CN103011586B - 一种微晶硅太阳能电池基板用高应变点玻璃板材 - Google Patents

Abstract

本发明属于特种玻璃生产制造技术领域，提出一种微晶硅太阳能电池基板用高应变点玻璃板材。所述高应变点玻璃板材的玻璃组份及质量百分比为：SiO₂ 56～62%，Al₂O₃ 5～9%，Na₂O6～10%，K₂O5～10%，MgO 2～3%，CaO7～10%，Fe₂O₃ 0～0.02%，CeO20.1～0.3%，BaO1～6%， SrO 2～6%，SO₃0～0.3%。本发明提高了玻璃基板的化学稳定性和机械强度，使玻璃板材的应变点温度达到560℃～600℃，大大改善了玻璃的化学性能和光学性能使满足了微晶硅太阳能电池基板的生产。

Description

一种微晶硅太阳能电池基板用高应变点玻璃板材

技术领域

本发明属于特种玻璃生产制造技术领域，主要涉及一种微晶硅太阳能电池基板用高应变点玻璃板材。

背景技术

微晶硅太阳能电池在具备非晶硅太阳能电池优点的同时，从技术上由于能更好的吸收太阳能光谱中的近红外波长，使得转换效率在非晶硅太阳能电池的基础上增加了50%。

微晶硅太阳能电池利用玻璃作为薄膜衬底时，玻璃具有一定的机械强度和热稳定性、无污染、成本低廉；同时还可以通过表面处理减少光的反射，增加光的透过率；但其最大的缺点是由于受玻璃软化温度的限制，薄膜的沉积温度以及相关的后续处理温度都不能太高；普通玻璃的应变点温度约为460℃至510℃，当玻璃加热到应变点温度以上时，冷却后的收缩形变将十分剧烈，并且难以把握其规律，不能满足微晶硅太阳能电池背板≧560℃的较高制作温度。而一般来说，温度越高，所制得的薄膜材料越好(或缺陷密度越低)。

玻璃主要由玻璃网络形成体、网络外体氧化物和中间体氧化物等结构组成；各种玻璃组份直接影响到玻璃体的高温粘度、玻璃的应变点、作业温度、反应产物的扩散以及随后的澄清、均化过程等，为了能满足微晶硅太阳能电池背板≧560℃的较高制作温度，需要对玻璃组份进行调整。

发明内容

本发明提供一种微晶硅太阳能电池基板用高应变点玻璃板材，使其在普通钠钙硅玻璃成分的基础上根据玻璃组份对玻璃性能的影响，进行玻璃组份设计，使其满足微晶硅太阳能电池基板的生产。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：

一种微晶硅太阳能电池基板用高应变点玻璃板材，所述高应变点玻璃板材的玻璃组份及重量百分比为：SiO₂  56～62%，Al₂O₃  5～9%，Na₂O 6～10%，K₂O 5～10%，MgO  2～3%，CaO 7～10% ，Fe₂O₃  0～0.02%，CeO2 0.1～0.3% ，BaO 1～6%， SrO 2～6% ，SO₃ 0～0.3%。

为了解决玻璃衬底要求温度不能太高而材料又要求温度越高越好这一矛盾；该高应变点玻璃板材，不但具有较好的热学性能，有较高的应变点，应变点的温度≧560℃；同时在膨胀系数上也能与所用浆料相匹配，即所述高应变点玻璃板材的热膨胀系数α _20～400℃ 为75×10^-7～90×10^-7。

一般浮法玻璃生产的钠钙硅玻璃组份及质量百分比为： SiO₂ 71.5～72.5%，Na₂O+ K₂O 13.5～14%，CaO 8.0～9.0 %，MgO 3.5～4.0%，Al₂O₃ 0.2～1.8%，Fe₂O₃ 0.10～0.15%，SO₃ 0～0.3%。 

与一般的浮法玻璃生产的玻璃组份相比，在保证网络形成体足够的条件下适当的减少了SiO₂的含量，SiO₂的含量过多时，玻璃的熔融、成型困难，热膨胀系数过小，周边材料和热膨胀系数匹配困难。另一方面，SiO₂的含量过少时，玻璃化困难，玻璃的热膨胀系数变大，玻璃的耐热冲击性降低，玻璃的化学稳定性差。因此本发明中SiO₂含量定为56～62%。

本发明提高了Al₂O₃的含量，Al₂O₃对增加玻璃液粘度的影响比SiO₂大；采用Al₂O₃取代部分SiO₂后，应变点提高，同时Al₂O₃在玻璃中能提高玻璃的化学稳定性，增加机械强度，并能降低玻璃的析晶倾向。Al₂O₃还能降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性；但Al₂O₃含量高时，生产玻璃时原料难熔、玻璃粘度大而成型困难。因此Al₂O₃含量定为5～9%。

Na₂O能有效的提高玻璃矿物配合料的熔化特性；Na₂O含量的变化，较快的改变玻璃的线膨胀系数，玻璃的线膨胀系数随R₂O含量的增加而增加；要满足无机玻璃板材α _20～400℃ 为75～90×10^-7/℃的范围，Na₂O含量设定为6～10%。

