CN103568404A

CN103568404A - 导电玻璃、其制备方法和应用

Info

Publication number: CN103568404A
Application number: CN201210264410.8A
Authority: CN
Inventors: 董清世; 邵世强; 陈曦; 李晓东; 吴坚
Original assignee: XINYI PV INDUSTRY (ANHUI) HOLDINGS CO LTD
Current assignee: XINYI PV INDUSTRY (ANHUI) HOLDINGS CO LTD
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2032-07-27
Also published as: CN103568404B

Abstract

本发明适用于特种玻璃领域，提供了一种导电玻璃、其制备方法和应用。该导电玻璃包括依次层叠的玻璃基底层、钠离子阻挡层及AZO膜层，该AZO膜层的上表面为绒面。本发明导电玻璃，AZO膜层的上表面为绒面，使导电玻璃的雾度达到40～80%，提高了射入光的透过率；本发明导电玻璃制备方法，通过在强酸蚀刻之后进一步进行弱酸蚀刻，使其绒面更加平滑和均匀，能够显著增加导电玻璃的雾度和光透过率，使导电玻璃对光的利用率显著提升；本发明实导电玻璃制备方法，操作简单，成本低廉，非常适于工业化生产。

Description

导电玻璃、其制备方法和应用

技术领域

本发明属于特种玻璃领域，尤其涉及一种导电玻璃、其制备方法和应用。

背景技术

AZO玻璃，即掺杂铝的ZnO透明导电导电玻璃，目前主要应用于薄膜电池领域。AZO玻璃的AZO膜层是通过磁控溅射方法制得，目前都是浓度为0.05%wt%的盐酸溶液蚀刻AZO，与传统的FTO玻璃采用的化学气相沉积方法不同，其生产的导电玻璃膜层平坦，不利于后续制成的薄膜电池对光的有效吸收，必须对膜层进行后续的化学湿法蚀刻形成优良的绒面结构，从而形成光陷阱，使后续制成的薄膜电池对光进行有效地吸收。传统的生产工艺采用的蚀刻方法在大面积量产中，形成的绒面结构存在各种缺陷，且雾度很难做到超过60%，透过率82%就达到瓶颈。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种导电玻璃，解决现有技术中AZO导电玻璃蚀刻后雾度，透过率低的技术问题；及，上述导电玻璃的制备方法和应用。

本发明是这样实现的，

一种导电玻璃，包括依次层叠的玻璃基底层、钠离子阻挡层和AZO膜层，该AZO膜层的与钠离子阻挡层接触表面相对的表面为绒面。

以及，

上述导电玻璃制备方法，包括如下步骤：

提供导电玻璃前体，该导电玻璃前体包括依次层叠的玻璃基底层、钠离子阻挡层及AZO膜层；

在温度为15℃~30℃条件下将该导电玻璃前体用质量浓度为0.1～0.3%的强酸溶液蚀刻10s~45s；

在温度为15℃~30℃条件下将该导电玻璃前体用质量浓度为0.1～0.3%的强酸溶液蚀刻10s~45s。

本发明进一步提供上述导电玻璃在太阳能电池中的应用。

本发明导电玻璃，AZO膜层的上表面为绒面，使导电玻璃的雾度达到40～80%，提高了射入光的透过率；本发明导电玻璃制备方法，通过在强酸蚀刻之后进一步进行弱酸蚀刻，使其绒面更加平滑和均匀，能够显著增加导电玻璃的雾度和光透过率，使导电玻璃对光的利用率显著提升；本发明实导电玻璃制备方法，操作简单，成本低廉，非常适于工业化生产。

附图说明

图1本发明实施例导电玻璃的结构图；

图2是对比例1或2导电玻璃的结构图；

图3是对比例3导电玻璃的结构图;

图4为实施例一、对比例一、对比例三所的得到的导电玻璃雾度测试图；

图5为实施例一、对比例一、对比例三所的得到的导电玻璃透过率测试图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1显示本发明实施例导电玻璃结构图，该导电玻璃包括依次层叠的玻璃基底层11、钠离子阻挡层12及AZO膜层13，该AZO膜层13的与钠离子阻挡层12接触表面相对的表面131为绒面。

