TW201124272A - Surface nucleated glasses for photovoltaic devices - Google Patents
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201124272 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本實施例是關於表面晶卿成玻璃喊，尤其是 於譬如用在光伏打裝置的表面晶核形成玻璃^^ 【先前技術】 f 年代，corning公司由stanley D. s她坪發明 了用來強化玻璃的表面結晶或表面晶核形成的方法。後來 ’藉著發展表面結晶層來触_峨念在學 界廣為流傳和研究。 ”
Coming公_續著額外的研究。研究的目標是藉著 發展表面結晶層㈣化朗，—方面維持翻。有趣的曰是， 有些包含TiG2的成分會造成有顏色的玻璃器皿。 一般而言，在製造譬如鐘氧化紹石夕酸鹽的表面結晶玻 璃陶曼時是峰财細化和戦_。躲，加執處理 以促進表面結晶。啸·域處理，玻射財表面以 下保持原始狀態，而整個玻璃的透明度則根據結晶層的厚 度。^進-步，玻璃陶究可以是完全結晶的。在冷卻時，玻 璃陶兗/1面會產生壓縮應力，因而製造出較強的玻璃陶究， 有時候會超過彻MPa的彎曲強度。這種處理會面臨一些挑 戰。例如，S要高溫的加熱處理，常會見_形，透明度相 萬具挑戰性，以及對於處理本身的基礎理解不完整。 以薄膜光伏打電池而言，譬如石夕薄膜光伏打電池光線 可有效麵合聊層，接著吸收财相提供光線吸收足夠 的路fe長度。规的雜長度大树層的職是最有利的。 099128995 3 10031 201124272 * 合併非晶和微晶矽的典型雙電池一般是具有透明電極 >儿積其上的基板，非晶矽的頂端電池，微晶矽的底部電池， 和背面接觸或反向電極。光線一般是從沉積基板的一邊入 射，使得基板變成電池設計中的覆板。 仙非晶矽主要是吸收700奈米（nm)以下光譜的可見部分， 而4 aa梦的吸收類似整塊晶石夕，逐漸縮減的吸收延伸到約 1200議。兩種材料的型態都可從具有加強散射、吸收，和/ 或改善透射率的表面得到好處。 雖說已經發展紋理的TC0技術以加強散射、吸收，和/ 或改善透射率。但紋理TCO技術的缺點可包括下列一種或 以上：1)過度的粗糙會降低沉積矽的品質並產生電的短路， 降低整個續能電池的效能;2)紋獨最佳化受限於沉積 或钱刻處理可用的紋理，以及和較厚τ⑴層有關的透射率減 少；和3)在ΖηΟ的例子，產生紋理的電漿處理或溼蝕刻會增 加製造成本。 雖說已發展紋理玻璃覆板或基板以加強散射 、吸收， 和/或改透射率。但紐玻璃基板的缺點可包括下列- 種或以上:1)需要凝膠化學和相騎處理，以提供玻璃微球 體黏結到基板;2 )和氧切微球體和凝膠材料相關的額外 費用；和3)在石夕薄膜中，薄膜黏著性和和/或裂隙產生的問 題。 取好是可以讓薄膜光伏打裝置的覆板在光伏打裝置内 加強散射、吸收，和/或改善透射率。 【發明内容】 4 039128995 201124272 . 迫裡描述的薄膜光伏打裝置解決了一項或以上傳統光 ，線㈣或魏結構上_祕。 - 曰一個實施例是包含覆板的薄膜光伏打裝置，包括表 面曰a核形成表面層，具有第一表面，和第一表面相對的第二 表面，鄰近玻璃陶瓷基板的導電膜，以及鄰近導電膜的主動 式光伏打介質。 本發明及其他特性及優點揭示於下列說明，及部份可 (:《）由拥清楚瞭解，或藉由實施下列說明以及帽專利範圍 以及附圖而明瞭。 