KR102018833B1 - 융합 형성가능한 알칼리가 없는 중간 열팽창계수 유리 - Google Patents

융합 형성가능한 알칼리가 없는 중간 열팽창계수 유리 Download PDF

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Abstract

고 변형점 및/또는 중간 팽창 계수의 알칼리 금속 없는 알루미노실리케이트 및 보로알루미노실리케이트 유리의 의 조성물 범위는 본 발명에 기재된다. 상기 유리는 광기전력 장치, 예를 들어, CdTe 또는 CIGS 광기전력 장치 또는 결정질 실리콘 웨이퍼 장치와 같은 박막 광기전력 장치용 기판 또는 상판으로 사용될 수 있다. 이들 유리는 ≥600℃의 변형점, 35 내지 50 x 10-7/℃의 열팽창계수를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

융합 형성가능한 알칼리가 없는 중간 열팽창계수 유리 {Fusion Formable Alkali-free Intermediate Thermal expansion coefficient glass}
본 출원은 2011년 8월 12일자에 출원된 미국 가 특허출원 제61/522,956호 및2012년 8월 8일자에 출원된 미국 특허출원 제13/569,756호의 우선권을 주장하며, 상기 출원들의 전체적인 내용은 참조로서 본 발명에 모두 포함된다.
구현 예는 일반적으로 알칼리가 없는 유리에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는, 광기전력 적용, 예를 들어, 박막 광기전력 장치 (thin film photovoltaic devices)에 유용할 수 있는, 알칼리가 없는, 고 변형점 및/또는 중간 팽창 계수의, 융합 형성가능한 알루미노실리케이트, 및/또는 보로알루미노실리케이트 유리에 관한 것이다.
구리 인듐 갈륨 디셀레나이드 (copper indium gallium diselenide) (CIGS) 광기전력 모듈용 기판 유리는 통상적으로, 상기 CIGS 층으로 유리로부터의 Na의 확산이 모듈 효율에 상당한 개선을 결과하는 것으로 나타나기 때문에, Na2O를 함유한다. 그러나, 상기 CIGS 증착/결정화 공정동안 확산하는 Na의 양을 조절하는 어려움에 기인하여, 이들 장치의 몇몇 제조업자는 CIGS 증착 전에 적절한 Na 화합물, 예를 들어, NaF의 층을 증착하는 것을 선호하는데, 어떤 경우에 있어서, 상기 기판 유리에 존재하는 어떤 알칼리는 배리어 층의 사용을 통해 함유되는 것이 필요하다. 더군다나, 카드뮴 텔루라이드 (CdTe) 광기전력 모듈의 경우에 있어서, 상기 CdTe 층의 어떤 Na 오염은 모듈 효율에 유해하고, 따라서, 통상적으로 Na-함유 기판 유리, 예를 들어, 소다-라임 유리는, 배리어 층의 존재를 요구한다. 결과적으로, CIGS, 실리콘, 웨이퍼 결정 실리콘, 또는 CdTe 모듈용 알칼리가 없는 기판 유리의 사용은 배리어 층에 대한 요구를 불필요하게 할 수 있다.
본 발명에 개시된 중간 열팽창계수 및/또는 알칼리가 없는 유리는 특히 CdTe 광기전력 장치와 호환가능하고, 상기 전지의 효율을 증가시킬 수 있다.
하나의 구현 예는 몰 퍼센트로:
55 내지 75 퍼센트의 SiO2;
5 내지 20 퍼센트의 Al2O3;
0 내지 15 퍼센트의 B2O3;
0 내지 10 퍼센트의 MgO;
0 내지 15 퍼센트의 SrO;
0 내지 16 퍼센트의 CaO; 및
0 내지 9 퍼센트의 BaO를 포함하는 유리이고,
여기서 MgO+CaO+BaO+SrO는 13 내지 20 퍼센트이고, 여기서 상기 유리는 실질적으로 알칼리 금속이 없으며, 여기서 상기 유리는 100,000 poise 이상의 액상 점도를 갖는다.
이들 유리는 전지 효율을 최적화하기 위해 요구된 나트륨이 상기 기판 유리에서 유래되지 않지만, NaF과 같은 나트륨 함유 물질로 이루어진 별도의 증착된 층으로부터 대신된 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드 (CIGS) 광기전력 모듈에 사용되기에 유리한 물질이다. 현재 CIGS 모듈 기판은 플로우트 공정에 의해 제조된 소다-라임 유리 시트로부터 통상적으로 만들어진다. 그러나, 더 높은 변형점 유리 기판의 사용은, 전지 효율에서 원하는 개선으로 변환되는 것이 기대되는, 더 높은 온도 CIGS 공정을 가능하게 할 수 있다.
따라서, 본 발명에 기재된 알칼리가 없는 유리는, 상기 기판 및 CIGS 층 사이의 열팽창 불일치를 최소화하거나, 또는 CdTe의 열팽창을 더 일치하게 하기 위하여, ≥600℃의 변형점 및 35 내지 50 x 10-7/℃ 범위의 열팽창계수를 특징으로 할 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 바람직한 조성물은 650℃ 초과하는 변형점을 갖고, 이에 의해 가장 높은 가능한 공정 온도에서 수행될 CIGS 또는 CdTe 증착/결정화를 가능하게하여, 부가적으로 효율 이득 (efficiency gain)을 결과한다.