该玻璃基底层11的材质优选为超白浮法玻璃板，其厚度为2～4毫米，例如，2.0mm，3.2mm，4.0mm。本发明实施例玻璃基底层11的材质还可以选用本领域内常用的其他玻璃材料。

该钠离子阻挡层1材质优选为二氧化硅，氮氧化硅，厚度在50~100纳米，那钠离子阻挡层也可以选用本领域中常用的其他物质，该钠离子阻挡12通过磁控溅射方法在该玻璃基底层11上沉积得到。

该AZO膜层13的材质为掺铝氧化锌膜，该AZO膜层13可以选用本领域中常用的掺铝氧化锌膜。该AZO膜层13的厚度为600～1200纳米。该AZO膜层可以通过磁控溅射方法在该钠离子阻挡层12上沉积得到。

该AZO膜层的的与钠离子阻挡层12接触表面相对的表面为绒面，具体地，该AZO膜层13的与钠离子阻挡层12接触表面相对的表面由数量不限的、规则分布或近似规则分布的凹坑组成，该AZO膜层13上表面的绒面的平均高度为150～200纳米，这些凹坑的平均宽度为1～2微米。该AZO膜层13的绒面的凹坑由大凹坑和小凹坑组成，这些小凹坑分布在大凹坑之中。

请参阅图2，图2显示对比例1或对比例2的导电玻璃结构图，该导电玻璃包括依次层叠的玻璃基底层21、钠离子阻挡层22及AZO膜层23，该AZO膜层23的的与钠离子阻挡层接触表面相对的表面231为绒面。

请参阅图3，图3对比例3的导电玻璃结构图，该导电玻璃包括依次层叠的玻璃基底层31、钠离子阻挡层32及AZO膜层33，该AZO膜层33的与钠离子阻挡层接触表面相对的表面331为绒面。

从图1、图2及图3的对比中可以看出，整体上，本发明实施例导电玻璃中，该AZO膜层3的绒面平滑、角度缓和，而且凹坑分布较为均匀，大凹坑中分布有小凹坑，使得导电玻璃的雾度和透过率得到显著提升，产生光陷阱，使得射入光线更容易发生漫射，产生二次射入，实现导电玻璃对射入光的利用率大大提升。本发明实施例导电玻璃，AZO膜层的电阻为8Ω-15Ω，雾度为40%-80%。

本发明实施例进一步提供上述导电玻璃制备方法，包括如下步骤：

步骤S01，提供前体：

步骤S02，第一次蚀刻：

步骤S03，第二次蚀刻：

将该经过强酸蚀刻后的导电玻璃前体置于质量浓度为0.2～0.6%的弱酸溶液中，在温度为20℃~35℃条件下蚀刻10s~60s，得到导电玻璃。

本发明实施例导电玻璃制备方法中，所使用的蚀刻机优选为EtchingModule，可以选用本领域中其他常用的蚀刻机。

步骤S01中，该导电玻璃前体是指没有经过蚀刻处理的导电玻璃。其中，该玻璃基底层、钠离子阻挡层及AZO膜层的材质、厚度和前述的相同，在此不重复阐述。步骤S01中，还包括将该导电玻璃前体用清水进行清洗，然后吹干的过程。

步骤S02中，该强酸溶液可以为硫酸溶液或盐酸溶液，该强酸溶液的质量浓度为0.1～0.3%，优选为0.15~0.25%。该强酸溶液的配制方法没有特别要求。

步骤S02的蚀刻过程中温度为15℃~30℃，包括蚀刻环境的温度及蚀刻溶液（该强酸溶液）的温度均为15℃~30℃。蚀刻过程中可以采取有效方法（例如搅拌、磁力搅拌等）尽量保持强酸溶液的充分均匀混合的状态，同时及时调整强酸浓度使其达到在0.1～0.3%中的动态平衡。步骤S02的蚀刻时间为10s~45s。通过上述在上述条件下对导电玻璃前体进行强酸蚀刻，将该导电玻璃前体的AZO膜层蚀刻出粗糙的、主要由大凹坑组成的绒面。

