DE102023118163A1 - Disc-shaped glass article, preferably for solar applications, and process for its manufacture - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein scheibenförmige Glasartikel, welche beispielsweise in solaren Anwendungen als sogenanntes „Vorderseitensubstrat“, also als eine Abdeckung, als Schutz von Photovoltaikmodulen verwendet werden können, beispielsweise auch in Weltraum/outer space-Anwendungen. Weiterhin betrifft die Offenbarung allgemein auch ein Verfahren zur Herstellung solcher scheibenförmiger Glasartikel sowie deren Verwendung.The present disclosure generally relates to disc-shaped glass articles which can be used, for example, in solar applications as a so-called "front side substrate", i.e. as a cover, as protection for photovoltaic modules, for example also in space/outer space applications. Furthermore, the disclosure also generally relates to a method for producing such disc-shaped glass articles and their use.
Description
Gebiet der Erfindungfield of the invention
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein scheibenförmige Glasartikel, welche beispielsweise in solaren Anwendungen als sogenanntes „Vorderseitensubstrat“, also als eine Abdeckung, als Schutz von Photovoltaikmodulen verwendet werden können, beispielsweise auch in Weltraum/outer space-Anwendungen. Weiterhin betrifft die Offenbarung allgemein auch ein Verfahren zur Herstellung solcher scheibenförmiger Glasartikel sowie deren Verwendung.The present disclosure generally relates to disc-shaped glass articles which can be used, for example, in solar applications as a so-called "front side substrate", i.e. as a cover, as protection for photovoltaic modules, for example also in space/outer space applications. Furthermore, the disclosure also generally relates to a method for producing such disc-shaped glass articles and their use.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Allgemein werden scheibenförmige Glasartikel, auch als Glasscheiben oder Substrate bezeichnet, als Abdeckungen (auch Deckgläser oder Deckscheiben bezeichnet) für Solarmodule verwendet. Die scheibenförmigen Glasartikel dienen dabei als Schutz für die von ihnen abgedeckten Photovoltaikzellen, beispielsweise vor mechanischer Beanspruchung, aber auch vor Korrosion. Gleichzeitig müssen die Deckgläser aber auch hinreichend transparent sein, damit genug Licht durch sie hindurchtritt, um eine effiziente Stromerzeugung zu ermöglichen.In general, disc-shaped glass articles, also known as glass panes or substrates, are used as covers (also known as cover glasses or cover panes) for solar modules. The disc-shaped glass articles serve to protect the photovoltaic cells they cover, for example against mechanical stress, but also against corrosion. At the same time, the cover glasses must also be sufficiently transparent so that enough light passes through them to enable efficient power generation.
Bei Solarmodulen oder Solarpaneelen für terrestrische Anwendungen können die verwendeten Deckscheiben dabei häufig bis zu mehreren Millimetern dick sein und sind häufig speziell ausgestaltet, um beispielsweise eine diffuse Reflexion zu ermöglichen, wozu die Oberfläche der Deckscheibe beispielsweise eine spezielle raue oder auch pyramidenförmige Struktur aufweisen kann. Die terrestrischen Solarmodule sind der Witterung ausgesetzt. Im Gegensatz dazu werden an Deckscheiben, die speziell für den Einsatz im Weltraum gedacht sind, deutlich andere Anforderungen gestellt. Zwar sollten auch Gläser für Deckscheiben für terrestrische Solarmodule möglichst nicht solarisationsanfällig sein. Diese Punkte verschärfen sich jedoch bei einem Einsatz im Weltraum, da hier zum einen die Strahlung deutlich erhöht ist, andererseits wegen der sogenannten Payload, also des Transportgewichts, die Deckscheibe möglichst dünn sein sollte, da die Deckscheibe im All keiner Witterung ausgesetzt ist - dadurch ergeben sich aber Schwierigkeiten, das Material der Deckscheibe so einzustellen, dass trotz einer geringen Dicke ein ausreichender Schutz der unter der Deckscheibe liegenden Solarzellen gewährleistet wird, insbesondere der Schutz vor schädlicher UV-Strahlung. UV-Strahlung kann insbesondere zur Alterung der Klebeschichten, die zwischen Deckglas und Solarzellen angeordnet sind und diese verbinden, führen. Um dies zu verhindern, können dem Glas, welches die Deckscheibe bildet, Komponenten wie Blei, Titan oder Cer zugesetzt werden, welche die Abschirmwirkung gegenüber Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, verbessern. Nachteilig daran ist aber allgemein, dass solche Komponenten nicht allein die Abschirmwirkung gegenüber Strahlung verbessern, sondern selbstverständlich allgemein die Glaseigenschaften beeinflussen. Beispielsweise weisen bekannte Gläser, welche über eine ausreichende Abschirmwirkung verfügen, häufig einen ungünstigen, zu hohen Brechungsindex auf, die thermische Dehnung ist nicht ausreichend an das Material des Solarmoduls, beispielsweise die Polymerschicht und/oder das Material der Solarzellen, angepasst und/oder die Schmelzeigenschaften des Glases ermöglichen keine kostengünstige Herstellung. Im Falle von Blei kommt noch hinzu, dass dieses Material die Dichte des Glases - und damit die Payload der resultierenden Deckscheibe - erhöht und außerdem toxisch ist.In the case of solar modules or solar panels for terrestrial applications, the cover plates used can often be up to several millimeters thick and are often specially designed to enable diffuse reflection, for example, for which the surface of the cover plate can have a special rough or pyramid-shaped structure. Terrestrial solar modules are exposed to the weather. In contrast, cover plates that are specifically designed for use in space have significantly different requirements. Glass for cover plates for terrestrial solar modules should also be as immune to solarization as possible. However, these points are exacerbated when used in space, since on the one hand the radiation is significantly increased here, and on the other hand, due to the so-called payload, i.e. the transport weight, the cover plate should be as thin as possible, since the cover plate is not exposed to the weather in space - but this makes it difficult to adjust the material of the cover plate so that, despite a low thickness, sufficient protection of the solar cells underneath the cover plate is guaranteed, in particular protection against harmful UV radiation. UV radiation can in particular lead to aging of the adhesive layers that are arranged between the cover glass and the solar cells and connect them. To prevent this, components such as lead, titanium or cerium can be added to the glass that forms the cover pane, which improve the shielding effect against radiation, in particular UV radiation. The disadvantage of this is that such components not only improve the shielding effect against radiation, but of course also generally influence the properties of the glass. For example, known glasses that have a sufficient shielding effect often have an unfavorable, too high refractive index, the thermal expansion is not sufficiently adapted to the material of the solar module, for example the polymer layer and/or the material of the solar cells, and/or the melting properties of the glass do not allow for cost-effective production. In the case of lead, there is also the fact that this material increases the density of the glass - and thus the payload of the resulting cover pane - and is also toxic.
Die US-amerikanische Patentschrift
Die eigene europäische Patentanmeldung
In der japanischen Patentanmeldung
Die japanische Patentanmeldung
Es besteht damit Bedarf an einem verbesserten Glasmaterial sowie an dieses Glas umfassenden scheibenförmigen Glasartikeln, welche die vorgenannten Schwächen des Standes der Technik zumindest teilweise mindern.There is therefore a need for an improved glass material as well as for disc-shaped glass articles comprising this glass, which at least partially mitigate the aforementioned weaknesses of the prior art.
Aufgabe der Erfindungtask of the invention
Die Aufgabe der Erfindung besteht im Bereitstellen eines scheibenförmigen Glasartikels, insbesondere zur Verwendung als Deckscheibe, vorzugsweise als Deckscheibe für ein Solarmodul insbesondere für den extraterrestrischen Einsatz. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein entsprechendes Glas, aus welchem ein solcher scheibenförmiger Glasartikel ausgebildet sein kann oder welcher ein solches Glas umfasst, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Glasartikels. Ein nochmals weiterer Aspekt ist auf die Verwendung von scheibenförmigen Glasartikeln nach Ausführungsformen der Offenbarung gerichtet.The object of the invention is to provide a disk-shaped glass article, in particular for use as a cover plate, preferably as a cover plate for a solar module, in particular for extraterrestrial use. Further aspects of the invention relate to a corresponding glass from which such a disk-shaped glass article can be formed or which comprises such a glass, and to a method for producing such a glass article. Yet another aspect is directed to the use of disk-shaped glass articles according to embodiments of the disclosure.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte und spezielle Ausführungsformen finden sich in abhängigen Ansprüchen der Beschreibung und den Zeichnungen der Offenbarung.The object is achieved by the subject matter of the independent claims. Preferred and specific embodiments can be found in dependent claims of the description and the drawings of the disclosure.
