TWI636029B - 光電模組封裝 - Google Patents

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Abstract

本發明描述可熔合成形之含鈉的鋁矽酸鹽玻璃及硼鋁矽酸鹽玻璃。該等玻璃特定用於鈉之受控釋放，即特定用於半導體應用，諸如薄膜光電，其中最佳化電池效率所需之鈉係自基板玻璃衍生的。

Description

光電模組封裝 【相關申請案之交叉引用】
本申請案根據專利法主張2013年4月29日申請之美國臨時申請案第61/817052號之優先權權益，該申請案之內容為本案之依據並且全部以引用之方式併入本文中。
實施例係關於玻璃組成物，且詳言之，係關於用於薄膜光電(PV)模組之玻璃組成物。
熔合形成製程通常產生具有最佳表面及幾何特徵之平板玻璃，該平板玻璃可用於許多電子設備應用，該平板玻璃例如用於電子設備應用之基板，舉例而言，用於LCD電視之顯示器玻璃，其中，高質量的表面對用於光電模組之特種玻璃是有必要的。
光電模組用於將陽光轉化為電力。現今使用或發展的兩種主要類型是使用連接在一起之多個矽晶圓之晶圓模組，及使用多種無機薄膜材料中之一者的薄膜模組，該等無機薄膜材料諸如碲化鎘(CdTe)，銅銦鎵二硒化物(CIGS)或薄膜(非晶及微晶)矽。用於薄膜模組之典型封裝具有玻璃基板(諸如鹼石灰玻璃)、後觸點、一或多個半導體層(諸如 CIGS)、前透明觸點層(TCO)及防護罩層(諸如玻璃基板)。該等模組可進一步具有邊緣密封、金屬框架及電氣觸點。
在動力產生工業中，不斷推動以使PV技術與現存動力生產方法競爭，例如水力、煤力、核能、風力等等。如此下去，製作成本、轉換效率及效率退化係需要解決的一些設計挑戰。鹼石灰玻璃由於其低成本及含有鈉之事實一直是用於CIGS之普通基板，鹼石灰玻璃已被證明在CIGS PV裝置中產生實質開路電壓增加。然而，鹼石灰玻璃對PV模組並不理想，鈉傳遞可能難以控制，發生太迅速或數量太大。此外，鹼石灰玻璃可具有由於環境條件引起之鈉釋放問題。由於鹼石灰玻璃在溫度及濕度之周邊條件下老化，鹼石灰玻璃之表面化學以在CIGS薄膜沈積期間導致空間非均勻鈉釋放之方式變化。該等問題可導致脫層問題及效率降低。顯然，仍存在對尋找為薄膜PV裝置提供最佳基板之玻璃組成物的未滿足需求。
第一態樣包含一種玻璃，該玻璃包含SiO2、Al2O3及Na2O，其中該玻璃在緩衝水釋放測試中具有大於10ppm之鈉釋放、在緩衝水釋放測試中具有小於50ppm之總鈉+鉀釋放及T餘量=T分解-T35kp>10℃。在一些實施例中，Na+K釋放小於30ppm。在一些實施例中，玻璃具有大於6ppm/℃之熱膨脹係數。在一些實施例中，玻璃具有大於565℃之應變點。在一些實施例中，玻璃具有大於585℃之應變點。在一些實施例中，玻璃具有大於130kP之液相線黏度。
在一些實施例中，玻璃進一步包含至少一種鹼土金屬氧化物及視情況包含B2O3、ZnO或K2O。在其他實施例中，玻璃進一步包含B2O3及K2O。
另一態樣包含一種電子裝置，該電子裝置包含玻璃，該玻璃包含SiO2、Al2O3及Na2O，其中該玻璃在緩衝水釋放測試中具有大於10ppm之鈉釋放、在緩衝水釋放測試中具有小於50ppm之總鈉+鉀釋放及T餘量=T分解-T35kp>10℃。在一些實施例中，該裝置包含光電模組。
另一態樣包含一種玻璃，該玻璃包含SiO2、Al2O3、Na2O、B2O3、K2O及至少一種鹼土金屬氧化物，其中該玻璃在緩衝水釋放測試中具有大於10ppm之Na釋放、在緩衝水釋放測試中具有小於50ppm之總Na+K釋放、T餘量=T分解-T35kp>10℃、大於6ppm/℃的熱膨脹係數及大於565℃之應變點。
另一態樣包含一種玻璃，以莫耳%計，該玻璃包含：65-80之SiO2
3-13之Al2O3
0-5.5之B2O3
>0-10之MgO
0-10之CaO
0-10之SrO
1-12之Na2O及1R'O15，其中R'O=MgO+CaO+SrO+BaO。
在一些實施例中，以莫耳%計，該等玻璃包含： 65-80之SiO2
3-13之Al2O3
0-5之B2O3
2-7之MgO
>0-7之CaO
0-6之SrO
1-12之Na2O 其中4.5R'O12。
在一些實施例中，上述玻璃進一步包含0K2O10及2R2O13.1，其中R2O=K2O+Na2O。
在一些實施例中，以莫耳%計，該玻璃包含：70-77之SiO2
4.5-10.5之Al2O3
>0-5之B2O3
3-5之MgO
>0-5之CaO
0-5之SrO
1.8-11.8之Na2O
>0-9之K2O 及其中2.3R2O13.1及4.5R'O12。
另一態樣包含一種電子裝置，該電子裝置包含以上玻璃中之一者。在一些實施例中，該裝置包含光電模組。
另一態樣包含一種玻璃，以莫耳%計，該玻璃包含： 65-80之SiO2
3-13之Al2O3
0-5.5之B2O3
>0-10之MgO
0-10之CaO
0-10之SrO
1-12之Na2O及1R'O15，其中R'O=MgO+CaO+SrO+BaO，其中該玻璃在緩衝水釋放測試中具有大於10ppm之Na釋放及在緩衝水釋放測試中具有小於50ppm之總Na+K釋放。在一些實施例中，玻璃具有T餘量=T分解-T35kp>10℃。在一些實施例中，該Na+K釋放小於30ppm。在一些實施例中，玻璃具有大於6ppm/℃之熱膨脹係數。在一些實施例中，玻璃具有大於565℃之應變點。在一些實施例中，玻璃具有大於585℃之應變點。在一些實施例中，玻璃具有大於130kP之液相線黏度。
另一態樣包含一種電子裝置，該電子裝置包含玻璃，以莫耳%計，該玻璃包含：65-80之SiO2
3-13之Al2O3
0-5.5之B2O3
>0-10之MgO
0-10之CaO
0-10之SrO
1-12之Na2O 及1R'O15，其中R'O=MgO+CaO+SrO+BaO，其中該玻璃在緩衝水釋放測試中具有大於10ppm之Na釋放及在緩衝水釋放測試中具有小於50ppm之總Na+K釋放。在一些實施例中，玻璃具有T餘量=T分解-T35kp>10℃。在一些實施例中，該裝置包含光電模組。
另一態樣包含一種玻璃，以莫耳%計，該玻璃包含：70-77之SiO2
4.5-10.5之Al2O3
>0-5之B2O3
3-5之MgO
>0-5之CaO
>0-5之SrO
1.8-11.8之Na2O
