KR102225583B1

KR102225583B1 - 광기전력 모듈 패키지

Info

Publication number: KR102225583B1
Application number: KR1020157034014A
Authority: KR
Inventors: 브루스 가르디너 에이트켄; 아담 제임스 엘리슨; 제임스 패트릭 해밀톤; 티모씨 제임스 킥젠스키
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2013-04-29
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2021-03-10
Also published as: WO2014179140A3; CN105121371A; KR20160005071A; JP2018048074A; TWI636029B; WO2014179140A2; JP2020073435A; JP6925404B2; US9701567B2; US20170267573A1; JP6220053B2; TW201446694A; EP2991941A2; US20140323286A1; JP2016518304A; US10407338B2

Abstract

융합-형성가능한 나트륨-함유 알루미노실리케이트 및 보로알루미노실리케이트 유리가 개시된다. 상기 유리는 전지 효율을 최적화하기에 필요한 나트륨이 기판 유리로부처 유도되어야 하는 박막 광기전력체와 같은 반도체 적용에서 유용한 나트륨의 조절된 방출에 특히 유용하다

Description

광기전력 모듈 패키지 {PHOTOVOLTAIC MODULE PACKAGE}

본 출원은 2013년 4월 29일자에 출원된 미국 가 특허출원 제61/817052호의 우선권을 주장하고, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 병합된다.

구체예들은 유리 조성물에 관한 것이고, 특히 박막 광기전력 (photovoltaic, PV) 모듈에 유용한 유리 조성물에 관한 것이다.

융합 형성 공정은 많은 전자기기 적용, 예를 들면, 전자기기 적용에 사용된 기판, 예를 들면, LCD 텔레비젼용 디스플레이 유리에 유용한 최적 표면 및 기하학적 특성을 갖는 평평한 (flat) 유리를 전형적으로 생산하고, 여기서 표면의 고품질이 광기전력 모듈용 특수 유리에 필요하다.

광기전력 모듈은 태양광을 전기로 전환시키기 위해 사용된다. 오늘날 사용되고 있거나 또는 개발 중인 두 개의 주요 유형은 함께 연결된 다중 실리콘 웨이퍼를 사용한 웨이퍼 모듈 (wafered modules) 및 박막 (비정질 및 미정질 (microcrystalline)) 실리콘 또는 카드뮴 텔룰라이드 (CdTe), 구리 인듐 갈륨 디-셀레나이드 (CIGS)와 같은 다양한 무기 박막 물질들 중 하나를 사용한 박막 모듈이다. 박막 모듈용 전형적인 패키지는 유리 기판, 예를 들면 소다라임 유리, 후면 접촉 (back contact), 반도체 층 또는 층들, 예를 들면 CIGS, 앞면 투명 접촉층 (transparent contact layer, TCO) 및 보호 커버층, 예를 들면 유리 기판을 갖는다. 상기 모듈은 가장자리 밀봉 (edge seals), 금속 프레임, 및 전기적 접촉을 더욱 가질 수 있다.

발전 산업에서 PV 기술을 기존의 전력 생산 방법들, 예를 들면, 수력, 화력, 원자력, 풍력, 등과 경쟁력 있게 만드는 계속적인 움직임이 있다. 그렇게 하기 위하여, 제조 비용, 전환 효율, 및 효율 저하는 해결해야되는 설계 도전 과제이다. 소다라임 유리는 그것의 저비용 및 CIGS PV 디바이스에서 실질적으로 개방-회로 전압 증가를 내는 것으로 증명된 나트륨 (sodium)을 함유하는 사실 때문에 CIGS용 통상적인 기판인 것으로 되어 왔다. 그러나, 소다라임 유리는 PV 모듈용으로 이상적이지 않는데 - 나트륨 전달은 조절하기 어려울 수 있고, 너무 빨리 또는 너무 많은 양으로 발생할 수 있다. 더욱이, 소다라임 유리는 환경 조건 때문에 발생하는 나트륨 방출 문제를 가질 수 있다. 소다라임 유리가 온도 및 습도의 주변 조건들에서 노화되면서, 그것의 표면 화학 (chemistry)은 CIGS 박막 침착 (deposition) 동안 나트륨의 공간적으로 비-균일한 방출을 가져오는 방식으로 변한다. 이들 문제들은 박리 (delamination) 문제 및 감소된 효율을 초래할 수 있다. 명백하게, 박막 PV 디바이스용 최적 기판을 제공하는 유리 조성물을 찾는 요구는 아직도 충족되지 않고 있다.

본 개시는 박막 PV 디바이스용 최적 기판을 제공하는 유리 조성물을 제공하고자 한다.

제 1 관점은 SiO₂, Al₂O₃, 및 Na₂O를 포함하는 유리를 포함하고, 여기서 상기 유리는 완충 수성 방출 테스트 (buffered aqueous release test)에서 10 ppm 초과의 나트륨 방출, 완충 수성 방출 테스트에서 50 ppm 미만의 총 나트륨 + 칼륨 방출, 및 T^마진( ^margin ⁾ = T^파괴( ^breakdown ⁾- T^35kp > 10℃을 갖는다. 몇몇 구체예에 있어서, 상기 Na + K 방출은 30 ppm 미만이다. 몇몇 구체예에 있어서, 상기 유리는 6 ppm/℃ 초과의 열팽창 계수를 갖는다. 몇몇 구체예에 있어서, 상기 유리는 565℃ 초과의 변형점 (strain point)을 갖는다. 몇몇 구체예에 있어서, 상기 유리는 585℃ 초과의 변형점을 갖는다. 몇몇 구체예에 있어서, 상기 유리는 130kP 초과의 액상 점도 (liquidus viscosity)를 갖는다.

몇몇 구체예에 있어서, 상기 유리는 적어도 하나의 알칼리 토 금속 산화물 및 선택적으로 B₂O₃, ZnO, 또는 K₂O를 더욱 포함한다. 다른 구체예들에 있어서, 상기 유리는 B₂O₃ 및 K₂O를 더욱 포함한다.

또 다른 관점은 SiO₂, Al₂O₃, 및 Na₂O를 포함하는 유리를 포함하는 전자 디바이스 (electronic device)를 포함하고, 여기서 상기 유리는 완충 수성 방출 테스트에서 10 ppm 초과의 나트륨 방출, 완충 수성 방출 테스트에서 50 ppm 미만의 총 나트륨 + 칼륨 방출, 및 T^마진 = T^파괴- T^35kp > 10℃을 갖는다. 몇몇 구체예에 있어서, 상기 디바이스는 광기전력 (photovoltaic) 모듈을 포함한다.

또 다른 관점은 SiO₂, Al₂O₃, Na₂O, B₂O₃, K₂O, 및 적어도 하나의 알칼리 토 금속 산화물을 포함하는 유리를 포함하고, 여기서 상기 유리는 완충 수성 방출 테스트에서 10 ppm 초과의 Na 방출, 완충 수성 방출 테스트에서 50 ppm 미만의 총 Na + K 방출, T^마진 = T^파괴 - T^35kp > 10℃, 6 ppm/℃ 초과의 열팽창 계수, 및 565℃ 초과의 변형점을 갖는다.

또 다른 관점은 몰 %로,

65-80 SiO₂

3-13 Al₂O₃

0-5.5 B₂O₃

>0-10 MgO

0-10 CaO

0-10 SrO

1-12 Na₂O 및

1≤R'O≤15를 포함하고, 여기서 R'O = MgO + CaO + SrO + BaO인 유리를 포함한다.

몇몇 구체예에 있어서, 상기 유리는 몰%로,

65-80 SiO₂

3-13 Al₂O₃

0-5 B₂O₃

2-7 MgO

>0-7 CaO

0-6 SrO

1-12 Na₂O를 포함하고, 여기서 4.5≤R'O≤12이다.

몇몇 구체예에 있어서, 상기 유리는 0≤K₂O≤10 및 2≤R₂O≤13.1를 더욱 포함하고, 여기서 R₂O = K₂O + Na₂O이다.

몇몇 구체예에 있어서, 상기 유리는 몰%로,

70-77 SiO₂

4.5-10.5 Al₂O₃

>0-5 B₂O₃

3-5 MgO

>0-5 CaO

0-5 SrO

1.8-11.8 Na₂O

>0-9 K₂O를 포함하고, 여기서 2.3≤R₂O≤13.1 및 4.5≤R'O≤12이다.

또 다른 관점은 상기 유리들 중 하나를 포함하는 전자 디바이스를 포함한다. 몇몇 구체예에 있어서, 상기 디바이스는 광기전력 모듈을 포함한다.

또 다른 관점은 몰 %로,

65-80 SiO₂

3-13 Al₂O₃

0-5.5 B₂O₃

>0-10 MgO

0-10 CaO

0-10 SrO

1-12 Na₂O 및

1≤R'O≤15를 포함하는 유리를 포함하고, 여기서 R'O = MgO + CaO + SrO + BaO이며, 여기서 상기 유리는 완충 수성 방출 테스트에서 10 ppm 초과의 Na 방출, 및 완충 수성 방출 테스트에서 50 ppm 미만의 총 Na + K 방출을 갖는다. 몇몇 구체예에 있어서, 상기 유리는 T^마진 = T^파괴 - T^35kp >10℃를 갖는다. 몇몇 구체예에 있어서, 상기 Na + K 방출은 30 ppm 미만이다. 몇몇 구체예에 있어서, 상기 유리는 6 ppm/℃ 초과의 열팽창 계수를 갖는다. 몇몇 구체예에 있어서, 상기 유리는 565℃ 초과의 변형점을 갖는다. 몇몇 구체예에 있어서, 상기 유리는 585℃ 초과의 변형점을 갖는다. 몇몇 구체예에 있어서, 상기 유리는 130kP 초과의 액상 점도를 갖는다.

또 다른 관점은 몰 %로,

65-80 SiO₂

3-13 Al₂O₃

0-5.5 B₂O₃

>0-10 MgO

0-10 CaO

0-10 SrO

1-12 Na₂O 및

1≤R'O≤15를 포함하는 유리를 포함하는 전자 디바이스를 포함하고, 여기서 R'O = MgO + CaO + SrO + BaO이며, 여기서 상기 유리는 완충 수성 방출 테스트에서 10 ppm 초과의 Na 방출, 및 완충 수성 방출 테스트에서 50 ppm 미만의 총 Na + K 방출을 갖는다. 몇몇 구체예에 있어서, 상기 유리는 T^마진 = T^파괴 - T^35kp >10℃를 갖는다. 몇몇 구체예에 있어서, 상기 디바이스는 광기전력 모듈을 포함한다.

또 다른 관점은 몰 %로,

70-77 SiO₂

4.5-10.5 Al₂O₃

>0-5 B₂O₃

3-5 MgO

>0-5 CaO

>0-5 SrO

1.8-11.8 Na₂O

>0-9 K₂O를 포함하는 유리를 포함하고,

여기서, 2.3≤R₂O≤13.1 및 4.5≤R'O≤12이며, 상기 유리는 완충 수성 방출 테스트에서 10 ppm 초과의 Na 방출, 완충 수성 방출 테스트에서 50 ppm 미만의 총 Na + K 방출, T^마진 = T^파괴 - T^35kp > 10℃, 6 ppm/℃ 초과의 열팽창 계수, 및 565℃ 초과의 변형점을 갖는다. 몇몇 구체예에 있어서, 상기 유리는 130 kP 초과의 액상 점도를 갖는다.

