formar um componente polimérico de sílica por misturar glicidoxipropiltrimetoxisilano com primeiro solvente, um primeiro catalisador, e água, formando uma sílica sol-gel por misturar o 15 componente polimérico com uma sílica coloidal e um segundo solvente, formar um sol de óxido metálico por misturar pelo menos glicidoxipropiltrimetoxisilano com um óxido metálico, um segundo catalisador, e um terceiro solvente, formando um sol-gel combinado por misturar a sílica sol com o sol de oxido metálico, moldar o sol-gel combinado pelo revestimento por centrifu20 gação para formar um revestimento sobre um subestrato, e efetuar a cura ou tratamento térmico do revestimento.

Em determinadas modalidades exemplares, existe um método para fabricar um revestimento para deposição sobre um subestrato que inclui: a formação de um sol-gel combinado por misturar um silano com um 25 solvente, um catalisador, água, uma sílica coloidal, e um óxido metálico, moldar o sol-gel combinado pelo revestimento com centrifugação para formar uma camada sobre um subestrato, e efetuar a cura ou tratamento térmico da camada.

Em determinadas modalidades exemplares, existe um dispositivo fotovoltaico incluindo uma película fotovoltaica, e pelo menos um subestrato de vidro sobre um lado incidente pela Iuz do filme fotovoltaico; um revestimento antirreflexão previsto sobre o subestrato de vidro; no qual o revestimento antirreflexão compreende pelo menos uma camada prevista diretamente sobre e em contato com o subestrato de vidro, no qual a camada compreende um óxido metálico. Opcionalmente, o subestrato de vidro compreende um vidro de sílica soda cal incluindo os seguintes ingredientes: Si5 O2, 67-75% em peso; Na2O, 10-20% em peso; Cão, 5-15% em peso; MgO, 0-7% em peso; AI2O3, 0-5% em peso; K2O3, Li2O, 0-1,5% em peso, e BaO, ΟΙ,5% em peso. Opcionalmente, a camada prevista diretamente sobre e em contato com o subestrato de vidro compreende sílica porosa e/ou 3AI203; AI2O3, SiO2, MgAI2O4, ZrO2, AI2O3l ou CaAI2Si2O3.

Descrição Sucinta dos Desenhos

A figura 1 é uma vista em seção transversal de um artigo revestido incluindo um revestimento antirreflexão (AR) produzido de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção (este artigo revestido da figura 1 pode ser usado em relação com um dispositivo fotovoltaico ou em 15 qualquer outra aplicação apropriada em diferentes modalidades de realização da presente invenção).

A figura 2 mostra uma vista em seção transversal de um dispositivo fotovoltaico que pode usar o revestimento antirreflexão da figura 1. Descrição Detalhada de Modalidades Exemplares da Invenção Reportando-se mais especificamente aos desenhos apensos

nos quais numerais de referência idênticos indicam partes idênticas através da totalidade das várias vistas.

A presente invenção trata de revestimentos antireflexo (AR) previstos para artigos revestidos que podem ser usados em dispositivos tais 25 como dispositivos fotovoltaicos, vitrines de lojas, mostruários, quadros, outros tipos de janelas, e semelhantes. Em determinadas modalidades exemplares (por exemplo, em dispositivos fotovoltaicos), o revestimento AR pode ser munido quer sobre o lado que a Iuz incide quer sobre o outro lado do subestrato (por exemplo subestrato de vidro).

Dispositivos fotovoltaicos tais como pilhas solares convertem

radiação solar em energia elétrica útil. A conversão de energia ocorre tipicamente como o resultado do efeito fotovoltaico. A radiação solar (por exemplo. Iuz solar) incidindo sobre um dispositivo fotovoltaico é absorvida por uma região ativa de material semicondutor (por exemplo, uma película semicondutora incluindo uma ou mais camadas semicondutoras tais como camadas Si1 o semicondutor por vezes sendo designado de uma camada ou filme 5 absorvente) gera pares de elétron-buraco na região ativa. Os elétrons e buracos podem ser separados por um campo elétrico de uma junção no dispositivo fotovoltaico. A separação dos elétrons e buracos pela junção resulta na geração de uma corrente e tensão elétrica. Em determinadas modalidades exemplares, o fluxo de elétrons no sentido da região do material semicondu10 tor dotada de condutividade tipo-n, e o fluxo de buracos no sentido da região do semicondutor dotada de condutividade tipo-p. Corrente pode passar através de um circuito externo conectando a região tipo-n como a região tipo-p como Iuz continua a gerar pares de elétrons-buracos no dispositivo fotovoltaico.