>0-9之K2O其中2.3R2O13.1及4.5R'O12，且該玻璃在緩衝水釋放測試中具有大於10ppm之Na釋放、在緩衝水釋放測試中具有小於50ppm之總Na+K釋放、T餘量=T分解-T35kp>10℃、大於6ppm/℃的熱膨脹係數及大於565℃之應變點。在一些實施例中，玻璃具有大於130kP之液相線黏度。
在另一態樣中，上列玻璃板具有20埃之平均表面粗糙度(Ra)，較佳地具有10埃之平均表面粗糙度，其中玻璃板未經磨光。在光電模組包含上列玻璃之另一態樣中，玻璃基板中之至少一者具有低於3mm的厚度，且玻璃基板具有小於0.5微米/平方公分之曲率變形W，如等式W=D/L2所 描述，其中D係玻璃基板之以公尺計的最大曲率，且L係玻璃基板之以公分計的對角長度。
在上列玻璃之另一態樣中，至少一個玻璃板具有1.8mm或更小之厚度。在光電模組包含上列玻璃之另一態樣中，玻璃板中之至少一者具有0.5mm或更小之厚度。在一些實施例中，可在滾動式條件下處理具有0.5mm或更小之厚度的玻璃板。在光電模組包含上列玻璃之另一態樣中，該模組進一步包含具有大於1.5mm之厚度之含Na結構玻璃板。在光電模組包含上列玻璃之另一態樣中，玻璃進一步包含>0-1莫耳%之CeO2、Fe2O3或TiO2。
在另一態樣中，包含上列玻璃之光電模組進一步包含沿邊緣且在第一外部防護層與第二外部防護層之間的氣密/水密密封以形成氣密密封空腔，該空腔包含至少一個晶體矽太陽能電池晶圓。
該等及其他態樣、優勢及顯著特徵將自以下詳細描述、隨附圖式及隨附申請專利範圍變得顯而易見。
在以下詳細描述中，可闡述許多特定細節以便提供對本發明之實施例之透徹理解。然而，熟悉此項技術者將清楚本發明之實施例何時可在無該等特定細節中之一些或全部的情況下得以實踐。在其他個例中，可不詳細描述熟知之特徵或製程以免對本發明之不必要模糊。另外，相似或相同參考 數字可用以識別共同或類似要素。此外，除非另有定義，如本發明所屬領域之一般技術者通常理解，本文所用之所有技術及科學術語具有相同意義。在有衝突的情況下，將以本說明書(包括本文中之定義)為準。
儘管其他方法可用於本發明之實踐或測試，但本文中描述某些適合方法及材料。
揭示材料、化合物、組成物及組分，該等材料、化合物、組合物及組分可用於、可共同用於、可準備用於所揭示方法及組成物或為所揭示方法及組成物之實施例。本文揭示該等材料及其他材料，且應理解，當揭示該等材料之組合、子集、相互作用、群組等而可能未明確揭示該等化合物之每一、各種、各別及共同組合及排列之特定參考時，本文特定設想並描述每一者。
因此，若揭示一類取代物A、取代物B及取代物C且揭示一類取代物D、取代物E及取代物F以及組合實施例A-D之實例，則個別地及共同地設想每一者。因此，在此實例中，特定地設想組合A-E、組合A-F、組合B-D、組合B-E、組合B-F、組合C-D、組合C-E及組合C-F中之每一組合且應將每一組合考慮為自A、B及/或C之揭示內容、D、E及/或F之揭示內容以及示例性組合A-D之揭示內容揭示。同樣，亦特定地設想及揭示該等材料中之任何子集或組合。因此，舉例而言，特定地設想A-E、B-F及C-E之子群組，且該子群組應考慮為自A、B及/或C之揭示內容、D、E及/或F之揭示內容以及示例性組合A-D之揭示內容揭示。此概念適用於本 揭示案之所有態樣，包括(但不限於)組成物之任何組分及製造所揭示組成物及使用所揭示組成物之方法中的步驟。因此，若存在各種可執行之額外步驟，則應理解，該等額外步驟中之每一步驟可由所揭示方法之任何特定實施例或實施例之組合實施，且特定地設想每一此組合且應將每一此組合考慮為已揭示。
此外，當本文列舉數值範圍(包含上限值及下限值)時，除非在特定情況下另有規定，否則該範圍意欲包括該範圍之端點，以及在該範圍內之所有整數及分數。本發明之範疇不欲限制在界定範圍時所列舉之特定值。此外，當數量、濃度或其他值或參數作為範圍、一或多個較佳範圍或一系列較佳上限值與較佳下限值給定時，此應理解為明確揭示自任何成對的任何範圍上限或較佳值與任何範圍下限或較佳值形成之所有範圍，而不管此等範圍是否單獨揭示。最後，當術語「約」用以描述範圍之值或端點時，應理解為該揭示內容包括所提及之特定值或端點。
如本文所使用，術語「約」意謂數量、尺寸、配方、參數及其他量及特徵並不精確且無需精確，但按要求可以是近似的及/或更大或更小反映公差、轉換因數，捨入，量測誤差及其類似者，及熟悉此項技術者熟知之其他因數。總之，無論是否清楚說明為此，量、尺寸、配方、參數或其他量或特徵是「約」或「近似的」。
本文所使用之術語「或」是包含性的，更特定而言，片語「A或B」意謂「A、B或A與B兩者」。舉例而言，本 文藉由術語(諸如「A或B中之任一者」及「A或B中之一者」)指定排他性的「或」。
不定冠詞「一」用以描述本發明之要素及組分。該等冠詞之用途意謂該等要素或組分之一或至少一個存在。儘管該等冠詞習知用以表示所修飾之名詞是單數名詞，然而除非在特定個例中另有規定，否則本文所使用之冠詞「一」亦包括複數。同樣，除非在特定個例中另有規定，否則本文所使用之定冠詞「該」亦表示所修飾之名詞可為單數或複數。
出於描述實施例之目的，應注意本文參考作為參數或另一變量之「函數」的變量不欲表示該變量僅為所列參數或變量之唯一函數。相反，本文參考作為所列參數之「函數」的變量意欲為開放式的，以便變量可為單參數或複數個參數之函數。
應注意，本文所使用之術語(如「較佳地」、「普遍地」及「典型地」)不用以限制所主張發明之範疇或暗示某些特徵對所主張發明之結構或功能是關鍵的，必要的，或甚至是重要的。相反，該等術語僅僅意欲確定本揭示案之實施例之特定態樣或強調本揭示案之特定實施例中可使用或或不使用的替代或額外特徵。
應注意，請求項中之一或多項可使用術語「其中」作為連接片語。出於界定本發明之目的，應注意，將此術語作為開放式連接片語引入請求項中，該開放式連接片語用以引入結構之一系列特徵之敘述且應以類似方式解釋為較常用之開放式前文術語「包含」。
由於用以產生本發明之玻璃組成物之原材料及/或設備，無意添加之某些雜質或組分可存在於最終的玻璃組成物中。此等材料少量存在於玻璃組成物及在本文中稱為「雜質材料」。
如本文所使用，具有0莫耳%之化合物之玻璃組成物經界定為意謂化合物，分子，或元素並非有目的地添加至組成物，但是該組成物仍可包含通常雜質量或微量之化合物。同樣，「無鐵」、「無鹼土金屬」、「無重金屬」或類似者經界定意謂化合物、分子或元素並非有目的地添加至組成物，但是組成物仍可包含近似雜質量或微量之鐵、鹼土金屬或重金屬等等。
