JP5890321B2 - アルミノケイ酸ガラスから作製される基板ガラスを有する光電池 - Google Patents
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Description
本発明は、高耐熱性、低い加工温度、および高い耐結晶化性を有するアルミノケイ酸ガラスから作製される基板ガラスを有する光電池に関する。
アルカリ−アルカリ土類ケイ酸ガラスとも呼ばれるソーダ石灰ガラスは、最も古くから知られたガラスの種類のうちの１つであり、量に関して最も頻繁に使用される種類のガラス（「標準ガラス」）である。ソーダ石灰ガラスは、例えば鏡用ガラスまたは窓ガラスなどの板ガラスとして、例えば瓶、食品パッケージ、および飲用グラス用のパッケージング用ガラスとして、または自動車製造において、複合安全ガラスとして、多くの分野で使用される。公知のソーダ石灰ガラスは、比較的低い耐熱性しか有しない、例えば、およそ４９０〜５３０℃の範囲の転移温度（「Ｔｇ」）しか有しないという短所を有する。ソーダ石灰ガラスの応用は、この点で、著しく制限される。
ガラスおよびガラスから製造される製品の特性は、多くの応用例について、特別に適合している必要がある。それゆえ、公知のガラス組成物を、ガラスの特性が特別の応用例に適しているように変えて改変するというニーズが存在する。しかしながら、これに関しては、１つの成分の割合の減少または増加が、それだけでガラス特性に対して異なって作用する複数の効果を誘発する可能性があるということが、常に問題となる。ガラス組成物における複数の成分の置き換えまたは改変という事象における手順および効果は、さらにより複雑であり、個々のガラス成分が互いに相互に影響し合い、そのため、単純な関係は予測できないのが通常である。それゆえ、特別の応用例のために特別に誂えたガラス組成物を提供することは、比較的困難である。
上記の種類に関するガラスに関する多くの刊行物が先行技術にある。
つまり、特許文献１は、プラズマディスプレイパネル用の低アルミニウムのアルカリガラスを記載し、そのガラス組成物は、０．３〜２．５重量％のＬｉ２Ｏ、７．０〜１２重量％のＮａ２Ｏ、１．５〜４．５重量％のＫ２Ｏ、０〜５．０重量％のＭｇＯ、６．０〜９．０重量％のＣａＯ、０〜５．０重量％のＳｒＯ、３．５〜１５．０重量％のＢａＯ、２．０〜４．５重量％のＡｌ２Ｏ３、５７．０〜６８．０重量％のＳｉＯ２、０〜５．０重量％のＺｒＯ２、および０〜０．５重量％のＣｅＯ２から合成され、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの合計は９．０〜１６．０重量％である。
特許文献２は、フラットディスプレイ、好ましくはプラズマディスプレイ（ＰＤＰ、プラズマディスプレイパネル）に特に好適な基板用のガラス組成物を記載する。このガラス組成物は、実質的に、５９〜７２重量％のＳｉＯ２、１〜１５重量％のＡｌ２Ｏ３、０．５〜９重量％のＭｇＯ、０．５〜１１重量％のＣａＯ、０〜６重量％のＳｒＯ、０〜５重量％のＢａＯ、４〜１９重量％のＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ、０〜９重量％のＮａ２Ｏ、４〜２１重量％のＫ２Ｏ、１０〜２２重量％のＮａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ、および０．５〜１０．５重量％のＺｒＯ２を含み、ＳｉＯ２含有量とＡｌ２Ｏ３含有量との差は、５０〜７１重量％であり、相対密度は２．６未満である。
さらには、特許文献３は、基板用の、特にプラズマディスプレイ用のガラス組成物を開示し、このガラス組成物は、５２〜６２重量％のＳｉＯ２、５〜１２重量％のＡｌ２Ｏ３、０〜４重量％のＭｇＯ、３〜５．５重量％のＣａＯ、６〜９重量％のＳｒＯ、０〜１３重量％のＢａＯ、１７〜２７重量％のＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ、７〜１４重量％のＬｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ、０．２〜６重量％のＺｒＯ２、および０〜０．６重量％のＳＯ３を含む。しかしながら、このガラス組成物におけるこのような高いＳｒＯの割合は、大きな不都合を有する。ＳｒＯは比較的費用がかかる材料であり、そのため、このガラスの生産は、著しくより費用がかかるものとなる。転移温度が著しく上昇し熱膨張係数が上昇するという特許文献３で主張される利点は、本発明によっては再現できなかった。むしろ、増やされたＳｒＯ含有量は、本発明に係る応用分野のための特性および効果に対して、肯定的な影響をまったく示さない。それゆえ、本発明によれば、ＳｒＯは、特許文献３に記載される高い量では与えられない。
さらには、特許文献４は、ディスプレイ技術において使用するために好適な、特にプラズマディスプレイパネルに好適な、ソラリゼーション（ｓｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）に対して安定なアルミノケイ酸ガラスを記載し、このアルミノケイ酸ガラスは以下の組成を有する。
ＳｉＯ２ ４５〜６８重量％
Ａｌ２Ｏ３ ＞５〜１８重量％
Ｎａ２Ｏ ０〜５重量％
Ｋ２Ｏ ＞９〜１５重量％
ただし、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ≧１０重量％
ＣａＯ ０〜１０重量％
ＳｒＯ ０．５〜１８重量％
ＢａＯ ０〜１０重量％
ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ８〜＜１７重量％
ＺｒＯ２ １〜６重量％
ＴｉＯ２ ０．２〜５重量％。
ＳｉＯ２ ４５〜６８重量％
Ａｌ２Ｏ３ ＞５〜１８重量％
Ｎａ２Ｏ ０〜５重量％
Ｋ２Ｏ ＞９〜１５重量％
ただし、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ≧１０重量％
ＣａＯ ０〜１０重量％
ＳｒＯ ０．５〜１８重量％
ＢａＯ ０〜１０重量％
ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ８〜＜１７重量％
ＺｒＯ２ １〜６重量％
ＴｉＯ２ ０．２〜５重量％。
特許文献５は、熱的に安定なガラス組成物に関し、そのガラス組成物は以下の組成を含む。
ＳｉＯ２ ４５〜６８重量％
Ａｌ２Ｏ３ ０〜２０重量％
ＺｒＯ２ ０〜２０重量％
Ｂ２Ｏ３ ０〜１０重量％
Ｎａ２Ｏ ２〜１２重量％
Ｋ２Ｏ ３．５〜９重量％
ＣａＯ １〜１３重量％
ＭｇＯ ０〜８重量％、
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２の合計は≦７０重量％であり、Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２の合計は≧２重量％であり、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの合計は≧８重量％であり、所望に応じて、酸化物ＢａＯおよび／またはＳｒＯが、１１重量％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ−ＢａＯ＋ＳｒＯ＞３０重量％であるような量で与えられる。このガラス組成物は、耐火性窓ガラス、特にプラズマシールド、エレクトロルミネセンスシールド、および冷陰極シールド（ｃｏｌｄ ｃａｔｈｏｄｅ ｓｈｉｅｌｄｓ）（電界放出ディスプレイ）の生産のために使用される。
ＳｉＯ２ ４５〜６８重量％
Ａｌ２Ｏ３ ０〜２０重量％
ＺｒＯ２ ０〜２０重量％
Ｂ２Ｏ３ ０〜１０重量％
Ｎａ２Ｏ ２〜１２重量％
Ｋ２Ｏ ３．５〜９重量％
ＣａＯ １〜１３重量％