다른 관점에 있어서, 위에서 열거된 유리 시트는 ≤20 Å, 바람직하게는 ≤10 Å의 평균 표면 조도 (roughness) (R_a)를 갖고, 여기서 상기 유리 시트는 연마 (polish)되지 않는다. 위에서 열거된 유리를 포함하는 광기전력 모듈의 또 다른 관점에 있어서, 적어도 하나의 유리 기판은 3 mm 미만의 두께를 갖고, 상기 유리 기판은, 식 W=D/L²으로 기재된 바에 따른, 0.5 ㎛/㎠ 미만의 곡률 변형 (W)을 가지며, 여기서 D는 ㎛의 유리 기판의 최대 곡률이고, L은 ㎝의 유리 기판의 대각선 길이이다.

위에서 열거된 유리의 또 다른 관점에 있어서, 적어도 하나의 유리 시트는 1.8 mm 이하의 두께를 갖는다. 위에서 열거된 유리를 포함하는 광기전력 모듈의 또 다른 관점에 있어서, 적어도 하나의 유리 시트는 0.5 mm 이하의 두께를 갖는다. 몇몇 구체예에 있어서, 0.5 mm 이하의 두께를 갖는 유리 시트는 롤-대-롤 (roll-to-roll) 조건 하에서 가공되는 것이 가능하다. 위에서 열거된 유리를 포함하는 광기전력 모듈의 또 다른 관점에 있어서. 상기 모듈은 1.5 mm 초과의 두께를 갖는 Na-함유 구조적 유리 시트를 더욱 포함한다. 위에서 열거된 유리를 포함하는 광기전력 모듈의 또 다른 관점에 있어서, 상기 유리는 >0-1 mol% CeO₂, Fe₂O₃, 또는 TiO₂를 더욱 포함한다.

또 다른 관점에 있어서, 위에서 열거된 유리를 포함하는 광기전력 모듈은 적어도 하나의 결정질 실리콘 태양 전지 웨이퍼를 포함하는 밀폐해서 밀봉된 공동 (sealed cavity)을 형성하기 위해 제 1 및 제 2 외부 보호층 사이 및 가장자리를 따라 밀폐/수밀 (hermetic/watertight)의 밀봉을 더욱 포함한다.

이들 및 다른 관점들, 장점들, 및 특징들은 다음의 상세한 설명, 도면, 및 청구범위로부터 명백할 것이다.

하기의 상세한 설명에 있어서, 다수의 구체적인 세부 사항은 본 발명의 구체예의 전체적인 이해를 제공하기 위하여 설명될 수 있다. 그러나, 본 발명의 구체예가 이들 구체적인 세부사항의 전부 또는 일부 없이 실행되는 경우도, 기술분야에서 당업자에게 명백할 것이다. 다른 예에 있어서, 잘-알려진 특성 또는 공정은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해서 상세하게 기재되지 않을 수 있다. 부가적으로, 동일하거나 또는 유사한 참조 번호는 동일하거나 유사한 요소를 확인하는데 사용될 수 있다. 게다가, 특별히 정의하지 않은 한, 여기서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명에 속하는 기술분야에서 당업자에게 일반적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 충돌하는 경우에 있어서, 본 명세서는 여기서 정의하는 것을 포함하여 조절할 것이다.

비록 다른 방법들이 본 발명의 실행 또는 시험에서 사용될 수 있을지라도, 어떤 적절한 방법 및 물질은 여기에 기재된다.

본 개시된 방법 및 조성물에 사용될 수 있고, 연관하여 사용될 수 있으며, 제조하기 위해 사용될 수 있는 물질, 화합물, 조성물, 및 성분, 또는 구체예는 개시된다. 이들 및 다른 물질은 여기에 개시되고, 이들 물질의 조합, 서브셋, 상호작용, 그룹, 등이 개시된 경우, 이들 화합물의 각각 다양한 개별적 및 집합적 조합 및 순열의 특정 참조가 명시적으로 개시되지 않을 수 있으면서, 각각은 여기에 특별히 고려되고 기재된다는 것이 이해된다.

따라서, 만약 치환기 A, B, 및 C의 부류뿐만 아니라 치환기 D, E, 및 F의 부류, 및 조합 구체예의 예, A-D가 개시된다면, 그 다음에 각각은 개별적 및 집합적으로 고려된다. 따라서, 이러한 예에 있어서, A, B, 및/또는 C; D, E, 및/또는 F; 및 상기 예시적인 조합 A-D의 개시로부터 각각의 조합 A-E, A-F, B-D, B-E, B-F, C-D, C-E, 및 C-F는 특별히 고려되고, 개시된 것으로 고려되어야 한다. 유사하게, 이들의 어떤 서브셋 또는 조합은 또한 특별히 고려되고 개시된다. 따라서, 예를 들어, A, B, 및/또는 C; D, E, 및/또는 F; 및 상기 예시적인 조합 A-D의 개시로부터 A-E, B-F, 및 C-E의 서브-그룹은 특별히 고려되고, 개시된 것으로 고려되어야 한다. 이러한 개념은 조성물의 어떤 성분과 개시된 조성물을 사용 및 제조하는 방법에서의 단계들을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는 이러한 개시의 모든 관점에 적용한다. 따라서, 만약 수행될 수 있는 다양한 부가적 단계들이 있다면, 각각의 이들 부가적 단계들은 개시된 방법의 어떤 특별한 구체예 또는 구체예의 조합을 갖고 수행될 수 있고, 각각의 이러한 조합은 특별히 고려되고, 개시된 것으로 고려되어야 하는 것으로 이해된다.

더욱이, 상한 및 하한 값을 포함하는 수치의 범위가 여기에 기재된 경우, 특별한 상황에서 다르게 기재하지 않는 이상, 상기 범위는 이의 끝점, 및 상기 범위 내에 모든 정수 및 분수를 포함하는 것으로 의도된다. 범위를 정의하는 경우, 본 발명의 범주는 기재된 특정 값에 제한되는 것으로 의도되는 것은 아니다. 또한, 양, 농도, 또는 다른 값 또는 파라미터가 범위, 하나 이상의 바람직한 범위 또는 바람직한 상한값 및 바람직한 하한값의 목록으로서 제공된 경우, 이것은 어떤 상한의 범위 한계점 또는 바람직한 값 및 어떤 하한의 범위 한계점 또는 바람직한 값의 어떤 쌍으로부터 형성된 모든 범위를, 이러한 쌍이 개별적으로 개시된 여부와 무관하게, 구체적으로 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 마지막으로, 용어 "약"이 값 또는 범위의 끝점을 기재하는 데 사용된 경우, 본 개시는 언급된 상기 특정한 값 또는 끝점을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

여기에 사용된 바와 같이, 용어 "약"은 양, 크기, 제형, 파라미터 및 다른 정량 및 특성이 정확하지 않고, 정확할 필요가 없지만, 오차, 전환 계수, 반올림, 측정 실수 등, 및 당업자에게 알려진 다른 인자를 반영하여, 원하는 대로, 근사치 및/또는 더 크거나 또는 더 작을 수 있다는 것을 의미한다. 일반적으로, 양, 크기, 제형, 파라미터 또는 다른 품질 또는 특성은 특별한 언급이 없는 한 "약" 또는 "근사치"이다.

여기에 사용된 바와 같은, 용어 "또는"은 포괄적이고; 좀더 구체적으로는, 문구 "A 또는 B"는 "A, B, 또는 A 및 B 모두"를 의미한다. 배타적인 "또는"은 예를 들어, "A 이거나 또는 B" 및 "A 또는 B 중 하나"와 같은 용어에 의해 여기서 표시된다.

용어들의 "단수"는 본 발명의 요소 및 구성 성분을 설명하기 위해 사용된다. 이들 단수의 사용은 이들 요소 또는 구성 성분의 하나, 또는 적어도 하나가 존재한다는 것을 의미한다. 비록 이들 용어가 단수로서 사용될지라도, 특정 상황에서 다르게 언급하지 않는 한, 복수도 포함된다. 유사하게, 본 발명에 사용된 "상기"는, 특정 상황에서 다르게 언급하지 않는 한 단수 또는 복수일 수 있다.

구체예를 설명하기 위한 목적을 위하여, 여기서 파라미터 또는 또 다른 변수의 "기능 (function)"인 변수에 대한 언급은 상기 변수가 열거된 파라미터 또는 변수의 독점적인 기능인 것을 나타내는 것으로 의도되지 않는 것이 주목된다. 오히려, 열거된 파라미터의 "기능"인 변수에 대한 여기서의 언급은 상기 변수가 단일 파라미터 또는 복수의 파라미터의 기능일 수 있도록 제한을 두지 않은 것으로 의도된다.

"바람직하게", "일반적으로", 및 "통상적으로"와 같은 용어는, 여기에 활용된 경우, 청구된 발명의 범주를 제한하거나 또는 어떤 특성이 청구된 발명의 구조 또는 기능에 대해 임계적이거나, 필수적이거나, 또는 중요하다는 것을 암시하기 위해 활용되지 않는다. 오히려, 이들 용어는 단순히 본 개시의 구체예의 특별한 관점을 확인하거나 또는 본 개시의 특별한 구체예에서 활용될 수 있거나 또는 없는 대안적 또는 부가적 특성을 강조하기 위해 의도된다.

하나 이상의 청구항은 연결적 문구로서 용어 "여기서"를 활용할 수 있다. 본 발명을 정의할 목적을 위하여, 이러한 용어는 구조의 일련의 특성의 기재를 도입하기 위해 사용된 개방형 연결 문구로서 청구항에 도입되고, 좀더 일반적으로 사용되는 개방형 용어 "포함하는"과 같은 방식으로 해석되어야 한다.

본 발명의 유리 조성물을 생산하는데 사용된 원료 물질 및/또는 장비의 결과에 따라, 의도적으로 첨가되지 않은 어떤 불순물 또는 구성 성분은 상기 최종 유리 조성물에 존재할 수 있다. 이러한 물질은 미량으로 유리 조성물에 존재하고, 여기서는 "트램프 물질 (tramp materials)"이라고 언급된다.

여기에 사용된 바와 같이, 화합물의 0 wt%를 갖는 유리 조성물은, 상기 화합물, 분자, 또는 원소가 조성물에 의도적으로 첨가되지 않았지만, 조성물이 통상적으로 트램프 또는 미량으로 화합물을 포함할 수 있다는 것을 의미하는 것으로 정의된다. 유사하게, "철-없는", "알칼리 토 금속-없는", "중금속-없는", 등은 화합물, 분자, 또는 원소가 조성물에 의도적으로 첨가되지 않았지만, 조성물은 철, 알칼리 토 금속, 또는 중금속 등을 대략 트램프 또는 미량으로 여전히 포함할 수 있다는 것을 의미하는 것으로 정의된다.

여기에 기재된 유리는 나트륨-함유 알루미노실리케이트 (또는 만약 B₂O₃가 존재한다면 보로알루미노실리케이트) 유리로서 기재될 수 있고 SiO₂, Al₂O₃, 및 Na₂O를 포함할 수 있다. 유리는 MgO, BaO, SrO, 또는 CaO와 같은 알칼리 토 금속염뿐만 아니라 K₂O, B₂O₃ 및 하기와 같은 다수의 다른 성분들을 더욱 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리는 특정 양의 나트륨을 방출하도록 설계된다 (여기에 사용된 바와 같이, 용어 "나트륨" 또는 "Na"는 나트륨 이온, 나트륨 금속, 나트륨 산화물, 및 다른 나트륨-함유 물질을 포함한다). 더욱이, 여기에 사용된 바와 같이, "나트륨"의 방출 또는 확산은 몇몇 구체예에 있어서 CIGS 박막과 같은 반도체 박막에 의해 활용되는 나트륨 금속, 나트륨 산화물 또는 다른 나트륨-함유 물질의 유리에서 움직임과 함께 나트륨 이온의 움직임을 언급하고 포함한다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리의 설계는 조성물의 성분 및 그의 양을 병합한 계산에 기초된 나트륨 방출의 모델링을 통하여 최적화되었다. 이들 모델은 박막 시스템에 적절한 방출 도는 확산 속도를 제공하는 유리 조성물의 목표된 설계를 허용한다.

