JP6254345B2 - 太陽電池用ガラス基板 - Google Patents

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Description

本発明は太陽電池用ガラス基板に関し、特にＣＩＧＳ系太陽電池、ＣｄＴｅ系太陽電池等の薄膜太陽電池に好適な太陽電池用ガラス基板に関する。
カルコパイライト型薄膜太陽電池、例えばＣＩＧＳ系太陽電池では、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅからなるカルコパイライト型化合物半導体、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２が光電変換膜としてガラス基板上に形成される。そして、この光電変換膜は、多元蒸着法、セレン化法等により形成される。
多元蒸着法、セレン化法等によりＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ等から光電変換膜を形成するためには、５００〜６００℃程度の熱処理工程が必要になる。
ＣｄＴｅ系太陽電池においても、Ｃｄ、Ｔｅからなる光電変換膜がガラス基板上に形成される。この場合も、５００℃〜６００℃程度の熱処理工程が必要になる。
また、色素増感型太陽電池の製造工程では、ガラス基板上に透明導電膜、ＴｉＯ２多孔質体を形成する工程が存在するが、ガラス基板上に高品位の透明導電膜等を形成するためには、高温の熱処理（例えば、５００℃以上）が必要になる。
特開平１１−１３５８１９号公報 特開２００５−８９２８６号公報 特許第２９８７５２３号公報
従来まで、ＣＩＧＳ系太陽電池、ＣｄＴｅ系太陽電池等には、ガラス基板として、ソーダ石灰ガラスが用いられていた。しかし、ソーダ石灰ガラスは、高温の熱処理工程で熱変形や熱収縮が生じ易い。この問題を解決するために、現在では、太陽電池用ガラス基板として、高歪点ガラスを用いることが検討されている（特許文献１参照）。
しかし、特許文献１に記載の高歪点ガラスは、歪点が十分に高くないため、光電変換膜等の成膜温度が６００超〜６５０℃の場合に、熱変形や熱収縮が生じ易く、光電変換効率を十分に高めることができなかった。なお、ＣＩＧＳ系太陽電池、ＣｄＴｅ系太陽電池では、高温で光電変換膜を成膜すると、光電変換膜の結晶品位が改善されて、光電変換効率が向上する。
また、特許文献２に記載のガラス基板は、６００超〜６５０℃の歪点を有している。しかし、このガラス基板は、熱膨張係数が低過ぎるため、薄膜太陽電池の電極膜、光電変換膜、色素増感型電池のＴｉＯ２多孔質体、封着フリットの熱膨張係数に整合せず、膜剥がれ等の不具合を惹起させ易い。更に、このガラス基板は、高温粘度が高過ぎるため、溶融温度、成形温度が高く、結果として、ガラス基板の製造コストを低廉化することができない。
更に、特許文献３に記載のガラス基板は、６５０℃超の歪点を有している。しかし、このガラス基板は、アルカリ成分、特にＮａ２Ｏの含有量が少ないため、光電変換膜へのＮａ供給が困難であり、高品位な光電変換膜を成膜できず、結果として、別途にアルカリ供給膜を成膜しない限り、光電変換効率を高めることができない。一方、アルカリ成分、特にＮａ２Ｏの含有量を増加させると、歪点が低下し易くなる。なお、ＣＩＧＳ系太陽電池において、ガラス基板からアルカリ成分、特にＮａ２Ｏが拡散すると、カルコパイライト結晶が析出し易くなる。
そこで、本発明の技術的課題は、アルカリ成分、特にＮａ２Ｏを含むと共に、歪点が十分に高く、しかも周辺部材の熱膨張係数に整合し得る太陽電池用ガラス基板を創案することである。
本発明者等は、鋭意検討した結果、各成分の含有量を規制すると共に、ガラス中の水分量を規制することにより、上記技術的課題を解決できることを見出し、本発明として提案するものである。すなわち、本発明の太陽電池用ガラス基板は、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ４０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １〜２０％、Ｎａ２Ｏ １〜２０％を含有し、且つガラス中の水分量が２５ｍｍｏｌ／Ｌ未満であることを特徴とする。
ここで、「ガラス中の水分量」は、波長２７００ｎｍにおける光吸収から、以下の方法により算出される値を指す。