人們瞭解先前一般說明及下列詳細說明只作為範例性 及说明性，以及預期提供概要或架構以瞭解申請專利範圍 界疋出本發明原理及特性。所包含附圖將更進一步提供了 解本發明以及在此加入以及構成說明書之一部份。 所包含附圖將更進一步提供瞭解本發明以及在此加入 以及構成說明書之一部份。附圖並不預期作為限制申請專 {,() 利範圍，而是提供作為顯示出本發明實施例以及連同說明 書作為解釋本發明之原理。 【實施方式】 現在參考本發明不同的實施例作詳細說明，其範例顯 示於附圖中。 Λ 如這裡使用的”體積的散射”一詞可以定義成光線通過 - 材料折射率的不均勻所產生光線路徑上的效果。 如這裡使用的"表面散射"一詞可以定義成光伏打電池 内層之間介面粗糖度所產生光線路徑上的效果—。 額 201124272 · 如這裡使用的”覆板”一詞可根據光伏打電池的設計來 描述基板或覆板。例如，假使基板在組合到光伏打電池時 疋在光伏打笔池光線入射的那邊，基板就是覆板。覆板可 k供光伏打材料的保護，使其免於受到撞擊和環境的損宝 而一方面可允許太陽頻譜適當波長的透射率。更者，可安 排多個光伏打電池成為一個光伏打模組。 如這裡使用的π鄰近” 一詞可以定義成养常靠近。鄰近 的結構可以是或可以不是互相實體接觸的。鄰近的結構可 以有其他的層放置其間。 如這裡使用的”平面的"一詞可以定義成是真正形態上 扁平的表面。 圖1所示的實施例是包含玻璃陶瓷覆板10的光伏打 裝置100包括表面晶核形成表面層12,具有第一表面14，以 及和弟一表面相對的第二表面16,鄰近玻璃陶瓷基板的導 電膜18,和鄰近導電膜的主動式光伏打介質2〇。 依據一項實施例，導電膜沉積在第一表面上。在另一 實施例，導電膜沉積在第二表面上。 在一項實施例中，主動式光伏打介質是和導電膜實體 接觸。 、 依據一項實施例，此裝置進一步包括反向電極，和主動 式光伏打介質實體接觸，位在主動式光伏打介質的另外一 面，作為導電膜。主動式光伏打介質可包含很多層。有些 實施例’主動式光伏打介質包括碲化編、二碼化鋼銦鎵、 非晶矽、結晶矽、微晶矽，或其組合物。 099128995 1003063584-0 201124272 30微 . 在—項實施财，表面晶核形成層平均厚度從約 • 米到約150微米。 、 如圖2所示，依據有些實施例，裝置包括兩個或以上的 ^能的表面層12和22。也如圖2所示，依據某個實施例 的裝置，玻璃陶兗覆板包括兩個表面晶核形成表面層，層Μ 位在第-表面14,而另-層22位在第二表面16。曰 在-項實施财，玻__板包括鋅塗料的鐘氧化 I 銘梦酸鹽。 較高的材料強度對光伏打電池是較有利的。表面晶核 形成玻璃陶瓷所提供的強度幾乎類似經由離子交換所達到 的強度，但是以很低的成本達成。如果需要的話，玻璃陶竟 也可以進行離子交換，以得到額外的強度改善。在有些實 施例中，玻璃陶瓷覆板是可以進行離子交換的。 一 依據一項實施例，玻璃陶瓷可在包含一種或以上的鹼 離子鹽浴中進行離子交換。玻璃陶瓷可以進行離子交換， β以改虻其機械質。例如，譬如鐘或納較小的鹼離子，可以在 包含一種或以上譬如鈉、鉀、铷或鉋較大的鹼離子融態鹽 洛申進行離子交換。如果在應變點的溫度以下執行一段足 夠的時間，形成的擴散外形圖是較大的鹼離子從鹽浴移到 玻璃陶瓷表面，而較小的鹼離子則從玻璃陶瓷内部移到鹽 ' 浴中。當樣本移除後，表面會經歷壓縮，產生強化的韌性以 - 抵抗傷害。在玻璃陶瓷暴露在惡劣環境條件的情況下，譬 如暴露在冰雹下的光伏打網栅，這種堅魴性是报需要的。 已經在破璃陶瓷内的較大驗離子也可以和鹽浴中較小的驗 0831289^5 1003( 201124272 離子進行交換。