CIGS 박막 안으로 나트륨 확산은 전지 (cell) 효율을 개선시키는 것으로 나타났다. 여기에 기재된 나트륨-함유 알루미노실리케이트 및 보로알루미노실리케이트 유리는 박막 광기전력 적용에 특히 유용하다. 좀더 구체적으로, 이들 유리는, 전지 효율을 최적화하기 위해 요구되는 적어도 약간의 나트륨이 기판 유리로부터 유도되어야 하는, CIGS 광기전력 모듈에서의 사용에 이상적이다. 이들 공정에서, 나트륨의 최소량은 효율을 증가시키기 위해 유리로부터 CIGS 필름으로 방출되어야 하고, 그러나 많은 양은 유리 기판에 열악한 필름 접착과 같은 공정에서의 문제를 초래할 수 있기 때문에, 상기 양은 이상적으로는 면밀히 조절되어야 한다. 게다가, 최적의 CIGS 기판은 CIGS층과의 열팽창 부조화 (mismatch)를 완화시키기에 충분히 높은 CTE를 가져야 하고, 더 박형의 기판의 사용 및/또는 더 높은 공정 온도를 허용하기에 충분히 높은 변형점 (strain points)을 가져야 한다.

따라서, 여기에 기재된 유리는 "완충 수성 방출 (buffered aqueous release)" 테스트 (아래에서 정의됨)에 의해 측정되는 바와 같이 조절된 나트륨 방출 속도, CIGS 박막에 면밀히 조화된 CTE, 또는 고온 공정을 허용하기에 충분히 높은 변형점을 포함한다. 게다가, 상기 유리는 (점도가 400P인 온도에 의해 정의되는 바와 같이) 융점 (melting temperatures)을 합리적으로 유지함으로써 생산성을 유지하도록 설계된다. 여기에 기재된 유리는 어떤 수 개의 공정들, 그러나 특히 융합 공정에 의해 유리 시트를 형성하는데 이상적이고, 여기서 상기 유리는 130kP 초과의 액상 점도 (liquidus viscosity)를 필요로 한다. 마지막으로, 상기 유리는 융합 형성에 이상적일 뿐만 아니라, 융합 형성에 사용되는 전통적인 물질인, 지르콘 이소파이프 (zircon isopipe)와 완전히 양립할 수 있다.

SiO₂, 유리의 형성에 관여된 산화물은 유리의 네트워킹 구조를 안정시키는 기능을 한다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 65 내지 약 80 mol% SiO₂를 포함한다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 70 내지 약 77 mol% SiO₂를 포함한다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 65 내지 약 80 mol%, 약 65 내지 약 77 mol%, 약 65 내지 약 75 mol%, 약 65 내지 약 70 mol%, 약 68 내지 약 80 mol%, 약 68 내지 약 77 mol%, 약 68 내지 약 75 mol%, 약 68 내지 약 70 mol%, 약 70 내지 약 80 mol%, 약 70 내지 약 77 mol%, 약 70 내지 약 75 mol%, 약 75 내지 약 80 mol%, 약 75 내지 약 77 mol%, 또는 약 77 내지 약 80 mol% SiO₂를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 또는 80 mol% SiO₂를 포함한다.

Al₂O₃는 a) 최저의 가능한 액상 온도를 유지시킴, b) 팽창 계수를 낮춤, 또는 c) 변형점을 향상시킴을 제공할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 3 내지 약 13 mol% Al₂O₃를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 4.5 내지 약 10.5 mol% Al₂O₃를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 3 내지 약 13 mol%, 약 3 내지 약 11.5 mol%, 약 3 내지 약 10.5 mol%, 약 3 내지 약 9 mol%, 약 3 내지 약 5 mol%, 약 5 내지 약 13 mol%, 약 5 내지 약 11.5 mol%, 약 5 내지 약 10.5 mol%, 약 5 내지 약 9 mol%, 약 9 내지 약 13 mol%, 약 9 내지 약 11.5 mol%, 약 9 내지 약 10.5 mol%, 약 10.5 내지 약 13 mol%, 약 10.5 내지 약 11.5 mol%, 또는 약 11.5 내지 약 13 mol% Al₂O₃를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 7, 8, 9, 9.5, 10, 10.5, 11, 11.5, 12, 12.5, 또는 13 mol% Al₂O₃를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 유리 조성물은 박막 반도체에 대한 공급원으로서 나트륨을 포함한다. 나트륨 함량은 유리 조성물에서 특유하게 맞추어져, 접착 또는 다른 문제를 야기하지 않고 촉매 효과의 적절한 균형을 허용한다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리는 약 1 내지 약 12 mol% Na₂O를 포함할 수 있다. 다른 구체예들에 있어서, 유리는 약 1.8 내지 약 11.8 mol% Na₂O를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 1 내지 약 12 mol%, 약 1 내지 약 11.8 mol%, 약 1 내지 약 11 mol%, 약 1 내지 약 10.5 mol%, 약 1 내지 약 10 mol%, 약 1 내지 약 9 mol%, 약 1 내지 약 8 mol%, 약 1 내지 약 7 mol%, 약 1 내지 약 6.5 mol%, 약 1 내지 약 6 mol%, 약 1 내지 약 5.5 mol%, 약 1 내지 약 5 mol%, 약 1 내지 약 4 mol%, 약 1 내지 약 3 mol%, 약 1 내지 약 1.8 mol%, 약 1.8 내지 약 12 mol%, 약 1.8 내지 약 11.8 mol%, 약 1.8 내지 약 11 mol% 약 1.8 내지 약 10.5 mol%, 약 1.8 내지 약 10 mol%, 약 1.8 내지 약 9 mol%, 약 1.8 내지 약 8 mol%, 약 1.8 내지 약 7 mol%, 약 1.8 내지 약 6.5 mol%, 약 1.8 내지 약 6 mol%, 약 1.8 내지 약 5.5 mol%, 약 1.8 내지 약 5 mol%, 약 1.8 내지 약 4 mol%, 약 1.8 내지 약 3 mol%, 약 3 내지 약 12 mol%, 약 3 내지 약 11.8 mol%, 약 3 내지 약 11 mol%, 약 3 내지 약 10.5 mol%, 약 3 내지 약 10 mol%, 약 3 내지 약 9 mol%, 약 3 내지 약 8 mol%, 약 3 내지 약 7 mol%, 약 3 내지 약 6.5 mol%, 약 3 내지 약 6 mol%, 약 3 내지 약 5.5 mol%, 약 3 내지 약 5 mol%, 약 3 내지 약 4 mol%, 약 4 내지 약 12 mol%, 약 4 내지 약 11.8 mol%, 약 4 내지 약 11 mol%, 약 4 내지 약 10.5 mol%, 약 4 내지 약 10 mol%, 약 4 내지 약 9 mol%, 약 4 내지 약 8 mol%, 약 4 내지 약 7 mol%, 약 4 내지 약 6.5 mol%, 약 4 내지 약 6 mol%, 약 4 내지 약 5.5 mol%, 약 4 내지 약 5 mol%, 약 5 내지 약 12 mol%, 약 5 내지 약 11.8 mol%, 약 5 내지 약 10.5 mol%, 약 5 내지 약 10 mol%, 약 5 내지 약 9 mol%, 약 5 내지 약 8 mol%, 약 5 내지 약 7 mol%, 약 5 내지 약 6.5 mol%, 약 5 내지 약 6 mol%, 약 5 내지 약 5.5 mol%, 약 5.5 내지 약 12 mol%, 약 5.5 내지 약 11.8 mol%, 약 5.5 내지 약 10.5 mol%, 약 5.5 내지 약 10 mol%, 약 5.5 내지 약 9 mol%, 약 5.5 내지 약 8 mol%, 약 5.5 내지 약 7 mol%, 약 5.5 내지 약 6.5 mol%, 약 5.5 내지 약 6 mol%, 약 6 내지 약 12 mol%, 약 6 내지 약 11.8 mol%, 약 6 내지 약 10.5 mol%, 약 6 내지 약 10 mol%, 약 6 내지 약 9 mol%, 약 6 내지 약 8 mol%, 약 6 내지 약 7 mol%, 약 6.5 내지 약 12 mol%, 약 6.5 내지 약 11.8 mol%, 약 6.5 내지 약 10.5 mol%, 약 6.5 내지 약 10 mol%, 약 6.5 내지 약 9 mol%, 약 6.5 내지 약 8 mol%, 약 6.5 내지 약 7 mol%, 약 7 내지 약 12 mol%, 약 7 내지 약 11.8 mol%, 약 7 내지 약 10.5 mol%, 약 7 내지 약 10 mol%, 약 7 내지 약 9 mol%, 약 7 내지 약 8 mol%, 약 8 내지 약 12 mol%, 약 8 내지 약 11.8 mol%, 약 8 내지 약 10.5 mol%, 약 8 내지 약 10 mol%, 약 8 내지 약 9 mol%, 약 9 내지 약 12 mol%, 약 9 내지 약 11.8 mol%, 약 9 내지 약 10.5 mol%, 약 9 내지 약 10 mol%, 약 10 내지 약 12 mol%, 약 10 내지 약 11.8 mol%, 약 10 내지 약 10.5 mol%, 약 10.5 내지 약 12 mol%, 약 10.5 내지 약 11.8 mol%, 또는 약 11.8 내지 약 12 mol% Na₂O를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 상기 유리는 약 1, 1.8, 2, 3, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5, 7, 8, 9, 10, 10.5, 11, 11.8, 12 mol% Na₂O를 포함할 수 있다.

B₂O₃는 유리를 연화시켜 유리를 용융시키기 쉽게 만들도록 플럭스로 (flux)서 사용될 수 있다. B₂O₃는 또한 비-가교 산소 원자 (non-bridging oxygen atoms, NBOs)와 반응할 수 있고, NBOs를 BO₄ 사면체의 형성을 통해 가교 산소 원자로 전환시켜, 약한 NBOs의 개수를 최소화시킴으로써 유리의 인성 (toughness)을 증가시킨다. B₂O₃는 또한 유리의 경도 (hardness)를 낮추어, 고 인성과 결합되는 경우, 취성 (brittleness)을 감소시키고, 그렇게 함으로써, 광기전력 적용에 사용되는 기판에 대하여 유리할 수 있는 기계적으로 내구성을 가진 유리의 결과를 낳는다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 0 내지 약 5 mol% B₂O₃를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 0 초과 내지 약 5 mol% B₂O₃를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 0 내지 약 5 mol%, 0 내지 4 mol%, 0 내지 3 mol%, 0 내지 약 2 mol%, 0 내지 약 1 mol%, >0 내지 약 5 mol%, >0 내지 약 4 mol%, >0 내지 약 3 mol%, >0 내지 약 2 mol%, >0 내지 약 1 mol%, 약 1 내지 약 5 mol%, 약 1 내지 약 4 mol%, 약 1 내지 약 3 mol%, 약 1 내지 약 2 mol%, 약 2 내지 약 5 mol%, 약 2 내지 약 4 mol%, 약 2 내지 약 3 mol%, 약 3 내지 약 5 mol%, 약 3 내지 약 4 mol%, 또는 약 4 내지 약 5 mol% B₂O₃를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 0, >0, 1, 2, 3, 4, 또는 5 mol% B₂O₃를 포함할 수 있다.