ＭｇＯ ０〜８重量％、
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２の合計は≦７０重量％であり、Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２の合計は≧２重量％であり、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの合計は≧８重量％であり、所望に応じて、酸化物ＢａＯおよび／またはＳｒＯが、１１重量％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ−ＢａＯ＋ＳｒＯ＞３０重量％であるような量で与えられる。このガラス組成物は、耐火性窓ガラス、特にプラズマシールド、エレクトロルミネセンスシールド、および冷陰極シールド（ｃｏｌｄ ｃａｔｈｏｄｅ ｓｈｉｅｌｄｓ）（電界放出ディスプレイ）の生産のために使用される。
さらには、特許文献６は、化学処理を通してより高い強度を得るガラス組成物を開示する。このガラス組成物は、以下のものを含む。
ＳｉＯ２ ５９〜６８重量％
Ａｌ２Ｏ３ ９．５〜１５重量％
Ｌｉ２Ｏ ０〜１重量％
Ｎａ２Ｏ ３〜１８重量％
Ｋ２Ｏ ０〜３．５重量％
ＭｇＯ ０〜１５重量％
ＣａＯ ０〜１５重量％
ＳｒＯ ０〜４．５重量％
ＢａＯ ０〜１重量％
ＴｉＯ２ ０〜２重量％
ＺｒＯ２ １〜１０重量％。
このガラス組成物は、例えば、磁気記録媒体用のガラス基板として使用される。
ＳｉＯ２ ５９〜６８重量％
Ａｌ２Ｏ３ ９．５〜１５重量％
Ｌｉ２Ｏ ０〜１重量％
Ｎａ２Ｏ ３〜１８重量％
Ｋ２Ｏ ０〜３．５重量％
ＭｇＯ ０〜１５重量％
ＣａＯ ０〜１５重量％
ＳｒＯ ０〜４．５重量％
ＢａＯ ０〜１重量％
ＴｉＯ２ ０〜２重量％
ＺｒＯ２ １〜１０重量％。
このガラス組成物は、例えば、磁気記録媒体用のガラス基板として使用される。
さらには、高耐熱性および低加工温度を有するアルミノケイ酸ガラスが、２００９年９月２５日出願の特許文献７から公知である。しかしながら、このガラスは、必要とされる物理的性質こそ有するが、特定の場合には、耐結晶化性に関しては満足できる結果を呈示しないということが実験によって示された。
特に、再生可能なエネルギーまたは再生エネルギー、すなわち、短期間に再生するかまたは使用されても自身の枯渇に寄与しないかのいずれかの源からのエネルギーに関して、ガラスの新規でかつ改良された使用の可能性は、ますます重要になっている。化石エネルギーキャリアの限られた資源、環境保護および気候保護の必要性、およびエネルギー輸出国への依存を下げるための努力または全体としての、より持続可能なエネルギー供給のための努力には、既存の技術の的を絞った改良が必要である。太陽放射（太陽エネルギー）などのこれらの利用可能な持続可能なエネルギー資源のために、使用されるべきガラスに対する非常に特化された要求がさらに考慮される必要がある。
それゆえ、先行技術の短所を呈示せず、その特性に関して改変されており、かつ特に太陽エネルギーを電流へと変換する分野（光発電）で使用されてもよいガラスを提供するという要求が存在する。
従って、本発明は、先行技術の短所を回避して、ソーダ石灰ガラスの代替物を提供するという目的に基づく。この代替物は、ソーダ石灰ガラスと比べてより高い熱保有容量（ｔｈｅｒｍａｌ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ）（Ｔｇ）を有するが、とはいうものの最も低い加工可能温度（ＶＡ）を有し、かつ結晶化に向かう傾向がなく、かつ光発電で使用される。
本発明の目的は、本発明によれば、光電池、好ましくは薄膜光電池であって、アルミノケイ酸ガラスから作製される基板を含み、このアルミノケイ酸ガラスは、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３ならびにアルカリ酸化物Ｎａ２Ｏおよびアルカリ土類酸化物ＣａＯ、ＭｇＯ、およびＢａＯ、ならびに任意にさらなる成分を有するガラス組成物を含み、このガラス組成物は、１０〜１６重量％、好ましくは＞１０〜１４重量％、より好ましくは＞１０〜１３重量％のＮａ２Ｏ、＞０〜＜５重量％、好ましくは０．１〜４．９重量％、より好ましくは１〜４．７重量％、さらにより好ましくは３〜４．７重量％、特に好ましくは３〜＜４．５重量％のＣａＯ、および＞１〜１０重量％、好ましくは１．１〜１０重量％、より好ましくは１．２５〜１０重量％、さらにより好ましくは１．５〜１０重量％、特に好ましくは１．７５〜１０重量％のＢａＯを含有し、ＣａＯ：ＭｇＯの比（重量％）は０．５〜１．７の範囲にある光電池、好ましくは薄膜光電池、によって成し遂げられる。
また、本発明の目的は、光電池用、好ましくは薄膜光電池用、特にＣｄＴｅ、ＣＩＳ、もしくはＣＩＧＳなどの複合型半導体材料に基づく光電池用、好ましくは薄膜光電池用の基板ガラス、スーパーストレート構造（ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ）ガラス、および／またはカバーガラスとしてのアルミノケイ酸ガラスの使用であって、このアルミノケイ酸ガラスは、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３ならびにアルカリ酸化物Ｎａ２Ｏおよびアルカリ土類酸化物ＣａＯ、ＭｇＯ、およびＢａＯ、ならびに任意にさらなる成分を有するガラス組成物を含み、このガラス組成物は、１０〜１６重量％、好ましくは＞１０〜１４重量％、より好ましくは＞１０〜１３重量％のＮａ２Ｏ、＞０〜＜５重量％、好ましくは０．１〜４．９重量％、より好ましくは１〜４．７重量％、さらにより好ましくは３〜４．７重量％、特に好ましくは３〜＜４．５重量％のＣａＯ、および＞１〜１０重量％、好ましくは１．１〜１０重量％、より好ましくは１．２５〜１０重量％、さらにより好ましくは１．５〜１０重量％、特に好ましくは１．７５〜１０重量％のＢａＯを含有し、ＣａＯ：ＭｇＯの比（重量％）は０．５〜１．７の範囲にある、使用である。
本発明の好ましい実施形態によれば、以下のガラス組成物を含むかまたは以下のガラス組成物からなる（酸化物基準の重量％による）アルミノケイ酸ガラスが、光電池、好ましくは薄膜光電池の基板として、特に基板ガラス、スーパーストレート構造ガラス、および／もしくはカバーガラスとして提供または使用される。
ＳｉＯ２ ４９〜６９重量％
Ｂ２Ｏ３ ０〜２重量％
好ましくはＢ２Ｏ３ ０重量％
Ａｌ２Ｏ３ ＞４．７〜１５重量％
好ましくはＡｌ２Ｏ３ ＞９〜１５．５重量％
より好ましくはＡｌ２Ｏ３ ＞１１〜１５．５重量％
Ｌｉ２Ｏ ０〜４重量％
好ましくはＬｉ２Ｏ ０〜＜０．３重量％
Ｎａ２Ｏ １０〜１６重量％
Ｋ２Ｏ ＞０〜８重量％
好ましくはＫ２Ｏ ＞０〜＜５重量％
特にＫ２Ｏ ＞２〜＜５重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの合計は＞１２〜１９重量％であり、
ＭｇＯ ＞０〜６重量％
好ましくはＭｇＯ ＞２〜５．５重量％
ＣａＯ ＞０〜＜５重量％
好ましくはＣａＯ ２〜＜５重量％
ＳｒＯ ０〜８重量％
好ましくはＳｒＯ ０〜５重量％
より好ましくはＳｒＯ ０〜＜３重量％
特に好ましくはＳｒＯ ０〜＜０．５重量％
ＢａＯ ＞１〜１０重量％
好ましくはＢａＯ １．１〜９重量％
特に好ましくはＢａＯ ２〜８．５重量％、
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合計は７〜１６重量％であり、
Ｆ ０〜３重量％
好ましくはＦ ＞０〜０．３重量％
ＴｉＯ２ ０〜６重量％
好ましくはＴｉＯ２ ＞０．１〜５重量％
Ｆｅ２Ｏ３ ０〜０．５重量％
ＺｒＯ２ ＞０〜６重量％
好ましくはＺｒＯ２ １〜６重量％