本文所描述之玻璃一般可作為含鈉鋁矽酸鹽(或硼鋁矽酸鹽，若存在B2O3)玻璃描述，且包含SiO2、Al2O3及Na2O。該等玻璃可進一步包含鹼土金屬鹽，諸如MgO、BaO、SrO或CaO，以及K2O、B2O3及如下所描述之若干其他組分。在一些實施例中，玻璃已經設計以釋放特定量之鈉，(如本文所使用，術語「鈉」或「Na」包含鈉離子，鈉金屬，氧化鈉連同其他含鈉材料。此外，如本文所使用，「鈉」之釋放或擴散係指且包含鈉離子隨著鈉金屬、氧化鈉或其他含鈉材料之玻璃中之移動而移動，在一些實施例中，該玻璃可由半導體薄膜(諸如CIGS薄膜)使用。在一些實施例中，經由基於計算之鈉釋放之模型化來最佳化玻璃之設計，該等計算併入有組成物之成分及其相對量。此等模型慮及玻璃組成物之目標設計，該等玻璃組成物為薄膜系統提供適宜釋放或擴散比 率。
在CIGS薄膜之中的鈉擴散已展示為改善電池效率。本文所描述之含鈉鋁矽酸鹽及硼鋁矽酸鹽玻璃特定用於薄膜光電應用。更特定而言，該等玻璃用於CIGS光電模組是理想的，其中，最佳化電池效率所需之鈉中之至少一些是自基板玻璃衍生的。在該等製程中，必須自玻璃釋放最小量之鈉至CIGS膜內以提高效率，但應在理想情況下嚴密控制該量，因為過多可能在製程中導致問題，諸如對玻璃基板之差膜附著力。此外，最佳CIGS基板應具有足夠高的CTE，以緩和與CIGS層之熱膨脹失配，及具有足夠高的應變點，以允許使用更薄基板及/或更高處理溫度。
因此，本文所描述之玻璃包含如藉由「緩衝水釋放」測試(下文所界定)量測的受控鈉釋放比率、與CIGS薄膜嚴密匹配之CTE，或實質上足夠高以允許高溫處理之應變點。此外，玻璃經設計以藉由保持熔化溫度(由黏度為400 p時之溫度所界定)合理來保持可製造性。本文所描述之玻璃對藉由許多製程(但尤其是藉由熔合製程)形成玻璃板是理想的，其中玻璃需要超出130kP之液相線黏度。最終，玻璃不僅對熔合形成是理想的，與鋯石等靜壓管(即用於融合形成之傳統材料)完全相容。
SiO2(玻璃之形成所涉及之氧化物)用以使玻璃之網絡結構穩定。在一些實施例中，玻璃組成物包含65至約80莫耳%之SiO2。在一些實施例中，玻璃組成物包含70至約77莫耳%之SiO2。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約65至 約80莫耳%、約65至約77莫耳%、約65至約75莫耳%、約65至約70莫耳%、約68至約80莫耳%、約68至約77莫耳%、約68至約75莫耳%、約68至約70莫耳%、約70至約80莫耳%、約70至約77莫耳%、約70至約75莫耳%、約75至約80莫耳%、約75至約77莫耳%或約77至約80莫耳%之SiO2。在一些實施例中，玻璃組成物包含約65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79或80莫耳%之SiO2。
Al2O3可提供a)保持最低的可能液相線溫度，b)使膨脹係數降低或c)提高應變點。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約3至約13莫耳%之Al2O3。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約4.5至約10.5莫耳%之Al2O3。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約3至約13莫耳%、約3至約11.5莫耳%、約3至約10.5莫耳%、約3至約9莫耳%、約3至約5莫耳%、約5至約13莫耳%、約5至約11.5莫耳%、約5至約10.5莫耳%、約5至約9莫耳%、約9至約13莫耳%、約9至約11.5莫耳%、約9至約10.5莫耳%、約10.5至約13莫耳%、約10.5至約11.5莫耳%或約11.5至約13莫耳%之Al2O3。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、7、8、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5或13莫耳%之Al2O3。
如前所述，玻璃組成物包含鈉作為用於薄膜半導體之源。鈉含量在玻璃組成物中經獨特調整以在沒有造成附著或其他問題之情況下允許催化效應之適當的平衡。在一些實施 例中，玻璃可包含約1至約12莫耳%之Na2O。在一些實施例中，玻璃可包含約1.8至約11.8莫耳%之Na2O。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約1至約12莫耳%、約1至約11.8莫耳%、約1至約11莫耳%、約1至約10.5莫耳%、約1至約10莫耳%、約1至約9莫耳%、約1至約8莫耳%、約1至約7莫耳%、約1至約6.5莫耳%、約1至約6莫耳%、約1至約5.5莫耳%、約1至約5莫耳%、約1至約4莫耳%、約1至約3莫耳%、約1至約1.8莫耳%、約1.8至約12莫耳%、約1.8至約11.8莫耳%、約1.8至約11莫耳%、約1.8至約10.5莫耳%、約1.8至約10莫耳%、約1.8至約9莫耳%、約1.8至約8莫耳%、約1.8至約7莫耳%、約1.8至約6.5莫耳%、約1.8至約6莫耳%、約1.8至約5.5莫耳%、約1.8至約5莫耳%、約1.8至約4莫耳%、約1.8至約3莫耳%、約3至約12莫耳%、約3至約11.8莫耳%、約3至約11莫耳%、約3至約10.5莫耳%、約3至約10莫耳%、約3至約9莫耳%、約3至約8莫耳%、約3至約7莫耳%、約3至約6.5莫耳%、約3至約6莫耳%、約3至約5.5莫耳%、約3至約5莫耳%、約3至約4莫耳%、約4至約12莫耳%、約4至約11.8莫耳%、約4至約11莫耳%、約4至約10.5莫耳%、約4至約10莫耳%、約4至約9莫耳%、約4至約8莫耳%、約4至約7莫耳%、約4至約6.5莫耳%、約4至約6莫耳%、約4至約5.5莫耳%、約4至約5莫耳%、約5至約12莫耳%、約5至約11.8莫耳%、約5至約10.5莫耳%、約5至約10莫耳%、約5至約9莫耳%、約5至約8莫耳%、約5至約7莫耳%、 約5至約6.5莫耳%、約5至約6莫耳%、約5至約5.5莫耳%、約5.5至約12莫耳%、約5.5至約11.8莫耳%、約5.5至約10.5莫耳%、約5.5至約10莫耳%、約5.5至約9莫耳%、約5.5至約8莫耳%、約5.5至約7莫耳%、約5.5至約6.5莫耳%、約5.5至約6莫耳%、約6至約12莫耳%、約6至約11.8莫耳%、約6至約10.5莫耳%、約6至約10莫耳%、約6至約9莫耳%、約6至約8莫耳%、約6至約7莫耳%、約6.5至約12莫耳%、約6.5至約11.8莫耳%、約6.5至約10.5莫耳%、約6.5至約10莫耳%、約6.5至約9莫耳%、約6.5至約8莫耳%、約6.5至約7莫耳%、約7至約12莫耳%、約7至約11.8莫耳%、約7至約10.5莫耳%、約7至約10莫耳%、約7至約9莫耳%、約7至約8莫耳%、約8至約12莫耳%、約8至約11.8莫耳%、約8至約10.5莫耳%、約8至約10莫耳%、約8至約9莫耳%、約9至約12莫耳%、約9至約11.8莫耳%、約9至約10.5莫耳%、約9至約10莫耳%、約10至約12莫耳%、約10至約11.8莫耳%、約10至約10.5莫耳%、約10.5至約12莫耳%、約10.5至約11.8莫耳%或約11.8至約12莫耳%之Na2O。