부가적인 특성 및 장점은 하기 상세한 설명에서 설명될 것이고, 부분적으로 상기 상세한 설명으로부터 기술분야의 당업자에게 쉽게 명백해지거나 또는 본 발명의 청구항 및 상세한 설명에 기재된 바로 본 발명을 실행하여 인지될 것이다.
전술한 설명 및 하기 상세한 설명 모두는 본 발명의 단지 대표적인 예들이고, 청구된 바와 같은 본 발명의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 틀거리를 제공하도록 의도된 것으로 이해될 것이다.
첨부하는 도면은 본 발명의 또 다른 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서에 혼입되며, 일부를 구성한다. 도면은 본 발명의 하나 이상의 구현 예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리 및 작동을 설명하기 위해 제공된다.
이하 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 하기의 상세한 설명으로부터 이해될 수 있다.
도 1은 몇몇 구현 예를 따른 광기전력 장치의 외형에 대한 개략도이다.
이하 본 발명의 다양한 실시 예를 좀더 상세하게 설명한다.
본 발명에 사용된 바와 같은, 용어 "기판 (substrate)"은 상기 광기전력 전지의 형상에 의존하여 기판 또는 상판 (superstrate)를 설명하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 만약 광기전력 전지로 조립된 경우, 상기 기판은 상판이고, 이것은 광기전력 전지의 광 입사면 (light incident side) 상에 있다. 상기 상판은 상기 태양 스펙트럼의 적절한 파장의 투과를 허용하면서 환경적 열화 및 충격으로부터 광기전력 물질에 대한 보호를 제공할 수 있다. 또한, 다중 광기전력 전지는 광기전력 모듈로 배열될 수 있다. 광기전력 장치는 전지, 모듈, 또는 모두를 표현할 수 있다.
본 발명에 사용된 바와 같은, 용어 "인접한"은 가까이에 근접한 것으로 정의될 수 있다. 인접한 구조는 서로 물리적으로 접촉할 수도 있거나 또는 않을 수도 있다. 인접한 구조는 이들 사이에 배치된 다른 층 및/또는 구조를 가질 수 있다.
더군다나, 특별한 언급이 없는 한, 수치 값의 범위가 상한 및 하한 값을 포함하는 것으로, 본 발명에 인용된 경우, 상기 범위는 이의 말단점, 및 상기 범위 이내의 모든 정수 및 분수를 포함하는 것으로 의도된다. 본 발명의 범주는 범위로 한정된 경우 특정 값으로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 더구나, 양, 농도, 또는 다른 값 또는 파라미터가 범위, 하나 이상의 바람직한 범위 또는 상한의 바람직한 값 및 하한의 바람직한 값의 목록으로 제공된 경우, 이러한 쌍이 개별적으로 개시된 것과 관계없이, 어떤 상한 범위 제한 또는 바람직한 값 및 어떤 하한 범위 제한 또는 바람직한 값의 어떤 쌍으로부터 형성된 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해된다. 마지막으로, 상기 용어 "약"이 범위의 말단 점 또는 값을 설명하는데 사용된 경우, 본 발명은 특정 값 또는 이에 관련된 말단-점을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명에서 사용된 바와 같은, 상기 용어 "약"은 양, 크기, 제제 (formulation), 파라미터, 및 다른 정량 및 특징이 정확하지 않고, 정확할 필요가 없지만, 오차, 전환 요인 (conversion factors), 라운딩 오프 (rounding off), 측정 실수 및 이와 유사한 것, 및 기술 분야에서 당업자에게 알려진 다른 요인을 반영하는, 원하는 바에 따라, 대략 및/또는 더 크거나 또는 더 작을 수 있다는 것을 의미한다. 일반적으로, 양, 크기, 제제, 파라미터, 또는 다른 정량 또는 특징은 특별히 언급되거나 또는 그렇지 않아도 "약" 또는 "대략"이다.
본 발명에 사용된 바와 같은, 용어 "또는"은 포괄적인 것으로; 좀더 구체적으로는, 문구 "A 또는 B"는 "A, B, 또는 A 및 B 모두"를 의미한다. 배타적인 "또는"은 예를 들어, "A 또는 B" 및 "A 또는 B 중 하나"와 같은 용어로서 본 발명에 지정된다.
용어들의 "단수" 또는 "복수"는 본 발명의 요소 및 성분을 구분없이 설명하는데 사용된다. 이러한 단복수의 사용은 본 발명의 하나 또는 적어도 하나의 요소 또는 성분이 존재하는 것을 의미한다. 본 발명에 사용된 바와 같은, 용어들의 "단수" 또는 "복수"는 특별히 구분없이 사용하며, 비록 "단수"일지라도, 특별한 언급이 없는 한, 적어도 하나 또는 하나 이상을 의미한다. 유사하게, 본 발명에 사용된 "상기"는 또한, 특별한 언급이 없는 한, 한정된 명사가 단수 또는 복수일 수 있는 것을 의미한다.
하나 이상의 청구항은 통상적으로 용어 "여기서"를 전환 용어로 활용할 수 있다는 것으로 주목된다. 본 발명을 정의하는 목적을 위하여, 이러한 용어는 구조의 일련의 특징의 인용을 도입하는데 사용되는 개방형 전환 문구로서 청구항에 도입되고, 좀더 통상적으로 사용된 개방형 말문 용어 "포함하는"과 같은 방식으로 해석될 수 있다는 것으로 주목된다.