MgO, CaO, SrO, 및 BaO는 유리로부터 나트륨의 방출을 억제시키고, 액상 점도를 맞추며, 변형점을 증가시키도록 사용될 수 있다. 더욱이, 알칼리 토 금속 산화물은 더 높은 온도에서 유리의 점도를 감소시키고, 더 낮은 온도에서 유리의 점도를 높이는 데 효과적이고, 유리의 용융 성질을 개선시키는 데 유용할 수 있다. 그러나, 만약 MgO 및 CaO 모두 과량이 사용된다면, 유리의 실투 (devitrification) 상 분리를 향하여 증가하는 경향이 있다. 여기에 정의된 바와 같이, R'O는 mol%의 MgO, CaO, SrO, 및 BaO를 포함한다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 1 내지 약 15 mol% R'O를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 4.5 내지 약 12 mol% R'O를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 1 내지 약 15 mol%, 약 1 내지 약 13 mol%, 약 1 내지 약 12 mol%, 약 1 내지 약 10 mol%, 약 1 내지 약 8 mol%, 약 1 내지 약 6 mol%, 약 1 내지 약 4.5 mol%, 약 4.5 내지 약 15 mol%, 약 4.5 내지 약 13 mol%, 약 4.5 내지 약 12 mol%, 약 4.5 내지 약 10 mol%, 약 4.5 내지 약 8 mol%, 약 4.5 내지 약 6 mol%, 약 6 내지 약 15 mol%, 약 6 내지 약 13 mol%, 약 6 내지 약 12 mol%, 약 6 내지 약 10 mol%, 약 6 내지 약 8 mol%, 약 8 내지 약 15 mol%, 약 8 내지 약 13 mol%, 약 8 내지 약 12 mol%, 약 8 내지 약 10 mol%, 약 10 내지 약 15 mol%, 약 10 내지 약 13 mol%, 약 10 내지 약 12 mol%, 약 12 내지 약 15 mol%, 약 12 내지 약 13 mol%, 또는 약 13 내지 약 15 mol% R'O를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 3, 4, 4.5, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 또는 15 mol% R'O를 포함할 수 있다.

몇몇 구체예에 있어서, MgO는 변형점을 유지하면서 고온 점도를 낮추도록 유리에 첨가될 수 있다. 그것은 또한 융점을 감소시키고, 변형점을 증가시키고, 또는 다른 알칼리 토 화합물 (예를 들어, CaO, SrO, 및 BaO)과 조합하여 사용되는 경우 CTE를 조정하는 데 유용할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리는 >0 내지 약 10 mol% MgO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 2 내지 약 7 mol% MgO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 3 내지 약 5 mol% MgO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 >0 내지 약 10 mol%, >0 내지 약 9 mol%, >0 내지 약 8 mol%, >0 내지 약 7 mol%, >0 내지 약 6 mol%, >0 내지 약 5 mol%, >0 내지 약 4 mol%, >0 내지 약 3 mol%, >0 내지 약 2 mol%, >0 내지 약 1 mol%, 약 1 내지 약 10 mol%, 약 1 내지 약 9 mol%, 약 1 내지 약 7 mol%, 약 1 내지 약 5 mol%, 약 1 내지 약 4 mol%, 약 1 내지 약 3 mol%, 약 1 내지 약 2 mol%, 약 2 내지 약 10 mol%, 약 2 내지 약 9 mol%, 약 2 내지 약 7 mol%, 약 2 내지 약 5 mol%, 약 2 내지 약 4 mol%, 약 2 내지 약 3 mol%, 약 3 내지 약 10 mol%, 약 3 내지 약 8 mol%, 약 3 내지 약 7 mol%, 약 3 내지 약 5 mol%, 약 3 내지 약 4 mol%, 약 4 내지 약 10 mol%, 약 4 내지 약 8 mol%, 약 4 내지 약 7 mol%, 약 4 내지 약 5 mol%, 약 5 내지 약 10 mol%, 약 5 내지 약 9 mol%, 약 5 내지 약 7 mol%, 약 7 내지 약 10 mol%, 약 7 내지 약 9 mol%, 약 9 내지 약 10 mol% MgO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 0, >0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10 mol% MgO를 포함할 수 있다.

몇몇 구체예에 있어서, CaO는 나트륨 방출을 억제하고, 변형점을 높이며, 밀도를 낮추고, 또는 융점을 낮출 수 있다. 좀더 일반적으로, 그것은 어떤 가능한 실투 상 (devitrification phases)의 성분, 특히 아노사이트 (CaAl₂Si₂O₈)일 수 있고, 이런 상은 유사한 나트륨 상, 알바이트 (NaAlSi₃O₈)를 갖는 완전한 고용체를 갖는다. CaO 공급원은 석회석을 포함하고, 저가 물질이며, 그래서 결과적으로 부피 및 저비용이 요인이고, 몇몇 구체예에 있어서, 다른 알칼리 토 산화물과 비교하여 합리적으로 얻을 수 있는 한 가능한 높게 CaO 함량을 만드는 데 유용할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 0 내지 약 10 mol% CaO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 >0 내지 약 10 mol% CaO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 >0 내지 약 6 mol% CaO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 >0 내지 약 5 mol% CaO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 0 내지 약 10 mol%, 0 내지 약 8 mol%, 0 내지 약 6 mol%, 0 내지 약 5 mol%, 0 내지 약 4 mol%, 0 내지 3 mol%, 0 내지 2 mol%, 0 내지 약 1 mol%, >0 내지 약 10 mol%, >0 내지 약 8 mol%, >0 내지 약 6 mol%, >0 내지 약 5 mol%, >0 내지 약 4 mol%, >0 내지 3 mol%, >0 내지 2mol%, >0 내지 약 1 mol%, 1 내지 약 10 mol%, 약 1 내지 약 8 mol%, 약 1 내지 약 6 mol%, 약 1 내지 약 5 mol%, 약 1 내지 약 4 mol%, 약 1 내지 3 mol%, 약 1 내지 2 mol%, 약 2 내지 약 10 mol%, 약 2 내지 약 8 mol%, 약 2 내지 약 6 mol%, 약 2 내지 약 5 mol%, 약 2 내지 약 4 mol%, 약 2 내지 3 mol%, 약 3 내지 약 10 mol%, 약 3 내지 약 8 mol%, 약 3 내지 약 6 mol%, 약 3 내지 약 5 mol%, 약 3 내지 약 4 mol%, 약 4 내지 약 10 mol%, 약 4 내지 약 8 mol%, 약 4 내지 약 6 mol%, 약 4 내지 약 5 mol%, 약 5 내지 약 10 mol%, 약 5 내지 약 8 mol%, 약 5 내지 약 6 mol%, 약 6 내지 약 10 mol%, 약 6 내지 약 8 mol%, 또는 약 8 내지 약 10 mol% CaO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 0, >0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10 mol% CaO를 포함할 수 있다.

몇몇 구체예에 있어서, 유리는 0 내지 10 mol% SrO를 포함할 수 있다. SrO는 나트륨 방출을 억제할 수 있다. 더욱이, SrO는 더 높은 열팽창 계수에 기여할 수 있고, SrO 및 CaO의 상대적인 비율은 액상 온도, 및 따라서 액상 점도를 개선시키도록 조종될 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 0 내지 약 10 mol% SrO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 0 내지 약 6 mol% SrO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 0 내지 약 5 mol% SrO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 >0 내지 약 4 mol% SrO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 0 내지 약 10 mol%, 0 내지 약 8 mol%, 0 내지 약 6 mol%, 0 내지 약 5 mol%, 0 내지 약 4 mol%, 0 내지 3 mol%, 0 내지 2 mol%, 0 내지 약 1 mol%, >0 내지 약 10 mol%, >0 내지 약 8 mol%, >0 내지 약 6 mol%, >0 내지 약 5 mol%, >0 내지 약 4 mol%, >0 내지 3 mol%, >0 내지 2 mol%, >0 내지 약 1 mol%, 1 내지 약 10 mol%, 약 1 내지 약 8 mol%, 약 1 내지 약 6 mol%, 약 1 내지 약 5 mol%, 약 1 내지 약 4 mol%, 약 1 내지 3 mol%, 약 1 내지 2 mol%, 약 2 내지 약 10 mol%, 약 2 내지 약 8 mol%, 약 2 내지 약 6 mol%, 약 2 내지 약 5 mol%, 약 2 내지 약 4 mol%, 약 2 내지 3 mol%, 약 3 내지 약 10 mol%, 약 3 내지 약 8 mol%, 약 3 내지 약 6 mol%, 약 3 내지 약 5 mol%, 약 3 내지 약 4 mol%, 약 4 내지 약 10 mol%, 약 4 내지 약 8 mol%, 약 4 내지 약 6 mol%, 약 4 내지 약 5 mol%, 약 5 내지 약 10 mol%, 약 5 내지 약 8 mol%, 약 5 내지 약 6 mol%, 약 6 내지 약 10 mol%, 약 6 내지 약 8 mol%, or 약 8 내지 약 10 mol% SrO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 0, >0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10 mol% SrO를 포함할 수 있다.

BaO는 나트륨 방출을 억제할 수 있고, 또한 유리 밀도를 증가시킬 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 0 내지 약 10 mol% BaO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 0 내지 약 6 mol% BaO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 0 내지 약 5 mol% BaO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 >0 내지 약 4 mol% BaO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 0 내지 약 10 mol%, 0 내지 약 8 mol%, 0 내지 약 6 mol%, 0 내지 약 5 mol%, 0 내지 약 4 mol%, 0 내지 3 mol%, 0 내지 2 mol%, 0 내지 약 1 mol%, >0 내지 약 10 mol%, >0 내지 약 8 mol%, >0 내지 약 6 mol%, >0 내지 약 5 mol%, >0 내지 약 4 mol%, >0 내지 3 mol%, >0 내지 2 mol%, >0 내지 약 1 mol%, 1 내지 약 10 mol%, 약 1 내지 약 8 mol%, 약 1 내지 약 6 mol%, 약 1 내지 약 5 mol%, 약 1 내지 약 4 mol%, 약 1 내지 3 mol%, 약 1 내지 2 mol%, 약 2 내지 약 10 mol%, 약 2 내지 약 8 mol%, 약 2 내지 약 6 mol%, 약 2 내지 약 5 mol%, 약 2 내지 약 4 mol%, 약 2 내지 3 mol%, 약 3 내지 약 10 mol%, 약 3 내지 약 8 mol%, 약 3 내지 약 6 mol%, 약 3 내지 약 5 mol%, 약 3 내지 약 4 mol%, 약 4 내지 약 10 mol%, 약 4 내지 약 8 mol%, 약 4 내지 약 6 mol%, 약 4 내지 약 5 mol%, 약 5 내지 약 10 mol%, 약 5 내지 약 8 mol%, 약 5 내지 약 6 mol%, 약 6 내지 약 10 mol%, 약 6 내지 약 8 mol%, 또는 약 8 내지 약 10 mol% BaO를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 0, >0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10 mol% BaO를 포함할 수 있다.