在一些實施例中，玻璃可包含約1、1.8、2、3、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、8、9、10、10.5、11、11.8及12莫耳%之Na2O。
B2O3可用作助熔劑以軟化玻璃，使玻璃易於熔化。B2O3亦可與非橋氧原子(NBO)反應，經由BO4四面體之形成將NBO轉化成橋接氧原子，如此藉由最小化弱NBO之數目以提高玻璃之硬度。B2O3亦降低當與較高韌性結合時降低 脆性之玻璃的硬度，因此產生機械耐用的玻璃，如此可對光電應用中之基板為有利的。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約0至約5莫耳%之B2O3。在一些實施例中，玻璃組成物可包含大於0至約5莫耳%之B2O3。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約0至約5莫耳%、0至4莫耳%、0至3莫耳%、0至約2莫耳%、0至約1莫耳%、>0至約5莫耳%、>0至約4莫耳%、>0至約3莫耳%、>0至約2莫耳%、>0至約1莫耳%、約1至約5莫耳%、約1至約4莫耳%、約1至約3莫耳%、約1至約2莫耳%、約2至約5莫耳%、約2至約4莫耳%、約2至約3莫耳%、約3至約5莫耳%、約3至約4莫耳%或約4至約5莫耳%之B2O3。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約0、>0、1、2、3、4或5莫耳%之B2O3。
MgO、CaO、SrO及BaO可用以抑制鈉自玻璃釋放，調整液相線黏度及提高應變點。此外，鹼土金屬氧化物對在更高溫度下減小該玻璃之黏度及在更低溫度下增加該玻璃之黏度有效，且可用以改善該玻璃之該熔化屬性。然而，若過量使用MgO及CaO兩者，存在朝向玻璃之相分離及失透的增長趨勢。如本文所界定，R'O包含莫耳%之MgO、CaO、SrO及BaO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約1至約15莫耳%之R'O。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約4.5至約12莫耳%之R'O。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約1至約15莫耳%、約1至約13莫耳%、約1至約12莫耳%、約1至約10莫耳%、約1至約8莫耳%、約1至約6莫耳%、約1至約4.5莫耳%、約4.5至約15莫耳%、約4.5至約13莫耳 %、約4.5至約12莫耳%、約4.5至約10莫耳%、約4.5至約8莫耳%、約4.5至約6莫耳%、約6至約15莫耳%、約6至約13莫耳%、約6至約12莫耳%、約6至約10莫耳%、約6至約8莫耳%、約8至約15莫耳%、約8至約13莫耳%、約8至約12莫耳%、約8至約10莫耳%、約10至約15莫耳%、約10至約13莫耳%、約10至約12莫耳%、約12至約15莫耳%、約12至約13莫耳%或約13至約15莫耳%之R'O。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約3、4、4.5、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15莫耳%之R'O。
在一些實施例中，可將MgO添加至玻璃以降低高溫度黏度，同時保持應變點。當與其他鹼土金屬化合物(亦即CaO、SrO及BaO)組合使用時，亦對降低熔化溫度，提高應變點或調節CTE有用。在一些實施例中，玻璃可包含>0至約10莫耳%之MgO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約2至約7莫耳%之MgO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約3至約5莫耳%之MgO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含>0至約10莫耳%、>0至約9莫耳%、>0至約8莫耳%、>0至約7莫耳%、>0至約6莫耳%、>0至約5莫耳%、>0至約4莫耳%、>0至約3莫耳%、>0至約2莫耳%、>0至約1莫耳%、約1至約10莫耳%、約1至約9莫耳%、約1至約7莫耳%、約1至約5莫耳%、約1至約4莫耳%、約1至約3莫耳%、約1至約2莫耳%、約2至約10莫耳%、約2至約9莫耳%、約2至約7莫耳%、約2至約5莫耳%、約2至約4莫耳%、約2至約3莫耳%、約3至約10莫耳%、約3至約8 莫耳%、約3至約7莫耳%、約3至約5莫耳%、約3至約4莫耳%、約4至約10莫耳%、約4至約8莫耳%、約4至約7莫耳%、約4至約5莫耳%、約5至約10莫耳%、約5至約9莫耳%、約5至約7莫耳%、約7至約10莫耳%、約7至約9莫耳%、約9至約10莫耳%之MgO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約0、>0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10莫耳%之MgO。