Die Erfindung betrifft damit allgemein einen scheibenförmigen Glasartikel, der bei einer Dicke des scheibenförmigen Glasartikels von 125 µm
- - bei einer Wellenlänge von 330 nm einen spektralen Transmissionsgrad von weniger als 2 % und bei einer Wellenlänge von 400 nm von wenigstens 87% aufweist und im Wellenlängenbereich von 500 nm bis 1800 nm die mittlere Transmission, bestimmt als arithmetischer Mittelwert über die gemessenen spektralen Transmissionsgrade in diesem Wellenlängenbereich, bei wenigstens 92% liegt sowie optional eines der weiteren Merkmale:
- - bei einer Wellenlänge von 450 nm von wenigstens 88%, bevorzugt wenigstens 89 %, besonders bevorzugt wenigstens 90 %,
- - im Wellenlängenbereich 320 nm bis 340 nm einen Transmissionsgrad von weniger als 1 %,
- - im Wellenlängenbereich von 395 nm bis 420 nm einen Transmissionsgrad von wenigstens 88 %.
- - at a wavelength of 330 nm it has a spectral transmittance of less than 2% and at a wavelength of 400 nm it has a spectral transmittance of at least 87% and in the wavelength range from 500 nm to 1800 nm the mean transmittance, determined as the arithmetic mean of the measured spectral transmittances in this wavelength range, is at least 92% and optionally one of the following features:
- - at a wavelength of 450 nm of at least 88%, preferably at least 89%, particularly preferably at least 90%,
- - in the wavelength range 320 nm to 340 nm a transmittance of less than 1%
- - a transmittance of at least 88% in the wavelength range from 395 nm to 420 nm.
Eine solche Ausgestaltung ist ganz besonders vorteilhaft. Der scheibenförmige Glasartikel nach der Offenbarung ist, wie vorstehend beschrieben, also so ausgestaltet, dass er bereits bei einer sehr geringen Materialdicke von lediglich 125 µm bereits eine ausreichende Abschirmwirkung gegenüber UV-Strahlung aufweist. Die geringe Materialdicke ist dabei vorteilhaft, da der scheibenförmige Glasartikel gerade auch für extraterrestrische Anwendungen gedacht ist und daher zur Vermeidung einer hohen Payload möglichst dünn ausgeführt sein sollte.Such a design is particularly advantageous. The disc-shaped glass article according to the disclosure is, as described above, designed in such a way that it already has a sufficient shielding effect against UV radiation with a very low material thickness of just 125 µm. The low material thickness is advantageous because the disc-shaped glass article is also intended for extraterrestrial applications and should therefore be designed as thin as possible to avoid a high payload.
Allgemein können Glasartikel mit einer von 125 µm Dicke abweichenden Dicke zur Überprüfung, ob sie die vorgenannten Eigenschaften des Glasartikels erfüllen, gedünnt oder übereinandergestapelt werden, um auf die entsprechende Dicke von 125 µm zu kommen, und eine Messung der Transmissionseigenschaften kann entsprechend dann erfolgen. Alternativ oder zusätzlich sind auch mathematische Berechnungen möglich, um eine entsprechende Berechnung von Transmissionswerten für von 125 µm abweichende Glasartikel vornehmen zu können. Dies kann beispielsweise entsprechend der Methode, welche z.B. in der
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird unter einem Glasartikel allgemein ein Artikel oder Erzeugnis verstanden, welcher/welches ein Glas umfasst oder aus einem Glas ausgebildet ist.In the context of the present disclosure, a glass article is generally understood to mean an article or product which comprises a glass or is formed from a glass.
Nach einer Ausführungsform umfasst der scheibenförmige Glasartikel ein Glas, welches SiO2, Al2O3, B2O3 und CeO2 umfasst. Insbesondere wird darunter nach einer Ausführungsform verstanden, dass der scheibenförmige Glasartikel aus einem solchen ausgebildet ist. Beispielsweise kann der scheibenförmige Glasartikel nach der vorliegenden Offenbarung allgemein als Glasscheibe verstanden werden, wobei nach einer Ausführungsform die Glasscheibe aus einem Glas umfassend SiO2, Al2O3, B2O3 und CeO2 ausgebildet ist. Ein Glas umfassend SiO2, Al2O3, B2O3 und CeO2 kann allgemein auch als Ceroxid- und Aluminiumoxidhaltiges Borosilikatglas verstanden werden.According to one embodiment, the disk-shaped glass article comprises a glass which comprises SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 and CeO 2 . In particular, according to one embodiment, this is understood to mean that the disk-shaped glass article is formed from such a glass. For example, the disk-shaped glass article according to the present disclosure can generally be understood as a glass disk, wherein according to one embodiment the glass disk is formed from a glass comprising SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 and CeO 2 . A glass comprising SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 and CeO 2 can also generally be understood as borosilicate glass containing cerium oxide and aluminum oxide.
Eine solche Ausgestaltung ist vorteilhaft, denn auf diese Weise ist das Glas zunächst als ein chemisch beständiges Glas ausgebildet, umfassend B2O3 und SiO2 als Netzwerkbildner sowie Al2O3 als Zwischenoxid. Auf diese Weise bildet sich ein stabiles Glasnetzwerk und das Glas ist also mithin als Borosilikatglas ausgebildet, gehört also allgemein der Klasse der chemisch beständigen Gläser an. Al2O3 als Zwischenoxid ist dabei ebenfalls vorteilhaft, da es die bekannten Entmischungstendenzen, welche im Bereich der Borosilikatgläser vorkommen, unterdrücken bzw. zumindest mindern kann. Vorteilhaft kann das Glas weiterhin noch Alkalien, insbesondere in Form von Alkalioxiden, umfassen. Schließlich ist ein Gehalt des Glases der Glasscheibe an CeO2 vorteilhaft, weil Ceroxid eine Komponente ist, die die Abschirmwirkung gegenüber beispielsweise UV-Strahlung und gleichzeitig auch die Solarisationsbeständigkeit des Glases verbessern kann.Such a design is advantageous because in this way the glass is initially designed as a chemically resistant glass, comprising B 2 O 3 and SiO 2 as network formers and Al 2 O 3 as an intermediate oxide. In this way a stable glass network is formed and the glass is therefore designed as borosilicate glass, and therefore generally belongs to the class of chemically resistant glasses. Al 2 O 3 as an intermediate oxide is also advantageous because it can suppress or at least reduce the known demixing tendencies that occur in the area of borosilicate glasses. The glass can also advantageously contain alkalis, in particular in the form of alkali oxides. Finally, a content of CeO 2 in the glass of the pane is advantageous because cerium oxide is a component that can improve the shielding effect against UV radiation, for example, and at the same time also the solarization resistance of the glass.
Vorzugsweise umfasst das Glas nach einer Ausführungsform höchstens 70 Gew.-% SiO2. Bevorzugte Obergrenzen sind 69 Gew.-% und 66 Gew.-%. Eine bevorzugte Untergrenze für den Gehalt des Glases an SiO2 liegt bei mindestens 55 Gew.-%, bevorzugt bei mindestens 59 Gew.-%, besonders bevorzugt bei mindestens 60 Gew.-%. Ein solcher Gehalt des Glases an SiO2 kann vorteilhaft sein, weil auf diese Weise das Glas in einer Zusammensetzung vorliegt, bei welcher es gut schmelzbar ist, da der Gehalt des Glases an SiO2 wie ausgeführt eben begrenzt ist und nicht zu hoch liegt. Gleichzeitig kann es allerdings ebenfalls vorteilhaft sein, den Gehalt des Glases an SiO2 nicht zu stark herabzusetzen, um noch ein möglichst stabiles Glasnetzwerk zu ermöglichen, insbesondere noch eine gute chemische und/oder mechanische Stabilität des Glases. Vorzugsweise umfasst das Glas daher mindestens 55 Gew.-% SiO2, bevorzugt mindestens 59 Gew.-% SiO2 und, wie vorstehend bereits ausgeführt, vorzugsweise mindestens 60 Gew.-%.According to one embodiment, the glass preferably comprises at most 70% by weight of SiO 2 . Preferred upper limits are 69% by weight and 66% by weight. A preferred lower limit for the SiO 2 content of the glass is at least 55% by weight, preferably at least 59% by weight, particularly preferably at least 60% by weight. Such a SiO 2 content of the glass can be advantageous because in this way the glass is present in a composition in which it is easy to melt, since the SiO 2 content of the glass is limited, as stated, and not too high. At the same time, however, it can also be advantageous not to reduce the SiO 2 content of the glass too much in order to still enable the glass network to be as stable as possible, in particular to still have good chemical and/or mechanical stability of the glass. The glass therefore preferably comprises at least 55% by weight of SiO 2 , preferably at least 59% by weight of SiO 2 and, as already stated above, preferably at least 60% by weight.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Glas mindestens 2 Gew.-% Al2O3. Ein solcher Gehalt ist vorteilhaft, weil sich gezeigt hat, dass auf diese Weise einer Entmischung eines Glases umfassend, als Netzwerkbildner, SiO2 und B2O3 wirkungsvoll vorgebeugt werden kann. Allerdings erhöht Al2O3 die Schmelztemperatur und setzt gleichzeitig tendenziell die chemische Beständigkeit eines Glases herab und sollte daher in nicht zu hohen Mengen im Glas enthalten sein. Bevorzugte Untergrenzen liegen bei 2,5 Gew.-%, bevorzugt bei 3 Gew.-%. Es hat sich außerdem gezeigt, dass für das Glas nach Ausführungsformen eine bevorzugte Obergrenze für den Gehalt des Glases an Al2O3 bei höchstens 12 Gew.-% liegt. Vorzugsweise umfasst das Glas höchstens 11 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 10 Gew.-%.According to one embodiment, the glass comprises at least 2% by weight of Al 2 O 3 . Such a content is advantageous because it has been shown that it can effectively prevent demixing of a glass comprising SiO 2 and B 2 O 3 as network formers. However, Al 2 O 3 increases the melting temperature and at the same time tends to reduce the chemical resistance of a glass and should therefore not be contained in the glass in excessive amounts. Preferred lower limits are 2.5% by weight, preferably 3% by weight. It has also been shown that for the glass according to embodiments, a preferred upper limit for the Al 2 O 3 content of the glass is at most 12% by weight. The glass preferably comprises at most 11% by weight, particularly preferably at most 10% by weight.
