專利名稱：在第一表面和相反的第二表面上具有反射涂層的鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在第一表面和相反的第二表面上具有反射涂層的鏡，并且更具體地，涉及具有在透明基板的第二表面上的用于反射穿過基板的光的不透明反射涂層以及在透明基板的相反的第一表面上的用于反射在可由基板吸收的電磁波譜的選定范圍內(nèi)的波長的透明反射涂層的太陽能鏡。
背景技術(shù)：
目前，人們對提高太陽能集熱器的效率很感興趣，例如，但不限于這里的討論，提高用來將太陽射線反射到轉(zhuǎn)換器件的太陽能鏡(例如，太陽能平面反射鏡和成形的太陽反射鏡)的效率。轉(zhuǎn)換器件通常是用于將太陽能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能量(例如，電能和/或熱能)的本領(lǐng)域已知的類型。一般地，但不限于這里的討論，太陽能鏡能夠是主鏡或次鏡。這里所使用的術(shù)語“主鏡”是太陽射線于其上首先反射的鏡，而這里所使用的術(shù)語“次鏡”是所反射的太陽射線于其上被再反射到例如另一太陽能鏡或者接收元件或接收器的鏡。入射到次鏡上的所反射的太陽射線能夠由主鏡或另一次鏡反射來。接收元件或接收器能夠包括，但不限于，光伏器件或含有流體的管子。一般地，但不限于這里的討論，主鏡是成形的鏡，例如，在成形的透明基板的凸表面或第二表面上具有不透明的太陽能反射涂層(例如，銀涂層)的成拋物線形或圓柱形的鏡。次鏡能夠是在成形的或平面的透明基板的表面上具有不透明的太陽能反射涂層的成形的鏡或平面鏡。通常，次鏡是在平面的或成透鏡形的透明基板的背表面或第二表面上具有反射涂層的平面鏡。在實施中，太陽射線入射到主鏡的第一表面或凹表面上。一部分太陽射線由成形的鏡的第一表面反射到接收器或次鏡，以及一部分太陽射線穿過基板并且由不透明的反射涂層反射回穿過透明基板到接收器或次鏡。在太陽射線被反射向次鏡的情形中，由主鏡反射的太陽射線入射到次鏡上并且由次鏡反射到接收器或者另一次鏡。有關(guān)主太陽反射鏡和次太陽反射鏡更詳細的討論在2010年2月19日提交的且題目為“具有保護涂層的太陽反射鏡及其制造方法”(SOLARREFLECTING MIRROR HAVING A PROTECTIVE COATINGANDMETHOD OF MAKING SAME)的美國專利申請No. 12/709，045中給出，在此以提及方式將全文并入本專利申請。由于在使一塊平面的鈉鈣硅玻璃成形為成拋物線形的基板方面的高產(chǎn)率，制造鈉鈣硅玻璃的低成本，以及將太陽能反射涂層施加于一塊平面的或一塊成形的鈉鈣硅玻璃的表面上的高產(chǎn)率和低成本，主鏡和次鏡的透明基板通常由鈉鈣硅玻璃制成。雖然鈉鈣硅玻璃是用于太陽能鏡的基板的可接受的材料，但存在限制。更具體地，商用級的鈉鈣硅玻璃由包含用于吸收電磁波譜的選定波長的成分的的配合料制成。例如，但不限于這里的討論，用于制作鈉鈣硅玻璃的商用級的配合料通常具有至少重量百分比為O. 04的鐵氧化物，即三氧化二鐵(Fe2O3)和氧化亞鐵(FeO)。三氧化二鐵對電磁波譜的300-400納米(“nm”)的波長范圍具有其吸收作用，而氧化亞鐵對電磁波譜的780-1550nm的波長范圍具有其吸收作用并且對電磁波譜的波長范圍1000-1200nm具有其峰值吸收。由三氧化二鐵吸收300_400nm的電磁波譜以及由氧化亞鐵吸收780-1550nm的電磁波譜減少了入射到轉(zhuǎn)換器件上的太陽能的量。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當意識到，具有重量百分比降低了的鐵氧化物的更純級別的鈉鈣硅玻璃配合料是可用的。例如，在美國專利申請No. 12/275,264(在2008年11月21日提交)和美國專利No. 5，030, 594中公開了具有重量百分比小于O. 04的鐵氧化物的鈉鈣硅玻璃，在此以提及方式將全文并入本專利申請。PPG工業(yè)公司以商標STARPHIRE和S0LARPHIREPV來銷售此類玻璃。