Em determinadas modalidades exemplares, dispositivos fotovol

taicos de silicone amorfo de junção única (a-Si) incluem três camadas semicondutoras. Mais especificamente, uma camada-p, uma camada-n e uma camada-i que é intrínseca. O filme de silicone amorfo (que pode incluir uma ou mais camadas tais como camadas tipo p, n e i, pode ser de silicone amor20 fo hidrogenado em determinados casos, porém também pode ser de ou incluir carbono de silicone amorfo ou germânio de silicone amorfo hidrogenado ou semelhante, em determinadas modalidades exemplares da presente invenção. Por exemplo, e sem limitação, quando um fóton de Iuz é absorvido na camada-i da origem a uma unidade de corrente elétrica (um par de elé25 tron-buraco). As camadas p e n que contém íons dopantes carregados estabelecem um campo elétrico através da camada-i que extrai a carga elétrica da camada-i e a transmite para um circuito externo opcional onde pode prestar energia para componentes elétricos. Observe-se que embora determinadas modalidades exemplares da invenção seja dirigida no sentido de dispo30 sitivos fotovoltaicos baseados em silicone amorfo, a presente invenção não está assim limitada e pode ser usada em conjunção com outros tipos de dispositivos fotovoltaicos em determinados casos incluindo porém estar limitados a dispositivos incluindo outros tipos de material semicondutor, pilhas solares de película delgada única ou em tandem, dispositivos fotovoltaicos CdS e/ou CdTe, polissilicone e/ou dispositivos foto voltaicos de Si microcristalinos, e semelhantes.

5 Em determinadas modalidades exemplares da presente inven

ção, um revestimento AR aperfeiçoado é previsto sobre um subestrato de vidro incidente de um dispositivo fotovoltaico tal como uma pilha solar ou semelhante. Este revestimento AR pode funcionar para reduzir a reflexão de Iuz do subestrato de vidro, desse modo permitindo mais Iuz dentro do espec10 tro solar a passar através do subestrato de vidro incidente e alcançar o filme semicondutor fotovoltaico para que o dispositivo possa ser mais eficiente. Em outras modalidades exemplares da presente invenção, tal como um revestimento AR é usado em outras aplicações além dos dispositivos fotovoltaicos tais como vitrines de lojas, expositores, molduras de quadros, outros 15 tipos de janelas, e semelhantes. O subestrato de vidro pode ser um superestrato de vidro ou qualquer outro tipo de subestrato de vidro em diferentes casos.

A figura 1 é uma vista em seção transversal de um artigo revestido de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção. O artigo revestido da figura 1 inclui um subestrato de vidro 1 e um revestimento AR 3. O revestimento AR inclui uma primeira camada 3a e uma camada de cobertura opcional 3b.

Na modalidade da figura 1, o revestimento antirreflexo 3 inclui a primeira camada 3a ou incluindo sílica porosa, que é produzida usando o 25 processo sol-gel incluindo óxidos metálicos. Estes óxidos metálicos podem, por exemplo, ser selecionados de óxidos metálicos dotados de um índice refrativo inferior a cerca de 2,0 (tal como, por exemplo, óxidos de alumínio como mulita, silimanita e alumina, óxidos de magnésio-alumínio como o espinélio, óxidos de zircônio como zirconia, óxidos de cálcio-alumínio como 30 anortrita). A primeira camada 3a pode ser de qualquer espessura apropriada em determinadas modalidades exemplares da presente invenção.

Opcionalmente, o revestimento AR 3 também pode incluir um sobrerrevestimento 3b de ou incluindo material tal com óxido de silício (por exemplo SiO2), ou semelhante, que pode ser previsto sobre a primeira camada 3a em determinadas modalidades exemplares da presente invenção como mostrado na figura 1. A camada de sobrerrevestimento 3b pode ser 5 depositada sobre a camada 3a de qualquer maneira apropriada. Por exemplo, um alvo de Si ou SiAI pode ser depositado por crepitação em uma atmosfera de oxigênio e argônio para depositar a camada inclusive de óxido de silício 3b. Alternativamente, a camada que inclui o óxido de silício 3b poderia ser depositada por pirólise à chama, ou qualquer outra técnica conve10 niente tal como pulverização, revestimento a rolo, impressão, via solução sol-gel precursora de sílica (sucedida por secagem e cura), revestimento com uma dispersão de sílica de nano ou partículas coloidais, deposição na fase de vapor, e assim por diante. Observe-se formar outras camadas sobre a camada de sobre revestimento 3b em determinadas instâncias exempla15 res. É também possível formar outras camadas entre as camadas 3a e 3b, e/ou entre o subestrato de vidro 1 e a camada 3a, em diferentes modalidades exemplares da presente invenção.

Observa-se que a camada 3a e/ou 3b pode ser dopada com outros materiais tais como titânio, alumínio, nitrogênio ou similar.