B2O3 ist eine Komponente, welche allgemein die Schmelztemperatur senkt und gleichzeitig im Zusammenwirken mit SiO2 zur Ausbildung von chemisch sehr beständigen Gläsern führt. Zu hohe Gehalte an B2O3 begünstigen jedoch Entmischung und sollten vermieden werden. Das Glas nach der vorliegenden Offenbarung umfasst daher nach einer Ausführungsform wenigstens 4 Gew.-% B2O3. Beispielsweise kann das Glas wenigstens 4,5 Gew.-% oder besonders bevorzugt wenigstens 5 Gew.-% B2O3 umfassen. Vorzugsweise ist der Gehalt des Glases an B2O3 allerdings begrenzt und umfasst nach einer Ausführungsform höchstens 8 Gew.-%, bevorzugt höchstens 7,5 Gew.-% und besonders bevorzugt höchstens 7 Gew.-%.B 2 O 3 is a component which generally lowers the melting temperature and at the same time, in conjunction with SiO 2, leads to the formation of very chemically stable glasses. However, excessively high contents of B 2 O 3 promote demixing and should be avoided. The glass according to the present disclosure therefore comprises, in one embodiment, at least 4% by weight of B 2 O 3 . For example, the glass can comprise at least 4.5% by weight or particularly preferably at least 5% by weight of B 2 O 3 . Preferably, however, the B 2 O 3 content of the glass is limited and, in one embodiment, comprises at most 8% by weight, preferably at most 7.5% by weight and particularly preferably at most 7% by weight.
CeO2 ist eine Komponente, welche, wie auch vorstehend ausgeführt, vorteilhaft für die Ausbildung einer guten Abschirmung von UV-Strahlung ist und auch die Solarisationsbeständigkeit erhöht. Der Gehalt des Glases an CeO2 sollte daher nach einer Ausführungsform wenigstens 0,5 Gew.-% betragen. Bevorzugte Mindestgehalte sind 1 Gew.-%, 2 Gew.-%, 3 Gew.-% und 4 Gew.-%. Vorzugsweise ist der Gehalt des Glases an CeO2 allerdings begrenzt. Hierbei sind folgende Aspekte von Bedeutung: Zum einen ist CeO2 eine Komponente mit einer hohen Dichte und erhöht daher die Payload. Weiterhin schieben zu hohe Gehalte an CeO2 die UV-Kante zu weit ins Sichtbare und die Transmission bei 400 nm Wellenlänge nimmt ab. Schließlich können zu hohe CeO2-Gehalte zu einer verstärkten Kristallisationsneigung des Glases führen. Nach einer Ausführungsform beträgt der Gehalt des Glases an CeO2 daher höchstens 8 Gew.-%, bevorzugt höchstens 6 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 5,6 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt höchstens 5,2 Gew.-%.CeO 2 is a component which, as stated above, is advantageous for the formation of good shielding against UV radiation and also increases the solarization resistance. The CeO 2 content of the glass should therefore be at least 0.5 wt.% according to one embodiment. Preferred minimum contents are 1 wt.%, 2 wt.%, 3 wt.% and 4 wt.%. Preferably, however, the CeO 2 content of the glass is limited. The following aspects are important here: Firstly, CeO 2 is a component with a high density and therefore increases the payload. Furthermore, too high a CeO 2 content pushes the UV edge too far into the visible and the transmission at 400 nm wavelength decreases. Finally, Excessively high CeO 2 contents can lead to an increased tendency of the glass to crystallize. According to one embodiment, the CeO 2 content of the glass is therefore at most 8 wt.%, preferably at most 6 wt.%, particularly preferably at most 5.6 wt.% and most preferably at most 5.2 wt.%.
Bevorzugt ist der scheibenförmige Glasartikel so ausgebildet, dass er ein Glas umfasst, welches SiO2, Al2O3, B2O3 und CeO2 umfasst, wobei vorzugsweise diese Komponenten in den folgenden Bereichen, angegeben als Gew.-% auf Oxidbasis, von Glas umfasst sind:
Allgemein wird darauf hingewiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Offenbarung die Komponenten des Glases in der Form angegeben werden, wie sie üblicherweise mittels Analyse erhalten werden. Dabei wird üblicherweise die Komponente in der stabilen, zumeist in der höchstens, Oxidationsstufe angegeben. Es wird allerdings darauf hingewiesen, dass dies nicht zwingend der Form entspricht, in welcher die Komponente auch tatsächlich vorliegt. Beispielsweise kann das Eisen in einem oxidischen Glas sowohl zweiwertig als auch dreiwertig vorliegen, also als Fe2+ bzw. FeO oder als Fe3+ bzw. als Fe2O3. Die Angaben zu den Gehalten entsprechender Komponenten im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich also auf übliche Angaben der Analyse, wobei allerdings verstanden wird, dass die Komponente auch in von der „idealen“, üblicherweise angegebenen Oxidationsstufe abweichender Form vorliegen kann.In general, it should be noted that in the context of the present disclosure, the components of the glass are given in the form in which they are usually obtained by analysis. The component is usually given in the stable, usually in the highest, oxidation state. It should be noted, however, that this does not necessarily correspond to the form in which the component is actually present. For example, the iron in an oxidic glass can be present in both divalent and trivalent form, i.e. as Fe 2+ or FeO or as Fe 3+ or as Fe 2 O 3 . The information on the contents of corresponding components in the context of the present disclosure therefore refers to usual information from the analysis, although it is understood that the component can also be present in a form that deviates from the "ideal", usually stated oxidation state.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des scheibenförmigen Glasartikels umfasst das Glas weniger als 1,5 Gew.-% F (Fluor). Es hat sich gezeigt, dass Fluor in Gläsern, welche als Abdeckungen von Solarmodulen, auch im extraterrestrischen Bereich, verwendet werden kann. Fluor als Komponente in einem Glas kann vorteilhaft sein, weil es die Schmelztemperatur eines Glases herabsetzt. Allerdings ist es nach der vorliegenden Offenbarung bevorzugt, den Gehalt des Glases an Fluor nach Möglichkeit zu begrenzen, denn Fluor ist giftig und in Bezug auf Arbeitssicherheit und Umweltschutz bei der Glasherstellung problematisch. Vorteilhaft umfasst das Glas daher höchstens 1,5 Gew.-% oder sogar weniger. Insbesondere kann das Glas nach einer Ausführungsform sogar bis auf unvermeidliche Spuren frei von Fluor sein. Unvermeidliche Spuren liegen allgemein bei höchstens 500 ppm der entsprechenden Komponente, bezogen auf das Gewicht.According to a preferred embodiment of the disc-shaped glass article, the glass comprises less than 1.5% by weight of F (fluorine). It has been shown that fluorine can be used in glasses that can be used as covers for solar modules, even in extraterrestrial areas. Fluorine as a component in a glass can be advantageous because it lowers the melting temperature of a glass. However, according to the present disclosure, it is preferred to limit the fluorine content of the glass as far as possible, because fluorine is toxic and problematic in terms of occupational safety and environmental protection in glass production. The glass therefore advantageously comprises at most 1.5% by weight or even less. In particular, according to one embodiment, the glass can even be free of fluorine except for unavoidable traces. Unavoidable traces are generally at most 500 ppm of the corresponding component, based on the weight.