特に好ましくはＺｒＯ２ １．５〜５重量％、
ＢａＯ＋ＺｒＯ２の合計は４〜１５重量％であり、
好ましくはＢａＯ＋ＺｒＯ２の合計は５〜１５重量％であり、
ＺｎＯ２ ０〜５重量％
好ましくはＺｎＯ２ ０．５〜３重量％
ＣｅＯ２ ０〜２重量％
ＷＯ３ ０〜３重量％
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜３重量％
ＭｏＯ３ ０〜３重量％、
ＣａＯ：ＭｇＯの比（重量％）は０．５〜１．７の範囲にある。硫酸塩、塩化物、Ｓｂ２Ｏ３、Ａｓ２Ｏ３、ＳｎＯ２などの典型的な清澄剤（ｒｅｆｉｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）が上記のガラス／ガラス融液に加えられてもよい。
ＳｉＯ２ ４９〜６９重量％
Ｂ２Ｏ３ ０〜２重量％
好ましくはＢ２Ｏ３ ０重量％
Ａｌ２Ｏ３ ＞４．７〜１５重量％
好ましくはＡｌ２Ｏ３ ＞９〜１５．５重量％
より好ましくはＡｌ２Ｏ３ ＞１１〜１５．５重量％
Ｌｉ２Ｏ ０〜４重量％
好ましくはＬｉ２Ｏ ０〜＜０．３重量％
Ｎａ２Ｏ １０〜１６重量％
Ｋ２Ｏ ＞０〜８重量％
好ましくはＫ２Ｏ ＞０〜＜５重量％
特にＫ２Ｏ ＞２〜＜５重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの合計は＞１２〜１９重量％であり、
ＭｇＯ ＞０〜６重量％
好ましくはＭｇＯ ＞２〜５．５重量％
ＣａＯ ＞０〜＜５重量％
好ましくはＣａＯ ２〜＜５重量％
ＳｒＯ ０〜８重量％
好ましくはＳｒＯ ０〜５重量％
より好ましくはＳｒＯ ０〜＜３重量％
特に好ましくはＳｒＯ ０〜＜０．５重量％
ＢａＯ ＞１〜１０重量％
好ましくはＢａＯ １．１〜９重量％
特に好ましくはＢａＯ ２〜８．５重量％、
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合計は７〜１６重量％であり、
Ｆ ０〜３重量％
好ましくはＦ ＞０〜０．３重量％
ＴｉＯ２ ０〜６重量％
好ましくはＴｉＯ２ ＞０．１〜５重量％
Ｆｅ２Ｏ３ ０〜０．５重量％
ＺｒＯ２ ＞０〜６重量％
好ましくはＺｒＯ２ １〜６重量％
特に好ましくはＺｒＯ２ １．５〜５重量％、
ＢａＯ＋ＺｒＯ２の合計は４〜１５重量％であり、
好ましくはＢａＯ＋ＺｒＯ２の合計は５〜１５重量％であり、
ＺｎＯ２ ０〜５重量％
好ましくはＺｎＯ２ ０．５〜３重量％
ＣｅＯ２ ０〜２重量％
ＷＯ３ ０〜３重量％
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜３重量％
ＭｏＯ３ ０〜３重量％、
ＣａＯ：ＭｇＯの比（重量％）は０．５〜１．７の範囲にある。硫酸塩、塩化物、Ｓｂ２Ｏ３、Ａｓ２Ｏ３、ＳｎＯ２などの典型的な清澄剤（ｒｅｆｉｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）が上記のガラス／ガラス融液に加えられてもよい。
本発明に従って使用されるアルミノケイ酸ガラスの組成は、好ましくは、下記の範囲にある。
ＳｉＯ２ ４８〜５８重量％
Ｂ２Ｏ３ ０〜１重量％
好ましくはＢ２Ｏ３ ０重量％
Ａｌ２Ｏ３ １２〜１６重量％
好ましくはＡｌ２Ｏ３ ＞１２〜１５重量％
Ｌｉ２Ｏ ０〜１重量％
好ましくはＬｉ２Ｏ ０〜＜０．３重量％
Ｎａ２Ｏ １０〜１４重量％
Ｋ２Ｏ １〜５重量％
好ましくはＫ２Ｏ ２〜４重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの合計は、１１〜１７重量％であり、
ＭｇＯ １．５〜６重量％
ＣａＯ ３〜４．５重量％
好ましくはＣａＯ ３〜＜４．５重量％
ＳｒＯ ０〜３重量％
好ましくはＳｒＯ ０〜＜０．５重量％
ＢａＯ ３〜１０重量％
好ましくはＢａＯ ４〜９．５重量％
特に好ましくはＢａＯ ５〜８．５重量％、
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合計は７〜１８重量％であり、
好ましくはＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合計は１２〜１７重量％であり、
Ｆ ０〜３重量％
好ましくはＦ ＞０〜１重量％
ＴｉＯ２ ０〜３重量％
好ましくはＴｉＯ２ ０〜２重量％
特に好ましくはＴｉＯ２ ０〜１重量％
Ｆｅ２Ｏ３ ０〜０．５重量％
ＺｒＯ２ ＞０〜７重量％
好ましくはＺｒＯ２ １〜６重量％
特に好ましくはＺｒＯ２ １．５〜６重量％、
ＢａＯ＋ＺｒＯ２の合計は８〜１５重量％であり
好ましくはＢａＯ＋ＺｒＯ２の合計は１０〜１５重量％であり、
より好ましくはＢａＯ＋ＺｒＯ２の合計は８〜１３重量％であり、
ＺｎＯ２ ０〜５重量％
好ましくはＺｎＯ２ ０．５〜２重量％
ＣｅＯ２ ０〜２重量％
ＷＯ３ ０〜３重量％
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜３重量％
ＭｏＯ３ ０〜３重量％、
ＣａＯ：ＭｇＯの比（重量％）は０．５〜１．７の範囲にある。硫酸塩、塩化物、Ｓｂ２Ｏ３、Ａｓ２Ｏ３、ＳｎＯ２などの典型的な清澄剤が上記ガラス／ガラス融液に加えられてもよい。
ＳｉＯ２ ４８〜５８重量％
Ｂ２Ｏ３ ０〜１重量％
好ましくはＢ２Ｏ３ ０重量％
Ａｌ２Ｏ３ １２〜１６重量％
好ましくはＡｌ２Ｏ３ ＞１２〜１５重量％
Ｌｉ２Ｏ ０〜１重量％
好ましくはＬｉ２Ｏ ０〜＜０．３重量％
Ｎａ２Ｏ １０〜１４重量％
Ｋ２Ｏ １〜５重量％
好ましくはＫ２Ｏ ２〜４重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの合計は、１１〜１７重量％であり、
ＭｇＯ １．５〜６重量％
ＣａＯ ３〜４．５重量％
好ましくはＣａＯ ３〜＜４．５重量％
ＳｒＯ ０〜３重量％
好ましくはＳｒＯ ０〜＜０．５重量％
ＢａＯ ３〜１０重量％
好ましくはＢａＯ ４〜９．５重量％
特に好ましくはＢａＯ ５〜８．５重量％、
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合計は７〜１８重量％であり、
好ましくはＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合計は１２〜１７重量％であり、
Ｆ ０〜３重量％
好ましくはＦ ＞０〜１重量％
ＴｉＯ２ ０〜３重量％
好ましくはＴｉＯ２ ０〜２重量％
特に好ましくはＴｉＯ２ ０〜１重量％
Ｆｅ２Ｏ３ ０〜０．５重量％
ＺｒＯ２ ＞０〜７重量％
好ましくはＺｒＯ２ １〜６重量％
特に好ましくはＺｒＯ２ １．５〜６重量％、
ＢａＯ＋ＺｒＯ２の合計は８〜１５重量％であり
好ましくはＢａＯ＋ＺｒＯ２の合計は１０〜１５重量％であり、
より好ましくはＢａＯ＋ＺｒＯ２の合計は８〜１３重量％であり、
ＺｎＯ２ ０〜５重量％
好ましくはＺｎＯ２ ０．５〜２重量％
ＣｅＯ２ ０〜２重量％
ＷＯ３ ０〜３重量％
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜３重量％
ＭｏＯ３ ０〜３重量％、
ＣａＯ：ＭｇＯの比（重量％）は０．５〜１．７の範囲にある。硫酸塩、塩化物、Ｓｂ２Ｏ３、Ａｓ２Ｏ３、ＳｎＯ２などの典型的な清澄剤が上記ガラス／ガラス融液に加えられてもよい。
従って、本発明の目的は、光電池、好ましくは薄膜光電池において使用するために特に適切な、まさに特別の応用例のために開発されたアルミノケイ酸ガラスである。このアルミノケイ酸ガラスは、ソーダ石灰ガラスの代替物として使用することができ、Ｔｇ＞５８０℃、好ましくは＞６００℃というソーダ石灰ガラスより著しく高い転移温度が成し遂げられる。本発明に係るアルミノケイ酸ガラスの転移温度Ｔｇは、例えばおよそ５９０℃〜６２５℃の範囲にある。同時に、＜１２００℃、好ましくは＜１１５０℃という、アルミノケイ酸ガラスについてのより低い加工温度（「ＶＡ」）が得られる。従って、例えば、本発明に係る加工温度は、例えばおよそ１１００℃〜およそ１１７０℃の範囲にある。