본 발명에 사용된 바와 같은, 화합물의 0 wt%를 갖는 유리 조성물은 화합물, 분자, 또는 원소가 상기 조성물에 의도적으로 첨가되지 않지만, 상기 조성물이 통상적으로 상기 화합물을 이물질 (tramp) 또는 미량으로 포함할 수 있다는 의미로서 정의된다. 유사하게, "실질적으로 알칼리 금속이 없는", "실질적으로 나트륨이 없는", "실질적으로 칼륨이 없는", "나트륨이 없는", "알칼리가 없는", "칼륨이 없는" 또는 이와 유사한 것은 화합물, 분자, 또는 원소가 상기 조성물에 의도적으로 첨가되지 않지만, 상기 조성물이 나트륨, 알칼리 또는 칼륨을, 대략 이물질, 또는 미량으로, 포함할 수 있다는 것을 의미하는 것으로 정의된다. 이들 이물질의 양은 상기 배치에 의도적으로 포함되지는 않지만, 상기 유리의 주성분을 제공하기 위해 사용된 원료에서 불순물로서 최소 양으로 존재할 수 있다.
하나의 구현 예는, 몰 퍼센트로:
55 내지 75 퍼센트의 SiO2;
5 내지 20 퍼센트의 Al2O3;
0 내지 15 퍼센트의 B2O3;
0 내지 10 퍼센트의 MgO;
0 내지 15 퍼센트의 SrO;
0 내지 16 퍼센트의 CaO; 및
0 내지 9 퍼센트의 BaO를 포함하는 유리이고,
여기서, MgO+CaO+BaO+SrO는 13 내지 20 퍼센트이고, 여기서, 상기 유리는 실질적으로 알칼리 금속이 없고, 여기서, 상기 유리는 100,000 poise 이상의 액상 점도를 갖는다.
하나의 구현 예에 있어서, 상기 유리는 몰 퍼센트로:
55 내지 75 퍼센트의 SiO2;
5 내지 13 퍼센트의 Al2O3;
0 내지 15 퍼센트의 B2O3;
0 내지 10 퍼센트의 MgO;
0 내지 15 퍼센트의 SrO;
0 내지 16 퍼센트의 CaO; 및
0 내지 9 퍼센트의 BaO를 포함한다.
하나의 구현 예에 있어서, 상기 유리는 몰 퍼센트로:
55 내지 75 퍼센트의 SiO2;
0 내지 20 퍼센트의 Al2O3;
6 내지 12 퍼센트의 B2O3;
0 내지 10 퍼센트의 MgO;
0 내지 15 퍼센트의 SrO;
0 내지 16 퍼센트의 CaO; 및
0 내지 9 퍼센트의 BaO을 포함한다.
하나의 구현 예에 있어서, 상기 유리는 몰 퍼센트로:
55 내지 75 퍼센트의 SiO2;
5 내지 13 퍼센트의 Al2O3;
6 내지 12 퍼센트의 B2O3;
0 내지 10 퍼센트의 MgO;
0 내지 15 퍼센트의 SrO;
0 내지 16 퍼센트의 CaO; 및
0 내지 9 퍼센트의 BaO을 포함한다.
하나의 구현 예에 있어서, 상기 유리는 몰 퍼센트로:
55 내지 75 퍼센트의 SiO2;
8 내지 13 퍼센트의 Al2O3;
6 내지 12 퍼센트의 B2O3;
0 내지 7 퍼센트의 MgO;
0 내지 12 퍼센트의 SrO;
0 내지 16 퍼센트의 CaO; 및
0 내지 9 퍼센트의 BaO을 포함한다.
하나의 구현 예에 있어서, 상기 유리는 몰 퍼센트로:
58 내지 69 퍼센트의 SiO2;
8 내지 13 퍼센트의 Al2O3;
6 내지 12 퍼센트의 B2O3;
0 내지 7 퍼센트의 MgO;
0 내지 12 퍼센트의 SrO;
0 내지 16 퍼센트의 CaO; 및
0 내지 9 퍼센트의 BaO을 포함한다.
하나의 구현 예에 있어서, 상기 유리는 몰 퍼센트로:
73 내지 75 퍼센트의 SiO2;
6 내지 9 퍼센트의 Al2O3;
0 퍼센트의 B2O3;
1 내지 3 퍼센트의 MgO;
0 퍼센트의 SrO;
13 내지 16 퍼센트의 CaO; 및
1 내지 3 퍼센트의 BaO를 포함한다.
하나의 구현 예에 있어서, 상기 유리는 몰 퍼센트로:
60 내지 67 퍼센트의 SiO2;
8 내지 12 퍼센트의 Al2O3;
6 내지 12 퍼센트의 B2O3;
0.05 내지 7 퍼센트의 MgO;
0 내지 12 퍼센트의 SrO;
0.5 내지 9 퍼센트의 CaO; 및
0.5 내지 8 퍼센트의 BaO를 포함한다.
상기 유리는 실질적으로 알칼리 금속이 없는데, 예를 들어, 알칼리의 함량이 0.05 몰 퍼센트 이하, 예를 들어, 0 몰 퍼센트일 수 있다. 몇몇 구현 예에 따르면, 상기 유리는 의도적으로 첨가된 알칼리 금속이 없다.