Nach einer Ausführungsform weist das Glas einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) im Temperaturbereich von 20 °C bis 300 °C, α20-300, von weniger als 7,5*10-6/K, vorzugsweise von weniger als 7,4*10-6/K, besonders bevorzugt von weniger als 7,3*10-6/K, ganz besonders bevorzugt von weniger als 7,2*10-6/K, auf, beispielsweise von sogar weniger als 7,1*10-6/K oder weniger als 7,0*10-6/K und besonders bevorzugt von wenigstens 6,5*10-6/K auf. Unter dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten wird hier allgemein der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient verstanden. Dieser kann insbesondere bestimmt sein mit einer Methode nach ISO 7991. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung werden die Begriffe des Ausdehnungskoeffizienten, des (linearen) thermischen Ausdehnungskoeffizienten, des CTE und α20-300 oder α synonym verwendet.According to one embodiment, the glass has a thermal expansion coefficient (CTE) in the temperature range from 20 °C to 300 °C, α 20-300 , of less than 7.5*10 -6 /K, preferably less than 7.4*10 -6 /K, particularly preferably less than 7.3*10 -6 /K, very particularly preferably less than 7.2*10 -6 /K, for example even less than 7.1*10 -6 /K or less than 7.0*10 -6 /K and particularly preferably at least 6.5*10 -6 /K. The thermal expansion coefficient is generally understood here to mean the linear thermal expansion coefficient. This can be determined in particular using a method according to ISO 7991. In the context of the present disclosure, the terms expansion coefficient, (linear) thermal expansion coefficient, CTE and α 20-300 or α are used synonymously.
Der thermische Ausdehnungskoeffizient ist eine wichtige Größe des scheibenförmigen Glasartikels nach der vorliegenden Offenbarung. Denn der scheibenförmige Glasartikel ist, wie ausgeführt insbesondere gedacht für die Verwendung als Abdeckung von beispielsweise Solarzellen. Ein Material für Solarzellen, die in diesem Bereich beispielsweise zum Einsatz kommen, ist beispielsweise Galliumarsenid. Dieses Material hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 6,5*10-6/K. Allerdings entspricht dies in der Regel nicht dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der resultierenden Solarzelle, sondern vielmehr wird dieser durch sonstige Komponenten einer Solarzelle bzw. eines Solarmoduls, wie beispielsweise Metallkontaktierungen oder ähnliches, eher höher liegen. Das Glas sollte daher einen an die sonstigen Komponenten der Solarzelle und/oder des Solarmoduls angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, sodass insgesamt der thermische Ausdehnungskoeffizient der Solarzelle nicht zu hoch wird, andererseits aber dennoch soweit an die verwendeten Materialien angepasst sein, dass es nicht zu großen thermischen Spannungen zwischen den Komponenten des Moduls kommt, welche beispielsweise beim Start einer Trägerrakete oder auch später beim Betrieb des Moduls auftreten können.The thermal expansion coefficient is an important value of the disk-shaped glass article according to the present disclosure. This is because the disk-shaped glass article is, as stated, particularly intended for use as a cover for solar cells, for example. One material for solar cells that is used in this area, for example, is gallium arsenide. This material has a thermal expansion coefficient of 6.5*10 -6 /K. However, this does not usually correspond to the thermal expansion coefficient of the resulting solar cell, but rather this will be higher due to other components of a solar cell or solar module, such as metal contacts or the like. The glass should therefore have a thermal expansion coefficient that is adapted to the other components of the solar cell and/or solar module, so that overall the thermal expansion coefficient of the solar cell is not too high, but on the other hand should still be adapted to the materials used so that there are no large thermal Voltages arise between the components of the module, which can occur, for example, during the launch of a carrier rocket or later during operation of the module.
Bekannte Gläser, welche bereits als Abdeckscheiben zum Einsatz kommen, weisen allerdings zumeist deutlich höhere thermische Ausdehnungskoeffizienten auf, beispielsweise von mehr als 8*10-6/K. Dies ist ungünstig, weil es aufgrund des Unterschieds der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Glases und weiterer Komponenten zu Delaminationen von der Abdeckscheibe, also einem scheibenförmigen Glasartikel, und den weiteren Materialien des Solarmoduls und/oder der Solarzelle kommen kann.However, known glasses that are already used as cover panes usually have significantly higher thermal expansion coefficients, for example more than 8*10 -6 /K. This is unfavorable because the difference in the thermal expansion coefficients of the glass and other components can lead to delamination of the cover pane, i.e. a disc-shaped glass article, and the other materials of the solar module and/or the solar cell.
Vorteilhafterweise sollte daher der thermische Ausdehnungskoeffizient des scheibenförmigen Glasartikels nach einer Ausführungsform nicht mehr als 7,5*10-6/K, vorzugsweise weniger als 7,4*10-6/K, besonders bevorzugt weniger als 7,3*10-6/K, ganz besonders bevorzugt weniger als 7,2*10-6/K, betragen, beispielsweise von sogar weniger als 7,1*10-6/K, oder weniger als 7,0*10-6/K und besonders bevorzugt wenigstens 6,5*10-6/K auf. Vorteilhaft sollte der thermische Ausdehnungskoeffizient des scheibenförmigen Glasartikels auch nicht zu gering sein, sondern vorteilhaft wenigstens 6,5*10-6/K betragen, um eine gute Kompatibilität mit üblichen Materialien, die in Solarzellen und Solarmodulen verwendet werden, aufzuweisen. Eine gute Übereinstimmung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Materialien ist insbesondere bei einem Solarzellen-Aufbau, bei dem Glas und Solarzelle mit dem Kleber (i.d.R. Dow Corning 93-500 oder ein ähnlicher Kleber) bei 150 °C (für 15 min) verklebt werden sowie in der letztendlichen Anwendung bei den schnellen Temperaturwechseln im All von Vorteil, da so eine Verwölbung der Solarzellen und dadurch ein mögliches Ablösen vom Trägersubstrat oder eine Beschädigung der Solarzellen vermieden werden kann. Auch für die mögliche Verwendung anderer als der beschriebenen GaAs-Zellen kann es vorteilhaft sein, Gläser mit niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten bereitzustellen. Andere Materialien für Solarzellen, könnten dabei auch den Nachteil Arsen-haltiger Solarzellen umgehen, weisen in der Regel aber eben geringere thermische Ausdehnungskoeffizienten auf als heutige, üblicherweise verwendete Gläser für Abdeckscheiben von bekannten Solarmodulen und Solarzellen.Advantageously, therefore, the thermal expansion coefficient of the disc-shaped glass article according to one embodiment should not be more than 7.5*10 -6 /K, preferably less than 7.4*10 -6 /K, particularly preferably less than 7.3*10 -6 /K, very particularly preferably less than 7.2*10 -6 /K, for example even less than 7.1*10 -6 /K, or less than 7.0*10 -6 /K and particularly preferably at least 6.5*10 -6 /K. Advantageously, the thermal expansion coefficient of the disc-shaped glass article should also not be too low, but should advantageously be at least 6.5*10 -6 /K in order to have good compatibility with common materials used in solar cells and solar modules. A good match between the thermal expansion coefficients of the different materials is particularly advantageous in a solar cell structure in which glass and solar cells are bonded with the adhesive (usually Dow Corning 93-500 or a similar adhesive) at 150 °C (for 15 minutes), as well as in the final application with the rapid temperature changes in space, as this can prevent the solar cells from warping and thus possibly detaching from the carrier substrate or damaging the solar cells. It can also be advantageous to provide glasses with lower thermal expansion coefficients for the possible use of GaAs cells other than those described. Other materials for solar cells could also avoid the disadvantage of solar cells containing arsenic, but generally have lower thermal expansion coefficients than the glasses commonly used today for cover panels of known solar modules and solar cells.