まず汎用のＦＴ−ＩＲ装置を用い、波長２５００〜６５００ｎｍにおける光吸収を測定し、波長２７００ｎ近傍での吸収極大値Ａｍ［％］を決定する。次に、下記数式１により、吸収係数α［ｃｍ−１］を求める。なお、数式１において、ｄ[ｃｍ]は、測定試料の厚さであり、Ｔｉ[％]は、測定試料の内部透過率である。
ここで、内部透過率Ｔｉは、下記数式２を用いて、吸収極大値Ａｍ、屈折率ｎｄから算出した値である。
続いて、含水量ｃ［ｍｏｌ/Ｌ］を下記数式３により算出する。
なお、ｅは、ＧｌａｓｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｎＢｅｒｉｃｈｔｅｎ"第３６巻、第９号、第３５０頁から読み取ることができる。そして、本願では、ｅとして、１１０［Ｌｍｏｌ−１ｃｍ−１］を採用することとする。
本発明の太陽電池用ガラス基板は、Ｎａ２Ｏ １〜２０質量％を含有する。このようにすれば、光電変換膜へのＮａ供給が可能になり、別途にアルカリ供給膜を成膜しなくても、光電変換効率を高めることができる。また、溶融温度、成形温度が低下すると共に、周辺部材の熱膨張係数に整合し易くなる。
本発明の太陽電池用ガラス基板は、ガラス中の水分量が２５ｍｍｏｌ／Ｌ未満である。このようにすれば、歪点を高めることができる。結果として、アルカリ成分、特にＮａ２Ｏの含有量を増加させることが可能になり、高歪点と光電変換膜の品位を高いレベルで両立することができる。
第二に、本発明の太陽電池用ガラス基板は、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ４０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ ３〜２０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜１５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１０％、Ｎａ２Ｏ １〜２０％、Ｋ２Ｏ ０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ５〜３５％、ＺｒＯ２ ０〜１０％を含有し、且つガラス中の水分量が２５ｍｍｏｌ／Ｌ未満であることが好ましい。ここで、「ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ」は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、及びＢａＯの合量を指す。
第三に、本発明の太陽電池用ガラス基板は、歪点が５６０℃以上であることが好ましい。このようにすれば、高温で光電変換膜を成膜し易くなり、光電変換膜の結晶品位が改善されると共に、ガラス基板に熱変形や熱収縮が生じ難くなる。結果として、薄膜太陽電池等の製造コストを低減しつつ、光電変換効率を十分に高めることができる。ここで、「歪点」は、ＡＳＴＭ Ｃ３３６−７１に基づいて測定した値を指す。
第四に、本発明の太陽電池用ガラス基板は、３０〜３８０℃における熱膨張係数が７０×１０−７〜１００×１０−７／℃であることが好ましい。ここで、「３０〜３８０℃における熱膨張係数」は、ディラトメーターで測定した平均値を指す。
第五に、本発明の太陽電池用ガラス基板は、薄膜太陽電池に用いることが好ましい。
第六に、本発明の太陽電池用ガラス基板は、色素増感型太陽電池に用いることが好ましい。
本発明の太陽電池用ガラス基板は、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ４０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １〜２０％、Ｎａ２Ｏ １〜２０％を含有する。上記のように各成分の含有量を限定した理由を以下に説明する。
ＳｉＯ２は、ガラスネットワークを形成する成分である。その含有量は４０〜７０％、好ましくは４５〜６０％、より好ましくは４７〜５７％、更に好ましくは４９〜５２％である。ＳｉＯ２の含有量が多過ぎると、高温粘度が不当に高くなり、溶融性、成形性が低下し易くなることに加えて、熱膨張係数が低くなり過ぎて、薄膜太陽電池等の電極膜、光電変換膜の熱膨張係数に整合させ難くなる。一方、ＳｉＯ２の含有量が少な過ぎると、耐失透性が低下し易くなる。更に、熱膨張係数が高くなり過ぎて、ガラス基板の耐熱衝撃性が低下し易くなり、結果として、薄膜太陽電池等を製造する際の熱処理工程で、ガラス基板に割れが発生し易くなる。