在一些實施例中，CaO可抑制鈉釋放，提高應變點，降低密度或降低熔化溫度。更一般而言，CaO可為某些可能的失透相之組分，特定為鈣長石(CaAl2Si2O8)，及此相具有完全固溶體(鈉長石(NaAlSi3O8))，該完全固溶體具有類似鈉相。CaO源包括石灰岩，一種廉價材料，因此，在一定程度上體積及低成本是因素，在一些實施例中，此可用以使CaO含量與相對於其他鹼土氧化物可合理實現之一樣高。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約0至約10莫耳%之CaO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含>0至約10莫耳%之CaO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含>0至約6莫耳%之CaO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含>0至約5莫耳%之CaO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含0至約10莫耳%、0至約8莫耳%、0至約6莫耳%、0至約5莫耳%、0至約4莫耳%、0至3莫耳%、0至2莫耳%、0至約1莫耳%、>0至約10莫耳%、>0至約8莫耳%、>0至約6莫耳%、>0至約5莫耳%、>0至約4莫耳%、>0至3莫耳%、>0至2莫耳%、>0至約1莫耳%、1至約10莫耳%、約1至約8莫耳%、 約1至約6莫耳%、約1至約5莫耳%、約1至約4莫耳%、約1至3莫耳%、約1至2莫耳%、約2至約10莫耳%、約2至約8莫耳%、約2至約6莫耳%、約2至約5莫耳%、約2至約4莫耳%、約2至3莫耳%、約3至約10莫耳%、約3至約8莫耳%、約3至約6莫耳%、約3至約5莫耳%、約3至約4莫耳%、約4至約10莫耳%、約4至約8莫耳%、約4至約6莫耳%、約4至約5莫耳%、約5至約10莫耳%、約5至約8莫耳%、約5至約6莫耳%、約6至約10莫耳%、約6至約8莫耳%或約8至約10莫耳%之CaO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約0、>0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10莫耳%之CaO。
在一些實施例中，玻璃可包含0至10莫耳%之SrO。SrO可抑制鈉釋放。此外，SrO可有助於更高之熱膨脹係數，且SrO及CaO之相對比例可控制以改善液相線溫度，且因此改善液相線黏度。在一些實施例中，玻璃組成物可包含0至約10莫耳%之SrO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約0至約6莫耳%之SrO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含0至約5莫耳%之SrO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含>0至約4莫耳%之SrO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含0至約10莫耳%、0至約8莫耳%、0至約6莫耳%、0至約5莫耳%、0至約4莫耳%、0至3莫耳%、0至2莫耳%、0至約1莫耳%、>0至約10莫耳%、>0至約8莫耳%、>0至約6莫耳%、>0至約5莫耳%、>0至約4莫耳%、>0至3莫耳%、>0至2莫耳%、>0至約1莫耳%、1至約10莫耳%、約1至 約8莫耳%、約1至約6莫耳%、約1至約5莫耳%、約1至約4莫耳%、約1至3莫耳%、約1至2莫耳%、約2至約10莫耳%、約2至約8莫耳%、約2至約6莫耳%、約2至約5莫耳%、約2至約4莫耳%、約2至3莫耳%、約3至約10莫耳%、約3至約8莫耳%、約3至約6莫耳%、約3至約5莫耳%、約3至約4莫耳%、約4至約10莫耳%、約4至約8莫耳%、約4至約6莫耳%、約4至約5莫耳%、約5至約10莫耳%、約5至約8莫耳%、約5至約6莫耳%、約6至約10莫耳%、約6至約8莫耳%或約8至約10莫耳%之SrO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約0、>0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10莫耳%之SrO。
BaO可抑制鈉釋放及亦可提高玻璃密度。在一些實施例中，玻璃組成物可包含0至約10莫耳%之BaO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含0至約6莫耳%之BaO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含0至約5莫耳%之BaO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含>0至約4莫耳%之BaO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含0至約10莫耳%、0至約8莫耳%、0至約6莫耳%、0至約5莫耳%、0至約4莫耳%、0至3莫耳%、0至2莫耳%、0至約1莫耳%、>0至約10莫耳%、>0至約8莫耳%、>0至約6莫耳%、>0至約5莫耳%、>0至約4莫耳%、>0至3莫耳%、>0至2莫耳%、>0至約1莫耳%、1至約10莫耳%、約1至約8莫耳%、約1至約6莫耳%、約1至約5莫耳%、約1至約4莫耳%、約1至3莫耳%、約1至2莫耳%、約2至約10莫耳%、約2至約8莫耳%、 約2至約6莫耳%、約2至約5莫耳%、約2至約4莫耳%、約2至3莫耳%、約3至約10莫耳%、約3至約8莫耳%、約3至約6莫耳%、約3至約5莫耳%、約3至約4莫耳%、約4至約10莫耳%、約4至約8莫耳%、約4至約6莫耳%、約4至約5莫耳%、約5至約10莫耳%、約5至約8莫耳%、約5至約6莫耳%、約6至約10莫耳%、約6至約8莫耳%或約8至約10莫耳%之BaO。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約0、>0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10莫耳%之BaO。