Em determinadas modalidades exmplares da presente invenção,

vidro de alta transmissão de baixo teor de ferro pode ser usado para o subestrato de vidro 1 de maneira a aumentar adicionalmente a transmissão de radiação (por exemplo, fótons) para as camadas ativas de a pilha solar ou semelhante. Por exemplo e sem limitação, vidro transparente standard, e/ou 25 vidro de baixo teor de ferro, tal como Guardian’s Extra Clear, UItraWhie ou Solar. Não importa a composição do subestrato de vidro, determinadas modalidades de revestimentos antirreflexão produzidas de acordo com a presente invenção podem aumentar a transmissão de Iuz para a película semicondutora ativa 5 (uma ou mais camadas) do dispositivo fotovoltaico e/ou 30 tem uma resistívidade a arranhões desejável ou aperfeiçoada.

Determinados vidros para o subestrato de vidro 1 (que podem ou não ser tratados em diferentes casos) de acordo com modalidades ilustrativas da presente invenção utilizam vidro plano de soda-cal-sílica como seu vidro/composição base. Além do vidro de composição base, uma parte corante pode ser prevista de maneira a obter um vidro que é bastante transparente em cor e/ou tem uma alta transmissão visível. Um vidro a base de so5 da-cal-sílica típico de acordo com determinadas modalidades da presente invenção, em uma base percentual por peso, inclui os seguintes ingredientes básicos: SiO2 67-75% por peso, Na2O, 10-20% por peso; CaO, 5-15%; MgO, 0-7% por peso; AI2Os, 0-5% por peso, K2O, 0-5% por peso; Li2O, 0-1,5% por peso; e BaO, 0-1%, por peso.

Outros ingredientes secundários, inclusive vários auxiliares de

refino, tais como SO3, carbono e semelhantes também podem ser incluídos no vidro base. Em determinadas modalidades, por exemplo, vidro aqui pode ser produzido de matérias-primas por lotes, areia de sílica, soda calcinada, dolomita, calcário, com o uso de sais de sulfato tais como sulfato de sódio 15 comercial (Na2SO4) e/ou sal de Epson (MgSO4 x 7H20) e/ou gipso (e;g; cerca de uma combinação de 1:1 de qualquer um) como agentes de refino. Em determinadas modalidades exemplares, vidros a base de sílicacal sodada aqui incluem por peso de cerca de 10-15% de Na2O e de cerca de 6-12% de CaO, por peso.

Além do vidro base acima, na fabricação de vidro de acordo com

determinadas modalidades exemplares da presente invenção, o lote de vidro inclui materiais (inclusive corantes e/ou oxidantes) que causam o vidro resultante a ser bastante neutro em cor (ligeiramente amarelo em determinadas modalidades ilustrativas, indicadas por um valor positivo b*) e/ou tem uma 25 transmissão de Iuz visível. Estes materiais podem estar presentes quer nas matérias-primas (por exemplo pequenas quantidades de ferro), ou podem ser adicionadas aos materiais de vidro base no lote (por exemplo, cério, érbio e/ou semelhante). Em determinadas modalidades exemplares da presente invenção, o vidro resultante tem transmissão visível de pelo menos 75%, 30 de preferência pelo menos 80%, e ainda mais preferível de pelo menos 85%, e preferencialmente de pelo menos cerca de 90% (Lt D65). Em determinados exemplos não limitativos, as ditas altas transmissões podem ser obtidas a uma espessura de vidro de referência de cerca de 3 a 4 mm. Em determinadas modalidades exemplares da presente invenção, além do vidro base, o vidro e/ou o lote de vidro compreende ou consiste essencialmente de materiais conforme expostos na Tabela 1 abaixo (em termos de percentual por peso da composição de vidro total):

Tabela 1

Geral (% em

. Mais Preferido Preferencial

peso)

0,001-0,06% 0,005-0,04% 0,01-0,03%

0 - 0,30% 0,01 - 0,12% 0,01 - 0,07%

0-1,0% 0,005-0,1% 0,01-0,04%

0,05 a 0,5% 0,1a 0,5% 0,1 a 0,35%

Em determinadas modalidades exemplares, o teor de ferro total do vidro é mais preferivelmente de 0,01 a 0,06%, mais preferível de 0,01 a 0,044%, e preferencialmente de 0,01 a 0,03%. Em determinadas modalidades exemplares de 0,01 a 0,03%. Em determinadas modalidades ilustrativas da presente invenção, a parte corante é substancialmente isenta outros corantes (salvo potencialmente traços). Todavia, deve ser apreciado que valores percentuais de outros materiais (por exemplo auxiliares de refino, corantes e/ou impurezas) podem estar presentes no vidro em determinadas outras modalidades da presente invenção sem prejuízo das finalidades ou objetivos da presente invenção. Por exemplo, em determinadas modalidades exemplares da pressente invenção, a composição de vidro é substancialmente isenta ou livre de um, dois, três ou quatro ou todos de: óxido de érbio, óxido de níquel, óxido de cobalto, óxido de neodímio, óxido de crômio, e selênio. A frase 'substancialmente livre’ significa não mais de 2 ppm e possivelmente tão baixa quanto 0 ppm do elemento ou material. Observe-se que embora a presença de óxido de cério tenha preferência em muitas modalidades da invenção, não é requerida em todas as modalidades e na verdade seja intencionalmente omitida em muitas instâncias. Todavia, em determinadas modalidades ilustrativas da presente invenção, pequenas proporções de óxido de érbio podem adicionadas ao vidro na parte corante (por exemplo de