加えて、ソーダ石灰ガラスの特徴であるおよそ８．５〜１０×１０−６／Ｋ（熱膨張係数）という熱膨張が、本発明に従って使用されるガラスによって、２０〜３００℃の温度範囲で成し遂げられる。
これらの特徴的な特性、特に高い転移温度Ｔｇおよび低い加工温度、ならびに高膨張を得るために、当該ガラスは、１０重量％、好ましくは＞１１重量％、上限は≦１６重量％という高含有量のＮａ２Ｏを有する。特に、本発明に係るガラスの、基板ガラスとしての、例えば光発電用のＣＩＧＳ基板ガラス（銅−インジウム−ガリウムスルフィドおよび／またはセレニド）およびＣｄＴｅ基板ガラス（カドミウムテルル）としてのまさに特別の応用例については、≧１０重量％というＮａ２Ｏ含有量は本質的な特徴である。この場合、ナトリウムは、ナトリウムイオンがＣＩＧＳまたはＣｄＴｅ層へと拡散する可能性があるという点で、効率を上昇させるのに大きく寄与する。それゆえ、高ナトリウム含有量は、本発明に係る高Ｔｇ値が、本発明に従って使用されるアルミノケイ酸ガラスの低い加工温度および高膨張と同時に成し遂げられるという事実に決定的に寄与する。
さらには、本発明に従って使用されるガラスにおいて、ＣａＯの含有量が＞０重量％〜＜５重量％の範囲にあることは、本発明の範囲において重要である。ＣａＯ含有量は、特に好ましくは≦４．９重量％、より好ましくは≦４．７重量％、さらにより好ましくは≦４．５重量％、特に≦４．３重量％、特に好ましくは≦４．０重量％である。当該ガラスの記載した物理的性質および十分な耐結晶化性を設定するために、ＣａＯの下限は＞０重量％、好ましくは０．１重量％であり、特に好ましくは、下限は、≧０．５または１．０重量％、なお特に好ましくは≧２重量％である。それゆえＣａＯは、好ましくは、０．１〜４．９重量％の量で、より好ましくは１〜＜４．７重量％の量で、さらにより好ましくは３〜４．７重量％の量で、特に好ましくは３〜＜４．５重量％の量で、なお特に好ましくは３〜＜４．３重量％の量で本発明に従って使用されるアルミノケイ酸ガラスに与えられる。
ＣａＯ／ＭｇＯの比（重量％）が、０．５〜１．７の範囲、好ましくは０．８〜１．６の範囲、なお特に好ましくは１．１〜１．５５の範囲に設定される場合、ガラスの所望の特性が、特に高い程度に実現されうる。この比を決定するために、ＣａＯの量（重量％）がＭｇＯの量（重量％）によって除算され、単位なしの数値が得られ、この数値が、本発明に従って請求される範囲であることになる。ＣａＯ／ＭｇＯの比（重量％）を上記の範囲に設定することにより、耐結晶化性を高めることができ、上記の物理的性質が同時に成し遂げられる。
アルミノケイ酸ガラスが選択される場合、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合計が７〜１８重量％、特に好ましくは７〜１７重量％、特に１０〜１６重量％の範囲にあることが本発明の範囲においては特に有利である。これも、ガラスの所望の物理的性質を高度にもたらすことに貢献することができる。
それゆえ、アルミノケイ酸ガラスが本発明に従って使用される。主成分として、これらのガラスは、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３ならびにアルカリ酸化物Ｎａ２Ｏおよびアルカリ土類酸化物ＣａＯおよびＭｇＯ、ならびに任意にさらなる成分を含む。
基礎となるガラスは、典型的には、好ましくは、少なくとも４８重量％、より好ましくは少なくとも４９重量％、特に好ましくは少なくとも５０重量％のＳｉＯ２を含有する。最も高い量のＳｉＯ２は、６９重量％、好ましくは６４重量％、特に好ましくは６０重量％のＳｉＯ２である。ＳｉＯ２含有量の好ましい範囲は、５０〜６０重量％、さらにより好ましくは５２〜５８重量％である。
Ａｌ２Ｏ３の量は、好ましくは、＞４．７重量％、より好ましくは＞５重量％、さらにより好ましくは＞７重量％、特に好ましくは＞９重量％、なお特に好ましくは≧１１重量％である。良好な可融性を可能にするために、Ａｌ２Ｏ３含有量は、特に好ましくは≦１６重量％、好ましくは≦１５重量％、特に好ましい実施形態では≦１４．５重量％である。＞５〜１６重量％という範囲、特に１１〜１５重量％という範囲は、なお特に好ましい。この含有量は、意図された使用に応じて変わってもよい。１６重量％というＡｌ２Ｏ３含有量を超えると、可融性が悪くなるという不都合がある。４．７重量％というＡｌ２Ｏ３含有量を下回ると、ガラスの耐薬品性が悪くなり、結晶化に向かう傾向が高まるという不都合がある。
アルカリ金属のリチウム、ナトリウム、およびカリウムの酸化物のうちで、すでに記載したように、酸化ナトリウムが、特に実質的に重要である。Ｎａ２Ｏは、本発明によれば、≧１０〜１６重量％の量で、特に＞１０〜１５重量％の量で、より好ましくは１０〜１４重量％の量で、特に１０〜１３重量％の量で、なお特に好ましくは＞１１〜１３重量％の量で含まれる。本発明に係るＫ２Ｏの含有量は、好ましくは＞０〜８重量％、より好ましくは＞０〜＜５重量％、特に好ましくは＞２〜＜５重量％である。本発明によれば、Ｌｉ２Ｏ含有量は、好ましくは０〜４重量％、より好ましくは０〜１．５重量％、特に好ましくは０〜＜０．３重量％である。Ｌｉ２Ｏの添加は、熱膨張係数（ＣＴＥ）を設定し、加工温度を下げるために使用することができる。しかしながら、Ｌｉ２Ｏ含有量は、特に好ましくは＜０．３重量％であるか、または当該ガラスは完全にＬｉ２Ｏを含まない。この時点まで、Ｌｉ２ＯがＮａ２Ｏと同様に作用するであろうということは指摘されていなかった。これは、Ｌｉ２Ｏの拡散がおそらくは高すぎるからである。加えて、Ｌｉ２Ｏは原料としては費用がかかり、そのため、より少量を使用することまたはＬｉ２Ｏをまったく使用しない（Ｌｉ２Ｏ＝０重量％）ことが有利である。
それぞれの特定されたアルカリ酸化物含有量を超えると、既存のガラス接触材料（ｃｏｎｔａｃｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）の腐食が悪くなるという不都合がある。それぞれのアルカリ酸化物含有量を下回ると、可融性が悪くなるという不都合がある。
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの合計は、好ましくは＞１１〜１９重量％の範囲、より好ましくは＞１２〜１７重量％の範囲にある。
カルシウム、マグネシウム、任意にバリウムの酸化物は、および、より少ない程度ではあるが、ストロンチウムの酸化物も、アルカリ土類酸化物として使用される。
本発明によれば、ＣａＯは、＞０〜＜５重量％の範囲で、より好ましくは０．１〜４．９重量％の範囲で、さらにより好ましくは１〜４．７重量％の範囲で、特に２〜４．７重量％、特に好ましくは３〜４．７重量％の範囲で、より特に好ましくは３〜＜４．５重量％の範囲で、なお特に好ましくは３〜＜４．３重量％の範囲で本発明に係るガラス組成物に与えられる。
ＭｇＯは、好ましくは＞０〜６重量％の範囲で、より好ましくは０．１〜６重量％の範囲で、さらにより好ましくは１．５〜６重量％の範囲で、特に好ましくは１．５〜５．５重量％の範囲で、なお特に好ましくは２〜５．５重量％の範囲で使用される。本発明のアルミノケイ酸ガラスの上記の特性を成し遂げるために、本発明によれば、ＣａＯおよびＭｇＯの量（各々、重量％）は、比ＣａＯ：ＭｇＯが０．５〜１．７の範囲、好ましくは０．８〜１．６の範囲、なお特に好ましくは１．１〜１．５５の範囲に設定されるように、上記の範囲内で選択される。ＣａＯ：ＭｇＯの比（重量％）を上記の範囲内に設定することにより、結晶化安定性が高められ、上記の物理的性質が所望の程度に成し遂げられる。