Nach einer Ausführungsform des scheibenförmigen Glasartikels umfasst das Glas TiO2. Vorzugsweise umfasst das Glas höchstens 2 Gew.-% TiO2, vorzugsweise höchstens 1,0 Gew.-% TiO2, bevorzugt höchstens 0,9 Gew.-% TiO2, besonders bevorzugt höchstens 0,8 Gew.-% TiO2.According to one embodiment of the disc-shaped glass article, the glass comprises TiO 2 . Preferably, the glass comprises at most 2 wt.% TiO 2 , preferably at most 1.0 wt.% TiO 2 , preferably at most 0.9 wt.% TiO 2 , particularly preferably at most 0.8 wt.% TiO 2 .
Eine Ausführungsform des scheibenförmigen Glasartikels in der Form, dass das Glas des Glasartikels TiO2 umfasst, kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn der Gehalt des Glases an CeO2 begrenzt werden soll. Wenn beispielsweise das Glas einen eher geringeren Anteil von CeO2 von 3 Gew.-% oder weniger umfasst, ist es möglich, dass auf diese Weise zwar Kostenziele in der Herstellung erreicht werden können. Allerdings geht dies zu Lasten der Solarisationsbeständigkeit sowie insbesondere zu Lasten einer ausreichend steil verlaufen UV-Kante des resultierenden Glases bzw. entsprechend des resultierenden scheibenförmigen Glasartikels. Die Erfinder haben herausgefunden, dass ein geringerer CeO2-Anteil des Glases allerdings durch ein Zusammenspiel von TiO2 und CeO2 kompensiert werden kann, sodass dann dennoch eine gute Solarisationsbeständigkeit auch bei kleinen Gehalten von CeO2 resultieren kann, beispielsweise also bei Gehalten an CeO2 von 3 Gew.-% oder weniger.An embodiment of the disc-shaped glass article in such a way that the glass of the glass article comprises TiO 2 can be particularly advantageous if the CeO 2 content of the glass is to be limited. If, for example, the glass comprises a relatively low proportion of CeO 2 of 3% by weight or less, it is possible that cost targets in production can be achieved in this way. However, this is at the expense of solarization resistance and in particular at the expense of a sufficiently steep UV edge of the resulting glass or, accordingly, of the resulting disc-shaped glass article. The inventors have found that a lower CeO 2 content of the glass can, however, be compensated for by an interaction of TiO 2 and CeO 2 , so that good solarization resistance can still result even with small contents of CeO 2 , for example with contents of CeO 2 of 3% by weight or less.
Dafür kann nach einer Ausführungsform allgemein vorgesehen sein, dass die Summe der Komponenten TiO2 und CeO2 zwischen 2 Gew.-% und 6 Gew.-% liegt, bevorzugt zwischen 2 Gew.-% und 5 Gew.-%, beispielsweise zwischen 2 Gew.-% und 4 Gew.-% oder zwischen 2 Gew.-% und 3 Gew.-%.For this purpose, according to one embodiment, it can generally be provided that the sum of the components TiO 2 and CeO 2 is between 2 wt.% and 6 wt.%, preferably between 2 wt.% and 5 wt.%, for example between 2 wt.% and 4 wt.% or between 2 wt.% and 3 wt.%.
Es hat sich weiterhin gezeigt, dass es vorteilhaft sein kann, insbesondere bei geringeren Gehalten des Glases an CeO2, wenn ein bestimmtes Verhältnis zwischen TiO2- und CeO2-Anteilen des Glases eingestellt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis von TiO2 zu CeO2, insbesondere für den Fall geringer Gehalte von CeO2 von 3 Gew.-% oder weniger und/oder insbesondere bei einer Summe der Komponenten im Bereich zwischen 2 Gew.-% und 6 Gew.-% liegt, bevorzugt zwischen 2 Gew.-% und 5 Gew.-%, beispielsweise zwischen 2 Gew.-% und 4 Gew.-% oder zwischen 2 Gew.-% und 3 Gew.-%, so ausgestaltet ist, dass, bezogen auf das Gewicht, das Glas stets mehr CeO2 umfasst als TiO2 oder, mit anderen Worten:
Es hat sich weiterhin gezeigt, dass der Redoxzustand des Cers im Glas von besonderer Bedeutung sein kann. Cer ist ein Element, welches in einem Glas sowohl dreiwertig als auch vierwertig vorliegen kann, also beispielsweise als Ce3+ oder als Ce4+. Es hat sich gezeigt, dass gerade ein hoher Anteil an Ce4+ im Glas des scheibenförmigen Glasartikels vorteilhaft ist, denn auf diese Weise können die Lage und die Steilheit der UV-Kante angepasst werden. Dazu kann es allgemein vorteilhaft sein, das Glas der Glasscheibe unter oxidierenden Bedingungen zu schmelzen. Dafür kann vorgesehen sein, dass das Glas unter Zugabe von Antimonoxid und/oder Nitrat und/oder Sulfat und/oder Arsenoxid geschmolzen wird. Arsenoxid ist auf Grund seiner Toxizität jedoch nicht bevorzugt. Insbesondere kann daher also vorgesehen sein, dass das Glas der Glasscheibe Sb2O3 umfasst, bis zu einem Gehalt von etwa 0,6 Gew.-%.It has also been shown that the redox state of cerium in the glass can be of particular importance. Cerium is an element that can be present in a glass in either a trivalent or tetravalent form, for example as Ce 3+ or as Ce 4+ . It has been shown that a high proportion of Ce 4+ in the Glass of the disc-shaped glass article is advantageous because in this way the position and the steepness of the UV edge can be adjusted. For this purpose it can generally be advantageous to melt the glass of the glass pane under oxidizing conditions. For this purpose it can be provided that the glass is melted with the addition of antimony oxide and/or nitrate and/or sulfate and/or arsenic oxide. Arsenic oxide is not preferred due to its toxicity. In particular it can therefore be provided that the glass of the glass pane comprises Sb 2 O 3 up to a content of about 0.6 wt.%.
Allgemein ist für ein Glas nach Ausführungsformen, insbesondere ein Glas umfassend CeO2, die Solarisationsbeständigkeit sehr gut ausgebildet. So hat sich gezeigt, dass für Gläser nach Ausführungsformen wobei sich die mittlere Transmission im Wellenlängenbereich von 450 nm bis 1800 nm durch eine Bestrahlung von 100 h Dauer mit UV-A-Licht mit 210 W/m2, mit UV-B-Licht mit 170 W/m2 sowie UV-C-Licht mit 250 W/m2 um weniger als 1 Prozentpunkt ändert. Die vorteilhafte, sehr hohe Solarisationsbeständigkeit der Gläser bzw. scheibenförmiger Glasartikel nach Ausführungsformen ist auch weiter unten anhand verschiedener Transmissionsspektren vor und nach Solarisation exemplarisch gezeigt.In general, the solarization resistance of a glass according to embodiments, in particular a glass comprising CeO 2 , is very well developed. It has been shown that for glasses according to embodiments, the average transmission in the wavelength range from 450 nm to 1800 nm changes by less than 1 percentage point after irradiation for 100 hours with UV-A light at 210 W/m 2 , with UV-B light at 170 W/m 2 and UV-C light at 250 W/m 2 . The advantageous, very high solarization resistance of the glasses or disc-shaped glass articles according to embodiments is also shown below using various transmission spectra before and after solarization.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass Cer nicht nur Einfluss auf die Solarisationsbeständigkeit hat. Wie weiter unten bezüglich
Nach einer Ausführungsform betrifft daher die vorliegenden Offenbarung einen scheibenförmigen Glasartikel, umfassend ein Glas, wobei der relative Anteil des Ce3+ am gesamten Cer im Glas, bestimmt als die Summe von Ce3+ und Ce4+, höchstens 50% beträgt, bevorzugt höchstens 30% und besonders bevorzugt höchstens 10%.According to one embodiment, therefore, the present disclosure relates to a disc-shaped glass article comprising a glass, wherein the relative proportion of Ce 3+ to the total cerium in the glass, determined as the sum of Ce 3+ and Ce 4+ , is at most 50%, preferably at most 30%, and particularly preferably at most 10%.
Nach einer weiteren Ausführungsform des scheibenförmigen Glasartikels umfasst dieser ein Glas, wobei das Verhältnis von Ce3+ zu Ce4+ im Glas, Ce3+/Ce4+, kleiner als 1 ist, bevorzugt kleiner als 0,4 und besonders bevorzugt kleiner als 0,1.According to a further embodiment of the disc-shaped glass article, it comprises a glass, wherein the ratio of Ce 3+ to Ce 4+ in the glass, Ce 3+ /Ce 4+ , is less than 1, preferably less than 0.4 and particularly preferably less than 0.1.