상기 유리는 실질적으로 나트륨이 없는데, 예를 들어, 나트륨의 함량이 0.05 몰 퍼센트 이하, 예를 들어, 0 몰 퍼센트일 수 있다. 몇몇 구현 예에 따르면, 상기 유리는 의도적으로 첨가된 나트륨이 없다.
상기 유리는 실질적으로 칼륨이 없는데, 예를 들어, 칼륨의 함량은 0.05 몰 퍼센트 이하, 예를 들어, 0 몰 퍼센트 일 수 있다. 몇몇 구현 예에 따르면, 상기 유리는 의도적으로 첨가된 칼륨이 없다.
상기 유리는 실질적으로 나트륨 및 칼륨이 없고, 예를 들어, 나트륨 및 칼륨의 함량은 0.05 몰 퍼센트 이하, 예를 들어, 0 몰 퍼센트 일 수 있다. 몇몇 구현 예에 따르면, 상기 유리는 의도적으로 첨가된 나트륨 및 칼륨이 없다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 55 내지 75 퍼센트의 SiO2, 예를 들어, 58 내지 69 퍼센트의 SiO2, 또는 예를 들어, 60 내지 67 퍼센트의 SiO2, 또는, 예를 들어, 73 내지 75 퍼센트의 SiO2를 포함한다.
전술된 바와 같이, 몇몇 구현 예에 따르면, 상기 유리는 0 내지 15 퍼센트의 B2O3, 예를 들어, 6 내지 12 퍼센트를 포함한다. B2O3는 B2O3을 함유하지 않는 유리와 비교하여, 용융 온도를 감소시키고, 액상 온도를 감소시키며, 액상 점도를 증가시키고, 기계적 내구성을 개선시키기 위해 상기 유리에 첨가된다.
몇몇 구현 예에 따르면, 상기 유리는 13 내지 20 몰 퍼센트의 양으로 MgO+CaO+BaO+SrO를 포함한다. MgO는 용융 온도를 감소시키고, 변형점을 증가시키기 위해 상기 유리에 첨가될 수 있다. 이것은 다른 알칼리 토 (예를 들어, CaO, SrO, BaO)과 비교하여 CTE를 이롭지 않게 낮출 수 있고, 그래서 다른 조정은 원하는 범위로 상기 CTE를 유지하기 위해 만들어 질 수 있다. 적절한 조정의 예는 CaO 대신에 SrO를 증가시키는 것을 포함한다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 0 내지 15 몰 퍼센트의 SrO, 예를 들어, 0 초과 내지 15 몰 퍼센트, 예를 들어, 1 내지 12 몰 퍼센트의 SrO를 포함할 수 있다. 어떤 구현 예에 있어서, 비록 SrO가 물론 다른 배치 물질에 오염원으로서 존재할 수 있을 지라도, 상기 유리는 고의로 배치된 SrO를 함유하지 않는다. SrO는 열팽창계수를 높이는데 기여하고, SrO 및 CaO의 상대적인 비는 액상 온도, 따라서 액상 점도를 개선시키기 위해 조절될 수 있다. SrO는 변형점을 개선하는데 CaO 또는 MgO 만큼 효과적이지 않고, SrO로 이들중 하나를 대체하는 것은 용융 온도의 증가를 유발하는 경향이 있다. 만약 더 큰 영향이 없다면, BaO는 SrO와 유사한 효과 열팽창계수를 갖는다. BaO는 용융 온도를 낮추고, 액상 온도를 낮추는 경향이 있다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 0 내지 16 몰 퍼센트의 CaO, 예를 들어, 0 초과 내지 15, 또는 예를 들어, 0 내지 12 몰 퍼센트 CaO, 예를 들어, 0.5 내지 9 몰 퍼센트 CaO를 포함한다. CaO는 더 높은 변형점, 더 낮은 밀도, 및 더 낮은 용융 온도에 기여한다.
하나의 구현 예를 따르면, 상기 유리는 0 내지 0.5 몰 퍼센트의 청징제를 더욱 포함한다. 상기 청징제는 SnO2일 수 있다.
하나의 구현 예를 따르면, 상기 유리는 TiO2, MnO, ZnO, Nb2O5, Ta2O5, ZrO2, La2O3, Y2O3, P2O5, 또는 이의 조합의 0 내지 2 몰 퍼센트를 더욱 포함한다. 이들 선택적 성분은 유리 특성을 더욱 맞추기 위해 사용될 수 있다.
몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 실질적으로 Sb2O3, As2O3, 또는 이의 조합이 없고, 예를 들어, 상기 유리는 0.05 몰 퍼센트 이하의 Sb2O3 또는 As2O3 또는 이의 조합을 포함한다. 예를 들어, 상기 유리는 0 몰 퍼센트의 Sb2O3 또는 As2O3 또는 이의 조합을 포함할 수 있다.
따라서, 하나의 구현 예에 있어서, 상기 유리는 600℃ 이상, 예를 들어, 610℃ 이상, 예를 들어, 620℃ 이상, 예를 들어, 630℃ 이상, 예를 들어, 640℃ 이상, 예를 들어, 650℃ 이상의 변형점을 갖는다. 몇몇 구현 예에 있어서, 상기 유리는 35 x 10-7/℃ 내지 50 x 10-7/℃, 예를 들어, 39 x 10-7/℃ 내지 50 x 10-7/℃의 열팽창계수를 갖는다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 유리는 35 x 10-7/℃ 내지 50 x 10-7/℃의 열팽창계수 및 600℃ 이상의 변형점을 갖는다.