일반적으로, 알칼리 양이온은 CTE를 급격히 올릴 수 있고, 그러나 또한 변형점을 낮출 수 있으며, 그리고 어떻게 첨가되는지에 따라, 융점을 증가시킬 수 있다. CTE를 올리는 데 가장 적게 효과적인 알칼리 산화물은 Li₂O이고, CTE를 올리는 데 가장 크게 효과적인 알칼리 산화물은 Cs₂O이다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 1 내지 약 13.1 mol% R₂O를 포함할 수 있고, 여기서 R은 알칼리 양이온 Na 및 K 중 하나 이상이다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 2 내지 약 13.1 mol% R₂O를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 2.3 내지 약 13.1 mol% R₂O를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 1 내지 약 18 mol% M₂O를 포함할 수 있고, 여기서 M은 알칼리 양이온 Na, Li, K, Rb, 및 Cs 중 하나 이상이다. 몇몇 구체예에 있어서, R₂O 또는 M₂O는 단지 미량 (trace amounts)의 Na₂O를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, R₂O 또는 M₂O는 단지 미량의 K₂O를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 2 내지 약 13.1 mol%, 약 2 내지 약 12 mol%, 약 2 내지 약 11 mol%, 약 2 내지 약 10 mol%, 약 2 내지 약 7 mol%, 약 2 내지 약 5 mol%, 약 2 내지 약 4 mol%, 약 2 내지 약 3 mol%, 약 2.3 내지 약 13.1 mol%, 약 2.3 내지 약 12 mol%, 약 2.3 내지 약 11 mol%, 약 2.3 내지 약 10 mol%, 약 2.3 내지 약 7 mol%, 약 2.3 내지 약 5 mol%, 약 2.3 내지 약 4 mol%, 약 2.3 내지 약 3 mol%, 약 3 내지 약 13.1 mol%, 약 3 내지 약 12 mol%, 약 3 내지 약 11 mol%, 약 3 내지 약 10 mol%, 약 3 내지 약 7 mol%, 약 3 내지 약 5 mol%, 약 3 내지 약 4 mol%, 약 4 내지 약 13.1 mol%, 약 4 내지 약 12 mol%, 약 4 내지 약 11 mol%, 약 4 내지 약 10 mol%, 약 4 내지 약 7 mol%, 약 4 내지 약 5 mol%, 약 5 내지 약 13.1 mol%, 약 5 내지 약 12 mol%, 약 5 내지 약 11 mol%, 약 5 내지 약 10 mol%, 약 5 내지 약 7 mol%, 약 7 내지 약 13.1 mol%, 약 7 내지 약 12 mol%, 약 7 내지 약 11 mol%, 약 7 내지 약 10 mol%, 약 10 내지 약 13.1 mol%, 약 10 내지 약 12 mol%, 약 10 내지 약 11 mol%, 약 11 내지 약 13.1 mol%, 약 11 내지 약 12 mol%, 또는 약 12 내지 약 13.1 mol% R₂O를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 또는 13.1 mol% R₂O를 포함한다.

몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 1 내지 약 18 mol%, 약 1 내지 약 16 mol%, 약 1 내지 약 14 mol%, 약 1 내지 약 10 mol%, 약 1 내지 약 7 mol%, 약 1 내지 약 5 mol%, 약 1 내지 약 3 mol%, 약 3 내지 약 18 mol%, 약 3 내지 약 16 mol%, 약 3 내지 약 14 mol%, 약 3 내지 약 10 mol%, 약 3 내지 약 7 mol%, 약 3 내지 약 5 mol%, 약 5 내지 약 18 mol%, 약 5 내지 약 16 mol%, 약 5 내지 약 14 mol%, 약 5 내지 약 10 mol%, 약 5 내지 약 7 mol%, 약 7 내지 약 18 mol%, 약 7 내지 약 16 mol%, 약 7 내지 약 14 mol%, 약 7 내지 약 10 mol%, 약 10 내지 약 18 mol%, 약 10 내지 약 16 mol%, 약 10 내지 약 14 mol%, 약 14 내지 약 18 mol%, 약 14 내지 약 16 mol%, 또는 약 16 내지 약 18 mol% M₂O를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 또는 18 mol% M₂O를 포함한다.

칼륨은 여기에 기재된 조성물에서 발견될 수 있고, 나트륨과 매우 비슷하게, 실질적인 이동성 (mobility)을 가질 수 있으며, 유리 밖으로 표류할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, K₂O는 CTE 및 변형점을 증가시키기 위해 존재하거나, 또는 나트륨 방출의 억제에 도움이 된다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리는 0 내지 약 10 mol% K₂O를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 0 초과 내지 약 9 mol% K₂O를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 0.5 내지 약 9 mol% K₂O를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 0 내지 약 10 mol%, 0 내지 약 8 mol%, 0 내지 약 6 mol%, 0 내지 약 5 mol%, 0 내지 약 4 mol%, 0 내지 3 mol%, 0 내지 2 mol%, 0 내지 약 1 mol%, >0 내지 약 10 mol%, >0 내지 약 8 mol%, >0 내지 약 6 mol%, >0 내지 약 5 mol%, >0 내지 약 4 mol%, >0 내지 3 mol%, >0 내지 2 mol%, >0 내지 약 1 mol%, 1 내지 약 10 mol%, 약 1 내지 약 8 mol%, 약 1 내지 약 6 mol%, 약 1 내지 약 5 mol%, 약 1 내지 약 4 mol%, 약 1 내지 3 mol%, 약 1 내지 2 mol%, 약 2 내지 약 10 mol%, 약 2 내지 약 8 mol%, 약 2 내지 약 6 mol%, 약 2 내지 약 5 mol%, 약 2 내지 약 4 mol%, 약 2 내지 3 mol%, 약 3 내지 약 10 mol%, 약 3 내지 약 8 mol%, 약 3 내지 약 6 mol%, 약 3 내지 약 5 mol%, 약 3 내지 약 4 mol%, 약 4 내지 약 10 mol%, 약 4 내지 약 8 mol%, 약 4 내지 약 6 mol%, 약 4 내지 약 5 mol%, 약 5 내지 약 10 mol%, 약 5 내지 약 8 mol%, 약 5 내지 약 6 mol%, 약 6 내지 약 10 mol%, 약 6 내지 약 8 mol%, 또는 약 8 내지 약 10 mol% K₂O를 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서,유리 조성물은 약 0, >0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10 mol% K₂O를 포함할 수 있다.

몇몇 구체예에 있어서, 유리는 화학적 청징제 (fining agent)를 더욱 포함한다. 이런 청징제는 SnO₂, As₂O₃, Sb₂O₃, F, Cl 및 Br를 포함하고, 그러나 이에 제한되지는 않는다. 몇몇 구체예에 있어서, 화학적 청징제의 농도는 3, 2, 1, 또는 0.5 mol% 이하의 수준에서 유지된다. 화학적 청징제는 또한 CeO₂, Fe₂O₃ 및 MnO₂와 같은 다른 전이금속의 산화물을 포함할 수 있다. 이들 산화물은 유리에서 이들의 최종 원자가 상태 (final valence state)에서 가시적 흡수 (visible absorptions)를 통해 유리에 색상을 도입할 수 있고, 따라서 이들의 농도는 통상적으로 0.5, 0.4, 0.3, 또는 0.2 mol% 이하의 수준에서 유지된다.

As₂O₃는 AMLCD 유리용 효과적인 고온 청징제이고, 여기에 기재된 몇몇 관점들에 있어서, As₂O₃는 그의 우수한 청징 성질 때문에 청징용으로 사용된다. 그러나, As₂O₃는 독성이 있고, 유리 제조 공정 동안 특별한 취급을 필요로 한다. 따라서, 어떤 관점에 있어서, 청징은 As₂O₃의 실질적인 양의 사용 없이 수행되고, 즉, 마무리된 유리는 많아야 0.05 몰 퍼센트 As₂O₃를 갖는다. 하나의 관점에 있어서, 어떤 As₂O₃도 유리의 청징 단계에서 의도적으로 사용되지 않는다. 그런 경우에 있어서, 마무리된 유리는, 뱃치 물질 (batch materials) 및/또는 뱃치 물질을 용융시키기 위해 사용된 장비에 존재하는 오염 물질의 결과로서, 많아야 0.005 몰 퍼센트 As₂O₃를 일반적으로 가질 것이다.

비록 As₂O₃만큼 유독하지 않지만, Sb₂O₃도 또한 유독하고, 특별한 취급을 필요로 한다. 게다가, Sb₂O₃는 As₂O₃ 또는 SnO₂를 청징제로서 사용한 유리와 비교하여 밀도를 높이고, CTE를 높이며, 어닐링점을 낮춘다. 따라서, 어떤 관점에 있어서, 청징은 Sb₂O₃의 실질적인 양의 사용 없이 수행되고, 즉, 마무리된 유리는 많아야 0.05 몰 퍼센트 Sb₂O₃를 갖는다. 또 다른 관점에 있어서, 어떤 Sb₂O₃도 유리의 청징 단계에서 의도적으로 사용되지 않는다. 그런 경우에 있어서, 마무리된 유리는, 뱃치 물질 및/또는 뱃치 물질을 용융시키기 위해 사용된 장비에 존재하는 오염 물질의 결과로서, 많아야 0.005 몰 퍼센트 Sb₂O₃를 일반적으로 가질 것이다.

As₂O₃ 및 Sb₂O₃ 청징과 비교하면, 주석 청징 (즉, SnO₂ 청징)은 덜 효과적이나, SnO₂는 알려진 위험한 성질을 갖지 않는 아주 흔한 (ubiquitous) 물질이다. 주석 청징은 단독으로 또는 원한다면 다른 청징 기술과 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 주석 청징은 할로겐화물 (halide) 청징, 예를 들면, 브롬 (bromine) 청징과 조합될 수 있다. 다른 가능한 조합은 주석 청징 더하기 황산염 (sulfate), 황화물 (sulfide), 세륨 산화물, 기계적 버블링 및/또는 진공 청징을 포함하고, 그러나 이에 제한되는 것은 아니다. 이들 및 다른 청징 기술은 단독으로 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 미국 특허 제5,785,726호, 제6,128,924호, 제5,824,127호 및 미국 특허출원 제11/116,669호는 이의 전체적인 내용이 참조로서 여기에 병합되고, 비소 (arsenic)-없는 유리를 제조하는 공정을 개시한다. 미국 특허 제7,696,113호는 이의 전체적인 내용이 참조로서 여기에 병합되고, 기체 포유물 (inclusions)을 최소화하기 위해 철 및 주석을 사용한 비소-, 및 안티모니-없는 유리를 제조하는 공정을 개시한다.

다양한 물리적, 용융, 및 형성 속성을 조절하기 위해 시제 (agent)로서 SnO₂의 첨가를 통해, 또는 주석 함유 물질, 예를 들면, SnO₂, SnO, SnCO₃, SnC₂O₂ 등의뱃칭 (batching)을 통해, 유리는 주석-산화물 전극을 사용하는 줄 (Joule) 용융의 결과로서 SnO₂를 또한 포함할 수 있다. 유리는 0 내지 약 3 mol%, 0 내지 약 2 mol%, 0 내지 약 1 mol%, 0 내지 0.5 mol%, 또는 0 내지 0.1 mol% SnO₂를 포함할 수 있다.

몇몇 구체예에 있어서, 유리는 Sb₂O₃, As₂O₃, 또는 이들의 조합이 실질적으로 없을 수 있다. 예를 들면, 유리는 0.05 중량% 이하의 Sb₂O₃ 또는 As₂O₃ 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 유리는 0 중량%의 Sb₂O₃ 또는 As₂O₃ 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 또는 유리는, 예를 들면, 어떤 의도적으로 첨가된 Sb₂O₃, As₂O₃, 또는 이들의 조합이 없을 수 있다.