本発明の範囲では、当該ガラス組成物の中の成分についての＞Ｘ重量％という量の記載は、当該ガラス組成物がＸ重量％を超える量を含有するということを意味する。例えば、「＞０重量％のある成分」は、当該ガラス組成物が０重量％を超える量、例えば０．１重量％以上の量を含有するということを意味する。
本発明の範囲では、当該ガラス組成物の中の成分についての＜Ｙ重量％という量の記載は、当該ガラス組成物がＹ重量％未満の量を含有するということを意味する。例えば、「＜５重量％のある成分」は、当該ガラス組成物が、５重量％未満の量、例えば４．９重量％以下の量を含有するということを意味する。
ＢａＯは、＞１〜１０重量％の範囲、好ましくは１．１〜１０重量％の範囲、さらにより好ましくは１．２５〜１０重量％の範囲、特に好ましくは１．５〜１０重量％の範囲、なお特に好ましくは１．７５〜１０重量％の範囲で本発明で使用される。さらには、＞１〜９重量％、より好ましくは２〜９重量％、特に好ましくは２〜８．５重量％という範囲が好ましく使用される。より大きいＢａＯ含有量の利点は、当該ガラス組成物の転移温度Ｔｇを上昇させるためにＢａＯを使用することができるということである。より小さいＢａＯ含有量の利点は、実質的に、より低い密度、それゆえガラスの軽量化、および高価な成分それ自体のコストの削減である。本発明によれば、＞１〜１０重量％の範囲のＢａＯ含有量が使用される。低密度は、さらなる加工のためのガラスの輸送の際に、特に、ガラスから生産された製品が携帯機器に取り付けられる予定である場合は、特に有利である。光起電での応用例についての低密度およびそれゆえ低重量の基板ガラスのまさに具体的な利点は、例えば、本発明に係るガラスが使用されるモジュール／パネルが、例えば、小さい極限荷重しか有しない土台部分（例えば、工場の平屋根）に構築されうるということである。これは、例えば、ＢａＯがＳｒＯによって置き換えられることで、有利なことに、さらにより高い程度に成し遂げられうる。
ＺｒＯ２含有量は、特に有利には、本発明に従って＞０〜７重量％の範囲、より好ましくは１〜６重量％、さらにより好ましくは１．５〜５重量％の範囲に設定される。
ＢａＯ＋ＺｒＯ２の合計は、４〜１５重量％の範囲、より好ましくは５〜１５重量％の範囲、さらにより好ましくは７〜１３重量％の範囲、特に好ましくは８〜１２．５重量％の範囲に設定されることが有利である。このようにして、必要とされる物理的性質、特にガラス転移温度（Ｔｇ）および加工温度（ＶＡ）、が設定される可能性があり、しかも（ＭｇＯと一緒に）これらの成分を加えることで、ＣａＯ含有量を減少させる、従って結晶化安定性を高めることが可能になるので、上記合計を上記の範囲に設定することは有利である。
ＳｒＯは、好ましくは、０〜８重量％の範囲で、より好ましくは０〜＜６重量％、さらにより好ましくは０〜５重量％、なお好ましくは０〜＜３．５重量％、特に０〜＜０．５重量％の範囲で本発明に係るガラスに与えられる。ＳｒＯは、一般に、ガラスの転移温度Ｔｇを高めるために使用される。しかしながら、ＳｒＯは、本発明に係るガラス組成物の中にまったく存在しなくてもよい（ＳｒＯ＝０重量％）。先行技術で主張されているもののような特に不都合な効果は、このようにすれば、顕在化しないようにできるであろう。
本発明によれば、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合計は、好ましくは７〜１８重量％の範囲、より好ましくは７〜１７重量％の範囲、さらにより好ましくは９〜１６重量％の範囲、特に好ましくは１２〜１６重量％の範囲にある。
本発明によれば、Ｂ２Ｏ３は、好ましくは、０〜２重量％、より好ましくは０〜１重量％、なお特に好ましくは０〜０．５重量％の量で与えられる。特に好ましい実施形態によれば、当該ガラスはＢ２Ｏ３を含まない。このことは好ましい。なぜなら、Ｂ２Ｏ３は、一方で毒物学的な懸念があり（催奇性）、他方で費用がかかる成分であり、これは従量制価格を著しく上昇させるからである。加えて、より高い割合のＢ２Ｏ３は、Ｂ２Ｏ３がガラス溶融の間に気化し、排出ガスエリアで妨害をするように沈殿し、ガラス組成物自体を変えるという不都合を有する。さらには、Ｂ２Ｏ３の添加は、特別の応用例においては不都合である。従って、基板ガラスの中での１重量％を超えるＢ２Ｏ３含有量は、薄膜太陽電池の効率に対して不都合な効果を及ぼすということが示されている。なぜなら、基板ガラスからのホウ素原子は蒸発または拡散によって半導体層に到達し、その半導体層で、電気的に活性でありかつ再結合の増加を通してセルの性能を低下させる可能性がある効果を引き起こす可能性があるからである。
さらには、ＺｎＯは、好ましくは０〜５重量％の量で、好ましくは０．５〜３重量％の量で含まれる。特に好ましい実施形態は、０．５〜２．０重量％、好ましくは０．７〜１．５重量％の含有量のＺｎＯを含有する。
加えて、ＷＯ３、ＭｏＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、および／もしくはＦまたはさらなる成分などの他の成分も、互いに独立に、本発明に係るアルミノケイ酸ガラスに与えられてもよい。
ＷＯ３、ＭｏＯ３、Ｂｉ２Ｏ３は、好ましくは、各々互いに独立に、０〜３重量％、好ましくは０〜１重量％の量で本発明に係るアルミノケイ酸ガラスに与えられる。これらの成分は、好ましくは、ガラスのＵＶ吸収端を設定するために使用され、そして清澄化の際の酸化還元バッファーとしても使用されてよい。
ＴｉＯ２は、およびＣｅＯ２も、典型的には、ガラスのＵＶ遮断のために添加されてもよい。応用分野に応じて、本発明に従って使用されるガラスは、例えばカバーガラスまたはエンベロープチューブ（ｅｎｖｅｌｏｐｅ ｔｕｂｅ）の形態で与えられてもよく、そして、有害なＵＶ線がガラスの下の部品に届かないようにするために、例えばＴｉＯ２および／またはＣｅＯ２を使用するドーピングを有してもよい。ＴｉＯ２含有量は、本発明によれば、好ましくは０〜６重量％の範囲、より好ましくは＞０．１〜５重量％の範囲、さらにより好ましくは＞０．１〜３重量％の範囲にある。本発明によれば、ＣｅＯ２は、好ましくは、０〜２重量％、より好ましくは０〜１重量％、さらにより好ましくは０．１〜０．５重量％の範囲で与えられる。ＣｅＯ２がこのガラスに添加される場合、ガラスの着色を防止するために、対応する量のＳｎＯ２がこのガラスに添加されることが好ましい。
Ｆｅ２Ｏ３は０〜０．５重量％の量で使用されることが好ましく、Ｆｅ２Ｏ３は、典型的には、ＵＶ遮断を設定するために使用されるが、清澄化のための酸化還元バッファーとしても使用することができる。
さらには、可融性を改善するために、フッ素を、ＮａＦなどのフッ化物塩の形態で本発明のガラスに添加することができる。当該ガラス組成物の中で使用される量は、好ましくは０〜３重量％、より好ましくは０〜１重量％であり、当該ガラスは、さらにより好ましくは、０．０５〜０．２重量％の濃度のＦを含有する。
本発明に従って使用されるアルミノケイ酸ガラスは、米国特許第５，４３４，１１１号明細書に係る先行技術とは対照的に、不可避の混入物質を除いて酸化ニオブを含まないべきである。
典型的な清澄剤は、それらが本発明に従って使用されるガラス組成物の化学的性質および物理的性質に悪影響を及ぼさないかぎり、使用してもよい。例えば、硫酸塩、塩化物、Ｓｂ２Ｏ３、Ａｓ２Ｏ３、および／またはＳｎＯ２を使用する清澄化が可能である。清澄剤は、各々、好ましくは、＞０〜１重量％の量でそれら自体が当該ガラスに含まれ、最小含有量は好ましくは０．０５重量％、特に０．１重量％である。