如果執行的、'θ 移除，而且表面快速再度加埶 如果玻璃被 陶竟的表面機 相當的保護以抵抗惡劣的環境條件。對於；:悉此 人可以很清楚地知道，任何單__何以交換已 玻璃喊⑽鹼離子，包括銅、銀、鱗，提這轉 對使用者也有潛麵做，譬如可㈣光_顏色^= 光線吸收折射率的層。 在一項實施例中，覆板是平面的。第-表面和/或第二 表面是真正_上解的。在另—實絲财，兩個表面 是真正形態上扁平的。 依據一項實施例，導電膜是透明的。導電膜可包含紋 理的表面。導賴可以是透日桃而且包含紋理的表面。 可使用包括如這裡所述表面晶核形成表面層的玻璃陶 究覆板，散射進入光伏打電池的光線，並向後散射從石夕表面 反射的光線。這可以改善光伏打電池的效能。 在一項實施例中，表面晶核形成層包含的玻璃陶究包 括鐘氧化鋁矽酸鹽組成份，由於在冷卻時，玻璃陶瓷表面的 晶體會產生壓縮應力，在加熱處理後具有高強度。在一項 實施例中，此組成份摻雜以氟、氯、鋅，或其組合塗層。在 一項實施例中，此組成份包含的莫耳百分比是：60到70% Si〇2,10到20% Ah〇3,和5到15% Li2〇。此成分更進一步包 含大於0到20% RO,其中R是鹼土金屬。在一項實施例中，r 是Ca，Mg,或其組合。在一項實施例中，此成分更進一步包 099128995 10030S3584-0 201124272 含大於0到德祕，其中M是驗金屬。依據一項實施例中，M 是Na。範例成份的莫耳百分比可在表i中找到。 表1
根據增長結晶層的厚度，加熱處理的溫度和時間長度 可控制整筒财，而—方面朗在結絲面下方仍維持 原始狀態。可輯作玻璃表面增長晶體的大小和此晶體層 ，散魏人的规，以柏紐賴絲面反射的光 秦這很明顯地改善光伏打電池的效能。 麻依據-項實施例，S 3A顯示的是包含絲晶核形成表 面層12的玻璃陶究覆板1〇的掃猫電子顯微(_影像斷面 二依據-項實施例，圖3B顯示的是表面晶核形成表面層12 從上到下的掃瞄電子顯微(SEM)影像。 圖3A和3B中顯示的是表格J範例破璃陶究以綱。c加執 處理4小時後的表面晶核形成表面層。 圖4顯示的是表丨範例玻璃陶£丨角度散射的圖。線％ P3ai289as
1D03C 201124272 26和28分別顯示在45〇咖，600咖，和800nm的角度散射。寬 角度散射會減少波長強度，和波長一致的加寬小角度尖峰 才曰出樣本上體積散射和表面散射的組合。魏示表面有兩 個週期：一個很小大約是1微来大小，另-侧艮大大約是10 微米大小。 圖5是表1範例玻璃陶究！的透射率頻譜圖。線3〇和線 32分別顯示總透射率和散射透射率。玻璃陶魏示在棚 nm到1200nm的波長範圍，有超過8〇%優良的總透射率。 圖6顯示的是表丨範例玻璃陶瓷丨的反射頻譜圖。線％ 和線36分麵示總透射率和散射透射率。玻璃陶究顯示在 400nm到120〇nm的波長範圍，有小於約15百分比的低總反射 可以使用玻綱紐絲運作表面晶核形成表面層的 光線散射。可以利用表面晶核形成表面層内各種大小的晶 體和各種層厚度以影響光伏打裝置的光線散射和/或吸收 特性。 在-項實施例中，馳的平均厚度是3· 2釐米(n以 下，譬如從0.7爱米到L8釐米。在一項實施例中，表面晶核 开>成層平均厚度是250微米或以下，譬如大於零到微米， 譬如從10微米到250微米，譬如從15微米（_)到25〇微米。 在一項實施例中，表面晶核形成層平均厚度是15〇微米或以 下，譬如大於零到150微米，譬如從1〇微米到15〇微米，譬如 從15微米（；απ〇到150微米。 