进一步，在经过步骤S02的第一次蚀刻后，将第一次蚀刻后的导电玻璃前体用清水清洗，清洗后吹干。

步骤S03中，该弱酸溶液可以为醋酸溶液或草酸溶液，该弱酸溶液的质量浓度为0.2～0.6%，优选为0.3~0.45%。该弱酸溶液的配制方法没有特别要求。醋酸是弱电解质溶液，与AZO反应速率较强酸慢的多，其浓度不能太低，否则蚀刻作用很不明显。同时，由于是二次蚀刻溶液，膜层已具有粗糙绒面结构，只需对粗糙绒面结构进行修饰性蚀刻，所以弱酸醋酸浓度又不能太高，经过大量试验发现，在经过强酸蚀刻后，合适的弱酸的质量浓度为0.2%~0.6%。

步骤S03的蚀刻过程中温度为20℃~35℃，包括蚀刻环境的温度及蚀刻溶液（该弱酸溶液）的温度均为20℃~35℃。蚀刻过程中可以采取有效方法（例如搅拌、磁力搅拌等）尽量保持弱酸溶液的充分均匀混合的状态，同时及时调整弱酸浓度使其达到在0.2～0.6%中的动态平衡。步骤S03的蚀刻时间为10s~60s。

通过步骤S03用弱酸对经过步骤S02强酸蚀刻后的导电玻璃前体进行再次蚀刻，能够对步骤S02在导电玻璃前体AZO膜层上面形成的粗糙绒面进行修饰，在大凹坑之间均匀形成一些小凹坑，同时使大凹坑之间的隔断更加平缓。在第二次蚀刻后，AZO膜层上表面的绒面平滑、角度缓和，而且凹坑分布较为均匀，大凹坑中分布有小凹坑，使得导电玻璃的雾度和透过率得到显著提升，产生光陷阱，使得射入光线更容易发生漫射，产生二次射入，实现导电玻璃对射入光的利用率大大提升。本发明实施例导电玻璃，AZO膜层的电阻为8Ω-15Ω，雾度为40%-80%。通过调整第二次蚀刻的时间，可以将雾度提高至75%以上。同时，由于电阻和膜厚成反比关系，膜厚越薄电阻越大，而刻蚀是一个减膜厚的过程，蚀刻越厉害，膜厚越薄，电阻越大。通过上述蚀刻过程，能够使导电玻璃的电阻处于合适的范围之内。

经过第二次蚀刻后，得到本发明实施例导电玻璃。本发明导电玻璃制备方法，通过在强酸蚀刻之后进一步进行弱酸蚀刻，使其绒面更加平滑和均匀，能够显著增加导电玻璃的雾度和光透过率，使导电玻璃对光的利用率显著提升；本发明实导电玻璃制备方法，操作简单，成本低廉，非常适于工业化生产。

本发明实施例进一步提供上述导电玻璃在太阳能电池中的应用。

以下结合具体实施例对上述实施例及对比例导电玻璃制备方法进行详细阐述。

实施例1

本发明实施例导电玻璃制备方法，包括如下步骤：

1、以3.2mm超白浮法玻璃为基片，运用磁控溅射镀膜机进行AZO镀膜，得到膜厚为1000nm左右AZO玻璃，平均电阻在6.1Ω左右，得到导电玻璃前体；

2、在刻蚀机Etching Module A段加入质量浓度为0.15%的盐酸溶液，EtchingModule B段加入质量浓度为0.2%的醋酸溶液，将导电玻璃前体传送到刻蚀机中，进行动态刻蚀，先通过Etching Module A进行第一次蚀刻AZO，蚀刻过程中，温度为20℃，时间为30秒；

将经过第一次蚀刻后的导电玻璃前体进行清洗、吹干，进入Etching ModuleB进行第二次蚀刻，蚀刻过程中，温度为25℃，时间为30秒，制成导电玻璃，其电阻平均值为11.2Ω，透过率为84.27%，雾度为57%。