Ａｌ２Ｏ３は、歪点を高める成分であると共に、耐候性、化学的耐久性を高める成分であり、更にはガラス基板の表面硬度を高める成分である。その含有量は１〜２０％、好ましくは５〜１７％、より好ましくは８〜１６％、更に好ましくは１０．０超〜１５％、特に好ましくは１１．０超〜１４．５％、最も好ましくは１１．５〜１４％である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、高温粘度が不当に高くなり、溶融性、成形性が低下し易くなる。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が少な過ぎると、歪点が低下し易くなる。なお、ガラス基板の表面硬度が高いと、ＣＩＧＳ系太陽電池のパターニングにおいて、光電変換膜を除去する工程で、ガラス基板が破損し難くなる。
Ｎａ２Ｏは、熱膨張係数を調整する成分であり、また高温粘度を低下させて、溶融性、成形性を高める成分である。また、Ｎａ２Ｏは、ＣＩＧＳ系太陽電池を作製する際に、カルコパイライト結晶の成長に対して効果的な成分であり、光電変換効率を高めるために重要な成分である。Ｎａ２Ｏの含有量は１〜２０％、好ましくは２〜１５％、より好ましくは３．５〜１３％、更に好ましくは４．３超〜１０％である。Ｎａ２Ｏの含有量が多過ぎると、歪点が低下し易くなることに加えて、熱膨張係数が高くなり過ぎて、ガラス基板の耐熱衝撃性が低下し易くなる。結果として、薄膜太陽電池等を製造する際の熱処理工程で、ガラス基板に熱収縮や熱変形が生じたり、割れが発生し易くなる。一方、Ｎａ２Ｏの含有量が少な過ぎると、上記効果を得難くなる。
上記成分以外にも、例えば、以下の成分を添加してもよい。
Ｂ２Ｏ３は、ガラスの粘度を下げることにより、溶融温度、成形温度を低下させる成分であるが、歪点を低下させる成分であり、また溶融時の成分揮発に伴い、炉耐火物材料を消耗させる成分である。また、ガラス中の水分量を増加させる成分である。よって、Ｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０〜１５％未満、０〜５％未満、０〜１．５％、特に０〜０．１％未満である。
Ｌｉ２Ｏは、熱膨張係数を調整する成分であり、また高温粘度を低下させて、溶融性、成形性を高める成分である。また、Ｌｉ２Ｏは、Ｎａ２Ｏと同様にして、ＣＩＧＳ系太陽電池を作製する際に、カルコパイライト結晶の成長に対して効果的な成分である。しかし、Ｌｉ２Ｏは、原料コストが高いことに加えて、歪点を大幅に低下させる成分である。よって、Ｌｉ２Ｏの含有量は、好ましくは０〜１０％、０〜２％、特に０〜０．１％未満である。
Ｋ２Ｏは、熱膨張係数を調整する成分であり、また高温粘度を低下させて、溶融性、成形性を高める成分である。また、Ｋ２Ｏは、Ｎａ２Ｏと同様にして、ＣＩＧＳ系太陽電池を作製する際に、カルコパイライト結晶の成長に対して効果的な成分であり、光電変換効率を高めるために重要な成分である。しかし、Ｋ２Ｏの含有量が多過ぎると、歪点が低下し易くなり、また熱膨張係数が高くなり過ぎて、ガラス基板の耐熱衝撃性が低下し易くなる。結果として、薄膜太陽電池等を製造する際の熱処理工程で、ガラス基板に熱収縮や熱変形が生じたり、割れが発生し易くなる。よって、Ｋ２Ｏの含有量は、好ましくは０〜１５％、０．１〜１０％、特に４〜８％である。
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯは、高温粘度を低下させて、溶融性、成形性を高める成分である。しかし、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量が多過ぎると、耐失透性が低下し易くなり、ガラス基板に成形し難くなる。よって、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量は、好ましくは５〜３５％、１０〜３０％、１５〜２７％、１８〜２５％、特に２０〜２３％である。