通常，鹼金屬離子可急劇提高CTE，而且亦可降低應變點，且視如何添加該等鹼金屬離子而定，可提高熔化溫度。用於提高CTE之最無效的鹼金屬氧化物為Li2O，及用於提高CTE之最有效的鹼金屬氧化物為Cs2O。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約1至約13.1莫耳%之R2O，其中，R為鹼金屬離子Na及K中之一或多個。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約2至約13.1莫耳%之R2O。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約2.3至約13.1莫耳%之R2O。在一些實施例中，玻璃組成物可包含1至約18莫耳%之M2O，其中，M為鹼金屬離子Na、Li、K、Rb及Cs中之一或多個。在一些實施例中，R2O或M2O可包含僅微量之Na2O。在一些實施例中，R2O或M2O可包含僅微量之K2O。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約2至約13.1莫耳%、約2至約12莫耳%、約2至約11莫耳%、約2至約10莫耳%、約2至約7莫耳%、約2至約5莫耳%、約2至約4莫耳%、約2至約3莫耳%、約2.3至約13.1莫耳%、約2.3至約12莫耳%、約2.3至約11 莫耳%、約2.3至約10莫耳%、約2.3至約7莫耳%、約2.3至約5莫耳%、約2.3至約4莫耳%、約2.3至約3莫耳%、約3至約13.1莫耳%、約3至約12莫耳%、約3至約11莫耳%、約3至約10莫耳%、約3至約7莫耳%、約3至約5莫耳%、約3至約4莫耳%、約4至約13.1莫耳%、約4至約12莫耳%、約4至約11莫耳%、約4至約10莫耳%、約4至約7莫耳%、約4至約5莫耳%、約5至約13.1莫耳%、約5至約12莫耳%、約5至約11莫耳%、約5至約10莫耳%、約5至約7莫耳%、約7至約13.1莫耳%、約7至約12莫耳%、約7至約11莫耳%、約7至約10莫耳%、約10至約13.1莫耳%、約10至約12莫耳%、約10至約11莫耳%、約11至約13.1莫耳%、約11至約12莫耳%或約12至約13.1莫耳%之R2O。在一些實施例中，玻璃組成物包含約2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或13.1莫耳%之R2O。
在一些實施例中，玻璃組成物可包含約1至約18莫耳%、約1至約16莫耳%、約1至約14莫耳%、約1至約10莫耳%、約1至約7莫耳%、約1至約5莫耳%、約1至約3莫耳%、約3至約18莫耳%、約3至約16莫耳%、約3至約14莫耳%、約3至約10莫耳%、約3至約7莫耳%、約3至約5莫耳%、約5至約18莫耳%、約5至約16莫耳%、約5至約14莫耳%、約5至約10莫耳%、約5至約7莫耳%、約7至約18莫耳%、約7至約16莫耳%、約7至約14莫耳%、約7至約10莫耳%、約10至約18莫耳%、約10至約16莫耳%、約10至約14莫耳%、約14至約18莫耳%、約14至約 16莫耳%或約16至約18莫耳%之M2O。在一些實施例中，玻璃組成物包含約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17或18莫耳%之M2O。
鉀可在本文所描述之組成物中發現，及如鈉一樣可具有實質流動性且可自玻璃偏移。在一些實施例中，存在K2O以提高CTE及應變點或有助於鈉釋放之抑制。在一些實施例中，玻璃可包含0至約10莫耳%之K2O。在一些實施例中，玻璃組成物可包含大於0至約9莫耳%之K2O。在一些實施例中，玻璃組成物可包含約0.5至約9莫耳%之K2O。在一些實施例中，玻璃組成物可包含0至約10莫耳%、0至約8莫耳%、0至約6莫耳%、0至約5莫耳%、0至約4莫耳%、0至3莫耳%、0至2莫耳%、0至約1莫耳%、>0至約10莫耳%、>0至約8莫耳%、>0至約6莫耳%、>0至約5莫耳%、>0至約4莫耳%、>0至3莫耳%、>0至2莫耳%、>0至約1莫耳%、1至約10莫耳%、約1至約8莫耳%、約1至約6莫耳%、約1至約5莫耳%、約1至約4莫耳%、約1至3莫耳%、約1至2莫耳%、約2至約10莫耳%、約2至約8莫耳%、約2至約6莫耳%、約2至約5莫耳%、約2至約4莫耳%、約2至3莫耳%、約3至約10莫耳%、約3至約8莫耳%、約3至約6莫耳%、約3至約5莫耳%、約3至約4莫耳%、約4至約10莫耳%、約4至約8莫耳%、約4至約6莫耳%、約4至約5莫耳%、約5至約10莫耳%、約5至約8莫耳%、約5至約6莫耳%、約6至約10莫耳%、約6至約8莫耳%或約8至約10莫耳%之K2O。在一些實施例中，玻璃組成物可包含 約0、>0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10莫耳%之K2O。
在一些實施例中，玻璃進一步包括化學澄清劑。此等澄清劑包括(但不限於)SnO2、As2O3、Sb2O3、F、Cl及Br。在一些實施例中，保持化學澄清劑之濃度在3、2、1或0.5莫耳%或更低之水平。化學澄清劑亦可包括CeO2、Fe2O3及過渡金屬之其他氧化物，諸如MnO2。在玻璃中該等氧化物可以該等氧化物之最終價態經由可見吸收將顏色引入至玻璃，且因此通常保持此等氧化物之濃度在0.5、0.4、0.3或0.2莫耳%或更低之水平。
As2O3為用於AMLCD玻璃之有效的高溫澄清劑，且在本文所描述之一些態樣中，由於As2O3優越的澄清屬性，As2O3用於澄清。然而，As2O3有毒且在玻璃製造製程期間需要特殊處理。因此，在某些態樣中，在未使用大量As2O3之情況下執行澄清，亦即，成品玻璃具有至多0.05莫耳%之As2O3。在一個態樣中，並未在玻璃之澄清中有目的地使用As2O3。此等情況下，由於存在於批料及/或用以熔化該等批料之設備中之污染物，成品玻璃通常將具有至多0.005莫耳%之As2O3。
儘管毒性不如As2O3，Sb2O3亦有毒且需要特殊處理。另外，與使用As2O3或SnO2作為澄清劑之玻璃相比，Sb2O3提高密度、提高CTE，且降低回火點。因此，在某些態樣中，在未使用大量Sb2O3之情況下執行澄清，亦即，成品玻璃具有至多0.05莫耳%之Sb2O3。在另一態樣中，並未在玻璃之澄清中有目的地使用Sb2O3。此等情況下，由於存在於批料及/或 用以熔化該等批料之設備中之污染物，成品玻璃通常將具有至多0.005莫耳%之Sb2O3。
相比As2O3及Sb2O3澄清，錫澄清(亦即，SnO2澄清)不太有效，但SnO2為不具有已知有害屬性之普遍存在的材料。若需要，錫澄清可單獨使用或可與其他澄清技術組合使用。舉例而言，錫澄清可與鹵化物澄清(諸如溴澄清)組合。其他可能組合包括(但不限於)錫澄清+硫酸鹽、硫化物、氧化鈰，機械起泡及/或真空澄清。設想此等其他澄清技術可單獨使用。美國專利第5,785,726號、第6,128,924號及第5,824,127及共同未決的美國申請案第11/116,669號(所有該等專利在此以全文引用之方式併入)揭示用於製造無砷玻璃之製程。以全文引用之方式併入之美國專利第7,696,113號揭示用於使用鐵及錫以最小化氣體包含物來製造無砷及無銻玻璃之製程。