遺憾的是，用于制作具有重量百分比小于O. 04的鐵氧化物的鈉鈣硅玻璃的配合料的成本比用于制作具有重量百分比大于O. 04的鐵氧化物的鈉鈣硅玻璃的配合料的成本貴兩到三倍?，F(xiàn)在能夠意識到，提供具有含有重量百分比大于O. 04的且具有對在電磁波譜的選定范圍內(nèi)的波長(例如，在電磁波譜的300-400nm和780_1550nm的波長范圍內(nèi))的降低的吸收作用的鐵氧化物的鈉鈣硅玻璃基板的太陽反射鏡應(yīng)當是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種具有含有設(shè)計用于面對太陽能量源的第一表面以及與第一表面相反的第二表面的透明基板的改進的太陽反射鏡，第二表面被設(shè)計為背向太陽能量源。玻璃基板具有除其它成分外還包含用于吸收被定義為可吸收波長的電磁波譜的一個或多個波長的成分的組成，以及在玻璃基板的第二表面上的不透明的太陽能反射涂層。本發(fā)明的改進除其它方面外還包括在基板的第一表面之上用于提高沿遠離透明基板的第一及第二表面的方向的電磁波譜的一個或多個可吸收波長的反射百分比的透明反射涂層。本發(fā)明還涉及一種太陽反射鏡，該太陽反射鏡除其它方面外還具有基板，尤其是玻璃基板，具有被設(shè)計為背向著太陽能量源的第二表面以及與第二表面相反的第一表面，即第一表面面對太陽，其中玻璃基板具有包含(但不限于)用于吸收被定義為可吸收波長的電磁波譜的一個或多個波長的成分的組成；施加于玻璃基板的第二表面的不透明的太陽能反射涂層，以及施加于玻璃基板的第一表面用于反射電磁波譜的一個或多個可吸收波長的透明反射膜。


圖I是示出入射到太陽能鏡的表面(例如，第一表面)上的太陽射線的反射和再反射的現(xiàn)有技術(shù)的太陽能鏡的截面圖。為了清晰起見，圖中示出了反射涂層的剖面線，但沒有示出透明基板的剖面線。圖2是本發(fā)明的成形的太陽能鏡仰角平面圖(elevated planview)。圖3是為了清晰起見去除了本發(fā)明的部分透明反射涂層的本發(fā)明的平面次鏡的等距視圖。
圖4是示出在鈉鈣硅玻璃內(nèi)的氧化鐵的線性吸收系數(shù)(光密度/厘米/重量百分t匕)的曲線圖。三氧化二鐵(Fe2O3)的線性吸收系數(shù)示出于曲線圖的左側(cè)，且范圍為0-100，而氧化亞鐵(FeO)的線性吸收系數(shù)示出于曲線圖的右側(cè)，且范圍為0-10。圖5是示出層合板I和層合板2在電磁波譜的300-2500納米的波長范圍內(nèi)的反射率的曲線圖。層合板2是本發(fā)明的非限制性實施例。圖6是類似于圖5的曲線圖的用于示出層合板I和層合板2在電磁波譜的300-400納米的波長范圍內(nèi)的反射率的曲線圖。圖7是示出涂有氧化鈦的玻璃在電磁波譜的300-2500納米的波長范圍內(nèi)的反射率的曲線圖。圖8是類似于圖I的視圖的用于示出本發(fā)明的太陽能鏡的非限制性實施例的截面的視圖。 圖9是示出本發(fā)明的無涂層玻璃和有涂層玻璃在350-1000納米的波長范圍內(nèi)的反射率-波長的曲線圖。圖10是示出圖9的本發(fā)明的無涂層玻璃和有涂層玻璃在300-2500納米的波長范圍內(nèi)的反射率-波長的曲線圖。圖11是類似于圖8的視圖的用于示出本發(fā)明的太陽能鏡的另一種非限制性實施例的截面的視圖。
具體實施例方式在下面的討論中，當本發(fā)明示出于附圖中時，本發(fā)明會涉及空間或方向術(shù)語，例如，“內(nèi)部”、“外部”、“左側(cè)”、“右側(cè)”、“上”、“下”、“水平”、“垂直”等。但是，應(yīng)當理解，本發(fā)明能夠假定各種可替換的方向，并因此，此類術(shù)語不應(yīng)被看作是限制性的。此外，在本說明書和權(quán)利要求書中使用的用于表示尺寸、物理特性等的所有數(shù)字都應(yīng)當理解為在所有情況下都由術(shù)語“大約”來修飾。因此，除非另有說明，在下面的說明書和權(quán)利要求書中所闡明的數(shù)字值能夠根據(jù)應(yīng)當由本發(fā)明獲得的期望性質(zhì)而改變。至少，而不是試圖將等同原則的應(yīng)用限制于權(quán)利要求的范圍，每個數(shù)字參數(shù)都應(yīng)當至少根據(jù)所報告的有效數(shù)字的大小以及通過應(yīng)用常見的舍入技術(shù)來理解。而且，在此所公開的所有范圍都應(yīng)當理解為包括包含于其中的任意及全部子范圍。例如，所規(guī)定的范圍“1-10”應(yīng)當看作為包括在最小值I和最大值10之間(且包括I和10)的任意及全部子范圍；也就是，以最小值I或更大的值開始且以最大值10或更小的值結(jié)束的任意子范圍，例如，1-6. 7,3. 2-8. I或者5. 5_10。同樣，如同在此所使用的，術(shù)語“施加于之上”或者“提供于之上”意指施加或提供于之上，但不一定與之表面接觸。例如，“施加于基板或基板表面之上”的材料不排除在所沉積的材料與基板或基板表面之間存在一種或多種相同或不同組成的其它材料。