本発明に従って用いられるアルミノケイ酸ガラスは、いずれかの任意の形状で、例えば、板ガラス、管状ガラス、ブロックガラス、繊維グラス、バーグラス（ｂａｒ ｇｌａｓｓ）、例えば、丸型、卵形、構造化されまたは構造化されていないものとして使用することができるが、しかしながら、光発電の分野における使用に関しては、管状ガラスがなお特に好ましい。
本発明の範囲内のアルミノケイ酸ガラスは、例えば、特にフロート法によって板ガラスを生産するために好適である。加えて、このアルミノケイ酸ガラスは、管状ガラスを生産するために適しており、方法は、ダンナー法（Ｄａｎｎｅｒ ｍｅｔｈｏｄ）が特に好ましい。しかしながら、ベロ（Ｖｅｌｌｏ）法またはＡ引き抜き（Ａ−ｔｒａｃｔｉｏｎ）法による管状ガラスの生産も可能である。好ましくは少なくとも５ｍｍ〜多くとも１５ｃｍの直径を有するガラス管も生産されてよい。特に好ましい管の直径は、１ｃｍ〜５ｃｍ、好ましくは１ｃｍ〜３ｃｍであり、好ましい肉厚は、少なくとも０．５ｍｍ〜多くとも３ｍｍ、好ましくは０．８ｍｍ〜２ｍｍである。
当該アルミノケイ酸ガラスの本発明に係る使用、特にソーダ石灰ガラスの代替物としての使用は、ソーダ石灰ガラスよりも高い耐熱性に基づく。
本発明の応用分野は、すべての種類の光起電での応用、好ましくはケイ素に基づいて動作しない技術、例えば、ＣＩＳ、ＣＩＧＳ、またはＣｄＴｅのための基板ガラスとしてのソーラー技術の分野にある。
本発明に従って提供されるアルミノケイ酸ガラスについての使用分野は、ソーラー用途（光起電での応用）、すなわち、高熱膨張および相対的な高温安定性（加工安定性）を有するガラスが必要とされる応用例であるが、当該ガラスの熱成形は、できる限り低い温度で実施することができる（いわゆる「短ガラス（ｓｈｏｒｔ ｇｌａｓｓ」）。当該ガラスの加工温度（ＶＡ）は、これらのガラスの費用効率のよい生産を可能にする上でできるだけ低いものであるべきである。本願における加工温度（ＶＡ）は、ガラスがη＝１０４ｄＰａの粘度ηを有する温度である。ガラス組成に応じて、粘度η＝１０４ｄＰａに到達する加工温度ＶＡは変わりうる。本発明に従って使用されるアルミノケイ酸ガラスは、これらの要求を高い程度に満たす。なぜなら、本発明に従って使用されるアルミノケイ酸ガラスは、１２００℃未満の加工温度をもたらし、それゆえこのような応用例に特によくに適しているからである。
本発明に従って使用されるアルミノケイ酸ガラスは、基板／スーパーストレート構造ガラスとして、また、金属形態のカドミウムおよび／もしくはテルルを含有する層または、金属形態の銅、インジウム、ガリウム、硫黄、および／もしくはセレンを含有する層を含む光電池、特に薄膜光電池におけるカバーガラスとしても特に好適である。スーパーストレート構造は、準カバーガラスとして機能する基板ガラスである。なぜなら、コーティングされたガラスは薄膜光発電において「反転され」、その層が底部側に位置し、光は基板ガラスを通して光起電層に入射するからである。
それゆえ、本発明に係るアルミノケイ酸ガラスは、ＣｄＴｅに基づく技術、および銅−インジウム−ガリウム−スルフィド−セレニドに基づく技術、いわゆるＣＩＳまたはＣＩＧＳに特に適している。ＣＩＧＳは、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘ，Ｇａｘ）（Ｓ１−ｙ，Ｓｅｙ）２を表し、太陽電池についての公知の薄膜技術であり、用いられる元素である銅、インジウム、ガリウム、硫黄、およびセレンの略称として使用される。重要な例は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（銅−インジウム−ガリウム−ジセレニド）またはＣｕＩｎＳ２（銅−インジウム−ジスルフィド）である。これらの物質は、特に、数マイクロメートルの比較的薄い層ですでに効果的に直接遷移型半導体として太陽光を吸収するという点で際立っている。このような薄い光活性層の堆積には、高効率を達成するために、高い加工温度が必要とされる。典型的な温度は４５０〜６００℃の範囲にあり、最高温度は基板によって限定される。大面積の応用例については、周知のとおり、ガラスは、しばしば基板として使用される。熱膨張係数（ＣＴＥ）が半導体層に適合するように、これまでは、例えば独国特許第４３３３４０７号明細書および国際公開第９４／０７２６９号パンフレットに開示されるように、フロートソーダ石灰ガラスが基板として使用されてきた。ソーダ石灰ガラスは、すでに説明したように、およそ５２５℃の転移温度を有するが、しかしながら、それゆえ、すべての加工プロセスをおよそ５００℃に制限する。５００℃に制限しなければ、いわゆる膨らみ（バルジ、ｂｕｌｇｅ）が発生し、ガラスはたるみ始める。このことは、コーティングされるべき基板が大きいほど、および加工温度がガラスの転移温度Ｔｇに近づくほど、ますます当てはまる。基板の膨らみおよびたるみは、特にインラインプロセスまたはインラインプラントにおいて問題を生じ、このため、処理量および歩留まりが劇的に低下する。
それゆえ、本発明に従って使用されるアルミノケイ酸ガラスは、特にこの使用分野におけるソーダ石灰ガラスの代替物となり、そして、それらを有利に置き換える可能性がある。なぜなら、半導体層の気相堆積において、典型的なソーダ石灰ガラスの場合よりも、基板を不都合に変形させることなく高い方法温度を使用してよいからである。コーティング方法の際の所望のより高い温度は、より高い堆積速度および作製された層の非常に良好な結晶品質を付加的にもたらす。
半導体層の付与の後の冷却の際に層のチップ化（ｃｈｉｐｐｉｎｇ）が発生しないように、基板ガラスが、基板ガラスの上に付与された半導体の熱膨張係数（例えば、ＣＩＧＳについてはおよそ８．５×１０−６／Ｋ）にさらに適合することが必要である。ＣＩＧＳ層への熱的適合は、この場合は非常に重要であるが、想定できるように、背面の接触材料（ｂａｃｋ ｃｏｎｔａｃｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）、例えばモリブデンのＣＴＥへの熱的適合は重要ではない。なぜなら、背面の接触材料は、延性のため、より大きいＣＴＥ差を吸収できるからである。しかしながら、このＣＴＥは、モリブデン層（およそ４×１０−６／Ｋ以上）に対して低すぎるべきではない。なぜなら、低すぎると層のチップ化が発生するからである。これらの特性も、本発明に従って選択されるアルミノケイ酸ガラスによってもたらされる。
それゆえ、本発明に係るアルミノケイ酸ガラスは、ソーラー技術の分野で、光電池用に、特に薄膜光電池、特にＣｄＴｅ、ＣＩＳ、またはＣＩＧＳなどの複合型半導体材料に基づく光電池用、好ましくは薄膜光電池用に使用される。それゆえ、本発明のガラスは、薄膜光電池基板またはスーパーストレート構造基板またはカバーガラスとして好ましく使用される。典型的な結晶性シリコンベースの光電池の場合よりも、この場合は、太陽光を電気に効率的に変換するために実質的に光活性が低い物質が必要とされる。この少ない半導体消費量および高度の製造の自動化は、この技術に関する顕著なコスト削減をもたらす。
光起電技術において本発明に係るアルミノケイ酸ガラスを使用する際のさらなる優位点は、高含有量のナトリウムである。ナトリウムは、半導体の中に組み込まれ、従って半導体の結晶構造のカルコゲンの組み込みの改善を通して太陽電池の効率を向上させることができるということが知られている。従って、基板ガラスは、上記特性に加えて、ナトリウムイオン／原子を半導体の中へと的を絞って放出するためのキャリアとして、使用することもできる。
顕著な利点をもたらすより高い温度安定性のため、慣用的に使用されるソーダ石灰ガラスよりも高い温度で半導体層の処理能力および堆積を実施することができるので、本発明に従って使用されるアルミノケイ酸ガラスは、上記の技術にまさに特によく適している。この目的についての基準はいわゆる転移温度Ｔｇである。他方、特に高い温度は、本発明に係るアルミノケイ酸ガラスの溶融プロセスおよび熱成形プロセスのために必要とされず、これにより費用効率が高い生産が可能になる。