부가적인 성분은 부가적인 이득을 제공하기 위해 유리 조성물에 병합될 수 있다. 예를 들면, 부가적인 성분은 다양한 물리적, 용융, 및 형성 속성을 조정하기 위해 첨가될 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리는 자외선 흡수제로서 유용한 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리는 3 mol% 이하의 TiO₂, MnO, ZnO, Nb₂O₅, MoO₃, Ta₂O₅, WO₃, ZrO₂, Y₂O₃, La₂O₃, HfO₂, CdO, Fe₂O₃, CeO₂, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리는 0 내지 약 3 mol%, 0 내지 약 2 mol%, 0 내지 약 1 mol%, 0 내지 0.5 mol%, 0 내지 0.1 mol%, 0 내지 0.05 mol%, 또는 0 내지 0.01 mol%의 TiO₂, MnO, ZnO, Nb₂O₅, MoO₃, Ta₂O₅, WO₃, ZrO₂, Y₂O₃, La₂O₃, HfO₂, CdO, SnO₂, Fe₂O₃, CeO₂, As₂O₃, Sb₂O₃ 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리는 0 내지 약 3 mol%, 0 내지 약 2 mol%, 0 내지 약 1 mol%, 0 내지 약 0.5 mol% TiO₂를 포함할 수 있다.

유리는, 몇몇 구체예에 따라, 상업적으로-제조된 유리에서 일반적으로 발견되는 오염물을 더욱 포함할 수 있다. 게다가, 또는 대안적으로, 여러 가지의 다른 산화물 (예를 들면, TiO₂, MnO, ZnO, Nb₂O₅, MoO₃, Ta₂O₅, WO₃, ZrO₂, Y₂O₃, La₂O₃, P₂O₅,등)은 비록 다른 유리 성분에의 적응일지라도, 유리 조성물의 용융 또는 형성 특성을 손상시키지 않으면서 첨가될 수 있다. 유리가, 몇몇 구체예에 따라, 이들 다른 산화물을 더욱 포함하는 그러한 경우에 있어서, 각각의 이들 다른 산화물은 약 3 mol%, 약 2 mol%, 약 1 mol%, 약 0.5 mol%, 약 0.25 mol%, 또는 약 0.1 mol%를 초과하지 않는 양으로 일반적으로 존재하고, 이들의 총 조합된 농도는 일반적으로 약 4 mol%, 약 3 mol%, 약 2 mol%, 약 1 mol%, 약 0.5 mol%, 또는 약 0.25 mol% 이하일 수 있다. 몇몇 상황에서 있어서, 사용된 양이 조성물을 위에 기재된 범위의 외부에 놓지 않는 한, 더 많은 양은 사용될 수 있다. 유리는, 몇몇 구체예에 따라, 뱃치 물질과 연관된 및/또는 유리를 제조하기 위해 사용된 용융, 청징, 및/또는 형성 기구에 의해 유리 안으로 도입된 다양한 오염물을 또한 포함할 수 있다 (예를 들면, ZrO₂).

표 1은 유리 성질과 함께 예시적인 유리를 나타낸다. 수치 (예를 들며, 양, 온도, 등)에 대하여 정확성을 보증하기 위한 노력은 만들어졌고, 그러나 몇몇 오차 및 편차는 설명되어야 한다. 다르게 언급하지 않는 한, 온도는 ℃으로 또는 주위 온도에서이고, 압력은 대기압에서 또는 부근에서이다. 조성물 자체는 산화물을 기초해서 몰%로 주어지고, 100%에 대하여 정규화되었다. 상기 기재된 공정으로부터 얻어진 생산물 순도 및 수율을 최적화시키기 위해 사용될 수 있는, 예를 들면, 성분 농도, 온도, 압력 및 다른 반응 범위 및 조건과 같은 반응 조건들의 수많은 변형 및 조합이 있다. 오직 합리적이고 일상적인 실험은 이들 공정 조건을 최적화하기 위해 필요할 것이다.

표 1에서 설명된 유리 성질은 유리 기술 분야에서의 통상적인 기술에 따라 결정되었다. 따라서, T_변형(℃)은 변형점으로서, 점도가 빔 굽힘 (beam bending) 또는 섬유 연신 (fiber elongation)에 의해 측정되어 10^14.7 P와 같을 때의 온도이다. 선형 열팽창 계수 (coefficient of thermal expansion, CTE)는 온도 범위 25-300℃에 걸쳐 ASTM E228-85을 사용하여 결정되었고, x 10^-7/℃로 표현된다. 어닐링점은 ℃로 표현되고, 섬유 연신 기술 (ASTM C336)로부터 결정되었다. g/㎤의 밀도는 아르키메데스 방법 (ASTM C693)을 통해 측정되었다. ℃의 융점은 (유리 용융물이 400 푸아즈의 점도를 보이는 온도로 정의됨) 회전식 실린더 점도법 (ASTM C965-81)을 통해 측정된 고온 점도 데이타에 꼭 맞는 풀처 방정식 (Fulcher equation)을 사용하여 계산되었다.

T_액상(℃)은 액상 온도이고 - 첫번째 결정이 표준 구배 보트 액상 측정 (standard gradient boat liquidus measurement) (ASTM C829-81)에서 관찰되는 곳의 온도이다. 이것은, 분쇄된 유리 입자를 백금 보트에 놓는 단계, 상기 보트를 온도 구배의 영역을 갖는 가열로에 놓는 단계, 상기 보트를 적절한 온도 영역에서 24 시간 동안 가열하는 단계, 및 현미경 검사의 수단에 의해 유리의 내부에서 결정이 나타나는 최고 온도를 결정하는 단계를 포함한다. 좀더 특히, 유리 샘플은 백금 보트로부터 안전하게 제거되고, 편광 현미겨을 사용하여 검사되어, 샘플의 내부에서 백금 및 공기 인터페이스에 대하여 형성된 결정의 장소 및 속성을 확인한다. 가열로의 구배는 매우 잘 알려져 있기 때문에, 온도 대 장소는 5-10℃ 내에서 잘 추정될 수 있다. 유리의 내부 부분에서 결정이 관측되는 온도는 유리의 액상을 나타내는 것으로 간주된다 (대응하는 테스트 기간 동안). 테스트는 때때로 더 느리게 성장하는 상 (phases)을 관찰하기 위해 더 긴 시간 (예를 들면, 72 시간) 동안 수행된다. 액상 점도는 푸아즈로 액상 온도 및 풀처 방정식의 계수로부터 결정된다.

지르코니아 (zirconia) 및 실리카 (silica)를 형성하기 위해 지르콘 이소파이프 (zircon isopipe) 내의 지르콘이 파괴되는 온도는 여기서 "파괴 온도 (breakdown temperature)" 또는 "T^파괴"로 언급된다. 만약 이 온도가 이소파이프에서 보이는 어떤 온도보다 높다면, (또한 "융합선 지르코니아 (fusion line zirconia)"라 언급되는) 융합-인발 유리 내의 지르코니아 포유물 (inclusions)의 문제는 일어나지 않을 것이다. 융합은 필수적으로 등점성 (isoviscous) 공정이기 때문에, 유리에 의해 보이는 최고 온도는 유리의 특별한 점도에 대응한다. 당해 기술분야에서 알려진 표준 융합-인발 운전에 있어서, 이 점도는 약 35,000 푸아즈 (poise) ("35 kpoise" 또는 "35 kp")이고, 그럼에도 불구하고 상기 점도는 이소파이프가 유리에 의해 최초로 젖고 (wet) 있는 짧은 기간 동안 약 16,000 poise 만큼 낮을 수 있다. 파괴 온도 및 35,000 poise 점도에 대응하는 온도의 차이를 파괴 마진 (margin) T^마진으로 정의하고, 여기서

T^마진 = T^파괴 - T^35kp

여기서 T^35kp는 유리의 점도가 35,000 poise인 온도이다.

파괴 마진 T^마진이 음수인 경우, 지르콘은 파괴되어 이소파이프 상의 어떤 위치에 지르코니아 결함을 형성할 것이다. T^마진이 영(zero)인 경우, 온도 급상승 (temperature excursions)은 지르콘 파괴가 발생하도록 야기할 수 있는 것이 여전히 가능하다. 그러므로, 최종 유리 생산물에서 유지되어야 하는 모든 다른 속성과 일관되면서, 파괴 마진을 양수로 만드는 것뿐만 아니라, T^마진을 가능한 최대화시키는 것이 바람직하다.

나트륨 및 칼륨 방출 속도는 아래에 기재된 완충 수성 테스트 (buffered aqueous test)에 의해 결정되었다. 계산된 나트륨 방출은 (표 1에서 "Na 방출 모델") 내부 모델 (internal model)에 기초되었고, 여기서 중량이 유리로부터 나트륨의 방출을 도와주거나 억제할 수 있는 이론적 유리 구조 단위들 대표하는 여러 가지 화학적 성분들에게 주어진다.

유리가 기판으로부터 알칼리 이온을 방출하는 성향을 평가하기 위하여, 테스트 방법 ("완충 수성 방출 (buffered aqueous release)"이라 함)은 개발되었고, 여기서, 분쇄된 유리 분말로부터 완충 수성 용액으로 이들 이온의 방출이 측정된다. 벌크 유리는 볼 밀로 분쇄되고, -230/+325 메쉬 (입자 크기 45-63 ㎛)로 체질된다. 그 다음, 분쇄된 분말은 아세톤에서 여러번 초음파로 세정되어 미세 입자들을 제거하고, 하룻밤 동안 50℃에서 건조된다. 이것은 근사적으로 0.1 m²/g±20%의 BET 비표면적의 결과를 가져온다. 5g의 세정된 분말은 예비-세정된 250 mL 플루오리네이티드 에틸렌 프로필렌 (FEP) 병 안으로 놓이고, 95℃로 예열된 75 mL의 0.05 M TRIS 버퍼 (pH 7.5)로 채워진다. 이 특별한 완충 용액은 이것의 극히 낮은 나트륨 및 칼륨 농도뿐만 아니라 중성 pH 때문에 선택되어 왔다. 상기 병은 뚜껑이 닫혀지고, 그 다음 95℃의 건조 오븐 안으로 놓이며, 교반되지 않고 48 시간 동안 유지된다. 이 노출의 말에, 20 mL 분취물 (aliquot) 용액은 유리 분말층으로부터 추출되고, ICP-MS (유도결합플라즈마 질량분석기)에 의해 금속 이온 농도에 대하여 분석된다. 어떤 유리 분말도 없는 "바탕 (blank)" 용액은 바탕선 (baseline) 조절로서 각각의 테스트에서 포함된다. 나트륨 및 칼륨의 절대 농도 (absolute concentration)는 바탕 용액에서 검출된 어떤 용액 오염으로부터 감해 (subtract)지고 유리 조성물들 사이에서 직접적으로 비교된다. 일반적으로, 각각의 유리 조성물은 두 번 (duplicate) 테스트되고, 평균 농도값이 보고된다.