在討論本發(fā)明的非限制性實施例之前，應(yīng)當理解，本發(fā)明并不將其應(yīng)用限制于在此所示出和討論的特定的非限制性實施例的細節(jié)，因為本發(fā)明能夠應(yīng)用于其它實施例。更具體地，在下面的討論中，本發(fā)明被實施于太陽能鏡上，但是，本發(fā)明并不僅限于此，而是能夠?qū)嵤┯谌我忸愋偷溺R。此外，在此所使用的用于討論本發(fā)明的術(shù)語是出于描述的目的，而不是出于限制的目的。而且，除非另有說明，在下面的討論中同樣的標記只是同樣的元件。在下面的討論中，太陽射線一開始撞擊在成形(例如，圓柱形、球形或拋物線形)的反射鏡上并被其反射，但是，本發(fā)明并不限制于此，而是本發(fā)明能夠以具有彎曲的反射表面和焦點或焦點區(qū)的任意鏡或者以平表面的鏡來實現(xiàn)，除非另有說明?！敖裹c”和“焦點區(qū)”被定義為由成形的鏡反射的太陽射線的80%以上匯聚于其上的位置?！敖裹c區(qū)”的尺寸小于鏡的反射區(qū)的五分之一。參照圖1，圖I中示出了具有透明基板28的太陽能鏡20 (例如，鈉鈣硅玻璃，但這不限制本發(fā)明)的截面圖，其具有面對太陽(未示出)的第一表面30以及相反的表面或第二表面32。在太陽能鏡20是成形的鏡的情形中，例如，但不限于這里的討論，成拋物線形的太陽能鏡(見圖2)，第一表面30 (圖I)是凸表面，而第二表面32是凹表面，以及在太陽能鏡是平面鏡(見圖3)的情形中，表面30和32 (圖I)通常彼此平行并且表面30和32兩者都是平面的。反射涂層、層或膜34被施加于基板28的第二表面32，以按照下面所討論的方式來反射太陽射線。不透明的太陽反射膜34能夠是金屬，例如，但不限于，銀、鋁、鎳、不銹鋼或金。通常，反射膜34是銀。應(yīng)當能夠意識到，本發(fā)明并不限制于透明基板28的材料，并且基板28能夠是任意類型的透明材料，例如，但不限于，玻璃和塑料。 在下面的討論中，參照成形的太陽能鏡(圖2)來進行，并且該討論可應(yīng)用于平面的太陽能鏡(圖3)，除非另有說明。繼續(xù)參照圖1，由圖I中的射線36表示的平行的太陽能射線入射到成形的玻璃基板28的第一或凹表面30上。為了清晰和簡單起見，太陽能射線在圖I中僅表示為一個射線36，而不是入射到凹表面30上的無數(shù)平行的太陽能射線。射線36的一部分37由鏡20的凹表面30反射到接收器(接收器25僅示出于圖2中)或者到次鏡(圖3所示的平面鏡46)。繼續(xù)參照圖1，射線36的一部分38穿過基板28的表面30，穿過透明基板28，并且由反射膜34的表面42反射成為回穿過玻璃基板28的反射線43。一部分反射線43作為到接收器25的射線37a穿過基板28的表面30，而射線43的一部分38a由第一表面30反射穿過玻璃基板28到第二表面32。射線38a由反射膜34的表面42反射作為反射線43a。一部分射線43a穿過第一表面30作為到次鏡25的射線37b，而射線43a的一部分38b由第一表面30反射穿過玻璃基板28到第二表面32。射線38b由反射膜34的表面42反射作為反射線43b。一部分射線43b穿過第一表面30作為到接收器25的射線37c,而射線43b的一部分38c由第一表面30反射穿過透明基板28到第二表面32。射線38c由反射膜34的表面42反射作為反射線43c，以如同以上討論的那樣重復(fù)射線的反射。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當意識到，射線38、38a、38b和38c的一部分在凸表面32處被反射回穿過透明基板28，而射線38、38a、38b和38c的一部分穿過第二表面32 (為了清晰起見，在圖I中沒有示出那些多次反射的射線)。在圖2所示的本發(fā)明的實施例中，圖I所示的射線37、37a、37b和37c在圖2中集中表示為射線37。參照圖2，反射線37入射到定位于成形的太陽能鏡45的焦點或焦點區(qū)的接收器25上。但是，本發(fā)明并不限制于此，并且本發(fā)明設(shè)想將射線37引向定位于成形的焦點或焦點區(qū)的鏡45的次鏡，例如，圖3所示的次鏡46。在這種情況下，射線37入射到次鏡46上，并且由次鏡46反射到接收器，例如在2010年2月19日提交的美國專利申請No. 12/709，045中所公開的。應(yīng)當能夠意識到，本發(fā)明并不限制于接收器25，并且接收器25能夠是在本領(lǐng)域中用于接收太陽能的并且將太陽能轉(zhuǎn)換為電能或熱能的任意類型。在本發(fā)明的一種非限制性實施例中，太陽能鏡在聚光式太陽能(CSP )或聚光式光伏(CPV )應(yīng)用中反射太陽能。