实施例2

2、在刻蚀机Etching Module A段加入质量浓度为0.1%的硫酸溶液，EtchingModule B段加入质量浓度为0.2%的醋酸溶液，将AZO导电玻璃传送到刻蚀机中，进行动态刻蚀，先通过Etching Module A进行第一次蚀刻AZO，蚀刻过程中，温度为15℃，时间为45秒；

将经过第一次蚀刻后的导电玻璃前体进行清洗、吹干，进入Etching ModuleB进行第二次蚀刻，蚀刻过程中，温度为20℃，时间为60秒，制成导电玻璃，其电阻平均值为12Ω，透过率为83.9%，雾度为60.4%。

实施例3

本发明实施例导电玻璃制备方法，包括如下步骤：

1、以3.2mm超白浮法玻璃为基片，运用磁控溅射镀膜机进行AZO镀膜，得到膜厚为1200nm左右AZO玻璃，平均电阻在5Ω左右，得到导电玻璃前体；

2、在刻蚀机Etching Module A段加入质量浓度为0.15%的盐酸溶液，EtchingModule B段加入质量浓度为0.2%的醋酸溶液，将导电玻璃前体传送到刻蚀机中，进行动态刻蚀，先通过Etching Module A进行第一次蚀刻AZO，蚀刻过程中，温度为30℃，时间为10秒；

将经过第一次蚀刻后的导电玻璃前体进行清洗、吹干，进入Etching ModuleB进行第二次蚀刻，蚀刻过程中，温度为35℃，时间为10秒，制成导电玻璃，其电阻平均值为13.7Ω，透过率为84.53%，雾度为65.3%。

实施例4

本发明实施例导电玻璃制备方法，包括如下步骤：

1、以3.2mm超白浮法玻璃为基片，运用磁控溅射镀膜机进行AZO镀膜，得到膜厚为1200nm左右AZO玻璃，平均电阻在4.8Ω左右，得到导电玻璃前体；

2、在刻蚀机Etching Module A段加入质量浓度为0.1%的硫酸溶液，EtchingModule B段加入质量浓度为0.2%的醋酸溶液，将导电玻璃前体传送到刻蚀机中，进行动态刻蚀，先通过Etching Module A进行第一次蚀刻AZO，蚀刻过程中，温度为20℃，时间为30秒；

将经过第一次蚀刻后的导电玻璃前体进行清洗、吹干，进入Etching ModuleB进行第二次蚀刻，蚀刻过程中，温度为25℃，时间为30秒，制成导电玻璃，其电阻平均值为13.2Ω，透过率为83.54%，雾度为67.7%。

对比例1

本对比例导电玻璃制备方法，包括如下步骤：

1、以3.2mm超白浮法玻璃为基片，运用磁控溅射镀膜机进行AZO镀膜，得到膜厚为1000nm左右AZO玻璃，平均电阻在5.8Ω左右，得到导电玻璃前体；

2、在刻蚀机Etching Module A段加入质量浓度为0.4%的醋酸溶液，EtchingModule B段不加任何酸，将导电玻璃前体传送到刻蚀机中，进行动态刻蚀，通过Etching Module A进行蚀刻AZO，蚀刻过程中，温度为25℃，时间为60秒，制成导电玻璃，其电阻平均值为10.7Ω，透过率为81.1％，雾度为25.5%。

对比例2

本对比例导电玻璃制备方法，包括如下步骤：

1、以3.2mm超白浮法玻璃为基片，运用磁控溅射镀膜机进行AZO镀膜，得到膜厚为1000nm左右AZO玻璃，平均电阻在5.9Ω左右，得到导电玻璃前体；

2、在刻蚀机Etching Module A段加入质量浓度为0.2%的盐酸溶液，EtchingModule B段不加任何酸，将导电玻璃前体传送到刻蚀机中，进行动态刻蚀，通过Etching Module A进行蚀刻AZO，蚀刻过程中，温度为20℃，时间为60秒，制成导电玻璃，其电阻平均值为10.9Ω，透过率为80.3%，雾度为42.2%。