在-項實施例中，當表面層超過一層時，表面晶核形成 0991283游 1003063584-0 10 201124272 •層總平均厚度是250微米或以下，譬如大於零到250微米，譬 -如從10微米到25G微米，譬如從15微求（卵)到25()微米。在 一項實關中’表面晶核形成層平均厚度是150微米或以下 。在-項貫施例，難是不完全結晶的。在另—實施例中， 覆板疋有9(U或以下結晶，譬如大於零百分比到露結晶。 有-層非晶玻璃層。在有些實施例中，有兩個表面晶核形 成表面層夾在非晶玻璃中間。 r〇 膽造的覆板在頂端和底部表面都有表面晶核形成表 、面層。圖7是顯示線38的總透射率和線4〇的擴散透射率，對 具有兩個表面晶核形成表面層，總平均厚度8〇#m(每個表 面有核的表面層平均厚度是覆板的S射率頻翻。 圖8是範例覆板的角度散射圖。此圖顯示散射的函數對具 有總平均厚度80_(每個表面晶核形成表面層平均厚度是 • m)覆板的角度。線42,44, 46和48分別顯示在侧咖，_ nm，_遍和⑽0nm的角度散射。圖9是具有總平均厚度8〇 U //m(每個表面晶核形成表面層平均厚度是仙⑽)的範例覆 板’總積分散射對大角度散射圖。特徵5〇, 52, 54，和56分別 顯示在400服，600咖，_nm和1〇〇〇蘭的角度散射。 圖10是顯示線58的總透射率和線6G的擴射透射率，對 具有兩個表面晶核形成表面層，總平均厚度3〇以喊每個表 ^面晶核形成表面層平均厚度是15解)覆板的透射率頻譜圖 .。® 11 ；!:細覆細肖紐麵。賴顯示餘的函數對 具有總平均厚度30每個表面晶核形成表面層平均厚度 是15_)覆板的角度。線62, 64, 66和68分別顯示在4〇^， 10030635S4 ___ 11 201124272 600nm，800nm和lOOOnm的角度散射。圖12是具有總平均厚 度80/zm(每個表面晶核形成表面層平均厚度是40//m)的範 例覆板，總積分散射對大角度散射圖。特徵70和72分別顯 示在400nm和lOOOnm的角度散射。 如從圖7-9所看到的，我們觀察到顯著的擴散透射率（ 圖7的線38)，角度散射相依性（圖8乂和大角度散射（圖9)。 這是每個表面晶核形成表面層厚度約4〇 的例子，可注意 到非常低的擴散透射率（圖1〇的線60；)，角度散射相依性（圖 11)，和以低角度散射（圖12)。 比較圖7和10,高擴散散射/透射率導致較低的總透射 率（圖7的線38和圖1〇的線58):圖7中約85%(在35〇nm)，和 圖10的約90%(也在350nm)。在大角度高擴散散射，而仍然 有夠高總透射率的情況，可達到最佳化的條件。 現有的光伏打電池解決方式不是很耗費成本，就是不 足，因此只是藉著數個百分比來改善其效能，可能對太陽能 電池的市場造成明顯的衝擊。 熟知此技術者瞭解本發明能夠作許多變化及改變而並 不會脫離本發明之精神及範圍。預期本發明含蓋本發明各 種變化及改變，其屬於下列巾請專利細以及同等物範圍 内。 【附圖簡單說明】 現在凊詳細參考本項發明的各種實施例，附圖中說明 一個例子。 圖1及2顯不出依據本發明一項實施例之光伏打裝置。 033128935 12 1003063584-0 201124272 • 圖3A為依據本發明一項實施例玻填陶瓷覆板之斷面掃 * 描電子顯微(SEM)影像。 、 圖為依據本發明一項實施例表面晶核形成表面層玻 璃陶瓷覆板之上視掃描電子顯微(SEM)影像。 圖4為表1 %例玻璃陶瓷1之角度散射曲線圖。 圖5為表1範例玻璃陶曼1之透射頻譜曲線圖。 圖6為表1範例玻璃陶瓷1之反射頻譜曲線圖。 〇 圖7為透射頻譜曲線圖，其顯示出範例覆板波長與總及 擴散透射度關係。 u 圖8為範例覆板之角度散射曲線圖。 