Eine Bestimmung des Redoxverhältnisses von Cer in einem Glas erfolgt dabei vorzugsweise durch Röntgenphotoelektronenspektroskopie (englisch: X-ray photoelectron spectroscopy, XPS) oder alternativ durch Elektronenspinresonanz (englisch: electron paramagnetic resonance, EPR).The redox ratio of cerium in a glass is preferably determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) or alternatively by electron paramagnetic resonance (EPR).
Erhalten werden kann ein solches vorteilhaftes Redoxverhältnis durch ein möglichst oxidierendes Schmelzen des Glases. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Glasschmelze Antimonoxid und/oder Nitrat als Oxidationsmittel zugegeben werden und/oder durch Zugabe von Sulfat und/oder von Fluor.Such an advantageous redox ratio can be achieved by melting the glass in as oxidizing a manner as possible. This can be achieved, for example, by adding antimony oxide and/or nitrate to the glass melt as an oxidizing agent and/or by adding sulfate and/or fluorine.
Nach einer weiteren Ausführungsform des scheibenförmigen Glasartikels kann vorgesehen sein, dass das Glas weniger als 2 Gew.-% BaO umfasst, bevorzugt weniger als 1,5 Gew.-% BaO, besonders bevorzugt weniger als 1 Gew.-% BaO.According to a further embodiment of the disc-shaped glass article, it can be provided that the glass comprises less than 2 wt.% BaO, preferably less than 1.5 wt.% BaO, particularly preferably less than 1 wt.% BaO.
Bariumoxid BaO ist eine Komponente, welche auch in chemisch hochbeständigen Borosilikatgläsern gerne zum Einsatz kommt und darüber hinaus als schweres Element auch strahlungsblockierend wirkt. Überraschenderweise hat sich allerdings gezeigt, dass in den scheibenförmigen Glasartikeln nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kein hoher Gehalt an BaO notwendig ist, um vorteilhafte Eigenschaften zur Strahlungsabschirmung zu gewährleisten. Bereits relativ geringe Mengen von weniger als 2 Gew.-% BaO, beispielsweise weniger als 1,5 Gew.-% BaO und besonders bevorzugt weniger als 1 Gew.-% BaO sind daher bevorzugt, wobei auch vorgesehen sein kann, dass das Glas bzw. in entsprechender Weise der scheibenförmige Glasartikel bis auf unvermeidliche Spuren, welche allgemein je Komponente nicht mehr als 500 ppm, bezogen auf das Gewicht, betragen, frei von BaO sein kann. Dies ist vorteilhaft, weil BaO eine schwere Komponente ist und damit die Payload erhöht und vorteilhafterweise die Dichte des Glases des scheibenförmigen Glasartikels nicht zu hoch sein sollte. Darüber hinaus ist ein häufig verwendeter Rohstoff für BaO, nämlich BaCO3, als Gefahrstoff eingestuft, sodass auch aus diesem Grund der Gehalt an BaO im Glas möglichst gering gehalten werden sollte.Barium oxide BaO is a component that is also often used in chemically highly resistant borosilicate glasses and, as a heavy element, also has a radiation-blocking effect. Surprisingly, however, it has been shown that a high content of BaO is not necessary in the disc-shaped glass articles according to embodiments of the present disclosure in order to ensure advantageous radiation shielding properties. Even relatively small amounts of less than 2 wt.% BaO, for example less than 1.5 wt.% BaO and particularly preferably less than 1 wt.% BaO are therefore preferred, whereby it can also be provided that the glass or, correspondingly, the disc-shaped glass article can be free of BaO except for unavoidable traces, which generally do not amount to more than 500 ppm per component, based on weight. This is advantageous because BaO is a heavy component and thus increases the payload and, advantageously, the density of the glass of the disc-shaped glass article should not be too high. In addition, a frequently used raw material for BaO, namely BaCO 3 , is classified as a hazardous substance, so for this reason too the BaO content in the glass should be kept as low as possible.
Nach einer Ausführungsform des scheibenförmigen Glasartikels weist das Glas eine Dichte zwischen 2,4 g/cm3 und 2,6 g/cm3, bevorzugt zwischen 2,45 g/cm3 und 2,6 g/cm3, auf.According to one embodiment of the disc-shaped glass article, the glass has a density between 2.4 g/cm 3 and 2.6 g/cm 3 , preferably between 2.45 g/cm 3 and 2.6 g/cm 3 .
Eine solche Ausgestaltung, die insbesondere im Hinblick auf extraterrestrische Anwendungen wegen der hier zu berücksichtigenden Payload günstig ist, kann vorteilhafterweise mit einem geringen Gehalt des Glases an BaO kombiniert sein.Such a design, which is particularly advantageous with regard to extraterrestrial applications because of the payload to be taken into account here, can advantageously be combined with a low BaO content of the glass.
Nach einer Ausführungsform des scheibenförmigen Glasartikels umfasst das Glas weniger als 5 Gew.-% Li2O, bevorzugt weniger als 3 Gew.-% Li2O und besonders bevorzugt von weniger als 1 Gew.-% Li2O. Li2O ist eine Komponente, die in den Gläsern nach Ausführungsformen den Schmelzpunkt erniedrigen kann, allerdings aufgrund hoher Rohstoffkosten und allgemein aufgrund der Neigung zu Entmischung und Kristallisation in Gläsern ungünstig sein kann. Bevorzugt kann es deshalb sein, wenn das Glas bis auf unvermeidliche Spuren frei von Li2O ist.According to one embodiment of the disc-shaped glass article, the glass comprises less than 5 wt.% Li 2 O, preferably less than 3 wt.% Li 2 O and particularly preferably less than 1 wt.% Li 2 O. Li 2 O is a component that can lower the melting point in the glasses according to embodiments, but can be unfavorable due to high raw material costs and generally due to the tendency to segregation and crystallization in glasses. It can therefore be preferred if the glass is free of Li 2 O apart from unavoidable traces.
Nach einer weiteren Ausführungsform des scheibenförmigen Glasartikels umfasst das Glas weniger als 10 Gew.-% Na2O und/oder weniger als 5 Gew.-% CaO und/oder wenigstens 0,9 Gew.-% MgO. Die genannten Komponenten sind ein Alkali- bzw. zwei Erdalkalioxide, welche in Gläsern des scheibenförmigen Glasartikels nach Ausführungsformen vorteilhaft sein können, denn es handelt sich um Komponenten, welche die Schmelzbarkeit des Glases verbessern. Auch dienen sie dazu, einen entsprechenden, angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu erzielen. Allerdings sollten diese Komponenten in nicht zu großen Gehalten vom Glas des scheibenförmigen Glasartikels umfasst sein, da sie zum einen die chemische Beständigkeit des Glases vermindern können und zum anderen auch in zu hohen Gehalten zu einer zu hohen thermischen Dehnung führen würden.According to a further embodiment of the disc-shaped glass article, the glass comprises less than 10 wt.% Na 2 O and/or less than 5 wt.% CaO and/or at least 0.9 wt.% MgO. The components mentioned are one alkali oxide or two alkaline earth oxides, which can be advantageous in glasses of the disc-shaped glass article according to embodiments, because they are components that improve the meltability of the glass. They also serve to achieve a corresponding, adapted thermal expansion coefficient. However, these components should not be included in the glass of the disc-shaped glass article in too high a concentration, since on the one hand they can reduce the chemical resistance of the glass and on the other hand, if the concentration is too high, they would lead to excessive thermal expansion.
Nach einer Ausführungsform weist der scheibenförmige Glasartikel eine Oberflächenrauigkeit, angegeben als Ra, von 1 nm oder weniger auf. Vorzugsweise ist dabei die Oberfläche des scheibenförmigen Glasartikels feuerpoliert ausgebildet, stellt also eine native Oberfläche dar.According to one embodiment, the disc-shaped glass article has a surface roughness, indicated as R a , of 1 nm or less. Preferably, the surface of the disc-shaped glass article is fire-polished, thus representing a native surface.
Eine geringe Rauigkeit des scheibenförmigen Glasartikels ist vorteilhaft für den Aufbau eines gut haftenden, nicht delaminierenden Verbundes mit den weiteren Bestandteilen des Solarmoduls, für welches der scheibenförmige Glasartikel als Abdeckung geeignet sein soll. Auch eignen sich solche Oberflächen des scheibenförmigen Glasartikels mit einer nur sehr geringen Rauigkeit wie vorstehend spezifiziert sehr gut für eventuell auf den scheibenförmigen Glasartikel aufzubringende Beschichtungen, beispielsweise Antireflex-Beschichtungen. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn diese sehr geringe Rauigkeit ohne weitere Nachverarbeitungsschritte erhalten werden kann, also bereits nativ, aus dem Formgebungsverfahren selbst hervorgehend, eine solche geringe Rauheit mitbringt.A low level of roughness of the disc-shaped glass article is advantageous for the construction of a well-adhering, non-delaminating bond with the other components of the solar module for which the disc-shaped glass article is intended to be suitable as a cover. Surfaces of the disc-shaped glass article with only a very low level of roughness, as specified above, are also very suitable for coatings that may be applied to the disc-shaped glass article, for example anti-reflective coatings. It is also advantageous if this very low level of roughness can be obtained without further post-processing steps, i.e. if it already has such a low level of roughness natively, resulting from the shaping process itself.