特に好ましい実施形態によれば、この光電池の基板は、管状ガラスの形態で提供される。本発明に係るさらなる好ましい実施形態によれば、光電池の基板は、インナーチューブ（ｉｎｎｅｒ ｔｕｂｅ）の形態で実装され、アウターチューブ（ｏｕｔｅｒ ｔｕｂｅ）の形態での保護チューブによって取り囲まれ、このインナーチューブは、そして任意にアウターチューブも、すでに詳細に説明したアルミノケイ酸ガラスを含有するかまたはアルミノケイ酸ガラスからなる。
このあと、本発明は、実施例に基づいてより詳細に説明されるが、それらの実施例は、本発明に係る教示を例証するものではあるが、本発明を限定するものではない。
本発明に係る教示の範囲において、ガラス組成物を実施例１〜１６について選択し、それらからガラスを製造した。この目的のために、融解のために１Ｌの白金るつぼを使用し、この中で原料を３時間にわたって１５８０℃の融解温度まで加熱し、この温度で４時間、保持および撹拌した。その後、この融液を、予め５００℃に加熱したグラファイトの型の中へと注ぎ込んだ。鋳込みのあと、この鋳型を、予め６５０℃に加熱した冷却炉の中に置き、この冷却炉を５℃／時間で室温まで冷却した。比較例１〜３のガラス組成物を、同様に製造した。実施例１〜１６に係る本発明に係る教示の範囲の使用されるべきガラスの組成物および特性ならびに比較例１〜３の組成物を以下の表１〜４に要約する。
α ２０〜３００℃における熱膨張係数［×１０−６Ｋ−１］
Ｔｇ 転移温度［℃］
ＶＡ 粘度が１０４ｄＰａｓになる加工温度［℃］
ＯＥＧ 上部失透温度（ｕｐｐｅｒ ｄｅｖｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）［℃］
ＵＥＧ 下部失透温度（ｌｏｗｅｒ ｄｅｖｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）［℃］
Ｋｇｍａｘ℃ 最大結晶成長速度を有する温度［℃］
Ｋｇｍａｘ 最大結晶成長速度［μｍ／分］。
Ｔｇ 転移温度［℃］
ＶＡ 粘度が１０４ｄＰａｓになる加工温度［℃］
ＯＥＧ 上部失透温度（ｕｐｐｅｒ ｄｅｖｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）［℃］
ＵＥＧ 下部失透温度（ｌｏｗｅｒ ｄｅｖｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）［℃］
Ｋｇｍａｘ℃ 最大結晶成長速度を有する温度［℃］
Ｋｇｍａｘ 最大結晶成長速度［μｍ／分］。
失透または結晶化の挙動は、温度上昇制御の場合にこのあと説明するキャリアプレート法に従って確認した。
温度上昇制御を用いたキャリアプレート法：
ａ）試料調製
試料を乳鉢の中で粉砕し、その後ふるいの中で＞１．６ｍｍの粒分へとふるいにかけた。
ｂ）実施
２タイプのキャリアプレートがあり、これらを用いて１つまたは２つの試料を、勾配炉の中で同時に焼入れしてもよい。デバイス白金製のプレートは、互いに対して５ｍｍの距離で互いにずれた２列の円錐形のへこみを有し、これらのへこみの中へ、等しいサイズの試料片を置く。既知の結晶化傾向を有するガラスの場合は、炉を、予想されるＯＥＧのおよそ５０Ｋ上に設定し、未知のガラスの場合には、Ｔｍｉｎ〜Ｔｇ＋５０℃を有する範囲を設定する。
ａ）試料調製
試料を乳鉢の中で粉砕し、その後ふるいの中で＞１．６ｍｍの粒分へとふるいにかけた。
ｂ）実施
２タイプのキャリアプレートがあり、これらを用いて１つまたは２つの試料を、勾配炉の中で同時に焼入れしてもよい。デバイス白金製のプレートは、互いに対して５ｍｍの距離で互いにずれた２列の円錐形のへこみを有し、これらのへこみの中へ、等しいサイズの試料片を置く。既知の結晶化傾向を有するガラスの場合は、炉を、予想されるＯＥＧのおよそ５０Ｋ上に設定し、未知のガラスの場合には、Ｔｍｉｎ〜Ｔｇ＋５０℃を有する範囲を設定する。
試料が置かれたプレートを勾配炉の中心へと挿入する。セラミック製のピンが、留め具として、使用する炉の中の炉の後部に置かれている。
高温の炉の中で焼入れする（ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）ために、プレートを、コランダムの棒を用いて所望の挿入深さまで押し込む。異なる焼入れ時間が特定されていない場合は、このプレートを、最初に５分間、炉の中で焼入れし、その時間の半分が経過したあと、温度を読み取り、記録する。温度は高温の炉の中で外部の熱電対素子を使用して測定されるので、最小焼入れ時間（ｍｉｎｉｍｕｍ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ｔｉｍｅ）は１５分であり、ほとんどの場合、試料は、６０分間焼入れされる。
その後、グラフ用紙上に炉の長さの関数として温度の値をプロットし、曲線を使用してつなぐ。焼入れ時間が経過した後、プレートを炉から取り出し、放冷し、その後、結晶化についてその試料を顕微鏡によって検討する。
上記のキャリアプレート法を使用して結晶化安定性が確認された本発明に係る実施例１、３、６、７、９および１２は、失透をまったく示さなかった。この失透は、この場合、転移範囲より低いところでガラスが晶出する過程を指す。比較例１〜３では、上記の実施例とは対照的に、強い結晶化傾向を示すガラスが得られた。というのも、上部失透温度および下部失透温度、最大結晶成長速度を有する温度、および最大結晶成長速度が特定できたからである。それゆえ、上記実施例および比較例は、本発明に係るの範囲のＣａＯ／ＭｇＯ比を設定することで、驚くべきことに結晶化に対して安定なアルミノケイ酸ガラスが得られるということを示す。
それゆえ、光起電分野に特に適合したアルミノケイ酸ガラスが本発明によって初めてもたらされ、このアルミノケイ酸ガラスは、ソーダ石灰ガラスの代替物を提供し、Ｔｇ＞５８０℃でより高い熱保有容量を有するが、１２００℃未満の加工温度ＶＡを示し、かつ失透に向かう傾向がなく、そのため、使用分野は、ソーダ石灰ガラスと比べて著しく広がる可能性がある。
Claims (16)
- 光電池であって、アルミノケイ酸ガラスから作製される基板を含み、前記アルミノケイ酸ガラスは、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３ならびにアルカリ酸化物Ｎａ２Ｏおよびアルカリ土類酸化物ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ、およびＫ２Ｏ、ＺｒＯ２ならびに任意にさらなる成分を有するガラス組成物を含み、
前記ガラス組成物は、
１０〜１６重量％のＮａ２Ｏ、
＞０〜＜５重量％のＣａＯ、
＞１〜１０重量％のＢａＯ、
ＳｉＯ２ ４９〜６９重量％、
Ａｌ２Ｏ３ ＞５〜１５重量％、
Ｋ２Ｏ ＞０〜８重量％、
ＺｒＯ２ ＞０〜６重量％を含有し、
ＣａＯ：ＭｇＯの比（重量％）は０．５〜１．７の範囲にある光電池。 - 前記アルミノケイ酸ガラスは、＞０〜６重量％の範囲の量のＭｇＯを含有する、請求項１に記載の光電池。
- 前記アルミノケイ酸ガラスにおけるＣａＯ：ＭｇＯの比（重量％）は０．８〜１．６の範囲にある、請求項１または請求項２に記載の光電池。
- 前記アルミノケイ酸ガラスにおいて、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合計は、７〜１８重量％の範囲にある、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光電池。
- 前記アルミノケイ酸ガラスは、以下のガラス組成物を含むかまたは以下のガラス組成物からなる（酸化物基準の重量％による）、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光電池。