组份设计中提高了K₂O的含量有助于SiO₂的熔化，增加玻璃的光泽度，提高玻璃的化学稳定性；K₂O组份区间设置为5～10%。

适当的MgO能提高玻璃的化学稳定性和机械强度，并降低玻璃的结晶倾向，但MgO的含量高时，玻璃的应变点较低；因此MgO的组份含量设定为2～3%。

本发明还通过引入能够提高玻璃应变点，而对玻璃高温粘度影响较小的各类氧化物，同时可以改善玻璃的化学性能、热性能和光学性能，其中BaO 的组份含量设定为1～6%， SrO 的组份含量设定为2～6%。

CeO₂的引入能有效的阻止紫外线在无机玻璃板材中的透过，本发明含量在0.1～0.3% 的CeO₂来满足阻止紫外线照射的需求。

Fe₂O₃的存在，会使玻璃着色，降低玻璃的透光特性；因此高应变点玻璃板材中Fe₂O₃的含量控制在0.02%以下。

SO₃为熔制玻璃需要加入的含硫澄清剂，SO₃的存在，加强了Fe₂O₃着色程度，降低玻璃的透光特性；因此无机玻璃板材中SO₃的含量控制在0.3%以下。

本发明提出的一种微晶硅太阳能电池基板用高应变点玻璃板材，在普通钠钙硅玻璃基础上，通过提高Al₂O₃的含量，提高玻璃基板的化学稳定性和机械强度，而对玻璃高温粘度影响较小的各类氧化物，使其应变点温度达到≧560℃，并使玻璃在高温下的焙烧过程中显示出低的热变形，大大改善了玻璃的化学性能和光学性能，满足了微晶硅太阳能电池基板的生产要求。

具体实施方式

结合具体实施例对本发明加以说明：（实施例中的成份含量均以质量百分比计）：

实施例1：

SiO₂ 56.0%，Al₂O₃ 9.0%，Na₂O 10.0%，K₂O 5.0%，MgO 2.64%，CaO 8.7%，Fe₂O₃ 0.01%，CeO₂ 0.1%，SO₃  0.15% ，BaO 2.4% ，SrO 6.0%。

按照该玻璃组成成份，采用低铁石英砂、低铁石灰石、低铁白云石、氢氧化铝、纯碱、碳酸钾、碳酸钡、碳酸锶、碳酸铈，制成玻璃制造用配合料。在1580℃温度下熔化，经浮法工艺成型，可得到膨胀系数α _20～400℃ 为89×10^-7/℃，应变点为573℃的高应变点玻璃板材。

实施例2： 

SiO₂ 57.8%，Al₂O₃ 8.5%，Na₂O 6.8%，K₂O 8.0%，MgO 2.8%，CaO 7.0%，Fe₂O₃ 0.019%，CeO₂ 0.3%，SO₃  0.2% ，BaO 4.0% ，SrO 4.5%。

按照该玻璃组成成份，采用低铁石英砂、低铁石灰石、低铁白云石、氢氧化铝、纯碱、碳酸钾、碳酸钡、碳酸锶、碳酸铈，制成玻璃制造用配合料。在1580℃温度下熔化，经浮法工艺成型，可得到膨胀系数α _20～400℃ 为75×10^-7/℃，应变点为584℃的高应变点玻璃板材。

实施例3：

SiO₂ 56.5%，Al₂O₃ 6.6%，Na₂O 6.0%，K₂O 10.0%，MgO 3.0%，CaO 9.44%，Fe₂O₃ 0.01%，CeO₂ 0.15%，SO₃  0.3% ，BaO 6.0% ，SrO 2.0%。

按照该玻璃组成成份，采用低铁石英砂、低铁石灰石、低铁白云石、氢氧化铝、纯碱、碳酸钾、碳酸钡、碳酸锶、碳酸铈，制成玻璃制造用配合料。在1580℃温度下熔化，经浮法工艺成型，可得到膨胀系数α _20～400℃ 为77×10^-7/℃，应变点为593℃的高应变点玻璃板材。

实施例4：

SiO₂ 62.0%，Al₂O₃ 5.0%，Na₂O 8.5%，K₂O 5.9%，MgO 2.0%，CaO 10%，Fe₂O₃ 0.02%，CeO₂ 0.3%，SO₃  0.28% ，BaO 1.0% ，SrO 5.0%。

按照该玻璃组成成份，采用低铁石英砂、低铁石灰石、低铁白云石、氢氧化铝、纯碱、碳酸钾、碳酸钡、碳酸锶、碳酸铈，制成玻璃制造用配合料。在1580℃温度下熔化，经浮法工艺成型，可得到膨胀系数α _20～400℃ 为82×10^-7/℃，应变点为578℃的高应变点玻璃板材。

Claims (3)

1.一种微晶硅太阳能电池基板用高应变点玻璃板材，其特征在于：所述高应变点玻璃板材的玻璃组份及重量百分比为：SiO₂ 56.0%，Al₂O₃ 9.0%，Na₂O 10.0%，K₂O 5.0%，MgO 2.64%，CaO 8.7%，Fe₂O₃ 0.01%，CeO₂ 0.1%，SO₃  0.15% ，BaO 2.4% ，SrO 6.0%。

2.根据权利要求1所述的微晶硅太阳能电池基板用高应变点玻璃板材，其特征在于：所述高应变点玻璃板材的应变点温度为573℃。

3.根据权利要求1所述的微晶硅太阳能电池基板用高应变点玻璃板材，其特征在于：所述高应变点玻璃板材的膨胀系数α _20～400℃ 为89×10^-7/℃。