Beispielsweise kann eine solche niedrige Rauigkeit des scheibenförmigen Glasartikels vorteilhaft in einem Ziehverfahren, insbesondere einem sogenannten Down-Draw-Verfahren, beispielsweise einem Overflow-Fusion-Verfahren oder einem Down-Draw-Verfahren durch einen Schlitz, erhalten werden, wobei weiter vorzugsweise das Schmelzen einer Glasschmelze mittels Sb2O3 und/oder mittels eines Nitrats und/oder mittels Sulfat und/oder mittels Fluor erfolgt.For example, such a low roughness of the disc-shaped glass article can advantageously be obtained in a drawing process, in particular a so-called down-draw process, for example an overflow fusion process or a down-draw process through a slot, wherein further preferably the melting of a glass melt takes place by means of Sb 2 O 3 and/or by means of a nitrate and/or by means of sulfate and/or by means of fluorine.
Insbesondere betrifft damit die vorliegende Offenbarung auch einen Glasartikel, hergestellt oder herstellbar in einem Verfahren nach einer Ausführungsform.In particular, the present disclosure also relates to a glass article produced or producible in a method according to an embodiment.
Nach einer weiteren Ausführungsform des scheibenförmigen Glasartikels weist das Glas einen Brechungsindex nd von mindestens 1,51 und höchstens 1,53 bei einer Wellenlänge von 588 nm auf. Ein Brechungsindex in diesem Bereich ist vorteilhaft zur Vermeidung von Reflexionsverlusten an Grenzflächen zu anderen Materialien beispielsweise eines Solarmoduls.According to a further embodiment of the disc-shaped glass article, the glass has a refractive index n d of at least 1.51 and at most 1.53 at a wavelength of 588 nm. A refractive index in this range is advantageous for avoiding reflection losses at interfaces with other materials, for example a solar module.
Nach einer weiteren Ausführungsform des Glasartikels liegt der elektrische Widerstand des Glases zwischen mehr als 1013Ω*cm und weniger als 1015Ω*cm bei einer Temperatur von 20 °C.According to a further embodiment of the glass article, the electrical resistance of the glass is between more than 10 13 Ω*cm and less than 10 15 Ω*cm at a temperature of 20 °C.
Die scheibenförmigen Glasartikel nach der Offenbarung sind allgemein geeignet als Deckgläser (oder Abdeckscheiben oder Vorderseitensubstrate) für Solarpaneele für Weltraumanwendungen, wie beispielsweise für Satelliten oder Raumfahrzeuge oder Raumstationen.The disc-shaped glass articles according to the disclosure are generally suitable as cover glasses (or cover disks or front substrates) for solar panels for space applications, such as for satellites or spacecraft or space stations.
Die vorliegenden Offenbarung betrifft damit auch allgemein eine Vorderseiteneinheit für ein Solarmodul, insbesondere für mobile Anwendungen, wie mobile Geräte, Verkehrsmittel, Transportmittel und/oder bemannte und/oder unbemannte Flugobjekte, insbesondere für Weltraumanwendungen, umfassend einen scheibenförmigen Glasartikel nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sowie eine Klebeschicht, welche vorzugsweise vollflächig auf einer Seite des scheibenförmigen Glasartikels aufgebracht ist, wobei die Klebeschicht besonders bevorzugt wenigstens eines der folgenden Materialien umfasst: ein Butylpolymer, EVA, PVB, SMP oder ein vorzugsweise transparent ausgebildetes Silikon.The present disclosure thus also relates generally to a front side unit for a solar module, in particular for mobile applications, such as mobile devices, means of transport, means of transportation and/or manned and/or unmanned flying objects, in particular for space applications, comprising a disk-shaped glass article according to an embodiment of the present disclosure and an adhesive layer, which is preferably applied over the entire surface of one side of the disk-shaped glass article, wherein the adhesive layer particularly preferably comprises at least one of the following materials: a butyl polymer, EVA, PVB, SMP or a preferably transparent silicone.
Unter EVA wird dabei allgemein Ethylenvinylacetat verstanden. PVB bezeichnet das Polymer Polyvinylbutyral. SMP ist eine Abkürzung für ein silanmodifiziertes Polymer.EVA generally refers to ethylene vinyl acetate. PVB refers to the polymer polyvinyl butyral. SMP is an abbreviation for a silane-modified polymer.
Weiterhin betrifft die vorliegenden Offenbarung allgemein auch ein Solarmodul, insbesondere für mobile Anwendungen, wie mobile Geräte, Verkehrsmittel, Transportmittel und/oder bemannte und/oder unbemannte Flugobjekte, insbesondere für Weltraumanwendungen, umfassend einen scheibenförmigen Glasartikel einer Ausführungsform, vorzugsweise ein Rückseitenelement, welche insbesondere als Modulrahmen ausgebildet ist, eine Solarzelle, welche vorzugsweise zwischen dem Rückseitenelement und dem scheibenförmigen Glasartikel angeordnet ist, und eine Klebeschicht, welche den scheibenförmigen Glasartikel und die Solarzelle miteinander verbindet, wobei die Klebeschicht besonders bevorzugt wenigstens eines der folgenden Materialien umfasst: ein Butylpolymer, EVA, PVB, SMP oder ein vorzugsweise transparent ausgebildetes Silikon.Furthermore, the present disclosure also generally relates to a solar module, in particular for mobile applications, such as mobile devices, means of transport, means of transportation and/or manned and/or unmanned flying objects, in particular for space applications, comprising a disk-shaped glass article of one embodiment, preferably a rear side element, which is in particular designed as a module frame, a solar cell, which is preferably arranged between the rear side element and the disk-shaped glass article, and an adhesive layer which connects the disk-shaped glass article and the solar cell to one another, wherein the adhesive layer particularly preferably comprises at least one of the following materials: a butyl polymer, EVA, PVB, SMP or a preferably transparent silicone.
Die Solarzelle kann insbesondere ausgebildet sein als Single-Junction, wobei hier insbesondere Siliziumzellen zum Einsatz kommen, als Multi-Junction, insbesondere unter Einsatz von GalliumArsenid-Zellen; allgemein können aber auch Gallium-Indium-Phosphid-Zellen oder Dünnfilmzellen umfassend oder aus amorphem Silizium (a-Si) oder umfassend oder aus Materialien mit sogenannter Perowskit-Struktur, Cadmiumtellurid oder Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS).The solar cell can in particular be designed as a single junction, in which case silicon cells in particular are used, as a multi-junction, in particular using gallium arsenide cells; in general, however, gallium indium phosphide cells or thin-film cells comprising or made of amorphous silicon (a-Si) or comprising or made of materials with a so-called perovskite structure, cadmium telluride or copper indium gallium selenide (CIGS) can also be used.
Die vorliegende Offenbarung betrifft auch eine Verwendung. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung die Verwendung eines scheibenförmigen Glasartikels gemäß Ausführungsformen der Offenbarung und/oder einer Vorderseiteneinheit gemäß einer Ausführungsform für ein Solarmodul, insbesondere für mobile Anwendungen, beispielsweise mobile Geräte, Verkehrsmittel, Transportmittel und/oder bemannte und/oder unbemannte Flugobjekte, insbesondere für Weltraumanwendungen.The present disclosure also relates to a use. In particular, the present disclosure relates to the use of a disc-shaped glass article according to embodiments of the disclosure and/or a front side unit according to an embodiment for a solar module, in particular for mobile applications, for example mobile devices, means of transport, means of transportation and/or manned and/or unmanned flying objects, in particular for space applications.
Weiterhin betrifft die vorliegende Offenbarung auch die Verwendung eines Solarmoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung für mobile Anwendungen, beispielsweise mobile Geräte, Verkehrsmittel, Transportmittel und/oder bemannte und/oder unbemannte Flugobjekte, insbesondere für Weltraumanwendungen.Furthermore, the present disclosure also relates to the use of a solar module according to the present disclosure for mobile applications, for example mobile devices, means of transport, means of transportation and/or manned and/or unmanned flying objects, in particular for space applications.
