JP4963788B2 - 太陽電池のためのゾル・ゲルコーティング - Google Patents
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Description
この発明は太陽電池のためのカバーに関し、より具体的には太陽電池のためのゾル・ゲルコーティングに関する。
太陽電池技術は、再生可能な、および持続可能なエネルギの選択肢として発展し続けている。一般に、太陽電池は放射エネルギを使用可能な電気エネルギに変換する。太陽電池は典型的に、使用時に、太陽電池の表面の保護装置またはカバーによって放射線などの環境の有害な影響から保護される。現在、ガラス製のカバーが太陽電池の表面に適用される。しかしながら、ガラス製のカバーはしばしば重く、壊れやすい。そして、それは労働集約的設置方法を含むかもしれない。典型的なガラス製カバースライドは、破損することなく加工することを可能にするための厚さ約2ミリインチ(以下「mils」とする)から約12milsのスライド、およびスライドを取付けるための厚さ約2milsから約3milsのシリコーン液体または感圧性接着剤である。しかしながら、ガラス製カバースライドシステムは太陽電池アレイの総重量の一因となり、製造プロセスを複雑にし、ガラスの壊れやすい特性のために破損の可能性を増大させる。
太陽電池の表面にゾル・ゲルコーティングを適用することによって、改善された放射線損傷耐性を有する太陽電池を与えるための方法である。ゾル・ゲルコーティングは、許容レベルの放射エネルギを太陽電池に送り、同時に十分な放射線損傷耐性を与える。1つの実施例において、コーティングを準備するための方法が開示されるが、その方法はシリコン−ジルコニウム結合剤システムなどの水性結合剤システムを含み、太陽電池の表面にゾル・ゲルコーティングを形成する。ゾル・ゲルコーティングは放射エネルギを太陽電池に送る軽量で、耐久性のある太陽電池の表面コーティングを与え、同時に十分な放射線損傷耐性を与える。
適な寸法のゾル・ゲルコーティングを形成することを含む。
ここに記載されるのは、表面にゾル・ゲルコーティングを調製および配することによって改善された放射線損傷耐性を有する太陽電池を与えるための方法である。この発明はさらに、地球および宇宙環境条件下において軽量で耐久性があり、好適に透明であるゾル・ゲルコーティングに関する。この発明の太陽電池はさらに、温度サイクリング、真空および、より具体的には、放射線などの環境のさまざまな要素の有害な影響から十分に保護される。材料系の温度サイクリングは、剪断、バックリングおよび剥離を引起こすかもしれないので、有害である。真空条件は気体放出を引起こし、材料を脆くするかもしれない。放射線は、エネルギとしても粒子としても有害である。この発明のゾル・ゲルコーティングされる太陽電池は、ある程度の衝撃耐性および粒子耐性を与える。地球環境は、気候、雨、埃および風などのさらなる有害な要素をもたらす。したがって、ゾル・ゲルコーティングは、宇宙および地球での適用において、太陽電池に十分な粒子耐性および保護を与える。
に固定される。層状構造全体の厚さは、典型的には、約4milsから約15milsである。太陽電池12の表面13Aは太陽に面して位置決めされており、底面13Bは周囲に放射する。太陽電池12からのエネルギは、コンダクタ18を介して、宇宙船などの航空機の電気システムに転送される。ガラス製のカバー14は、約0.35マイクロメートル(以下「μm」とする)から約1.6μmの波長範囲にわたって約90%の透明度を有する。このレベルの透明度により、所望の波長の放射エネルギが、電気エネルギの使用可能な形態に変換するため、カバーを介して、太陽電池に送られることが可能になる。
構成される。セリウムを付加することによって、太陽電池および/またはゾル・ゲルコーティングに有害であり得る紫外線放射の一部が吸収されるかもしれない。セリウムの好適な形態は、セリウム酸化物、酢酸セリウム、アセチルアセトンセリウム、2−エチルヘキソネートセリウム、水酸化セリウム、硝酸セリウム、シュウ酸セリウム、ステアリン酸セリウムおよびトリフルオロアセチルアセトンセリウムならびにその混合物を含む。セリウムの他の好適な形態は、当業者に公知となり、ゾル・ゲル組成の中に含まれてもよい。
3−グリシドキシ−プロピルトリエトキシシラン
p−アミノフェニルシラン
アリルトリメトキシシラン
n−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン
3−アミノプロピルトリエトキシシラン
3−アミノプロピルトリメトキシシラン
3−グリシドキシプロピルジイソプロピルエトキシシラン
(3−グリシドキシプロピル)メチルジエトキシシラン
3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン
3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン
3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン
3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン
3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
n−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン
ビニルメチルジエトキシシラン
ビニルトリエトキシシラン、または