Ingrediente

Ferro total (como Fe2O3) óxido de cério TiO2 Óxido de érbio cerca de 0,1 % a 0,5% de óxido de érbio).

A quantidade total de ferro presente no lote de vidro e no vidro resultante, isto é, na sua parte corante, é expressa aqui em termos de Fe2Os de acordo com a prática convencional. Isto, todavia, não implica que todo o 5 ferro esteja efetivamente na forma de Fe2O3 (embora exposta acima sob este aspecto). De maneira idêntica, a proporção de ferro no estado ferroso (Fe+2) é reportada aqui como FeO, embora todo o ferro ferroso no lote de vidro ou no vidro possa não ser na forma de FeO. Como mencionado acima, o ferro no estado ferroso (Fe2+; FeO) é um corante azul esverdeado, en10 quanto o ferro estado férrico (Fe3+) constitui um corante amarelo esverdeado: e o corante azul esverdeado do ferro ferroso é de específica consideração, uma vez que como um forte corante introduz cor significante no vidro que por vezes pode ser indesejável ao buscar-se realizar uma cor neutra ou transparente.

Observa-se que a superfície incidente pela Iuz do subestrato de

vidro 1 pode ser plana ou configurada em diferentes modalidades exemplares da presente invenção.

A figura 2 é uma vista em seção transversal de um dispositivo fotovoltaico (por exemplo pilha solar) para converter a Iuz em eletricidade, de acordo com uma modalidade ilustrativa da presente invenção. A pilha solar da figura 2 utiliza o revestimento AR 3 e o subestrato de vidro 1 mostra na figura 1 em determinadas modalidades exemplares da presente invenção. Na presente modalidade ilustrativa, a Iuz entrante ou incidente proveniente do Sol ou semelhante é inicialmente incidente sobre a camada opcional 3b do revestimento AR 3, passa através da mesma e a seguir através da camada 3a e através do subestrato de vidro 1 e eletrodo condutivo transparente frontal 4 antes de atingir o semicondutor fotovoltaico (película ativa) 5 de a pilha solar. Observe-se que a pilha solar também pode incluir, porém não exige, uma película óxido otimizadora da reflexão e/ou película EVA 6 e/ou uma traseira metálica ou contato de outro modo condutivo e/ou refletor 7 como mostrado no exemplo da figura 2. Outros tipos de dispositivos fotovoltaicos podem naturalmente ser usados, e o dispositivo da figura 2 é meramente apresentado para fins de exemplo e de entendimento.Como explanado acima, o revestimento AR 3 pode reduzir a reflexão da Iuz incidente e permitir que mais Iuz atinja a película semicondutora delgada do dispositivo fotovoltaico desse permitindo que o dispositivo atue mais eficientemente.

5 Embora determinados revestimentos AR 3 expostos acima se

jam usados no contexto dos dispositivos/módulos fotovoltaicos, a invenção não está limitada aos mesmos. Revestimentos AR 3 (que podem incluir apenas 3a

em determinados casos) de acordo com a presente invenção podem ser u10 sados em outras aplicações tais como molduras de quadros, portas para lareiras, e semelhantes. Também, outras camadas podem ser previstas sobre o subestrato de vidro sob o revestimento AR de forma que o revestimento AR é considerado sobre o subestrato de vidro mesmo caso outras camadas sejam previstas intermediariamente. Também, embora a primeira cama15 da 3a situe-se diretamente sobre e em contato com o subestrato de vidro 1 na modalidade da figura 1, é possível proporcionar outras camadas entre o subestrato de vidro e a primeira camada em modalidades alternativas da presente invenção.

É exposta abaixo uma descrição de como o revestimento AR 3 pode ser produzido de acordo com determinadas modalidades não Iimitativas exemplares da presente invenção.