상기 유리는 융합 형성 유리의 기술분야에서 알려진 바와 같이 융합 형성될 수 있다. 상기 융합 인발 공정은 용융 유리 원료 물질을 수용하기 위한 채널을 갖는 아이소파이프 (isopipe)를 사용한다. 상기 채널은 상기 채널의 양면 상에 채널의 길이를 따라 상부가 개방된 위어 (weirs)를 갖는다. 상기 채널이 용융 물질로 채워진 경우, 상기 용융 유리는 상기 위어를 넘쳐흐른다. 중력에 기인하여, 상기 용융 유리는 상기 이소파이프의 외부 표면 아래로 흐른다. 이들 외부 표면은, 이들이 상기 인발 탱크 하부의 가장자리에서 결합되도록 안쪽 및 아래로 확장한다. 상기 두 개의 흐르는 유리 표면은 단일의 흐르는 시트를 융합 및 형성시키기 위해 상기 가장자리에서 결합한다. 상기 융합 인발 방법은, 채널을 넘쳐 흐르는 상기 두 개의 유리 필름이 함께 융합하기 때문에, 상기 최종 유리 시트의 외부 표면이 상기 장치의 어떤 부분과 접촉하지 않는 장점을 제공한다. 따라서, 상기 표면 특성은 이러한 접촉에 의해 영향을 받지 않는다.
100kP, 100,000 poise 이상의 액상 점도를 갖는 유리는, 일반적으로 융합 형성가능하다. 10kP로부터 100kP의 범위에서 액상 점도를 갖는 유리는 일반적으로 플로오트 형성가능하지만 융합 형성가능하지는 않다. 몇몇 구현 예는, Tstr > 630℃, 4-5 ppm/℃의 범위에서 α, 뿐만 아니라 100,000 poise 초과의 액상 점도 (ηliq)를 갖는 알칼리가 없는 유리이다. 이와 같이, 이들은 상기 융합 공정에 의해 시트로 형성되는데 이상적으로 적합하다. 더구나, 이들 유리의 대부분은 또한, 이들을 상기 융합 공정의 더 낮은 비용 형태를 위한 이상적 후보로 만드는, 1550℃ 이하인 200 poise 온도 (T200)를 갖는다.
하나의 구현 예에 있어서, 상기 유리는 시트 형태이다. 상기 시트의 형태에서 유리는 강화, 예를 들어, 열적으로 템퍼링될 수 있다.
하나의 구현 예에 따르면, 상기 유리는 광학적으로 투명하다.
하나의 구현 예에 있어서, 도 1에서 도시된 바와 같이, 광기전력 장치 (100)는 시트 (10)의 형태로 상기 유리를 포함한다. 상기 광기전력 장치는, 예를 들어, 기판 및/또는 상판으로, 상기 유리 시트 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 광기전력 장치 (100)은 기판 또는 상판 (10 또는 18)으로서 유리 시트, 상기 기판에 인접한 전도성 물질 (12), 및 상기 전도성 물질에 인접한 활성 광기전력 매체 (16)를 포함한다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 장치는, 전술된 조성물을 갖는, 상판로서 하나 및 상기 기판으로서 하나인, 두 개의 유리 시트를 포함한다. 상기 기능성 층은 상기 기판 또는 상판에 인접하게 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드, 무정질 실리콘, 결정질 실리콘, 하나 이상의 결정질 실리콘 웨이포, 카드뮴 텔루라이드, 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 활성 광기전력 매체는 CIGS 층을 포함한다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 활성 광기전력 매체는 카드뮴 텔루라이드 (CdTe) 층을 포함한다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 광기전력 장치는 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드 또는 카드뮴 텔루라이드를 포함하는 기능성 층을 포함한다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 광기전력 장치의 기능성 층은 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드이다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 기능성 층은 카드뮴 텔루라이드이다.
하나의 구현 예에 따른, 상기 광기전력 장치 (100)는 나트륨 함유 층, 예를 들어, NaF 함유 층, 또는 상기 상판 또는 기판 및 상기 기능성 층 사이에 또는 인접하게 배치된 배리어 층과 같은 하나 이상의 중간층 (14)을 더욱 포함한다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 광기전력 장치는 상기 상판 또는 기판 및 투명 전도성 산화물 (TCO) 층 사이에 또는 인접하게 배치된 배리어 층을 더욱 포함하고, 여기서 상기 TCO 층은 상기 기능성 층 및 상기 배리어 층 사이에 또는 인접하게 배치된다. TCO는 CdTe 기능성 층을 포함하는 광기전력 장치에 존재할 수 있다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 배리어 층은 상기 유리 상에 직접 배치된다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 장치는 나트륨 함유 층, 예를 들어, NaF 함유 층, 및 상기 상판 및 상기 기판 사이에 위치된 인접한 나트륨 미터링 층 (metering layer)과 같은 다중 중간층을 포함한다.
하나의 구현 예에 있어서, 상기 유리 시트는 광학적으로 투명하다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 기판 및/또는 상판로서 유리 시트는 광학적으로 투명하다.