Beispieleexamples
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert. In der nachfolgenden Tabelle findet sich die Zusammensetzung zweier Beispielgläser, welche die Spezifikationen nach der vorliegenden Offenbarung erfüllen. Die Angaben in der Tabelle erfolgen dabei in Gew.-%. Von 100 Gew.-% abweichende Summen sind rundungstechnisch bedingt.
Beschreibung der ZeichnungenDescription of the drawings
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
-
1 den Einfluss des Redox-Verhältnisses von Cer (das Verhältnis von Ce3+ zu Ce4+) auf die Lage der UV-Kante, -
2 und3 Transmissionsspektren unterschiedlicher scheibenförmiger Glasartikel -
4 eine schematische und nicht maßstabsgetreue Darstellung eines scheibenförmigen Glasartikels nach Ausführungsformen der Offenbarung, -
5 eine schematische und nicht maßstabsgetreue Darstellung einer Vorderseiteneinheit umfassend einen scheibenförmigen Glasartikel nach Ausführungsformen, sowie -
6 eine schematische und nicht maßstabsgetreue Darstellung eines Solarmoduls nach einer Ausführungsform.
-
1 the influence of the redox ratio of cerium (the ratio of Ce 3+ to Ce 4+ ) on the position of the UV edge, -
2 and3 Transmission spectra of different disc-shaped glass articles -
4 a schematic and not to scale representation of a disc-shaped glass article according to embodiments of the disclosure, -
5 a schematic and not to scale representation of a front unit comprising a disc-shaped glass article according to embodiments, and -
6 a schematic and not to scale representation of a solar module according to one embodiment.
Mit der Bezugsziffer 1 ist in
- - mit einem spektralen Transmissionsgrad von weniger
als 2 % bei einer Wellenlänge von 330 nm und bei einerWellenlänge von 400 nm einen spektralen Transmissionsgrad von wenigstens 87 % aufweist undim Wellenlängenbereich von 500 nm bis 1800 nm die mittlere Transmission, bestimmt als arithmetischer Mittelwert über die gemessenen spektralen Transmissionsgrade in diesem Wellenlängenbereich, bei wenigstens 92 % liegt sowie optional eines der weiteren Merkmale:- - bei
einer Wellenlänge von 450 nm einen spektralen Transmissionsgrad von wenigstens 88 %, bevorzugt von wenigstens 89 %, besonders bevorzugt von wenigstens 90 %, - - im Wellenlängenbereich 320 nm bis 340 nm einen Transmissionsgrad von weniger
als 1 %, - - im Wellenlängenbereich von 395 nm bis 420 nm einen Transmissionsgrad von wenigstens 88 %.
- - bei
- - with a spectral transmittance of less than 2% at a wavelength of 330 nm and a spectral transmittance of at least 87% at a wavelength of 400 nm and in the wavelength range from 500 nm to 1800 nm the average transmission, determined as the arithmetic mean of the measured spectral transmittances in this wavelength range, is at least 92% and optionally one of the following features:
- - at a wavelength of 450 nm a spectral transmittance of at least 88%, preferably of at least 89%, particularly preferably of at least 90%
- - in the wavelength range 320 nm to 340 nm a transmittance of less than 1%
- - a transmittance of at least 88% in the wavelength range from 395 nm to 420 nm.
Erstaunlicherweise unterscheiden sich allerdings die Zusammensetzungen dieser beiden scheibenförmigen Gläser kaum voneinander - jedoch wurde das Glas des scheibenförmigen Glasartikels, dessen Transmissionsspektrum mit der Bezugsziffer 2 bezeichnet ist, unter oxidierenden Bedingungen erschmolzen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Glasschmelze Antimonoxid und Nitrat als Oxidationsmittel zugegeben werden. Dies führt zum Vorliegen von Cer vorwiegend in der vierwertig positiven Oxidationsstufe, also als Ce4+, was als Resultat dazu führt, dass die Steilheit der UV-Kante ausgeprägter und insgesamt die spektralen Transmissionsgrade bei höheren Werten liegen. Es kann daher sehr vorteilhaft sein, die Gläser der Glasscheiben nach Ausführungsformen unter oxidierenden Bedingungen zu erschmelzen.Surprisingly, however, the compositions of these two disc-shaped glasses hardly differ from one another - however, the glass of the disc-shaped glass article, whose transmission spectrum is designated with the
Die Erfinder vermuten allgemein, ohne Beschränkung auf das vorstehend genannte spezielle Beispiel, dass der Anteil von Ce4+, bezogen auf die Summe der hier beachtlichen Redoxzustände Ce3+ und Ce4+, bei einer entsprechenden Schmelzführung wenigstens 50% beträgt, bevorzugt wenigstens 70% und besonders bevorzugt wenigstens 90% ausmacht. In entsprechender Weise bedeutet dies, dass der Anteil von Ce3+, bezogen auf die Summe der hier beachtlichen Redoxzustände Ce3+ und Ce4+ höchstens 50% ausmacht, bevorzugt höchstens 30% und besonders bevorzugt höchstens 10%. Technisch relevant ist hierbei insbesondere der geringe Anteil des Ce3+-Gehalts bezogen auf den Gesamtgehalt, der für die hier betrachteten Gläser die Summe des Gehalts an Ce3 und Ce4+ im Glas ist. Denn dieser verbreitert die Transmissionskante. Ein hoher Anteil an Ce4+, welcher sich insbesondere aus einer oxidierenden Schmelzführung ergibt, ist daher für die hier betrachtete Anwendung besonders vorteilhaft. The inventors generally assume, without being restricted to the specific example mentioned above, that the proportion of Ce 4+ , based on the sum of the redox states Ce 3+ and Ce 4+ that are of interest here, is at least 50%, preferably at least 70% and particularly preferably at least 90% with an appropriate melting process. In a corresponding manner, this means that the proportion of Ce 3+ , based on the sum of the redox states Ce 3+ and Ce 4+ that are of interest here, is at most 50%, preferably at most 30% and particularly preferably at most 10%. What is particularly technically relevant here is the low proportion of the Ce 3+ content based on the total content, which for the glasses considered here is the sum of the Ce 3 and Ce 4+ content in the glass. This is because this broadens the transmission edge. A high proportion of Ce 4+ , which results in particular from an oxidizing melting process, is therefore particularly advantageous for the application considered here.
Allgemein, ohne Beschränkung auf das spezielle, in
Allgemein, ohne Beschränkung auf das spezielle in
In
Der scheibenförmige Glasartikel, für welchen sich das Transmissionsspektrum 5 ergibt, hat dabei zwar eine hohe Transmission ab einer Wellenlänge von beispielsweise 350 nm, wie man der Darstellung in
Für die vorteilhaften scheibenförmigen Glasartikel, deren Spektren in
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen sind die scheibenförmigen Glasartikel (und die entsprechenden Gläser, aus welchen diese scheibenförmigen Glasartikel ausgebildet sind), welche im unbestrahlten Zustand die Transmissionsspektren 2 und 7 ergeben, welche in
Unter einer Scheibe bzw. einer scheibenförmigen Ausbildung wird dabei im Rahmen der vorliegenden Offenbarung allgemein verstanden, dass die Flächen 11, 12 jede beliebige Form aufweisen können, vorzugsweise aber rechteckig ausgebildet sind. Andere Ausbildungen sind allerdings möglich, wenn auch nicht bevorzugt. Die Seiten 11, 12 können auch als Seitenflächen oder Oberflächen des Glasartikels 10 verstanden werden, im Gegensatz zu der umlaufenden Kantenfläche 13.In the context of the present disclosure, a disc or a disc-shaped design is generally understood to mean that the
Schließlich zeigt
Bezugszeichenlistelist of reference symbols
- 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 91, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
- Transmissionsspektren scheibenförmiger Glasartikel vor SolarisationTransmission spectra of disc-shaped glass articles before solarization
- 1a, 2a, 5a, 7a1a, 2a, 5a, 7a
- Transmissionsspektren scheibenförmiger, solarisierter GlasartikelTransmission spectra of disc-shaped, solarized glass articles
- 1010
- Scheibenförmiger Glasartikeldisc-shaped glass article
- 11, 1211, 12
- Seiten des Glasartikelssides of the glass article
- 1313
- Umlaufende Kantenfläche des GlasartikelsCircumferential edge surface of the glass article
- 100100
- Vorderseiteneinheitfront panel unit
- 2020
- Solarmodulsolar module
- 2121
- Klebeschichtadhesive layer
- 200200
- Solarzellesolar cell
- 300300
- Rückseitenelementback element
- dd
- Dicke des Glasartikelsthickness of the glass article
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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Non-Patent Citations (1)
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| DIN EN 410 |
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