[发明专利]高透射率玻璃

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2010年9月3日提交的美国临时申请61/379,772的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

发明背景

1.发明领域

本发明总体涉及具有高红外透射率和高可见光透射率的玻璃，更具体地涉及具有低铁含量和低锰含量的高透射率浮法玻璃。

2.技术考虑因素

太阳能电池(光伏电池)和太阳能镜被用于发电领域中。太阳能电池将太阳能转化为电能。太阳能电池典型地具有高透射率盖板，例如玻璃盖板，太阳能通过所述盖板到达太阳能电池的内部。太阳能镜被用于反射太阳能。太阳能镜典型地具有保护玻璃基底。太阳能通过所述基底达到反射涂层，其将太阳能反射回去通过所述玻璃基底以将太阳能导向指定区域。

用于太阳能电池和太阳能镜的玻璃优选地具有在高于380纳米(“nm”)的电磁波谱中的高透射率，例如在可见光范围和红外范围(“IR”)内的高于90%的透射率。这些制品还优选地具有在可见光范围和红外范围内的低吸收率，例如低于2%。所述电磁波谱中的特定可见光和IR范围以及峰值透射率根据光伏电池的半导体材料而变化。例如和不限于所讨论的，对于硅光伏太阳能电池，优选的可见光和IR波长范围处于380-1200nm的范围内，以及峰值透射率处于约900nm-950nm。

一般地，在浮法玻璃的制造中，将玻璃批料熔融。将熔融的玻璃精细化(fined)并均质化，并当其在熔融金属浴上浮动时通过可控地降低熔融玻璃的温度而将经过精制和均质化的熔融玻璃成形为浮法玻璃条带。典型地批料包括砂石、苏打灰、石灰石、白云石和盐饼。尽管苏打灰和盐饼的铁含量天然地非常低，但是其余物料、特别是砂石可能就有相当大浓度的铁，除非它们经过化学处理除去了所述铁。

与玻璃中的铁有关的一个问题是，通常，铁含量(特别是FeO)越高，所述玻璃的透光率越低。对于要求高透光率的应用而言，使用特殊的天然地具有低铁含量的砂石或者已经经过化学处理以除去铁的砂石。然而，这会增加所得玻璃的费用。具有以Fe₂O₃计的低的总铁含量、例如小于约0.025重量%(下文还称作“wt%”或者“wt.%”)的玻璃常规地被称为低铁玻璃。铁不是被有意添加到批料中的，而是作为批料的成分中的杂质存在的。

尽管低铁玻璃中的铁含量低，但是对于太阳能电池而言，希望的是尽可能地减少所述玻璃中亚铁(Fe⁺²)的重量百分比以使得所述玻璃在电磁波谱的可见光和IR范围中的透射率最大化和使得所述玻璃在电磁波谱的可见光和IR范围中的吸收最小化。三价铁(Fe⁺³)形式的铁是与亚铁形式的铁相比效力较低的着色剂，以及使得所述玻璃的透射谱向着黄色偏移并使其偏离玻璃中亚铁的常见绿蓝效应(green-blue effect)。换句话说，增加三价铁形式的铁同时减少亚铁形式的铁增大了所述玻璃在可见光和IR范围中的透射率并减小了所述玻璃在可见光和IR范围中的吸收。

一种降低所述玻璃中亚铁的重量百分比的技术将在玻璃批料中包含氧化剂。过去，氧化剂例如NaNO₃、CeO₂、Sb₂O₃、和As₂O₃已经被添加至所述玻璃组合物中以减少FeO的量。然而，这些以往的氧化剂本身具有包括加工、环境和安全顾虑的缺点。例如，NaNO₃会引起NOx排放的问题以及As₂O₃是有毒的。由于锡浴中导致玻璃中的灰色条纹的反应，Sb₂O_3和As₂O₃与浮法玻璃工艺部不相容。已经发现当暴露于阳光达延长的时间时具有CeO₂的玻璃会出现“暴晒”。“暴晒”或者“暴晒作用”是指将具有二氧化铈的低铁玻璃暴露于阳光导致该玻璃从浅黄色变成浅蓝色，这是由于Ce⁺³被光氧化成Ce⁺⁴并且Fe⁺³被光还原成Fe⁺²。蓝色Fe⁺²比黄色Fe⁺³吸收更多的光，这使得所述玻璃的透射率降低并使得所述太阳能电池的电输出减少。

如现在可以意识到的，提供与所述浮法玻璃相容的如下低铁玻璃体系是有利的，该体系具有低的亚铁形式(Fe⁺²)的铁含量并且不具有与现有玻璃相关的暴晒问题。

发明概述