ＭｇＯは、高温粘度を低下させて、溶融性、成形性を高める成分である。また、ＭｇＯは、アルカリ土類酸化物の中では、ガラス基板を割れ難くする効果が大きい成分である。しかし、ＭｇＯは、失透結晶を析出させ易い成分である。よって、ＭｇＯの含有量は、好ましくは０〜１０％、０〜５％未満、０．０１〜４％、０．０３〜３％、特に０．５〜２．５％である。
ＣａＯは、高温粘度を低下させて、溶融性、成形性を高める成分である。しかし、ＣａＯの含有量が多過ぎると、耐失透性が低下し易くなり、ガラス基板に成形し難くなる。よって、ＣａＯの含有量は、好ましくは０〜１０％、０．１〜９％、２．９超〜８％、３．０〜７．５％、特に４．２〜６％である。
ＳｒＯは、高温粘度を低下させて、溶融性、成形性を高める成分である。また、ＳｒＯは、ＺｒＯ２と共存する場合に、ＺｒＯ２系の失透結晶の析出を抑制する成分である。ＳｒＯの含有量が多過ぎると、長石族の失透結晶が析出し易くなり、また原料コストが高騰する。よって、ＳｒＯの含有量は、好ましくは０〜１５％、０．１〜１３％、特に４．０超〜１２％である。
ＢａＯは、高温粘度を低下させて、溶融性、成形性を高める成分である。ＢａＯの含有量が多過ぎると、バリウム長石族の失透結晶が析出し易くなり、また原料コストが高騰する。更に、密度が増大して、支持部材のコストが高騰し易くなる。一方、ＢａＯの含有量が少な過ぎると、高温粘度が不当に高くなり、溶融性、成形性が低下する傾向がある。よって、ＢａＯの含有量は、好ましくは０〜１５％、０．１〜１２％、特に２．０超〜１０％である。
ＺｒＯ２は、高温粘度を上げずに、歪点を高める成分である。しかし、ＺｒＯ２の含有量が多過ぎると、密度が高くなり易く、またガラス基板が割れ易くなり、更にはＺｒＯ２系の失透結晶が析出し易くなり、ガラス基板に成形し難くなる。よって、ＺｒＯ２の含有量は、好ましくは０〜１５％、０〜１０％、０〜７％、０．１〜６．５％、特に２〜６％である。
ガラス中のＦｅはＦｅ２＋又はＦｅ３＋の状態で存在するが、特にＦｅ２＋は近赤外領域に強い光吸収特性を有する。このため、Ｆｅ２＋は、大容量のガラス溶解窯において、ガラス溶解窯内の輻射エネルギーを吸収し易く、溶融効率を高める効果を有する。また、Ｆｅ３＋は、鉄の価数変化の際に酸素を放出するため、清澄効果も有する。更に、高純度原料（Ｆｅ２Ｏ３の含有量が極めて少ない原料）の使用を制限して、少量のＦｅ２Ｏ３を含む原料を使用すると、ガラス基板の製造コストを低廉化することができる。一方、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、太陽光を吸収し易くなるため、薄膜太陽電池等の表面温度が上昇し易くなり、結果として、光電変換効率が低下する虞がある。また窯の輻射エネルギーが、エネルギー源の近傍で吸収されて、窯の中央部に到達せず、ガラス溶解窯の熱分布にムラが生じ易くなる。よって、Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０〜１％、特に０．０１〜１％である。更に、Ｆｅ２Ｏ３の好適な下限範囲は０．０２０％超、０．０５０％超、特に０．０８０％超である。なお、本発明では、酸化鉄は、Ｆｅの価数に係らず、「Ｆｅ２Ｏ３」に換算して表記するものとする。
ＴｉＯ２は、紫外線による着色を防止すると共に、耐候性を高める成分である。しかし、ＴｉＯ２の含有量が多過ぎると、ガラスが失透したり、ガラス自体が茶褐色に着色し易くなる。よって、ＴｉＯ２の含有量は、好ましくは０〜１０％、特に０〜０．１％未満である。
Ｐ２Ｏ５は、耐失透性を高める成分であり、特にＺｒＯ２系の失透結晶の析出を抑制する成分であり、またガラス基板を割れ難くする成分である。しかし、Ｐ２Ｏ５の含有量が多過ぎると、ガラスが乳白色に分相し易くなる。よって、Ｐ２Ｏ５の含有量は、好ましくは０〜１０％、０〜０．２％、特に０〜０．１％未満である。
ＺｎＯは、高温粘度を低下させる成分である。ＺｎＯの含有量が多過ぎると、耐失透性が低下し易くなる。よって、ＺｎＯの含有量は、好ましくは０〜１０％、特に０〜５％である。
ＳＯ３は、ガラス中の水分量を低下させる成分であると共に、清澄剤として作用する成分であり、その含有量は、好ましくは０〜１％、０．００１〜１％、特に０．０１〜０．５％である。なお、フロート法でガラス基板を成形すると、安価にガラス基板を大量生産し得るが、この場合、清澄剤として芒硝を用いることが好ましい。
Ｃｌは、ガラス中の水分量を低下させる成分であると共に、清澄剤として作用する成分であり、その含有量は、好ましくは０〜１％、０．００１〜１％、特に０．０１〜０．５％である。