나트륨 방출 테스트는 CIGS 공정에서 유리의 성능 사이의 상관관계를 나타내고, 수성 용액 안으로 10 ppm 미만의 나트륨을 방출하는 유리는 공정 동안 CIGS 필름으로 불충분한 나트륨을 전달하는 경향이 있어, 후속의 CIGS 필름이 최적 효율보다 낮은 것을 갖도록 야기한다는 것을 발견하고 있다. 더욱이, 나트륨 방출을 최대화하는 것은 CIGS 공정에 이롭다고 생각되었기 때문에, 종래의 작업은 나트륨 방출의 한계를 넘어서는 데 초점을 맞추어 왔다. 수성 테스트에서 40 ppm 초과의 나트륨을 방출하는 유리들은 CIGS 공정 동안 필름 박리와 같은 문제를 갖는 동일한 유리들이라는 것은 놀라운 결과다.

표 1에 나타난 특정한 예시적인 구체예들에 더하여, 여기에 개시된 원하던 특성, 성질, 또는 속성을 제공할 수 있는 조성 범위 (compositional ranges)가 있다. 여기서 구체화된 예시적인 조성 범위는 표 2에 나타난다 (모든 값은 mol%로 열거된다.

몇몇 구체예에 있어서, 여기에 기재된 유리는 미국 특허 제 3,338,696호 및 제 3,682,609호에 기재된 바와 같이 다운인발 또는 융합 공정을 통해 시트로 제조될 수 있고, 이들 모두의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 병합된다. 융합 인발 공정은 용융 유리 원료 물질을 수용하기 위한 채널을 가진 이소파이프를 사용한다. 채널은 채널의 양면 상에 채널의 길이를 따라 상부에서 개방된 위어 (weirs)를 갖는다. 채널이 용융 물질로 채워진 경우, 용융 유리는 위어를 넘쳐 흐른다. 중력에 기인하여, 용융 유리는 아이소파이프의 외부 표면 아래로 흐른다. 이들 외부 표면은 이들이 인발 탱크 아래의 가장자리에서 합류하도록 안쪽 및 아래로 확장한다. 상기 두 개의 흐름 유리 표면은 단일 흐름 시트를 융합 및 형성하기 위해 상기 가장자리에서 합류된다. 융합 인발 방법은, 채널을 넘쳐 흐르는 두 개의 유리 필름이 함께 융합하기 때문에, 최종 유리 시트의 외부 표면이 장치의 어떤 부분과 접촉하지 않는 장점을 제공한다. 따라서, 표면 성질은 이러한 접촉에 영향을 받지 않는다.

융합 인발 공정은 상판 (superstrates) 또는 기판용에 사용되는 유리 시트에서 표면-매개 변형 (surface-mediated distortion)을 감소시키는 오염되지 않은 (pristine), 불-연마된 (fire-polished) 유리 표면의 결과를 가져온다. 플로트 공정과 같은 다른 형성 공정과 비교하여, 융합 공정은 몇 가지 장점을 제공한다. 첫 째, 융합 공정으로부터 만든 유리 기판은 연마를 필요로 하지 않는다. 현재 유리 기판 연마는 원자힘 현미경으로 측정했을 때 약 0.5 nm (Ra)를 초과하는 평균 표면 조도 (roughness)를 갖는 유리 기판을 제조할 수 있다. 융합 공정에 의해 제조된 유리 기판은 원자힘 현미경으로 측정했을 때 0.5 nm 미만의 평균 표면 조도를 갖는다. 상기 유리 기판은 또한 광학 위상차 (optical retardation)에 의해 측정되었을 때 150 psi 이하인 평균 내부 응력을 갖는다.

상기 유리는 융합 공정과 양립할 수 있으면서, 슬롯 인발, 플로트, 압연, 및 당업자에게 알려진 다른 시트-형성 공정과 같은 제조 공정을 덜 요구하는 것을 통해 시트 또는 다른 형상으로 또한 제조될 수 있다. 대안적으로, 유리 조성물은 당해 기술 분야에 알려진 플로트 또는 압연 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들면, 몇몇 구체예에 있어서, 슬롯 인발 공정은 사용될 수 있다. 슬롯 인발 방법은 융합 인발 방법과 구별된다. 여기서 용융 원료 물질 유리는 도관에 제공된다. 도관의 하부는 슬롯의 길이를 확장하는 노즐을 갖는 다른 치수보다 하나의 치수에서 더 넓은 개방 슬롯을 갖는다. 용융 유리는 슬롯/노즐을 통해 흐르고, 어닐링 영역으로 그곳을 통해 연속 시트로서 하향으로 인발된다. 융합 인발 공정과 비교하면, 융합 다운-인발 공정에서와 같이, 두 개의 시트가 함께 융합되기 보다는, 슬롯 인발 공정은, 오직 단일 시트가 슬롯을 통해 인발되기 때문에, 더 얇은 시트를 제공한다.

유리의 시트를 제조하는 이들 대안적인 방법에 비하여, 위에서 검토된 융합 공정은 오염되지 않은 표면을 갖는 매우 얇고, 매우 평평하고, 매우 균일한 시트를 제조할 수 있다. 슬롯 인발도 또한 오염되지 않은 표면의 결과를 가져올 수 있으나, 시간에 따라 오리피스의 형상에서의 변화, 오리피스-유리 접경에서 휘발성 부스러기의 축적, 및 엄밀히 평평한 유리를 전달하도록 오리피스를 제조하는 문제 때문에, 슬롯-인발된 유리의 치수 균일성 및 표면 품질은 일반적으로 융합-인발된 유리보다 열등하다. 플로트 공정은 매우 크고, 균일한 시트를 전달할 수 있지만, 상기 표면은 한 면에서 플로우트 욕 (bath)과 접촉에 의해, 및 다른 면에서 플로우트 욕으로부터 축합체 (condensation product)에 노출에 의해 실질적으로 절충된다.

다운-인발 공정과 양립하기 위해, 여기에 기재된 유리 조성물은 고 액상 점도를 가질 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 100 kP 내지 약 3 MP의 액상 점도를 가질 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1500, 2000, 2500, 3000 kP의 액상 점도를 가질 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 100 kP 이상, 약 110 kP 이상, 약 120 kP 이상, 약 130 kP 이상, 약 140 kP 이상, 약 150 kP 이상, 약 160 kP 이상, 약 170 kP 이상, 약 180 kP 이상, 약 200 kP 이상, 약 225 kP 이상, 약 250 kP 이상, 약 300 kP 이상, 약 350 kP 이상, 약 400 kP 이상, 약 450 kP 이상, 약 500 kP 이상, 약 750 kP 이상, 약 1 MP 이상, 또는 약 2 MP 이상의 액상 점도를 가질 수 있다.

몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 약 540℃ 이상, 약 550℃ 이상, 약 560℃ 이상, 약 570℃ 이상, 약 580℃ 이상, 약 590℃ 이상, 약 600℃ 이상, 약 610℃ 이상, 약 620℃ 이상, 또는 약 630℃ 이상의 변형점을 가질 수 있다.

몇몇 구체예에 있어서, 유리는 약 60 x 10^-7 이상, 약 61 x 10^-7 이상, 약 62 x 10^-7 이상, 약 63 x 10^-7 이상, 약 64 x 10^-7 이상, 약 65 x 10^-7 이상, 약 66 x 10^-7 이상, 약 67 x 10^-7 이상, 약 68 x 10^-7 이상, 약 69 x 10^-7 이상, 약 70 x 10^-7 이상, 약 71 x 10^-7 이상, 약 72 x 10^-7 이상, 약 73 x 10^-7 이상, 약 74 x 10^-7 이상, 약 75 x 10^-7 이상, 약 76 x 10^-7 이상, 약 77 x 10^-7 이상, 약 78 x 10^-7 이상, 약 79 x 10^-7 이상, 또는 약 80 x 10^-7 이상의 열팽창 계수를 가질 수 있다.

몇몇 구체예에 있어서, 유리 시트들은 ≥ 565^oC 의 변형점, 6.5 내지 10.5 ppm/℃의 열팽창 계수를 갖는 것뿐만 아니라, 100,000 poise 초과의 액상 점도를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 이와 같이, 이들은 융합 공정에 의해 시트로 형성되기 위해 이상적으로 적합하다.

외부 보호층에 사용된 유리 시트는 기재된 구체예에 대하여 합리적으로 유용한 어떤 두께일 수 있다. 그러나, 구조적 강성 (rigidity)을 여전히 보유하면서, 가능한 한 경량으로 PV 모듈을 제조하는 것이 종종 이상적이다. 부가적으로, 더 얇은 유리의 사용은 물질에서 더 적은 광 손실 (light loss)의 결과를 가져올 수 있다. 임의의 적절한 유리 두께가 사용될 수 있다. 유리 시트 구체예는 약 4 mm 이하, 약 3 mm 이하, 약 2.9 mm 이하, 약 2.8 mm 이하, 약 2.7 mm 이하, 약 2.6 mm 이하, 약 2.5 mm 이하, 약 2.4 mm 이하, 약 2.3 mm 이하, 약 2.2 mm 이하, 약 2.1 mm 이하, 약 2.0 mm 이하, 약 1.9 mm 이하, 약 1.8 mm 이하, 약 1.7 mm 이하, 약 1.6 mm 이하, 약 1.5 mm 이하, 약 1.4 mm 이하, 약 1.3 mm 이하, 약 1.2 mm 이하, 약 1.1 mm 이하, 약 1.0 mm 이하, 0.9 mm 이하, 0.8 mm 이하, 0.7 mm 이하, 0.6 mm 이하, 0.5 mm 이하, 0.4 mm 이하, 0.3 mm 이하, 0.2 mm 이하, 0.1 mm 이하, 약 900 ㎛ 이하, 약 800 ㎛ 이하, 약 700 ㎛ 이하, 약 600 ㎛ 이하, 약 500 ㎛ 이하, 약 400 ㎛ 이하, 약 300 ㎛ 이하, 약 200 ㎛ 이하, 약 100 ㎛ 이하, 약 90 ㎛ 이하, 약 80 ㎛ 이하, 약 70 ㎛ 이하, 약 80 ㎛ 이하, 약 70 ㎛ 이하, 약 60 ㎛ 이하, 또는 약 50 ㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 유리 시트의 구체예는 약 200 ㎛ 내지 약 3 mm, 약 500 ㎛ 내지 약 3 mm, 약 200 ㎛ 내지 약 2 mm, 약 200 ㎛ 내지 약 1 mm, 약 400 ㎛ 내지 약 2.5 mm, 약 400 ㎛ 내지 약 2 mm, 약 400 ㎛ 내지 약 1 mm, 약 600 ㎛ 내지 약 1.5 mm, 약 3 mm 내지 약 1 mm, 2.5 mm 내지 약 1 mm, 2.0 mm 내지 약 1.0 mm, 2.0 mm 내지 약 1.5 mm, 약 1.2 mm 내지 약 3.5 mm, 약 1.5 mm 내지 약 3.5 mm, 약 1.5 mm 내지 약 3.0 mm, 약 1.5 mm 내지 약 2.5 mm, 또는 약 1.5 mm 내지 약 2.0 mm의 두께를 가질 수 있다.