Modalidades exemplares da presente invenção apresentam um processo de fabricar um revestimento de sílica poroso contendo óxido(s) metálico(s) para uso como o revestimento AR 3 (ou 3a) com transmissão de 25 Iuz apropriada e propriedades de resistência à abrasão ou arranhões. Em determinadas modalidades ilustrativas da presente invenção, a solução de revestimento pode ser baseada sobre uma mistura de pelo menos duas sois. O primeiro sol, que é um sol de sílica, pode ser baseado sobre dos precursores de sílica diferentes (a) uma solução de sílica coloidal incluindo ou consis30 tindo essencialmente de partículas de sílica em um solvente; e (b) uma solução polimérica incluindo ou consistindo essencialmente de cadeias de sílica. A segunda solução, que é ou inclui um sol de óxido metálico, pode ser uma solução polimérica contendo cadeias de sílica assim como um óxido metálico, um silano.

Na fabricação da solução de sílica polimérica para a sílica sol, um silano pode ser misturado com um catalisador, solvente e água; Após agitação, a solução de sílica coloidal (a) é adicionada à solução de sílica polimérica (b), opcionalmente com um solvente. Na fabricação da solução de óxido metálico, um silano é misturado com um óxido metálico, um catalisador e opcionalmente um agente complexo, opcionalmente com um solvente. Após agitar a sol de oxido metálico, é misturada, combinada, e/ou agitada com a sílica sol. O percentual por peso do sol de óxido metálico no gel de sol combinado pode variar de preferência maior que 0 a 15% em peso, e todas subgamas intermediárias, mais preferivelmente 0,1 a 10% por peso,e todas subgamas intermediárias, mais preferivelmente 1 a 5% por peso, e todas as subgamas intermediárias, e preferencialmente cerca de 2% por peso. Em outras modalidades alternativas, proporções superiores a 15% por peso do sol de óxido metálico podem ser usadas.

A solução de revestimento de sol-gel combinada é então depositada sobre um subestrato apropriado tal como de vidro transparente altamente transmissivo direta ou indiretamente. A seguir a solução de revesti20 mento de sol-gel sobre o subestrato de vidro 1 é curada e/ou termicamente tratada, de preferência de cerca e 100 a 750°C, e todas subgamas intermediárias, desse modo formando o revestimento AR sólido 3 sobre o subestrato de vidro 1. A espessura final do revestimento AR 3 pode, porém, não indispensavelmente de espessura de um quarto de onda em determinadas moda25 Iidades exemplares da presente invenção. Verificou-se que um revestimento AR produzido desta maneira pode ter durabilidade adequada, desse modo superando um ou mais dos problemas supracitados de resistência a abrasão/mecânicos nas abordagens da técnica anterior.

Em uma modalidade exemplar o processo de sol-gel usado na formação do revestimento 3 pode compreender: formar um componente polimérico de sílica por misturar glicidoxipropiltrimetoxi silano (que é às vezes designado de ‘glimo’ com um primeiro solvente, um catalisador, e água; formar uma sílica sol-gel por misturar o componente polimérico com uma sílica coloidal, um segundo solvente, formar um sol de óxido metálico por misturar ‘glimo’ com um óxido metálico, um catalisador, água, opcionalmente um agente complexo e um solvente, misturar a sol de sílica com sol de óxido me5 tálico, moldar a mistura por centrifugação para formar um revestimento sobre o subestrato de vidro, e efetuar a cura e tratamento térmico do revestimento. Entre os solventes apropriados podem se incluir, n-propanol, isopropanol, outros álcoois bem conhecidos (por exemplo etanol), e outros solventes orgânicos bem conhecidos (por exemplo toluênio).Os catalisadores apropria10 dos podem incluir, por exemplo, ácidos bem conhecidos, tais como ácido clorídrico, ácido sulfúrico, etc. A sílica coloidal pode compreender, por exemplo, sílica e metil etíl cetona. Os agentes complexos apropriados podem, por exemplo, incluir acetilacetato, N-metil pirrolidona, Ν,Ν-dimetil formamido, N,N dimetilacrilamida, trietanolamina (TEA), dietanolamina, polivinilpirrolido15 ona (PVP), ácido cítrico etc. O misturamento da sílica sol e da sol de óxido metálico ode ocorrer a ou próximo da temperatura ambiente por 15 a 45 minutos (e de preferência em torno de 30 minutos) ou qualquer outro período suficiente para misturar as duas sois quer homogeneamente quer não homogeneamente. A cura pode ocorrer a uma temperatura entre 100 e 150°C 20 por até 2 minutos, e o tratamento térmico pode ocorrer à uma temperatura entre 600 e 750CC por até 5 minutos. Períodos de tempo mais breves e mais longos com temperatura mais altas e mais baixas se enquadram dentro de modalidades exemplares da presente invenção.

Em modalidades alternativas, duas ou mais sois de metal com a 25 sílica sol para formar um sol-gel combinado. Em outras modalidades, ingredientes adicionais, tais como compostos orgânicos, podem ser misturados durante a formação e qualquer um dos óxidos metálicos ou sílica sois, tal como descrito em um pedido de patente US pendente, documento N°3691- 1169, depositado em 2 de fevereiro de 2007.