ビニルトリメトキシシラン
ジルコニウム化合物も、ゾル・ゲルコーティングに利用される。好適なジルコニウム化合物は一般式(R−O)4Zrを有する化合物を含み、Rは2個から5個の炭素原子を有する低級脂肪族、特に直鎖脂肪族(アルカリ基)、テトラn−ジルコニウム、分岐脂肪族、脂環族基およびアリール基である。たとえば、プロパノール中で約70%であるジルコニウムn−プロポキシド(TPOZ)は、この発明に従うゾル・ゲルコーティングの配合に好適である。
ことである。濃縮された溶液は、任意の小さな粒子を取除くために濾過されてもよい。ゾル・ゲルは次に、太陽電池の表面に配されて硬化され、太陽電池に保護コーティングおよび改善された放射線損傷耐性を与える。
成分 量
脱イオン水 400mL
3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(GTMS) 133.3mL
ジルコニウムn−プロポキシド(TPOZ) 66.6mL
酢酸(GAA) 30.0mL
界面活性剤 20滴
例1に示されるように、成分は400mLの脱イオン水に混合される。溶液は次に計量され、溶液の約350gmを取除く回転蒸発によって濃縮される。濃縮された溶液は0.2ミクロンのフィルタを介して真空濾過される。所望の堆積、硬化および機械的性質に好適なゾル・ゲルコーティングは、約10重量%から約40重量%の範囲に濃縮し、好ましくは30重量%である。ゾル・ゲルコーティングの濃縮の計算方法は、濃縮工程より前のゾル・ゲル溶液の重量と結果として生じる濃縮されたゾル・ゲル溶液の重量との比較分析で行う。
う任意の他の好適な方法によって、太陽電池の表面に適用され得る。吹き付けは、従来のスプレーガンつまり大容量低圧(HVLP)スプレーガン、または重力フィードガンおよびサイホンフィードガンなどの許容できる表面を与える他の好適な塗布装置を使用することによって達成されてもよい。典型的なゾル・ゲルコーティングは約1.0mils未満の厚さから約10.0milsの厚さである。ゾル・ゲルは、所望の厚さおよび保護を達成するために、一連の連続した層または薄い膜によって表面に適用され得る。各々の層または薄い膜は、付加的な層または薄い膜を配する前に蒸発させてもよい。コーティングは次に、乾燥によってなど周囲の条件の下で硬化され得る。製造フローの速度を速めるために、ゾル・ゲルコーティングは高温下で硬化され得る。高温でない温度下で硬化される場合も、ゾル・ゲルコーティングは同様に有効であり、その状況はハードウェアの製造コストを下げ、決定的に熱に敏感な構成を保護することができる。
面はゾル・ゲルコーティング74でコーティングされる。
Claims (14)
- 太陽電池の放射線損傷耐性を改善するための方法であって、
溶媒にオルガノシラン、アルコキシド、酸化錫インジウム(ITO)および触媒を添加して混合物を形成することとを含み、オルガノシランに対するアルコキシドの割合は容量でオルガノシラン約2部に対してアルコキシドが約1部であって、前記方法は、さらに、
前記混合物を濃縮してゾル・ゲルコーティングを形成することと、
太陽電池の少なくとも一つの表面に前記ゾル・ゲルコーティングを配し、硬化することと、
前記硬化したゾル・ゲルコーティングを接地することと
を含む方法。 - 溶媒は脱イオン水である、請求項1に記載の方法。
- オルガノシランは3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを含む、請求項1に記載の方法。
- 触媒は酢酸を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記溶媒に界面活性剤を添加することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記溶媒にセリウムを添加することをさらに含み、前記セリウムは水溶性の形態である、請求項1に記載の方法。
- セリウム酸化物、酢酸セリウム、アセチルアセトンセリウム、2−エチルヘキソネートセリウム、水酸化セリウム、硝酸セリウム、シュウ酸セリウム、ステアリン酸セリウムおよびトリフルオロアセチルアセトンセリウムならびにその混合物からなる群から選択される材料のうちの少なくとも1つを前記溶媒に添加することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記混合物を濃縮することは、混合物から前記溶媒を蒸発させることを含む、請求項1に記載の方法。
- ゾル・ゲル溶液の濃縮は、ゾル・ゲル溶液を濃縮約30重量%に濃縮する、請求項1に記載の方法。
- 前記ゾル・ゲルコーティングを濾過するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ゾル・ゲルコーティングの濾過は真空濾過によって行なわれる、請求項10に記載の方法。
- 前記ゾル・ゲルコーティングを配するステップは、前記太陽電池の前記表面に前記ゾル・ゲルコーティングを吹き付けて前記コーティングを形成することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ゾル・ゲルコーティングを配するステップは、大容量低圧スプレーで前記ゾル・ゲルコーティングを吹き付けることを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記コーティングの厚さは約1milsから約10milsである、請求項1に記載の方法。
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