參照圖3，在本發(fā)明的非限制性實施例中，次鏡46包括平面透明基板52，例如，具有施加于透明基板52的主表面54之上的不透明的太陽能反射涂層34的鈉鈣硅酸鹽玻璃板或透明塑料板。主鏡45所反射的太陽射線37 (見圖2)撞擊透明基板52的主表面56，穿過基板52并由不透明的太陽能反射涂層34反射回穿過透明基板52，作為引向接收器25的次射線44，如同在2010年2月19日提交的美國專業(yè)申請No. 12/709，045中所公開的。以上在射線36入射并穿過成形的透明基板28時關(guān)于內(nèi)部反射的太陽射線38和43的討論可適用于入射并穿過次鏡46的透明基板52的主表面56的太陽能射線37。選擇地，保護性的塑料涂層或膜57能夠設(shè)置于反射涂層34之上。如同本領(lǐng)域所已知的，保護性的涂層57保護反射涂層34免受環(huán)境的破壞，例如，免受刮傷和化學(xué)侵蝕。現(xiàn)在應(yīng)當能夠意識到，由主鏡45 (圖2)的玻璃基板28和次鏡46 (圖3)的玻璃基 板52吸收的太陽射線36減少入射到接收器25上的太陽能。在本發(fā)明的實施中，因吸收所致的太陽能的損失對于選定的波長通過提高背向玻璃基板28和52的電磁波譜的可吸收波長的選定波長的反射而減少20-35%，優(yōu)選地減少35-40%并且更優(yōu)選地減少40_45%。以此方式，穿過玻璃基板28和52的電磁波譜的可吸收波長的選定波長的吸收百分比被減少。本發(fā)明的一種非限制性實施例被實施用于減小鈉鈣硅玻璃中的鐵氧化物(S卩，三氧化二鐵(Fe2O3)和氧化亞鐵(FeO))對太陽能的吸收百分比。三氧化二鐵在電磁波譜的300-400 nm的波長范圍內(nèi)具有其峰值吸收，以及氧化亞鐵在電磁波譜的780_1550nm的波長范圍內(nèi)具有其峰值吸收(見圖4)。圖4的曲線圖清楚示出了三氧化二鐵在300-400nm的波長范圍內(nèi)的峰值吸收遠大于氧化亞鐵在780-1550nm的波長范圍內(nèi)的峰值吸收。在本發(fā)明的討論中，為了清晰起見，電磁波譜的紫外波長范圍大于0-380納米(“nm”)，電磁波譜的可見光波長范圍大于380_780nm,并且電磁波譜的紅外能波長范圍大于780nm。應(yīng)當能夠意識到，隨著三氧化二鐵和氧化亞鐵的重量百分比增加，吸收百分比也會增加。但是，本發(fā)明并不限定于在玻璃基板內(nèi)的三氧化二鐵和氧化亞鐵的重量百分比，并且本發(fā)明的好處以重量百分比大于O的三氧化二鐵和氧化亞鐵的存在來實現(xiàn)。下面的實驗被執(zhí)行用于測量本發(fā)明的實施所致的反射太陽能的提高。一塊由PPG工業(yè)公司以商標SOLARPHIRE PV銷售的那種玻璃在第一主表面上具有不透明的銀反射涂層。具有銀涂層的玻璃以下稱為“樣品I”。樣品I的玻璃具有三氧化二鐵(Fe2O3)為O. 0047的重量百分比以及氧化亞鐵(FeO)為O. 0033的重量百分比。一塊具有O. 125英寸(O. 32厘米)的厚度，以及三氧化二鐵(Fe2O3)為O. 058的重量百分比和氧化亞鐵(FeO)為O. 027的重量百分比的鈉鈣硅玻璃(以下稱為“樣品2”)定位于樣品I的第二主表面上；樣品I的第二主表面與樣品I的涂銀的第一主表面相反。具有I. 52的折射率的折射率匹配的油的液體膜被設(shè)置于樣品I的第二主表面與樣品2的表面之間并與它們接觸，以在太陽能的射線穿過樣品I和樣品2相鄰的表面之間時消除折射率的改變。層合的樣品I和樣品2 (以下也稱為“層合板I”)在電磁波譜的300-2500nm的波長內(nèi)所反射的太陽能使用PerkinElmerLambda 950分光光度計來測量。層合板I對于電磁波譜的300-2500納米的波長范圍所反射的太陽能被示出于圖5的曲線圖內(nèi)，并且層合板I對于電磁波譜的300-400納米的波長范圍所反射的太陽能被示出于圖6的曲線圖內(nèi)。樣品I和樣品2被分開。一塊具有在第一主表面上的氧化鈦涂層和無涂層的相反的第二表面的玻璃(以下稱為“樣品3”)被提供。樣品3的玻璃組成及厚度與樣品2的玻璃組成及玻璃厚度是相同的。樣品3的氧化鈦涂層具有25-30nm的厚度，并且氧化鈦通過化學(xué)氣相沉積涂層方法來施加并且是在美國專利No. 7，049，022中公開的那種，在此以提及方式將全文并入本專利申請。以上所描述的有涂層玻璃被選定作為樣品3的透明反射涂層，因為它在電磁波譜的300-400納米的波長范圍內(nèi)具有高反射率。