몇몇 구현 예에 따르면, 상기 유리 시트는 4.0mm 이하, 예를 들어, 3.5 mm 이하, 예를 들어, 3.2 mm 이하, 예를 들어, 3.0mm 이하, 예를 들어, 2.5 mm 이하, 예를 들어, 2.0 mm 이하, 예를 들어, 1.9 mm 이하, 예를 들어, 1.8 mm 이하, 예를 들어, 1.5 mm 이하, 예를 들어, 1.1 mm 이하, 예를 들어, 0.5 mm 내지 2.0 mm, 예를 들어, 0.5mm 내지 1.1mm, 예를 들어, 0.7mm 내지 1.1mm의 두께를 갖는다. 비록 이들은 대표적인 두께일 지라도, 상기 유리 시트는 0.1mm로부터 4.0 mm을 포함하는 범위에서 소수점 자리를 포함하는 어떤 수치의 두께를 가질 수 있다.
알칼리가 없는 유리는 CdTe의 상판, 기판, CIGS 모듈 각각에 대해 점점 매력적인 후보들이 되고 있다. 전자의 경우에 있어서, 상기 CdTe의 알칼리 오염 및 상기 필름 스택 (film stack)의 전도성 산화층은 기피 대상이다. 더구나, 공정 단순화는 (예를 들어, 종래의 소다-라임 유리의 경우에 있어서, 요구된) 상기 배리어 층의 제거로부터 초래된다. 후자의 경우에 있어서, CIGS 모듈 제조업자는 별도의 Na-함유 층을 증착시켜 흡수제 성능을 최적화하는데 요구된 Na의 양을 더 잘 조절할 수 있어, 이의 특정 조성물 및 두께의 덕분으로, 상기 CIGS 층으로 더 많은 재생가능한 Na 운반을 결과한다.
실시 예
표 1, 표 2, 표 3, 표 4, 표 5, 표 6, 및 표 7은 본 발명의 구현 예에 따른 대표적인 유리를 나타낸다. 몇몇 대표적인 유리에 대한 특성 데이터는 표 1, 표 2, 표 3, 표 4, 표 5, 표 6, 및 표 7에서 또한 나타낸다. 표들에 있어서, Tstr(℃)는, 점도가 빔 벤딩 (beam bending) 또는 섬유 신장 (fiber elongation)에 의해 측정된 바와 같은, 1014.7 P와 동일한 경우의 온도에서의 변형점이다. 표들에서 α(10-7/℃)는 측정에 의존하여 0 내지 300℃ 또는 25 내지 300℃의 치수 변화의 양인 열팽창계수 (CTE)이다. CTE는 통상적으로 팽창 측정법 (dilatometry)에 의해 측정된다. ρ(g/cc)는 아르키메데스 방법 (ASTM C693)으로 측정된 밀도이다. T200(℃)는 200 Poise (P) 온도이다. 이것은 상기 용융의 점도가 동심 실린더 점도계 (concentric cylinder viscometry)를 사용하는 HTV (고온 점도) 측정법에 의해 측정된 200P인 경우의 온도이다. Tliq(℃)은 액상 온도이다. 이것은 상기 제1 결정이 표준 구배 보우트 액상 측정법 (standard gradient boat liquidus measurement) (ASTM C829-81)에서 관찰되는 온도이다. ηliq는 kilopoise로 표현된 액상 점도이고; 따라서 100kP = 100,000P이다. 이것은 상기 액상 온도에 상응하는 용융물의 점도이다.
예 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
몰 % 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
MgO 6.4 6.9 6.9 4.6 4.8 6.4 4.4 4.4 2.7 2.6
CaO 8.5 6.9 9.1 5.4 5.6 5.2 7.2 5.2 2.9 2.0
SrO 0 0 0 3.6 3.8 3.5 3.5 5.5 11.8 9.6
BaO 2.4 3.4 2.6 2.4 2.5 2.3 2.3 2.3 0.7 3.6
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
RO 17.2 17.2 18.6 16.0 16.7 17.4 17.4 17.4 18.0 17.7
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
B2O3 10.0 10.0 10.8 10.7 11.2 10.3 10.3 10.3 9.0 7.5
Al2O3 11.1 11.1 12.0 11.1 11.6 10.7 10.7 10.7 9.6 9.3
SiO2 61.5 61.5 58.5 62.0 60.5 61.5 61.5 61.5 63.3 65.4
SnO2 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Tstr 645 642 641 643 641 642 641 642 645 649
a 41.8 40.6 41.5 40.7 41.2 40.0 41.0 41.9 46.2 46.5
r 2.53 2.56 2.56 2.57 2.59 2.58 2.58 2.62 2.70 2.75
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
T200 1473 　 　 1490 1515 　 　 　 　 　
Tliq 1060 1065 1050 1015 1020 1070 1040 1035 1130 1110
ηliq (kP) 205 　 　 777 459 　 　 　 　 　
예 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
몰% 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
MgO 4.1 5.4 1.8 0 2.0 4.4 6.4 5.4 5.4 6.4
CaO 9.9 6.4 11.0 10.0 9.0 8.5 6.5 7.5 7.5 7.5
SrO 3.3 4.3 2.9 9.0 8.0 2.0 2.0 1.0 1.0 0
BaO 2.2 2.8 3.3 0 0 2.4 2.4 3.4 3.4 3.4
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
RO 19.4 19.0 19.0 19.0 19.0 17.3 17.3 17.3 17.3 17.3
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
B2O3 9.7 10.7 10.7 8.0 8.0 10.0 10.0 10.0 9.0 9.0
Al2O3 10.0 11.1 8.5 9.0 9.0 11.1 11.1 11.1 12.1 12.1
SiO2 60.8 59.0 62.3 64.0 64.0 61.5 61.5 61.5 61.5 61.5
SnO2 0.10 0.10 0.07 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Tstr 639 636 631 648 649 650 645 650 659 661
α 46.5 43.9 46.0 48.4 45.8 40.4 41.4 39.5 40.3 39.8
ρ 2.70 2.64 　 2.67 2.63 2.57 2.60 2.56 2.60 2.58