对比例3

本对比例导电玻璃制备方法，包括如下步骤：

2、在刻蚀机Etching Module A段加入质量浓度为0.1%的盐酸溶液和0.2%的醋酸溶液，Etching Module B段不加任何酸，将导电玻璃前体传送到刻蚀机中，进行动态刻蚀，通过Etching Module A进行蚀刻AZO，蚀刻过程中，温度为20℃，时间为60秒，制成导电玻璃，其电阻平均值为12.9Ω，透过率为82.39%，雾度为54.2%。

将实施例1、2和对比例1、2进行对比后可知，二次蚀刻方法的刻蚀效果要优于一次蚀刻方法，且先盐酸后醋酸的二次刻蚀方法蚀刻的效果要明显优于弱酸醋酸或强酸盐酸的一次蚀刻方法的刻蚀效果，且后经仪器测得的绒面结构前者也要优于后者，光陷阱作用好。

将实施例3、4和对比例3进行对比后可知，先强酸后弱酸二次蚀刻方法的刻蚀效果要优于强弱混合酸的一次蚀刻方法，且先盐酸后醋酸的二次刻蚀方法蚀刻的效果较强弱混合酸的一次蚀刻方法的刻蚀效果有所提高，且后经仪器测得的绒面结构前者也要优于后者，光陷阱作用好，前者可获得更大的雾度和透过率。

对上述三组实施例进行比较，本发明实施例的导电玻璃蚀刻方法要优于先强酸后弱酸的二次蚀刻的方法，刻蚀后的膜层性能优于单一强酸或弱酸以及混合酸的一次蚀刻方法，强酸蚀刻出粗糙的绒面结构，再进行二次蚀刻，用弱酸对粗糙的绒面结构进行修饰性蚀刻，两次蚀刻过后，使所得膜层绒面结构更加均匀分布，大坑中又蚀刻有小坑，提高光陷阱作用，从而对后续薄膜太阳电池对光的利用率提高，提高薄膜太阳电池效率。

请参阅图4，图4为实施例一、对比例一、对比例三所的得到的导电玻璃雾度测试图，从该图中可知，实施例一二次蚀刻获得的导电玻璃的雾度比对比例一单一酸蚀刻和对比例三混合酸蚀刻雾度要高。

请参阅图5，图5为实施例一、对比例一、对比例三所的得到的导电玻璃透过率测试图，从该图中可知，实施例一二次蚀刻获得的导电玻璃的透过率比对比例一单一酸蚀刻和对比例三混合酸蚀刻透过率要好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种导电玻璃，包括依次层叠的玻璃基底层、钠离子阻挡层和AZO膜层，其特征在于，所述AZO膜层的与钠离子阻挡层接触表面相对的表面为绒面。

2.如权利要求1所述的导电玻璃，其特征在于，所述AZO膜层的厚度为600～1200纳米。

3.如权利要求1所述的导电玻璃，其特征在于，所述绒面的平均高度为150～200纳米。

4.如权利要求1所述的导电玻璃，其特征在于，所述绒面由凹坑组成。

5.如权利要求4所述的导电玻璃，其特征在于，所述凹坑的平均宽度为1～2微米。

6.如权利要求1～5任一项所述的导电玻璃的制备方法，包括如下步骤：

提供导电玻璃前体，所述导电玻璃前体包括依次层叠的玻璃基底层、钠离子阻挡层及AZO膜层；

在温度为15℃~30℃条件下将所述导电玻璃前体用质量浓度为0.1～0.3%的强酸溶液蚀刻10s~45s；

将所述经过强酸蚀刻后的导电玻璃前体置于质量浓度为0.2～0.6%的弱酸溶液中，在温度为20℃~35℃条件下蚀刻10s~60s，得到导电玻璃。

7.如权利要求6所述的导电玻璃制备方法，其特征在于，所述强酸选自盐酸或硫酸。

8.如权利要求6所述的导电玻璃制备方法，其特征在于，所述弱酸选自醋酸或草酸。

9.如权利要求6所述的导电玻璃制备方法，其特征在于，所述强酸的质量浓度为0.15~0.25%，所述弱酸的质量浓度为0.3~0.45%。

10.如权利要求1～5任一项所述的导电玻璃在太阳能电池中的应用。