更具體地，圖7的曲線圖示出在電磁波譜的350nm的波長處具有55%的反射率峰值(該波長處于三氧化二鐵的峰值吸收范圍內(nèi)(見圖4))的以及在780-1550nm的波長范圍內(nèi)具有范圍為9. 5-15%的反射率(該波長范圍是三氧化二鐵的峰值吸收范圍(見圖4))的樣品3。樣品3的無涂層的第二表面位于樣品I的無涂層的第二主表面上。折射率匹配的油膜被設(shè)置于樣品3的無涂層的第二表面與樣品I的無涂層的第二主表面之間并且與它們接觸。在層合的樣品I和樣品3 (以下也稱為“層合板2”)的300-2500納米的波長內(nèi)所反射的太陽能使用Perkin Elmer Lambda 950分光光度計來測量。層合板2所反射的太陽能被示出于圖5和6的曲線圖中。 圖5和6的曲線圖示出了在400-2500納米的波長范圍內(nèi)近似相同的反射率-波長，以及在300-400納米的范圍內(nèi)的顯著差異。更具體地，層合板I對于300-325的波長范圍具有大約5%的反射，而層合板2對于300-325納米的波長范圍具有46-55%的反射。下面的表I示出了層合板I和層合板2的百分比反射率。所反射的太陽能使用PerkinElmerLambda 950分光光度計來測量。這些值基于ISO 9050 (2003)的方法，紫外范圍(“UV”)為300-380nm的波長范圍，可見光范圍(“VIS”)為大于380_780nm，紅外光范圍(“IR”)為大于780-2500nm，以及總的太陽能范圍(“TS”)為電磁波譜的范圍300_2500nm。表I反射率(％)UV VIS IR TS層合板I 55. 95 92. 98 72. 3 80. 93層合板2 70.23 92.97 72. 3 81.44在VIS和IR范圍內(nèi)的反射率變化是較小的；但是這是可接受的，因為FeO的峰值吸收在VIS和IR范圍內(nèi)是低的，例如，在大于380-1550nm的波長范圍內(nèi)小于9的線性吸收系數(shù)，并且厚度為25-30nm的氧化鈦在780_1550nm的波長內(nèi)具有小于12%的反射率。根據(jù)表I的數(shù)據(jù)應(yīng)當能夠意識到，本發(fā)明的實施使TS反射率提高了 O. 6%，并且使UV反射率提高了 25. 5%。參照圖8，圖中示出了結(jié)合本發(fā)明的特征的太陽能鏡80的截面。太陽能鏡80包括具有在玻璃基板81的第二表面32上的不透明的反射膜34的玻璃基板81以及在玻璃基板81的第一表面30上的本發(fā)明的反射涂層82。反射涂層82在本發(fā)明的這種非限制性實施例中是具有90nm的厚度的氧化鈦涂層82。為了討論的目的，但不限制本發(fā)明，將具有不透明的反射涂層34的玻璃基板81稱為組件84。參照圖9和10，組件84 (沒有涂層82但具有不透明的反射膜34的玻璃基板82)的反射率由曲線A表示，而具有涂層82的組件84的反射率由曲線B表示。曲線A和曲線B在300-16IOnm的波長范圍內(nèi)的反射率使用由PPG工業(yè)公司開發(fā)的專有軟件程序并利用來自玻璃基板以及沉積于玻璃基板上的氧化鈦膜的歷史數(shù)據(jù)來獲得。波長范圍的上限1610nm被選定為截止點，因為三價鐵的峰值吸收在300-400nm的波長范圍內(nèi)；二價鐵的峰值吸收在780-1550nm的波長范圍內(nèi)，并且在波長1610nm之上的歷史值被認為是過于隨機的。圖10所示的在范圍1610-2500內(nèi)的波長的反射率是在曲線A和曲線B所計算的反射率的值會聚的波長1610處的反射率的線性延伸。下面的表2示出了具有氧化鈦涂層82的組件84和組件84的百分比反射率。這些值基于ISO 9050 (2003)的方法，紫外范圍(“UV”)為300-380nm的波長范圍，可見光范圍(“VIS”)為大于380-780nm，紅外光范圍(“IR”)為大于780_2500nm，以及總的太陽能范圍(“TS”)為300-2500nm。所反射的UV、VIS、IR和TS使用IS09050 (2003)的方法來計算。表2反射率(％)UV VIS IR TS 組件8459. 26 93.84 70.51 80.60具有涂層82 的組件 84 60. 78 93. 92 73. 82 82. 31參照表2，UV的反射率變化為提高2. 5% ;在VIS內(nèi)為提高小于O. 01% ;在IR內(nèi)為提高4.6%，而在TS內(nèi)為提高2. 1%。參照表I和2，增加氧化鈦膜的厚度減少了在UV內(nèi)的反射率的提高百分比以及提高了在TS內(nèi)的反射率百分比。