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
T200 　 1423 　 　 　 　 　 　 　 　
Tliq 1045 1030 1075 1150 1145 1080 1080 1095 1080 1090
ηliq (kP) 　 192 　 　 　 　 　 　 　 　
예 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
몰% 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
MgO 0.1 2.0 0 0 1.98 1.97 0.07 0.07 0.06 0.06
CaO 4.3 2.0 4.3 3.3 1.3 0.8 4.6 4.6 4.5 4.6
SrO 9.7 12.0 10.0 10.5 11.9 11.5 9.7 9.6 10.2 9.5
BaO 0.1 0.1 0.1 0.1 2.0 4.0 0.1 0.1 0.1 0.1
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
RO 14.1 16.1 14.4 13.9 17.2 18.3 14.4 14.4 14.8 14.2
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
B2O3 8.4 6.6 8.5 8.5 6.4 6.4 9.9 11.4 9.9 11.5
Al2O3 9.3 9.3 10.0 10.5 8.7 8.6 9.3 9.3 10.0 10.0
SiO2 68.1 67.8 67.0 67.0 67.6 66.5 66.2 64.8 65.2 64.1
SnO2 0.16 0.18 0.18 0.18 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Tstr 668 674 668 673 667 665 658 649 659 656
α 40.9 42.8 41.7 41.8 45.9 46.6 42.1 42.5 42.3 42.4
ρ 2.59 2.65 2.59 2.59 2.72 2.77 2.58 2.58 2.59 2.59
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
T200 1595 1595 1594 1610 1563 1545 1569 1540 1555 1528
Tliq 1125 1125 1135 1150 1100 1075 1075 1070 1080 1080
ηliq (kP) 142 162 119 121 124 235 274 202 253 163
예 31 32 33 34 35 36 37 38
몰% 　 　 　 　 　 　 　 　
MgO 4.7 2.5 3.5 4.5 3.8 3.9 4.2 4.4
CaO 5.6 7.0 5.5 4.5 6.0 5.7 5.6 5.5
SrO 3.7 1.5 2.0 2.0 2.2 2.5 2.9 3.3
BaO 2.5 7.0 7.0 7.0 7.6 6.2 4.9 3.7
　 　 　 　 　 　 　 　 　
RO 16.5 18.0 18.0 18.0 19.5 18.3 17.6 16.8
　 　 　 　 　 　 　 　 　
B2O3 11.0 9.0 9.0 9.0 9.8 9.8 10.1 10.4
Al2O3 11.4 9.0 9.0 9.0 9.8 9.9 10.3 10.8
SiO2 61.0 63.9 63.9 63.9 60.9 62.0 62.0 62.0
SnO2 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
　 　 　 　 　 　 　 　 　
Tstr 640 632 632 635 630 631 633 638
α 41.2 46.5 45.9 45.8 48.2 46.0 43.7 41.7
ρ 2.58 2.73 2.72 2.72 2.77 2.71 2.67 2.62
　 　 　 　 　 　 　 　 　
T200 1510 1490 1490 1494 1443 　 1475 1490
Tliq 1000 1050 1025 1020 1045 　 1000 1010
ηliq (kP) 893 166 364 437 106 　 756 808
예 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
몰% 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
MgO 1.4 1.3 1.8 0.0 2.0 4.4 6.4 5.4 5.4 6.4
CaO 15.4 14.2 11.0 10.0 9.0 8.5 6.5 7.5 7.5 7.5
SrO 　 　 2.9 9.0 8.0 2.0 2.0 1.0 1.0 0
BaO 1.4 1.3 3.3 0 0 2.4 2.4 3.4 3.4 3.4
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
RO 18.1 16.7 19.0 19.0 19.0 17.3 17.3 17.3 17.3 17.3
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
B2O3 　 　 10.7 8.0 8.0 10.0 10.0 10.0 9.0 9.0
Al2O3 7.0 8.4 8.5 9.0 9.0 11.1 11.1 11.1 12.1 12.1
SiO2 74.9 74.9 62.3 64.0 64.0 61.5 61.5 61.5 61.5 61.5
SnO2 0.10 0.10 0.07 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Tstr 735 745 613 648 649 650 645 650 659 661
α 42.7 40.6 46 48.4 45.8 40.4 41.4 39.5 40.3 39.8
ρ 　 2.67 　 2.67 2.63 2.57 2.60 2.56 2.60 2.58
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
T200 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Tliq 1080 1080 1075 1150 1145 1080 1080 1095 1080 1090
ηliq (kP) 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
예 49 50 51 52 53 54 55 56 57
몰% 　 　 　 　 　 　 　 　 　
MgO 0.1 2.0 0.0 0.0 2.0 2.0 0.1 0.1 0.1
CaO 4.3 2.0 4.3 3.3 1.3 0.8 4.6 4.6 4.5
SrO 9.7 12.0 10.0 10.5 11.9 11.5 9.7 9.6 10.2
BaO 0.1 0.1 0.1 0.1 2.0 4.0 0.1 0.1 0.1
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