ＳｉＯ２ ４９〜６９重量％
Ｂ２Ｏ３ ０〜２重量％
Ａｌ２Ｏ３ ＞５〜１５重量％
Ｌｉ２Ｏ ０〜４重量％
Ｎａ２Ｏ １０〜１６重量％
Ｋ２Ｏ ＞０〜８重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの合計は＞１２〜１９重量％であり、
ＭｇＯ ＞０〜６重量％
ＣａＯ ＞０〜＜５重量％
ＳｒＯ ０〜８重量％
ＢａＯ ＞１〜１０重量％
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合計は７〜１６重量％であり、
Ｆ ０〜３重量％
ＴｉＯ２ ０〜６重量％
Ｆｅ２Ｏ３ ０〜０．５重量％
ＺｒＯ２ ＞０〜６重量％
ＢａＯ＋ＺｒＯ２の合計は４〜１５重量％であり、
ＺｎＯ ０〜５重量％
ＣｅＯ２ ０〜２重量％
ＷＯ３ ０〜３重量％
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜３重量％
ＭｏＯ３ ０〜３重量％、
ＣａＯ：ＭｇＯの比（重量％）は、０．５〜１．７の範囲にある。 - 前記アルミノケイ酸ガラスは、以下のガラス組成物を含むかまたは以下のガラス組成物からなる（酸化物基準の重量％による）、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光電池。
ＳｉＯ２ ４８〜５８重量％
Ｂ２Ｏ３ ０〜１重量％
Ａｌ２Ｏ３ １２〜１５重量％
Ｌｉ２Ｏ ０〜１重量％
Ｎａ２Ｏ １０〜１４重量％
Ｋ２Ｏ １〜５重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの合計は、１１〜１７重量％であり、
ＭｇＯ １．５〜６重量％
ＣａＯ ３〜４．５重量％
ＳｒＯ ０〜３重量％
ＢａＯ ３〜１０重量％
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合計は７〜１８重量％であり、
Ｆ ０〜３重量％
ＴｉＯ２ ０〜３重量％
Ｆｅ２Ｏ３ ０〜０．５重量％
ＺｒＯ２ ＞０〜７重量％
ＢａＯ＋ＺｒＯ２の合計は８〜１５重量％であり
ＺｎＯ ０〜５重量％
ＣｅＯ２ ０〜２重量％
ＷＯ３ ０〜３重量％
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜３重量％
ＭｏＯ３ ０〜３重量％、
ＣａＯ：ＭｇＯの比（重量％）は、０．５〜１．７の範囲にある。 - 前記アルミノケイ酸ガラスは、５８０℃を超える転移温度Ｔｇ、１２００℃未満の加工温度ＶＡ、および２０〜３００℃の温度範囲における８．５〜１０×１０−６／Ｋの範囲の熱膨張係数を有する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光電池。
- 前記基板は、管状ガラスの形態で提供される、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光電池。
- 光電池用の基板ガラス、スーパーストレート構造ガラス、および／またはカバーガラスとしてのアルミノケイ酸ガラスの使用であって、前記アルミノケイ酸ガラスは、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３ならびにアルカリ酸化物Ｎａ２Ｏおよびアルカリ土類酸化物ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ、およびＫ２Ｏ、ＺｒＯ２ならびに任意にさらなる成分を有するガラス組成物を含み、
前記ガラス組成物は、
１０〜１６重量％のＮａ２Ｏ、
＞０〜＜５重量％のＣａＯ、
＞１〜１０重量％のＢａＯ、
ＳｉＯ２ ４９〜６９重量％、
Ａｌ２Ｏ３ ＞５〜１５重量％、
Ｋ２Ｏ ＞０〜８重量％、
ＺｒＯ２ ＞０〜６重量％を含有し、
ＣａＯ：ＭｇＯの比（重量％）は０．５〜１．７の範囲にある、使用。 - 前記アルミノケイ酸ガラスは、＞０〜６重量％の範囲の量のＭｇＯを含有する、請求項９に記載の使用。
- 前記アルミノケイ酸ガラスにおけるＣａＯ：ＭｇＯの比（重量％）は０．８〜１．６の範囲にある、請求項９または請求項１０に記載の使用。
- 前記アルミノケイ酸ガラスにおいて、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合計は、７〜１８重量％の範囲にある、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の使用。
- 前記アルミノケイ酸ガラスは、以下のガラス組成物を含むかまたは以下のガラス組成物からなる（酸化物基準の重量％による）、請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の使用。
ＳｉＯ２ ４９〜６９重量％
Ｂ２Ｏ３ ０〜２重量％
Ａｌ２Ｏ３ ＞５〜１５重量％
Ｌｉ２Ｏ ０〜４重量％
Ｎａ２Ｏ １０〜１６重量％
Ｋ２Ｏ ＞０〜８重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの合計は＞１２〜１９重量％であり、
ＭｇＯ ＞０〜６重量％
ＣａＯ ＞０〜＜５重量％
ＳｒＯ ０〜８重量％
ＢａＯ ＞１〜１０重量％
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合計は、７〜１６重量％であり、
Ｆ ０〜３重量％
ＴｉＯ２ ０〜６重量％
Ｆｅ２Ｏ３ ０〜０．５重量％
ＺｒＯ２ ＞０〜６重量％
ＢａＯ＋ＺｒＯ２の合計は、４〜１５重量％であり
ＺｎＯ ０〜５重量％
ＣｅＯ２ ０〜２重量％
ＷＯ３ ０〜３重量％
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜３重量％
ＭｏＯ３ ０〜３重量％、
ＣａＯ：ＭｇＯの比（重量％）は０．５〜１．７の範囲にある。 - 前記アルミノケイ酸ガラスは、以下のガラス組成物を含むかまたは以下のガラス組成物からなる（酸化物基準の重量％による）、請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の使用。
ＳｉＯ２ ４８〜５８重量％
Ｂ２Ｏ３ ０〜１重量％
Ａｌ２Ｏ３ １２〜１５重量％
Ｌｉ２Ｏ ０〜１重量％
Ｎａ２Ｏ １０〜１４重量％
Ｋ２Ｏ １〜５重量％
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの合計は１１〜１７重量％であり、
ＭｇＯ １．５〜６重量％
ＣａＯ ３〜４．５重量％
ＳｒＯ ０〜３重量％
ＢａＯ ３〜１０重量％
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの合計は７〜１８重量％であり、
Ｆ ０〜３重量％
ＴｉＯ２ ０〜３重量％
Ｆｅ２Ｏ３ ０〜０．５重量％
ＺｒＯ２ ＞０〜７重量％
ＢａＯ＋ＺｒＯ２の合計は８〜１５重量％であり
ＺｎＯ ０〜５重量％
ＣｅＯ２ ０〜２重量％
ＷＯ３ ０〜３重量％
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜３重量％
ＭｏＯ３ ０〜３重量％、
ＣａＯ：ＭｇＯの比（重量％）は、０．５〜１．７の範囲にある。 - 前記アルミノケイ酸ガラスは、５８０℃を超える転移温度Ｔｇ、１２００℃未満の加工温度ＶＡ、および２０〜３００℃の温度範囲における８．５〜１０×１０−６／Ｋの範囲の熱膨張係数を有する、請求項９から請求項１４のいずれか１項に記載の使用。
- 前記基板は、管状ガラスの形態で提供される、請求項９から請求項１５のいずれか１項に記載の使用。
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