玻璃亦可包含SnO2，此係由於使用氧化錫電極之焦耳熔化、經由分批處理含錫材料(例如SnO2、SnO、SnCO3、SnC2O2等等)或經由添加SnO2作為氧化劑以調節各種實體熔化及形成屬性。玻璃可包含0至約3莫耳%、0至約2莫耳%、0至約1莫耳%、0至0.5莫耳%或0至0.1莫耳%之SnO2。
在一些實施例中，玻璃實質上可不含Sb2O3、As2O3或以上之組合。舉例而言，玻璃可包含0.05重量%或更少之Sb2O3、As2O3或以上之組合，玻璃可包含0重量%之Sb2O3或As2O3或以上之組合，或舉例而言，玻璃可不含任何有意添加的Sb2O3、As2O3或以上之組合
額外組分可併入玻璃組成物以提供額外益處。舉例而言，可添加額外組分以調節各種物理、熔化及形成屬性。在一些實施例中，玻璃可包含用作紫外線輻射吸收劑之一或多種化合物。在一些實施例中，玻璃可包含3莫耳%或更少之TiO2、MnO、ZnO、Nb2O5、MoO3、Ta2O5、WO3、ZrO2、Y2O3、La2O3、HfO2、CdO、Fe2O3、CeO2或以上之組合。在一些實施例中，玻璃可包含0至約3莫耳%、0至約2莫耳%、0至約1莫耳%、0至0.5莫耳%、0至0.1莫耳%、0至0.05莫耳%或0至0.01莫耳%之TiO2、MnO、ZnO、Nb2O5、MoO3、Ta2O5、WO3、ZrO2、Y2O3、La2O3、HfO2、CdO、SnO2、Fe2O3、CeO2、As2O3、Sb2O3或以上之組合。在一些實施例中，玻璃可包含0至約3莫耳%、0至約2莫耳%、0至約1莫耳%、0至約0.5莫耳%之TiO2。
根據一些實施例，玻璃可進一步包含通常在商業製備玻璃中發現之污染物。另外，或或者，可在不損害玻璃組成物之熔化或形成特徵之情況下添加多種其他氧化物(例如TiO2、MnO、ZnO、Nb2O5、MoO3、Ta2O5、WO3、ZrO2、Y2O3、La2O3、P2O5及類似者)，儘管對其他玻璃組分進行調整。在彼等情況下，根據一些實施例，玻璃進一步可包括一或多個此類其他氧化物，此等氧化物中之每一者通常以未超過約3莫耳%、約2莫耳%、約1莫耳%、約0.5莫耳%、約0.25莫耳%或約0.1莫耳%之量存在，且此等氧化物之總組合濃度通常小於或等於約4莫耳%、約3莫耳%、約2莫耳%、約1莫耳%、約0.5莫耳%或約0.25莫耳%。一些情況下，只要所用 之量並未使組成物超過如上所描述之範圍之外，就可使用更高的量。根據一些實施例之玻璃亦可包括各種污染物(例如ZrO2)，該等污染物與批料有關及/或藉由用以產生玻璃之熔化，澄清及/或形成設備引入玻璃。
表1展示示例性玻璃連同玻璃屬性。一直努力以保證關於數字(例如量、溫度等等)之準確性，但應考慮到一些錯誤及偏差。除非另有指示，溫度以℃計或為環境溫度，且壓力為大氣壓或接近大氣壓。組成物本身在氧化物基礎上以莫耳%給定，且標準化至100%。存在反應條件(例如組分濃度、溫度、壓力及其他反應範圍和條件)之許多變化及組合，該等反應條件可用以最佳化自所描述之製程獲得的產品純度及產量。將僅需要合理及常規實驗以最佳化此等製程條件。
根據玻璃領域中習知之技術確定表1闡述之玻璃屬性。因此，T應變點(℃)為應變點，該應變點為黏度等於1014.7P(如藉由束彎曲或纖維伸長測量)時之溫度。在溫度範圍25-300℃內使用ASTM E228-85完成線性熱膨脹係數(CTE)，該線性熱膨脹係數以x 10-7/℃表示。回火點以℃表示且根據纖維伸長技術(ASTM C336)決定。經由Archimedes方法(ASTM C693)量測以公克/立方公分表示之密度。使用Fulcher等式擬合至經由旋轉圓柱黏度測定法量測之高溫黏度數據來計算以℃表示之熔化溫度(界定為玻璃熔體展示400泊之黏度時之溫度)。
T液相線(℃)為液相線溫度，即以標準梯度舟液相線量測(ASTM C829-81)觀測第一晶體時之溫度。此涉及在鉑舟中 放置碎玻璃顆粒，在具有梯度溫度之區域之爐內放置該舟，在適宜溫度區域加熱該舟達24小時，及藉由顯微鏡檢查決定晶體出現在玻璃之內部時的最高溫度。更特定而言，玻璃樣本自Pt舟整體移除，及使用偏振光顯微術檢查該玻璃樣本以識別晶體之位置及性質，該等晶體抵靠Pt與空氣界面形成，且形成於樣本之內部。由於該爐之梯度為眾所周知的，溫度對位置可在5至10℃之內較好地估計。在樣本之內部觀測到晶體時之溫度用以表述玻璃(在相應測試期內)之液相線。為觀測較慢生長期，有時執行測試較長時間(例如72小時)。由液相線溫度及Fulcher等式之係數決定以泊計之液相線黏度。
溫度在本文中稱作「分解溫度」或「T分解」，在該溫度之下，鋯石等靜壓管中之鋯石分解以形成氧化鋯及氧化矽。若此溫度高於在等靜壓管上所見過之任何溫度，則將不會發生熔合-拉製玻璃中之氧化鋯雜質(亦稱作「熔合線氧化鋯」)之問題。由於熔合實質為等黏度製程，故玻璃所見之最高溫度對應玻璃之特定黏度。在此項技術之熟知的彼等標準熔合-拉製操作之中，此黏度為約35000泊(「35千泊」或「35kp」)，儘管當該玻璃最初潤濕等靜壓管時黏度於短期內可低至約16000泊。吾人界定分解溫度及對應35000泊之黏度的溫度之間的差為分解餘量T餘量，其中：T餘量=T分解-T35kp其中T35kp為玻璃之黏度為35000泊時之溫度。
當該分解餘量T餘量為負時，鋯石將分解以在等靜壓 管上之一些位置處形成氧化鋯缺陷。當T餘量為零時，溫度劇增仍可能導致鋯石分解之發生。因此，不僅需要使分解餘量為正，也需要在符合所有其他屬性同時盡可能最大化T餘量，必須在最終玻璃產品中保持該等其他屬性。
藉由以下描述之緩衝水測試決定鈉及鉀釋放比率。所計算之鈉釋放(表1中之「鈉釋放模型」)以內部模型為基礎，其中，針對代表理論玻璃結構單元之各種化學組分給定重量，該等理論玻璃結構單元可有助於或抑制自玻璃之鈉釋放。