應(yīng)當能夠意識到，本發(fā)明并不限制于氧化鈦涂層66和82的厚度，并且應(yīng)當選定氧化鈦涂層的厚度以使由太陽能鏡反射的總的太陽能最大化。雖然沒有限制本發(fā)明，但是本發(fā)明設(shè)想具有厚度范圍為25-125nm，優(yōu)選地厚度范圍為30_100nm并且最優(yōu)選地厚度范圍為35-95nm的氧化鈦涂層。在本發(fā)明的另一種非限制性實施例中，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)來涂布的太陽能集熱器86被示出于圖11的截面中。太陽能集熱器86包括為了提高在大于780-1550nm的波長范圍內(nèi)的波長的反射率而具有在玻璃基板81的第二表面32上的不透明的反射涂層34(組件84)以及在第一表面30上的透明反射涂層88的玻璃基板81，該波長范圍是氧化亞鐵的峰值吸收波長范圍(見圖4)。涂層88是三層電介質(zhì)膜90-92的疊層，該疊層包括設(shè)置于玻璃基板81的第一表面30上或之上的90nm厚的氧化鈦膜90、設(shè)置于氧化鈦膜90上或之上的90nm厚的氧化硅膜91以及設(shè)置于氧化硅膜91上或之上的第二 90nm厚的氧化鈦膜92。參照圖9和10，在必要時，組件84 (曲線A)和具有涂層88的組件84 (曲線C)在300-1610nm的波長范圍內(nèi)的百分比反射率使用以上所討論的由PPG工業(yè)公司開發(fā)的專有軟件程序來獲得。圖10所示的在1610-2500的范圍內(nèi)的波長的反射率是在組件84 (曲線A)的、以上討論的有涂層的組件80 (曲線B)的以及有涂層的組件86 (曲線C)的所計算的反射率的值匯聚于其上的波長1610nm處的反射率的線性延伸。下面的表3示出了太陽能鏡86的組件84以及太陽能鏡86的具有涂層88的組件84的百分比反射率。這些值基于ISO 9050(2003)的方法，紫外范圍(“UV”)為300_380nm的波長范圍，可見光范圍(“VIS”)為大于380-780nm，紅外光范圍(“IR”)為大于780_2500nm，以及總的太陽能范圍(“TS”)為電磁波譜的范圍300-2500nm。所反射的UV、VIS、IR和TS使用ISO 9050 (2003)的方法來計算。表 3反射率)UV VIS IR TS組件8459. 26 93.84 70. 51 80.60具有涂層88 的組件 84 55. 64 94. 02 74. 85 83. 15參照表3，在組件84和具有涂層88的組件84之間的百分比反射率變化在UV內(nèi)為下降6% ^VIS內(nèi)為提高1%;在IR內(nèi)為提高6%，以及在TS內(nèi)為提高3%。由于在VIS和IR范圍內(nèi)的反射率的百分比提高，具有涂層88 (圖11)的組件84在TS內(nèi)具有比具有涂層82(圖8)的組件84更大的百分比反射率提高。本發(fā)明的涂層的實施例并不限制于以上所討論的用于通過提高在三價鐵和二價鐵的波長范圍內(nèi)的波長的百分比反射率來提高由太陽能鏡反射的總的太陽能的本發(fā)明的 非限制性實施例。應(yīng)當意識到，三價鐵和二價鐵是用于賦予玻璃光學(xué)性質(zhì)的著色劑，例如，如同在(但不限于)美國專利公開No. 2007-0243993中所公開的。但是，本發(fā)明并不限制于提高用于三價鐵和二價鐵的波長的反射率，而是能夠用來提高其它著色劑的反射率，例如,但不限于，氧化鈷(CoO)、硒(Se)、氧化鉻(Cr2O3)、氧化釹(Nd2O3)、氧化鈦(TiO2)、氧化鉺(Er2O3)和氧化鎳(NiO)。此外，本發(fā)明并不限制于這里所討論的反射涂層，而是在本發(fā)明的實施中能夠使用其它電介質(zhì)層的涂層疊層，例如，在澳大利亞專利No. 758267中公開的。在此以提及方式將全文并入本專利申請。此外，本發(fā)明還設(shè)想施加用于提高一種著色劑(例如，三價鐵)的可吸收波長的反射率的一個涂層以及用于提高另一種著色劑(例如，三價鐵)的可吸收波長的反射率的第二涂層。為了提高太陽能的反射率而提高涂層數(shù)能夠降低穿過玻璃基板以由不透明的反射涂層34反射的太陽能的透射率。在選擇透明的反射涂層時，應(yīng)平衡在UV、VIS和IR的不同波長范圍內(nèi)的太陽能的反射和透射，以使由太陽能鏡反射的總的太陽能最優(yōu)化。換言之，在太陽能鏡的第一表面上的透明反射涂層應(yīng)當提高可吸收波長的反射率以及提高由太陽能鏡反射到轉(zhuǎn)換器件25的總的太陽能(見圖2)。