여기에 사용된 바와 같이, β-OH는 적외선 분광법에 의해 측정되었을 때 유리에서 히드록실 (hydroxyl) 함량의 측정이고, 유리에 대하여 기본적인 히드록실 흡수를 사용하여 결정된다 (미국특허 제6,128,924호, 이의 전체적인 내용은 참조로서 여기에 병합된다). β-OH는 상기 유리의 물 함량을 측정하는 하나의 방법이다. 물 함량은 장치 성능에 어쩌면 영향을 미칠 뿐만 아니라 유리 조성물의 특성에서 역할을 수행할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 유리 조성물은 0.1 내지 약 1, 0.1 내지 0.9, 0.1 내지 0.8, 0.1 내지 0.7, 0.1 내지 0.6, 0.1 내지 0.5, 0.1 내지 0.4, 0.1 내지 0.3, 0.1 내지 0.2, 0.2 내지 0.10, 0.2 내지 0.9, 0.2 내지 0.8, 0.2 내지 0.7, 0.2 내지 0.6, 0.2 내지 0.5, 0.2 내지 0.4, 0.2 내지 0.3, 0.3 내지 약 1, 0.3 내지 0.9, 0.3 내지 0.8, 0.3 내지 0.7, 0.3 내지 0.6, 0.3 내지 0.5, 0.3 내지 0.4, 0.4 내지 약 1, 0.4 내지 0.9, 0.4 내지 0.8, 0.4 내지 0.7, 0.4 내지 0.6, 0.4 내지 0.5, 0.5 내지 약 1, 0.5 내지 0.9, 0.5 내지 0.5, 0.5 내지 0.7, 0.5 내지 0.6, 0.6 내지 약 1, 0.6 내지 0.9, 0.6 내지 0.8, 0.6 내지 0.7, 0.7 내지 약 1, 0.7 내지 0.9, 0.7 내지 0.8, 0.8 내지 약 1, 0.8 내지 0.9, 또는 0.9 내지 약 1의β-OH 값을 포함한다. 몇몇 구체예에 있어서, β-OH 값은 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 또는 1이다.

게다가, 모든 조성물은 당해 기술분야에서 널리 알려진 방법에 의해 이온 교환가능하다. 이온 교환 공정에서, 유리 내의 더 작은 금속 이온은 유리의 외부 표면에 근접한 층 안에서 동일 원자가의 더 큰 금속 이온에 의해 대체되거나 또는 "교환"된다. 더 큰 이온으로 더 작은 이온의 대체는 층 안에서 압축 응력을 생성시킨다. 하나의 구체예에 있어서, 금속 이온은 1가 알칼리 금속 이온이고 (예를 들면, Na⁺, K⁺, Rb⁺, 등), 이온 교환은 유리의 더 작은 금속 이온을 대체하는 더 큰 금속 이온의 적어도 하나의 용융염을 포함하는 욕에 유리를 침지함으로써 달성된다. 대안적으로, Ag⁺, Tl⁺, Cu⁺등과 같은 다른 1가 이온은 1가 이온들과 교환될 수 있다. 유리를 강화하기 위해 사용되는 이온 교환 공정 또는 공정들은 같은 또는 다른 조성물의 단일 욕 또는 다중 욕에 침지 (immersion)하는 단계와 침지 단계들 사이에 세척 단계 및/또는 어닐링 단계를 포함할 수 있다. 예를 들면, 구체예는 유리의 표면 상에 적어도 20 ㎛의 깊이를 갖는 압축 응력층 (또한 "층의 깊이 (depth of layer)"라 언급됨) 및 적어도 350 MPa의 최대 압축 응력을 생산하기 위해, 용융 KNO₃에 410℃에서 8시간 노출시켜서 이온 교환될 수 있다. 다른 구체예에 있어서, 유리는 이온 교환되어 적어도 10 MPa의 중심 인장 (central tension)을 달성한다.

여기에 사용된 용어 "태양 전지", "광기전력 전지", "PV 전지", "태양 모듈", "광기전력 모듈", "PV 모듈", "태양 디바이스", "광기전력 디바이스", "PV 디바이스", 또는 "디바이스"는 빛을 전기 에너지로 전환할 수 있는 어떤 제품을 의미한다. 적절한 태양 전지는 CIGS, CdTe, CdS, 비정질 또는 박막 Si, 염료-감응형 태양 전지 등과 같은 박막 태양 전지를 포함한다. 태양 전지 어셈블리는 하나 또는 복수의 태양 전지를 포함할 수 있다. 복수의 태양 전지는 평면 (flat plane)으로 배열되거나 또는 전기적으로 내부연결될 수 있다. 부가적으로, 태양 전지 어셈블리는 태양 전지 상에 침착된 전기적 배선 (wirings) 또는 전도성 페이스트를 더욱 포함할 수 있다.

외부 보호층은 적어도 하나의 유리 시트를 포함하고, 중합체, 유기 또는 무기 코팅과 함께 금속 또는 금속성 시트, 표면 변형, 또는 다른 변형을 선택적으로 더욱 포함할 수 있고, 광기전력 적용에 사용하기에 적절하게 이들을 만든다. 다른 변형은 가장자리 제조, 가장자리 밀봉을 위한 홀 또는 슬롯, 정션 박스, 브라켓 (brackets), 또는 프래밍 (framing) 등을 포함할 수 있다.

광기전력 모듈의 구체예는 밀봉제, 인캡슐런트 (encapsulants), 필러, 건조제, 자외선 흡수제 (ultraviolet radiation absorber), 및 다른 물질을 더욱 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, PV 모듈은 밀봉제, 인캡슐런트, 필러, 자외선 흡수제, 및 다른 물질로 작용할 수 있는 중합성 물질을 더욱 포함할 수 있다. 이들 구체예들의 몇몇에 있어서, 수분 유입을 방지하기 위해 작용하는 중합체는 PV 모듈이 노출될 수 있는 모든 온도에서 중합체의 유리 전이 온도 아래에 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 인캡슐런트, 밀봉제, 또는 필러를 포함하는 중합성 물질의 유리 전이 온도는 60℃, 65℃, 70℃, 75℃, 80℃, 85℃, 90℃, 또는 95℃ 초과의 유리 전이 온도를 가질 수 있다. PV 모듈에 사용된 중합체의 몇몇은, 예를 들어, 아세트산으로 물의 존재에서 분해될 수 있는 폴리(에틸렌비닐아세테이트)와 같이, 디바이스에 잠재적으로 유해할 수 있는 형성 생산물로 분해될 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 사용된 중합체는 디바이스에 유해할 수 있는 부식성 (caustic) 또는 다른 물질 안으로 열적 또는 UV 방사-유도된 열화를 감소시키는 물질을 포함할 수 있다.

구체예는, 인캡슐런트, 예를 들어, 공중합체, 폴리(에틸렌비닐아세테이트) (EVA), 폴리(비닐아세탈) (예를 들어, 폴리(비닐 부티랄) (PVB)), 폴리우레탄, 폴리(비닐클로라이드), 폴리에틸렌 (예를 들어, 선형 저밀도 폴리에틸렌), 폴리올레핀 블럭 공중합체 탄성중합체 (elastomer), α-올레핀 및 α,β-에틸렌성 불포화된 카르복실산 에스테르의 공중합체) (예를 들어, 에틸렌 메틸 아크릴레이트 공중합체 및 에틸렌 부틸 아크릴레이트 공중합체), 실리콘 탄성중합체, 에폭시 수지, 및 이들 중합성 물질의 둘 이상의 조합, 및 이노머 (ionomers), 예를 들면, DuPont's^®PV5400, PV5300, PV5200, 또는 PV8600을 포함할 수 있다. 구체예는 또한 모듈 주변 또는 정션 박스에서, 부틸 밀봉제 또는 실리콘 밀봉제와 같은, 수분 유입을 방지 또는 감소시키기 위한 밀봉 물질을 포함할 수 있다. 구체예는 액체, 페이스트, 또는 롤 또는 테이프와 같은 고체 형태로 적용될 수 있는, 에폭시 또는 실리콘과 같은, 접착제 또는 풀을 포함할 수 있다.

몇몇 구체예에 있어서, 기능성 층은 제 1 외부 보호층의 유리 기판 상에 배치될 수 있다. 기능성 층은 눈부심-방지 (anti-glare)층, 방오층 (anti-smudge layer), 자가-세정층, 반사-방지층, 지문-방지 (anti-fingerprint)층, 자외선 보호층, 선택적으로 산란층, 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.

몇몇 구체예에 있어서, 하나 이상의 부가적인 유리 시트는 태양 전지 웨이퍼 맞은편 외부 보호층들 중 하나의 면상에서 PV 모듈 안으로 병합될 수 있다. 부가적인 시트는 구조적 성분으로서 유용하고, 그의 조성물에 나트륨을 갖거나 갖지 않을 수 있다. 부가적인 유리 시트는 디바이스에 구조적 안정성을 부가하기에 충분한 두께를 가질 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 부가적 유리 시트는 약 1.2 mm 내지 약 3.5 mm, 약 1.5 mm 내지 약 3.5 mm, 약 1.5 mm 내지 약 3.0 mm, 약 1.5 mm 내지 약 2.5 mm, 또는 약 1.5 mm 내지 약 2.0 mm의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 구체예에 있어서, 부가적 유리 시트는 약 1.5 mm, 약 1.6 mm, 약 1.7 mm, 약 1.8 mm, 약 1.9 mm 약, 2.0 mm, 약 2.1 mm, 약 2.2 mm, 약 2.3 mm, 약 2.4 mm, 약 2.5 mm, 약 2.6 mm, 약 2.7 mm, 약 2.8 mm, 약 2.9 mm, 약 3.0 mm, 약 3.1 mm, 약 3.2 mm, 약 3.3 mm, 약 3.4 mm, 또는 약 3.5 mm의 두께를 가질 수 있다.

Claims

유리로서, 몰%로,
70-77 SiO₂
4.5-10.5 Al₂O₃
>0-5 B₂O₃
3-5 MgO
>0-5 CaO
0-5 SrO
1.8-11.8 Na₂O
0-3 ZnO
0-6 K₂O를 포함하고,
1≤R'O≤15, 및 7≤R₂O≤13이며,
여기서 R'O = MgO + CaO + SrO + BaO, R₂O = Na₂O + K₂O이고, 상기 유리는 완충 수성 방출 테스트 (buffered aqueous release test)에서 10 ppm 초과의 Na 방출, 완충 수성 방출 테스트에서 30 ppm 미만의 총 Na + K 방출, T^마진 = T^파괴 - T^35kp > 10℃, 및 565℃ 초과의 변형점을 갖는 유리.
청구항 1에 있어서,
상기 유리는 6 ppm/℃ 초과의 열팽창 계수를 갖고; 및/또는
상기 유리는 130kP 초과의 액상 점도를 갖는 유리.
청구항 1에 있어서,
상기 유리는 적어도 하나의 알칼리 토 금속 산화물 및 선택적으로 B₂O₃, ZnO, 및/또는 K₂O를 더욱 포함하는 유리.
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유리로서, 몰 %로,
70-77 SiO₂
4.5-10.5 Al₂O₃
>0-5 B₂O₃
3-5 MgO
>0-5 CaO
>0-5 SrO
1.8-11.8 Na₂O
>0-9 K₂O를 포함하고,
여기서, 2.3≤R₂O≤13.1 및 4.5≤R'O≤12이며, 상기 유리는 완충 수성 방출 테스트에서 10 ppm 초과의 Na 방출, 완충 수성 방출 테스트에서 50 ppm 미만의 총 Na + K 방출, T^마진 = T^파괴 - T^35kp > 10℃, 6 ppm/℃ 초과의 열팽창 계수, 및 565℃ 초과의 변형점을 갖는 유리.
청구항 7에 있어서,
상기 Na + K 방출은 30 ppm 미만이고, 및 선택적으로:
a. 상기 유리는 6 ppm/℃ 초과의 열팽창 계수를 갖고; 및/또는
b. 상기 유리는 585℃ 초과의 변형점을 갖고; 및/또는
c. 상기 유리는 130kP 초과의 액상 점도를 갖는 유리.
청구항 1 내지 3, 7, 및 8 중 어느 한 항의 유리를 포함하는 전자 디바이스.
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