Ａｓ２Ｏ３は、清澄剤として作用する成分であるが、フロート法でガラス基板を成形する場合、ガラスを着色させる成分であり、また環境的負荷が懸念される成分である。よって、Ａｓ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０〜１％、特に０〜０．１％未満である。
Ｓｂ２Ｏ３は、清澄剤として作用する成分であるが、フロート法でガラス基板を成形する場合、ガラスを着色させる成分であり、また環境的負荷が懸念される成分である。よって、Ｓｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０〜１％、特に０〜０．１％未満である。
ＳｎＯ２は、清澄剤として作用する成分であるが、耐失透性を低下させる成分である。よって、ＳｎＯ２の含有量は、好ましくは０〜１％、特に０〜０．１％未満である。
上記成分以外にも、溶解性、清澄性、成形性を高めるために、Ｆ、ＣｅＯ２を各々１％まで添加してもよい。また、化学的耐久性を高めるために、Ｎｂ２Ｏ５、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３を各々３％まで添加してもよい。更に、色調の調整のために、上記以外の希土類酸化物、遷移金属酸化物を合量で２％まで添加してもよい。
本発明の太陽電池用ガラス基板において、ガラス中の水分量は２５ｍｍｏｌ／Ｌ未満であり、好ましくは１０〜２３ｍｍｏｌ／Ｌ、１５〜２１ｍｍｏｌ／Ｌ、特に１８〜２０ｍｍｏｌ／Ｌである。このようにすれば、光電変換効率の改善に有効なアルカリ成分、特にＮａ２Ｏを多く添加しても、高歪点を維持することできる。
ガラス中の水分量が多過ぎると、歪点が不当に低下する。一方、ガラス中の水分量が少な過ぎると、安価で大量のガラス基板を溶融し得る燃焼法を採用し難くなるため、ガラス基板の製造コストが増大する。
ガラス中の水分量を下げる方法として、以下の方法が挙げられる。（１）含水量の低い原料を選択する。（２）ガラス中の水分量を減少させる成分（Ｃｌ、ＳＯ３等）を添加する。（３）炉内雰囲気中の水分量を低下させる。（４）溶融ガラス中でＮ２バブリングを行う。（５）小型溶融炉を採用する。（６）溶融ガラスの流量を速くする。（７）電気溶融法を採用する。
なお、Ａｌ２Ｏ３の導入原料として、溶解性を高めるために、一般的に水酸化アルミニウムが使用されている。このため、従来の太陽電池用ガラス基板は、ガラス組成中にＡｌ２Ｏ３を５％以上、特に８％以上含む場合、原料バッチ中の水酸化アルミニウムの割合が大きく、結果として、ガラス中の水分量が２５ｍｍｏｌ／Ｌ以上になっていた。
本発明の太陽電池用ガラス基板において、３０〜３８０℃における熱膨張係数は、好ましくは７０×１０−７〜１００×１０−７／℃、特に８０×１０−７〜９０×１０−７／℃である。このようにすれば、薄膜太陽電池の電極膜、光電変換膜の熱膨張係数に整合し易くなる。なお、熱膨張係数が高過ぎると、ガラス基板の耐熱衝撃性が低下し易くなり、結果として、薄膜太陽電池を製造する際の熱処理工程で、ガラス基板に割れが発生し易くなる。
本発明の太陽電池用ガラス基板において、密度は、好ましくは２．９０ｇ／ｃｍ３以下、特に２．８５ｇ／ｃｍ３以下である。このようにすれば、ガラス基板の質量が低下するため、薄膜太陽電池の支持部材のコストを低廉化し易くなる。なお、「密度」は、周知のアルキメデス法で測定可能である。
本発明の太陽電池用ガラス基板において、歪点は、好ましくは５６０℃以上、６００超〜６５０℃、６０５超〜６４０℃、特に６１０超〜６３０℃である。このようにすれば、薄膜太陽電池を製造する際の熱処理工程で、ガラス基板に熱収縮や熱変形が生じ難くなる。なお、歪点の上限は特に設定されないが、歪点が高過ぎると、溶融温度や成形温度が不当に上昇する虞がある。
本発明の太陽電池用ガラス基板において、１０４．０ｄＰａ・ｓにおける温度は、好ましくは１２００℃以下、特に１１８０℃以下である。このようにすれば、低温でガラス基板を成形し易くなる。なお、「１０４．０ｄＰａ・ｓにおける温度」は、白金球引き上げ法で測定可能である。