Os seguintes exemplos ilustram modalidades exemplares, não

Iimitativas da presente invenção.

Preparação de sol de sílica: A sílica sol foi preparada como segue. Um componente polimérico de sílica foi preparado pela utilização em proporção por peso: 64% npropanol, 24% Glicidoxilpropiltrimetoxisilano (Glymo), 7% água, e 5% de ácido clorídrico. Estes ingredientes foram misturados durante 24 horas. A solu5 ção de revestimento foi preparada pela utilização em proporção por peso, 21% solução polimérica, 7% sílica coloidal em metil etil cetona fornecida pela Nissan Chemicals Inc., e 72% de n-propanol. Esta foi mexida durante duas horas para obter sílica sol. A solução final é designada de sílica sol. Embora Glicidoxilpropiltrimetoxisilano constitua um exemplo de silano que é usado, 10 outros silanos podem em vez disso ser usados em diferentes modalidades da presente invenção.

Preparação de sol de mulita QAI7O^SiOg) sol:

Sol de mulita contendo 3 partes de alumina e 2 partes de sílica foi preparada pelo tomar 2,18g de tert butóxido de alumínio e 0,72 g de ace15 tilacetato, 6 g de ácido clorídrico e 20 g de n-propanol. Esta solução foi mexida por 15 minutos. Então 0,5 g de água foi adicionada. A solução foi mexida por outros 15 minutos. A solução final é designada de sol de 3AI203: 2Sí02.

Preparação de sol de silimanita (AI7O^SiQ7) sol:

Sol de silimanita contendo 1 parte de alumina e 1 parte de sílica

foi preparada pelo tomar 2,45 g de terc butóxido de alumínio e 1,25 g de Glicidoxilpropiltrimetoxisilano (Glymo) em uma solução contendo 6 g de acetilacetato, 6 g de ácido clorídrico, e 20 g de n-propanol. Esta solução foi mexida por 15 minutos. A seguir 0,5 g de água adicionada. A solução foi mexida 25 por outros 15 minutos. A solução final é designada de sol de AI2O3^SiO2. Preparação de sol de espinélio (Mg AI7O4) sol:

Sol de espinélio contendo 1 parte de magnésia (MgO) e 1 parte de alumina foi preparada pelo tomar 2,5 g de tert butóxido de alumínio e 1,07 g de acetato de magnésio em uma solução contendo 2 g de acetilacetato, 6 30 g de ácido clorídrico e 20 g de n-propanol. Esta solução foi mexida durante 15 minutos. A seguir 0,5 de água adicionada. A solução foi mexida por outros 15 minutos. A solução final é designada de sol de Mg AI2O4. Preparação de sol de alumina (AI?CM sol:

2,52 g de terc butóxido de alumínio foram misturadas em uma solução contendo 2 g de acetilacetato, 6 g de ácido clorídrico e 20 g de npropanol. Esta solução foi mexida por 15 minutos. A seguir 0,5 de água adicionada. A solução foi mexida por outros 15 minutos. A solução final é designada de sol de AL2O3.

Preparação de sol de zircônio (ZrO2) sol:

3,8 g de butóxido de zircônio foram misturadas em uma solução contendo 2 g de acetilacetato, 6 g de ácido clorídrico, 2 g de ácido nítrico e 20 g de n-propanol. Esta solução foi agitada durante 15 minutos. A seguir

0,5 g de água adicionada. A solução foi mexida por outros 15 minutos. A solução final é designada de sol de ZrO2.

Preparação de anortrita (CaAIpSi2Os) sol:

Solução de anortrita contendo 1 parte de alumina, 2 partes de 15 sílica e 1 parte de óxido de cálcio, foi preparada pelo 2,5 g de terc butóxido de alumínio, 2,3 g de Glicidoxilpropiltrimetoxisilano (Glymo) e 0,8 g de acetato de cálcio em uma solução contendo 2 g de acetilacetato, 6 g de ácido clorídrico, e 20 g de n-propanol. Esta solução foi mexida por 15 minutos. A seguir 0,5 de água adicionada. A solução foi mexida por outros 15 minutos. A 20 solução final é designada de sol de CaAI2SiaO8.

Medição da Resistência a Arranhões

A resistência a arranhões dos revestimentos foi testada usando o MicroTribomêtro manufaturado pela CETR (Centro para Tribologia) usando mídia de vidro de boro silicato pré-limpo (BSG) com diâmetro nominalmente 25 de 3,2 mm. O revestimento aplicado sob teste também foi limpo usando isopropanol e suavemente esfregado com Shurwipes macio anteriormente ao teste. Modalidade de carga constante foi selecionada para avaliar os revestimentos AR.