應(yīng)當能夠意識到，本發(fā)明并不限制于用以將透明反射涂層66 (圖2)、82 (圖8)和88(圖11)施加于玻璃基板的方式。在本發(fā)明的優(yōu)選實施中，涂層在玻璃帶穿過平面玻璃形成室時被施加于其上(這在美國專利No. 5，356，718中進行了討論)，或者在玻璃帶從浮法玻璃形成室傳送到退火爐時被施加于其上(這在美國專利No. 4，111，150和No. 4，719，126中進行了討論)。此外，本發(fā)明的透明反射涂層還能夠通過磁控濺射真空沉積涂層法(也稱為“MSVD”)施加于玻璃上，例如，如同美國專利No. 7，323，249所公開的。在本發(fā)明的實施中所使用的鈦涂層是美國專利No. 7，049，022所公開的那種鈦涂層，并且電介質(zhì)涂層88是澳大利亞專利No. 758267所公開的那種電介質(zhì)涂層。在此全文引用美國專利No. 4，111，150、4，719，126,5, 356，718,7, 049，022和7，323，249，在此以提及方式將全文并入本專利申請。在本發(fā)明的另一種非限制性實施例中，本發(fā)明的透明反射涂層(例如，氧化鈦涂層66和82)是用于防止或限制鈉離子從鈉鈣硅玻璃中浸析出的鈉離子屏障。從玻璃中浸析出的鈉離子與空氣中的濕氣反應(yīng)，該濕氣使鈉離子轉(zhuǎn)變成鈉化合物，例如，氫氧化鈉和碳酸鈉。鈉化合物能夠蝕刻玻璃板的表面，并且能夠作為沉淀物沉積于玻璃基板的表面上。沉淀于玻璃表面上的鈉化合物降低了穿過玻璃基板的太陽能的透射率，降低了由反射涂層34反射的太陽能的透射率并且使成形的基板28的凹鏡面30(見圖2)以及平面的玻璃基板52的鏡面56 (見圖3)變成非鏡面或漫射面。這里所使用的術(shù)語“鏡面(specular surface)”意指其中入射到反射表面上的光射線具有等于反射角的入射角的光反射表面。這里所使用的術(shù)語“非鏡面或漫射面”意指其中入射到反射表面上的光射線具有不同于反射角的入射角的反射表面。具有50nm (500埃)的厚度的鈦膜提供了防止或限制鈉離子與空氣反應(yīng)的屏障。有關(guān)鈉離子從鈉鈣硅玻璃中浸析出以及用于施加鈉離子屏障涂層以防止屏障涂層在用于使有涂層的平面玻璃片成拋物線形的玻璃片的玻璃成形工藝中被屈曲和壓裂的技術(shù)的更詳細的討論，可參見在2010年2月19日提交的美國專利申請No. 12/709,045。在此全文引用美國專利申請No. 12/709，045，以提及方式將全文并入本專利申請?，F(xiàn)在應(yīng)當能夠意識到，本發(fā)明并不限制于透明反射涂層在希望要反射的波長范圍內(nèi)的百分比反射率。更具體地，反射率能夠等于或大于10%，優(yōu)選地等于或大于35%，最優(yōu)選地等于或大于50%。
現(xiàn)在應(yīng)當能夠意識到，本發(fā)明能夠應(yīng)用于其它物品中以降低波長的吸收，例如，窗戶。此外，在本發(fā)明的另一種非限制性實施例中，透明的第一表面鏡同樣能夠選擇性地反射能夠損害基板的光(例如，紫外光)的波長，例如，透明的聚合物基板或者沉積于鏡的第二表面上的材料層。應(yīng)當能夠意識到，本發(fā)明并不限制于在此所討論的本發(fā)明的實施例，并且本發(fā)明的范圍僅由伴隨的權(quán)利要求書的范圍所限定。
權(quán)利要求
1.一種太陽反射鏡，具有透明基板，其中，所述透明基板具有被設(shè)計為面對太陽能量源的第一表面以及與所述第一表面相反的第二表面，所述第二表面被設(shè)計為背向著所述太陽能量源，其中所述玻璃基板具有包含用于吸收被定義為可吸收波長的電磁波譜的一個或更多個波長的成分的組成，以及在所述玻璃基板的所述第二表面上的不透明的太陽能反射涂層，改進包括 在所述基板的所述第一表面之上的透明反射涂層，用于提高沿著遠離所述透明基板的所述第一和所述第二表面的方向的所述電磁波譜的一個或更多個可吸收波長的反射百分比。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽反射鏡，其中所述基板是玻璃基板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽反射鏡，其中所述可吸收波長在300-2500nm的波長范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽反射鏡，其中所述可吸收波長在300-400納米的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽反射鏡，其中用于吸收所述電磁波譜的一個或更多個波長的所述成分是三價鐵。