RO 14.1 16.1 14.4 13.9 17.2 18.3 14.4 14.4 14.8
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
B2O3 8.4 6.6 8.5 8.5 6.4 6.4 9.9 11.4 9.9
Al2O3 9.3 9.3 10.0 10.5 8.6 8.6 9.3 9.3 9.9
SiO2 68.1 67.8 67.0 66.9 67.6 66.5 66.2 64.8 65.2
SnO2 0.16 0.18 0.18 0.18 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Tstr 668 674 668 673 667 665 658 649 659
α 40.9 42.8 41.7 41.8 45.9 46.6 42.1 42.5 42.3
ρ 2.59 2.65 2.59 2.59 2.72 2.77 2.58 2.58 2.59
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
T200 1595 1595 1594 1610 1563 1545 1569 1540 1555
Tliq 1125 1125 1135 1150 1100 1075 1075 1070 1080
ηliq (kP) 142 162 119 121 124 235 274 202 253
예 58 59 60 61 62
몰% 　 　 　 　 　
MgO 0.1 0.1 1.6 0.1 0.1
CaO 4.6 5.0 4.9 6.5 8.0
SrO 9.5 9.8 8.4 8.5 6.9
BaO 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
　 　 　 　 　 　
RO 14.2 15.0 15.0 15.1 15.1
　 　 　 　 　 　
B2O3 11.5 10.4 10.3 10.3 10.4
Al2O3 10.0 9.7 9.6 9.6 9.6
SiO2 64.1 64.9 65.0 64.8 64.8
SnO2 0.17 0.16 0.16 0.16 0.16
　 　 　 　 　 　
Tstr 656 655 653 657 656
α 42.4 42 41.8 42 42.5
ρ 2.59 2.60 2.56 2.57 2.55
　 　 　 　 　 　
T200 1528 1539 1546 1539 1536
Tliq 1080 1090 1100 1100 1080
ηliq(kP) 163 132 136 106 178
다양한 변형 및 변경이 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 만들어질 수 있다는 것은 당업자에게는 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항 및 이들의 균등물의 범주 내에서 제공되는 본 발명의 변형 및 변경을 보호하는 것으로 의도된다.
10, 18: 기판 또는 상판 12: 전도성 물질
14: 중간층 16: 광기전력 매체
100: 광기전력 장치

Claims (25)

  1. 유리로서, 몰 퍼센트로:
    73 내지 75 퍼센트의 SiO2;
    6 내지 9 퍼센트의 Al2O3;
    0 퍼센트의 B2O3;
    1 내지 3 퍼센트의 MgO;
    0 퍼센트의 SrO;
    13 내지 16 퍼센트의 CaO; 및
    1 내지 3 퍼센트의 BaO를 포함하고,
    여기서 MgO+CaO+BaO+SrO는 15 내지 20 퍼센트이고, 여기서 상기 유리는 알칼리 금속이 없으며, 여기서 상기 유리는 100,000 poise 이상의 액상 점도를 갖는 유리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리는 200,000 poise 이상의 액상 점도를 갖는 유리.
  3. 청구항 1에 있어서,
    MgO+CaO+BaO+SrO는 16 내지 20 퍼센트인 유리.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리는 200,000 poise 이상의 액상 점도, 및 35 x 10-7/℃ 내지 50 x 10-7/℃ 범위의 열팽창계수를 갖는 유리.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 유리는 39 x 10-7/℃ 내지 50 x 10-7/℃ 범위의 열팽창계수를 갖는 유리.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리는 0 내지 0.5 몰 퍼센트의 청징제를 더욱 포함하는 유리.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 청징제는 SnO2인 유리.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리는 600℃ 이상의 변형점을 갖는 유리.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리는 630℃ 이상의 변형점을 갖는 유리.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리는 TiO2, MnO, ZnO, Nb2O5, Ta2O5, ZrO2, La2O3, Y2O3, P2O5, 또는 이들의 조합의 0 내지 2 몰 퍼센트를 더욱 포함하는 유리.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리는 600℃ 이상의 변형점, 및 39 x 10-7/℃ 내지 50 x 10-7/℃ 범위의 열팽창계수를 갖는 유리.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리는 시트 형태인 유리.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 시트는 0.5 mm 내지 4.0 mm의 두께를 갖는 유리.
  14. 청구항 1에 따른 유리를 포함하는 광기전력 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 유리는 시트의 형태이고, 기판 또는 상판인 광기전력 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 장치는 상기 기판 또는 상판에 인접하게 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드, 무정질 실리콘, 결정질 실리콘, 하나 이상의 결정질 실리콘 웨이퍼, 카드뮴 텔룰라이드, 또는 이의 조합을 포함하는 기능성 층을 포함하는 광기전력 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 장치는 상판 또는 기판, 및 기능성 층 사이에 배치되는 하나 이상의 중간층을 더욱 포함하는 광기전력 장치.
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