圖9為範例覆板之大角度散射與整體散射關係曲線圖。 圖10為透射頻譜曲線圖，其顯示出範例覆板波長與總 及擴散透射度關係。 、& 圖11為範例覆板之角度散射汽相沉積法。 圖12為範例覆板之大角度散射與整體散射關係曲線圖。 ，1) 【主要元件符號說明】 覆板10;表面層12;第一表面14;第二表面16;導電 膜18;光伏打介質20;表面層22;線24,26, 28, 30, 32, 34 ，36’ 38, 40,42,44, 46,48;特徵 50, 52, 54, 56;線 58, 60, 62 ’料，66, 68;特徵70, 72;光伏打裝置100。 ’ 13 099128995 100；
Claims (1)
- 201124272 七、申請專利範圍 1. 一種光伏打裝置，其包含： 玻璃陶究覆板，其包含表面晶核形成表面層以及具有第 一表面以及相對於第一表面之第二表面； 鄰近玻璃陶瓷基板的導電膜；以及 鄰近導電膜的主動式光伏打介質。 2. 依據巾請專利範圍第1項之裝置，其中導電膜位於第-表 面上。 3·依據中請專利範圍帛1項之裝置，其中導電膜位於第二表 面上。 4. 依據帽專利範圍第1項之裝置，其中主動式光伏打介質 實際接觸導電臈。 、 5. 依據中請專利範圍帛1項之裝置，其中更進-步包含反向 電極實際絲打介f以及位於絲式光伏打介 質相對表面上作為導電膜。 6·依據申請專利範圍第1項之裝置，其中主動式光伏打介質 包含多層。 7.依射請專概_ 1項之綠，其巾主動式絲打介質 包含碲化鎘、二硒化銅銦鎵、非晶石夕、結晶石夕、微 或其組合物D ’ 8.依據申請專利範圍第1 均尽度為250微米或較小 H據申請專利範圍第1 面晶核形成表面層。 項之裝置，其中表面晶核形成層平 〇 項之裝置，其中包含兩層或多層表 14 033128B35 201124272 •依據申請專利範圍帛9項之農置，其中玻璃陶究覆板包 έ兩層表面晶核形成表面層，一層位於第一表面處以及另 • —層位於第二表面處。 11. 依據申請專利範圍帛10項之裳置，其表面晶核形成表面 層之總平均厚度為250微米或較小。 12. 依據申請專利範圍第i項之裝置，其中玻璃陶覆板作離 子交換。 (C ΐ 13·依據申請專利範圍帛i項之裳置，其中玻璃陶覆板包含 鐘氧化鋁矽酸鹽組成份。 I4.依據申請專利範圍第1項之裝置，其中組成份摻雜氟、 氯、鋅，或其組合物。 15·依據申請專利範圍第}項之裝置，其中組成份以莫耳百 分比表示包含:60到70% Si〇2,10到20% Al2〇3,和5到15% Li2〇 〇 16.依據申請專利範圍第15項之裝置，其中更進一步包含： U 〇到10% RO,其中R是驗土金屬。 π.依據申請專利範圍第16項之裝置，其中uCa，Mg，或其 組合物。 18. 依據申請專利範圍第15項之裝置，其中更進一步包含 大於〇至10% Mz〇,其中Μ為鹼金屬。 19. 依據申請專利範圍第18項之裝置，其中Μ為恥。 • 20·依據申請專利範圍帛1項之裝置，其中覆板為平面性的。 21. 依據申請專利範圍第21項之裝置，其中導電膜為透明的。 22. 依據申請專利範圍第21項之裝置，其中透明導電膜包含 轉難S職 15 201124272 紋理的表面。 23. 依據申請專利範圍第1項之裝置，其中覆板平均厚度為 3. 2毫米或更小。 24. 依據申請專利範圍第23項之裝置，其中覆板平均厚度為 0. 5毫米至1.8毫米。 09912S995 1003063584-0 16
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