本発明の太陽電池用ガラス基板において、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は、好ましくは１５２０℃以下、特に１４６０℃以下である。このようにすれば、低温でガラス原料を溶解し易くなる。なお、「１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度」は、白金球引き上げ法で測定可能である。
本発明の太陽電池用ガラス基板において、液相温度は、好ましくは１１６０℃以下、特に１１００℃以下である。液相温度が高過ぎると、成形時にガラスが失透し易くなり、成形性が低下し易くなる。ここで、「液相温度」は、標準篩３０メッシュ（５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れた後、この白金ボートを温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶が析出する最高温度を測定した値を指す。
本発明の太陽電池用ガラス基板において、液相粘度は、好ましくは１０４．０ｄＰａ・ｓ以上、特に１０４．３ｄＰａ・ｓ以上である。液相粘度が低過ぎると、成形時にガラスが失透し易くなり、成形性が低下し易くなる。ここで、「液相粘度」は、液相温度におけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値を指す。
本発明の太陽電池用ガラス基板は、上記のガラス組成範囲、水分量になるように、調合したガラス原料を連続溶融炉に投入し、ガラス原料を加熱溶融した後、得られたガラス融液を脱泡した上で、成形装置に供給し、板状に成形、徐冷することにより、作製することができる。
ガラス基板の成形方法としては、フロート法、スロットダウンドロー法、オーバーフローダウンドロー法、リドロー法等を例示することができる。特に、安価にガラス基板を大量生産する場合、フロート法を採用することが好ましい。
本発明の太陽電池用ガラス基板は、化学強化処理、特にイオン交換処理が行われていないことが好ましい。薄膜太陽電池等には、上記の通り、高温の熱処理工程が存在する。高温の熱処理工程では、強化層（圧縮応力層）が消失するため、化学強化処理を行う実益が乏しくなる。また、上記と同様の理由により、風冷強化等の物理強化処理も行われていないことが好ましい。
特に、ＣＩＧＳ系太陽電池の場合、ガラス基板をイオン交換処理すると、ガラス表面のＮａイオンが減少してしまい、光電変換効率が低下し易くなる。この場合、別途にアルカリ供給膜を成膜する必要がある。
本発明の太陽電池用ガラス基板は、熱膨張係数が５０×１０−７〜１２０×１０−７／℃の光電変換膜が成膜されており、且つ該光電変換膜の成膜温度が５００〜７００℃であることが好ましい。このようにすれば、光電変換膜の結晶品位が改善されて、薄膜太陽電池等の光電変換効率を高めることができる。更にガラス基板と光電変換膜の熱膨張係数が整合し易くなる。
以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施例は単なる例示である。本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。
表１は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜１６）及び比較例（試料Ｎｏ．１７）を示している。
試料Ｎｏ．１〜１７は、次のようにして作製した。まず表中のガラス組成になるように調合したバッチを白金坩堝又はアルミナ坩堝に入れた後、電気炉又はガス炉により１５５０℃で２時間溶融した。ガラス中の水分量は、原料種及び溶融炉の選定により調整された。次に、得られた溶融ガラスをカーボン板上に流し出して、平板形状に成形した後、徐冷した。その後、各測定に応じて、所定の加工を行った。
得られた各試料について、熱膨張係数α、密度ｄ、ガラス中の水分量、歪点Ｐｓ、徐冷点Ｔａ、軟化点Ｔｓ、１０４ｄＰａ・ｓにおける温度、１０３ｄＰａ・ｓにおける温度、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度、１０２ｄＰａ・ｓにおける温度、液相温度ＴＬ、液相粘度ｌｏｇ１０ηＴＬを評価した。これらの結果を表１に示す。
熱膨張係数αは、ディラトメーターにより測定した値であり、３０〜３８０℃における平均値である。なお、測定試料として、直径５．０ｍｍ、長さ２０ｍｍの円柱試料を用いた。
密度ｄは、公知のアルキメデス法で測定した値である。