O processo de carregamento é descrito como segue. A mídia de BSO é inserida em um receptáculo de mídia que é afixado a um sensor de carga (no presente caso foram utilizados 50 g ou sensor de carga de cerca de 500 mN). O carro portador do sensor de carga foi permitido (conforme nossa instrução pré-programada) a se propagar para baixo para permitir o assentamento da mídia sobre a superfície do espécime a uma carga predeterminada (no nosso caso, foi de entre 20-130 mN) sucedido por uma velocidade de propagação predeterminada (no nosso caso foi de 30 mm em 60 5 segundos) do estágio do espécime. Cada processo de arranhar foi acompanhado por exame visual e microscópico da superfície de revestimento na busca por danos por arranhões. O processo foi repetido algumas vezes para cada revestimento. A carga sob a qual arranhões se tornaram visíveis é definida como carga de arranhar crítica.

Exemplo n° 1

O revestimento de sílica foi fabricado usando o processo de revestimento por centrifugação com 1000 rpm por 18 segundos. A carga de arranhar crítica deste revestimento é de 30mN como mostrado na tabela 2. Exemplo n° 2

O exemplo n2 2 é o mesmo que o exemplo nQ 1 exceto a sol

3AI2O3: 2SÍO2 e a sol de sílica ter sido tomada em uma relação de 2:98% em peso respectivamente e misturadas por 30 minutos à temperatura ambiente anterior ao revestimento por centrifugação. A carga de arranhar crítica deste revestimento é de 50mN como mostrado na tabela 2.

Exemplo n° 3

O exemplo n23é idêntico ao exemplo n- 2 exceto que a sol de AI2O3 e a sol de sílica ter sido tomada em uma relação de 2:98% em peso, respectivamente. A carga de arranhar crítica deste revestimento e de 7mN como mostrado na Tabela 2.

Exemplo n° 4

O exemplo n- 4 é idêntico ao exemplo n- 2 exceto que a sol de Mg AI2O4 e a sol de sílica ter sido tomada em uma relação de 2:98% em peso, respectivamente. A carga de arranhar crítica deste revestimento é de 40 mN como mostrado na tabela 2.

Exemplo n° 5

O exemplo n2 5 é idêntico ao exemplo n2 2 exceto que sol de ZrO2 e sílica sol terem sido tomada em uma relação de 2:98% em peso, respectivamente. A carga de arranhar crítica deste revestimento é de 80 mN como mostrado na tabela 2.

Exemplo n° 6

O exemplo n2 6 é idêntico ao exemplo n2 2 exceto que sol de AI2O3 e sílica sol terem sido tomada em uma relação de 2:98% em peso, respectivamente. A carga de arranhar crítica deste revestimento é de 70 mN como mostrado na tabela 2.

Exemplo n° 7

O exemplo n2 7 é idêntico ao exemplo n2 2 exceto que sol de CaAI2Si208 e sílica sol terem sido tomadas em uma relação de 2:98% em peso, respectivamente. A carga de arranhar crítica deste revestimento é de 100mN como mostrado na tabela 2.

Exemplo Sol Óxido Metálico Sol de Sílica Arranhão Invisível ns (% em peso) (% em peso) aos Olhos (CRL) Exemplo Nenhum 100 30 mN ne 1 Exemplo 3AI203: 2Si02 98 50 mN n22 Exemplo AI2O3 : SiO2 98 70 mN n-3 Exemplo Mg AI2O3 98 40 mN n2 4 Exemplo ZrO2 98 80 mN n2 5 Exemplo AI2O3 98 70 mN n2 6 Exemplo CaAI2Si2Os 98 IOOmN ns 7 Tabela 2 - Revestimento de Derivado de Sílica Porosa e Aditi

vos

A tabela 2 ilustra que aproximadamente 40-70 mN de carga de arranhar crítica podem ser obtidos utilizando mulita, silimanita e espinélio; aproximadamente 70-80 mN (ou 60-90 nm) de carga de arranhar crítica podem ser obtidos usando alumina e zirconia, e aproximadamente 100 mN (por exemplo de cerca de 0-120 mN) de carga de arranhar crítica podem ser obtidos usando óxidos tri metálicos tal como anortita.

Todos os valores numéricos e proporções são aproximados e abrangem pelo menos alguma variação.

Embora a invenção tenha sido descrita em relação com a moda

lidade presentemente considerada ser a mais prática e preferencial, deve ser entendido que a invenção não está limitada à modalidade apresentada, porém, pelo contrário, é proposta para abranger várias modificações e disposições equivalentes incluídas dentro do espírito e âmbito das reivindicações apensas.