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽反射鏡，其中所述涂層是在所述玻璃基板的所述第一表面上的氧化鈦膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽反射鏡，其中所述氧化鈦膜具有在25-125納米的范圍內(nèi)的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽反射鏡，其中所述氧化鈦膜具有25納米的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽反射鏡，其中所述氧化鈦膜具有90納米的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽反射鏡，其中所述可吸收波長在780-1550納米的波長范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的改進的太陽能鏡，其中用于吸收所述電磁波譜的一個或更多個波長的所述成分是二價鐵。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的太陽反射鏡，其中所述涂層是電介質(zhì)涂層疊層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽反射鏡，其中所述電介質(zhì)涂層疊層包括在所述玻璃基板的所述第一表面上的第一氧化鈦膜、在所述第一氧化鈦膜之上的氧化硅膜以及在所述氧化硅膜之上的第二氧化鈦膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的太陽反射鏡，其中所述第一和第二氧化鈦膜及所述氧化硅膜具有在80-100納米的范圍內(nèi)的厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽反射鏡，其中所述氧化硅膜在所述第一氧化鈦膜上，所述第二氧化鈦膜在所述氧化硅膜上，并且所述第一和所述第二氧化鈦膜及所述氧化硅膜具有90納米的厚度。
16.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽反射鏡，其中所述可吸收波長在300-400納米的范圍內(nèi)以及在780-1550納米的范圍內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的太陽反射鏡，其中用于吸收在300-400納米的波長范圍內(nèi)的所述電磁波譜的一個或更多個波長的所述成分是三價鐵；用于吸收在780-1550納米的波長范圍內(nèi)的所述電磁波譜的一個或更多個波長的所述成分是二價鐵，并且所述涂層是電介質(zhì)涂層疊層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的太陽反射鏡，其中所述電介質(zhì)涂層疊層包括在所述玻璃基板的所述第一表面上的第一氧化鈦膜、在所述第一氧化鈦膜之上的氧化硅膜以及在所述氧化硅膜之上的第二氧化鈦膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽反射鏡，其中用于吸收所述電磁波譜的一個或更多個波長的所述成分是給所述玻璃基板提供光學(xué)性質(zhì)的著色劑。
20.一種太陽反射鏡,包括 具有被設(shè)計為背向著太陽能量源的第二表面以及與所述第二表面相反的第一表面的玻璃基板，其中所述玻璃基板具有包含用于吸收被定義為可吸收波長的電磁波譜的一個或更多個波長的成分的組成； 施加于所述玻璃基板的所述第二表面的不透明的太陽能反射涂層，以及 用于反射所述電磁波譜的一個或更多個可吸收波長的透明反射膜。
全文摘要
一種太陽能鏡，包括在透明基板的背向太陽的表面上的不透明的反射涂層以及在基板的相反表面上的透明反射涂層。透明反射涂層提高了在例如紅外范圍內(nèi)的波長的選定范圍內(nèi)的波長的反射百分比，以增加由太陽能鏡反射的總的太陽能，從而增加被引向用于將太陽能轉(zhuǎn)換成電能和/或熱能的接收器的太陽能。
文檔編號F24J2/00GK102844281SQ201180016353
公開日2012年12月26日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者D·R·哈斯金, M·阿巴布, A·V·瓦格內(nèi) 申請人:Ppg工業(yè)俄亥俄公司