ガラス中の水分量は、上記のシングルバンド法で測定した値である。
歪点Ｐｓ、徐冷点Ｔａは、ＡＳＴＭ Ｃ３３６に基づいて測定した値である。
軟化点Ｔｓは、ＡＳＴＭ Ｃ３３８に基づいて測定した値である。
１０４ｄＰａ・ｓにおける温度、１０３ｄＰａ・ｓにおける温度、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は、白金球引き上げ法で測定した値である。なお、１０４ｄＰａ・ｓにおける温度は、成形温度に相当している。
液相温度ＴＬは、標準篩３０メッシュ（５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れた後、この白金ボートを温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶が析出する温度を測定した値である。なお、液相温度ＴＬが低い程、耐失透性が向上し、成形時にガラス中に失透結晶が析出し難くなり、結果として、大型のガラス基板を安価に作製し易くなる。
液相粘度ｌｏｇ１０ηＴＬは、液相温度ＴＬにおけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値である。なお、液相粘度ｌｏｇ１０ηＴＬが高い程、耐失透性が向上し、成形時にガラス中に失透結晶が析出し難くなり、結果として、大型のガラス基板を安価に作製し易くなる。
表１から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜１６は、ガラス中の水分量が２４．９ｍｍｏｌ／Ｌ以下であるため、Ｎａ２Ｏを３．５質量％以上含むにもかかわらず、歪点Ｐｓが５７５℃以上であった。なお、Ｎａ２Ｏは、ＣＩＧＳ系太陽電池の光電変換効率の改善に有用であるが、歪点Ｐｓを下げる効果が大きい成分である。また、試料Ｎｏ．１〜１６は、熱膨張係数αが７６×１０−７〜８６×１０−７／℃であるため、薄膜太陽電池の電極膜、光電変換膜の熱膨張係数に整合している。更に、試料Ｎｏ．１〜１６は、１０４ｄＰａ・ｓにおける温度が１２４０℃以下であり、また液相粘度ｌｏｇ１０ηＴＬが１０３．９ｄＰａ・ｓ以上であるため、生産性に優れている。
一方、試料Ｎｏ．１７は、ガラス中の水分量が３７．８ｍｍｏｌ／Ｌであるため、歪点Ｐｓが５５８℃であった。よって、試料Ｎｏ．１７は、薄膜太陽電池用ガラス基板として不適であると考えられる。

Claims (6)

  1. ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ４０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ ８〜１４．５％、Ｂ２Ｏ３ ０〜１５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１０％、Ｎａ２Ｏ １〜１０％、Ｋ２Ｏ ０〜７％、ＭｇＯ ０〜４％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ５〜３５％、ＺｒＯ２ ０〜１０％を含有し、歪点が５９０℃以上であり、且つガラス中の水分量が２５ｍｍｏｌ／Ｌ未満であることを特徴とする太陽電池用ガラス基板。
  2. 圧縮応力層を有していないことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用ガラス基板。
  3. 歪点が６００℃超であることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池用ガラス基板。
  4. ３０〜３８０℃における熱膨張係数が７０×１０−７〜１００×１０−７／℃であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の太陽電池用ガラス基板。
  5. 薄膜太陽電池に用いることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の太陽電池用ガラス基板。
  6. 色素増感型太陽電池に用いることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の太陽電池用ガラス基板。
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