Claims

1. Método de fabricar um dispositivo fotovoltaico incluindo um revestimento antirreflexo, o método compreendendo: - formar um componente polimérico de sílica por misturar pelo menos glicidoxilpropiltrimetoxisilano com pelo menos um primeiro solvente, um primeiro catalisador, e água; - formar um sol de sílica por misturar o componente polimérico com uma sílica coloidal e um segundo solvente; - formar um sol de óxido metálico por misturar pelo menos glicidoxilpropiltrimetoxisilano com um óxido metálico, um segundo catalisador, e um terceiro solvente; - formar um sol-gel combinado por misturar o sílica sol com o sol de óxido metálico; - moldar o sol-gel combinado para formar uma camada sobre um subestrato de vidro; - curar e/ou tratar termicamente a camada, e usar a camada resultante como pelo menos parte de uma película antirreflexo sobre o subestrato de vidro em um dispositivo fotovoltaico.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que curva é efetuada e ocorrer a uma temperatura entre 100 e 150°C e ter uma duração não superior a cerca de 2 minutos.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o tratamento térmico ocorrer e se processar a uma temperatura entre 600 e 750°C e ter uma duração não superior a cerca de 5 minutos.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, em que um ou mais do primeiro solvente, do segundo solvente e do terceiro solvente compreender n-propanol, e/ou (b) e o revestimento compreender revestimento por centrifugação.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o do primeiro catalisador e/ou segundo catalisador compreender um ácido.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, em que o ácido consiste em ácido clorídrico.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, em que a sílica coloidal compreende metil etil cetona.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o sol de óxido metálico adicionalmente compreende um agente complexo.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, em que o agente complexo compreende um acetilacetato.

10. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o sol-gel combinado compreender pelo menos dois sois de óxido metálico.

11. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o sol de óxido metálico compreende pelo menos 0,1% em peso do sol-gel combinado.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, em que o sol de óxido metálico compreende pelo menos de 1 a 5% em peso do sol-gel combinado.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, em que o sol de óxido metálico compreende 2% em peso do sol-gel combinado.

14. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o óxido metálico compreende pelo menos um óxido de metal selecionado de terc butóxido de alumínio e butóxido de zircônio.

15. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o sol de óxido metálico compreende pelo menos um de 3AI203;2Si02 Al203:SiC>2, Mg AI2O4J ZrO3; A^O3; e CaAl2SÍ208-

16. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o sol de óxido metálico compreende pelo menos um oxido metálico dotado de um índice refrativo (n) não maior que 2,0.

17. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o sol de óxido metálico compreender pelo menos um óxido metálico dotado de um índice refrativo (n) de menos de 2.0.

18. Método de fabricar um dispositivo fotovoltaico incluindo um revestimento antirreflexo, o método compreendendo: - formar um componente polimérico de sílica por misturar pelo menos um silano com pelo menos um primeiro solvente, um primeiro catalisador, e água; - formar um sol de sílica por misturar o componente polimérico com uma sílica coloidal e um segundo solvente; - formar um sol de óxido metálico por misturar pelo menos um silano com óxido metálico, um segundo catalisador, e um terceiro solvente; - formar um sol-gel combinado por misturar o sol de sílica com o sol de óxido metálico; - moldar o sol-gel combinado por revestimento por centrifugação para formar uma camada sobre um subestrato de vidro; - curar e/ou tratar termicamente a camada e usar a camada resultante em pelo menos parte de uma película antireflexo sobre o subestrato de vidro em um dispositivo fotovoltaico.

19. Método de fabricar um revestimento para deposição sobre um subestrato, o método em que compreendendo: - formar um sol-gel combinado por misturar um silano com um solvente, um catalisador, água, uma sílica coloidal, e um óxido metálico; - moldar o sol-gel combinado pelo revestimento por centrifugação para formar uma camada sobre um subestrato de vidro; e - efetuar a cura ou tratamento térmico da camada.

20. Dispositivo fotovoltaico compreendendo: uma película fotovoltaica, e pelo menos um subestrato de vidro sobre um lado da película fotovoltaica sobre o qual a Iuz incide; um revestimento antirreflexo compreender pelo menos uma camada prevista diretamente sobre e contatando subestrato de vidro, no qual a camada com

21. Dispositivo fotovoltaico de acordo com a reivindicação 20, em que o subestrato de vidro compreender um vidro de sílica cal sodada incluindo os seguintes ingredientes: SiO2, 67-75% por peso; Na2O, 10-20% por peso, CaO1 5-15% por peso; MgO, 0-7% por peso; Al203, 0-5% por peso; K2O, 0-5% por peso, Li2O, 0-% por peso; e BaO, 0-1% por 30peso.

22. Dispositivo fotovoltaico de acordo com a reivindicação 20, em que o óxido metálico compreender um ou mais de 3AI203:2Si02, Al203:Si02; Mg AI2O4, ZrO4, Al2O4, Zr03. Al2O3. ou CaAI2Si208.