為評估玻璃之自表面釋放鹼金屬離子之傾向，已開發測試方法(稱作「緩衝水釋放」)，其中量測自碎玻璃粉末進入緩衝水溶液之此等離子之釋放。在球磨機中壓碎塊狀玻璃，且過篩至-230/+325目(粒度45-63μm)。接著用丙酮超聲清洗碎粉末若干次以移除精細顆粒，且在50℃下乾燥過夜。如此導致近似0.1m2/g±20%之BET特定表面區域。在預清洗的250mL氟化乙烯丙烯(FEP)瓶中放置5公克經清洗的粉末，且裝滿預加熱至95℃之75mL之0.05M TRIS緩衝劑(pH 7.5)。由於極低濃度之鈉及鉀，以及中性pH，已 選定此特定緩衝溶液。加蓋於該等瓶，且接著放置至95℃之乾燥箱內，並平靜保持48小時。在曝光結束時，自玻璃粉末床提取出溶液之20mL等分試樣，且藉由ICP-MS(感應耦合電漿質譜術)分析金屬離子濃度。每一測試包括無任何玻璃粉末之「空白」溶液作為基線控制。鈉及鉀之絕對濃度自空白溶液中檢測之任何溶液污染消減，且在玻璃組成物之間直接比較。通常，每一玻璃組成物測試兩次，且記錄平均濃度值。
鈉釋放測試展示CIGS製程中玻璃之效能之間的關聯，且已發現釋放小於10ppm之鈉至水溶液之玻璃意欲在處理期間供給CIGS膜足夠的鈉，如此導致後續CIGS膜具有比最佳效率更小之效率。此外，由於認為最大化鈉釋放有益於CIGS製程，先前工作集中於推動鈉釋放之極限。令人驚奇之結果是在水測試中釋放多於40ppm之鈉之玻璃為在CIGS製程期間有問題(諸如膜脫層)之相同玻璃。
除表1所圖示之特定示例性實施例外，存在亦可提供本文中所揭示之屬性，性質或預期特性之組成範圍。在表2中展示本文所體現之示例性組成範圍(所有值以莫耳%列出)。
在一些實施例中，本文描述之玻璃可經由下拉或熔合製程製成板，如以全文引用之方式併入之美國專利3,338,696號及第3,682,609號所描述。熔合拉伸製程使用等靜壓管，該等靜壓管具有用於容納熔化玻璃原材料之通道。該通道該通道之兩側具有堰，該等堰沿著通道之長度於頂部處開口。當該通道裝滿熔化材料時，熔化玻璃溢出該等堰。由於重力，熔化玻璃沿等靜壓管之外表面向下流動。此等外表面向下及向內延伸以便連接在拉伸槽之下之邊緣。兩個流動玻璃表面連接於此邊緣以熔合及形成單一流動板。熔合拉伸方法提供以下優勢，因溢出通道之兩個玻璃膜熔合至一起，故所得玻璃板之外表面均不與設備之任何部分接觸。因此，表面屬性不受此接觸影響。
熔合拉伸製程導致原始火焰磨光玻璃表面，該原始火焰磨光玻璃表面減小在用於覆蓋層或基板之玻璃板中之表面介導變形。與其他形成製程(諸如浮動製程)相比，熔合製程提供若干優勢。最初，由熔合製程製成的玻璃基板無需磨光。當前玻璃基板磨光可產生具有如原子力顯微術所量測的大於約0.5nm(Ra)之平均表面粗糙度之玻璃基板。藉由熔合製程產生之玻璃基板具有如原子力顯微術所量測之小於0.5nm之平均表面粗糙度。該等基板亦具有如光阻滯量測之平均內部應力，該平均內部應力小於或等於150泊。
儘管玻璃與熔合製程相容，亦可通過較低要求的製造製程(諸如熟悉此項技術者熟知之狹槽拉伸、浮動、輥壓及 其他板形成製程)將該玻璃製造成板或其他形狀。或者，可經由此項技術中已知之浮動或輥壓方法形成玻璃組成物。舉例而言，在一些實施例中，可使用狹槽拉伸製程。狹槽拉伸方法與熔合拉伸製程不同。此處，提供熔化原材料至導管。導管之底部具有開槽，該開槽有比另一尺寸寬之尺寸且有延伸狹槽之長度之噴嘴。熔化玻璃流經狹槽/噴嘴，且向下拉伸作為穿過及進入回火區域之連續板。與熔合拉伸製程相比，狹槽拉伸製程提供更薄的板，因為僅單一板如在熔合下拉製製程中經拉伸穿過狹槽，而不是兩個板熔合至一起。
相對於用於創造玻璃板之此等替代方法，如上所述之熔合製程可創造具有原始表面之非常薄、非常平且非常均勻的板。狹槽拉伸亦可產生原始表面，但由於孔口形狀隨時間之改變、孔口玻璃界面之不穩定碎片之堆積及創造孔口以提供真正平坦的玻璃之挑戰，狹槽拉製玻璃之尺寸一致性及表面質量通常劣於熔合拉製玻璃。浮動製程可提供非常大、均勻的板，但表面實質上受在一側上與浮動浴接觸及於另一側上自浮動浴暴露至凝結產品損害。
為與下拉製程相容，本文所描述之玻璃組成物可具有高液相線黏度。在一些實施例中，玻璃組成物可具有約100kP至3MP之液相線黏度。在一些實施例中，玻璃組成物可具有100kP、200kP、300kP、400kP、500kP、600kP、700kP、800kP、900kP、1000kP、1200kP、1500kP、2000kP、2500kP或3000kP之液相線黏度。在一些實施例中，玻璃組成物可具有約100kP或更大、約110kP或更大、約120kP或更 大、約130kP或更大、約140kP或更大、約150kP或更大、約160kP或更大、約170kP或更大、約180kP或更大、約200kP或更大、約225kP或更大、約250kP或更大、約300kP或更大、約350kP或更大、約400kP或更大、約450kP或更大、約500kP或更大、約750kP或更大、約1MP或更大或約2MP或更大之液相線黏度。
在一些實施例中，玻璃組成物可具有約540℃或更大、約550℃或更大、約560℃或更大、約570℃或更大、約580℃或更大、約590℃或更大、約600℃或更大、約610℃或更大、約620℃或更大或約630℃或更大之應變點。
在一些實施例中，玻璃可具有約60 x 10-7或更大、約61 x 10-7或更大、約62 x 10-7或更大、約63 x 10-7或更大、約64 x 10-7或更大、約65 x 10-7或更大、約66 x 10-7或更大、約67 x 10-7或更大、約68 x 10-7或更大、約69 x 10-7或更大、約70 x 10-7或更大、約71 x 10-7或更大、約72 x 10-7或更大、約73 x 10-7或更大、約74 x 10-7或更大、約75 x 10-7或更大、約76 x 10-7或更大、約77 x 10-7或更大、約78 x 10-7或更大、約79 x 10-7或更大或約80 x 10-7或更大之熱膨脹係數。
在一些實施例中，玻璃板可以具有565℃之應變點、6.5至10.5ppm/℃之熱膨脹係數，以及具有超過100,000泊之液相線黏度為特點。如此，藉由熔合製程，該等玻璃板理想地適合於形成為板。
用於外防護層之玻璃板可為任何厚度，該厚度合理用於所描述之實施例。然而，使PV模組盡可能的輕同時仍保持 結構剛性通常係最理想的。此外，更薄的玻璃之使用導致材料更少的光損耗。可使用任何適合的玻璃厚度。玻璃板實施例可具有約4mm或更小、約3mm或更小、約2.9mm或更小、約2.8mm或更小、約2.7mm或更小、約2.6mm或更小、約2.5mm或更小、約2.4mm或更小、約2.3mm或更小、約2.2mm或更小、約2.1mm或更小、約2.0mm或更小、約1.9mm或更小、約1.8mm或更小、約1.7mm或更小、約1.6mm或更小、約1.5mm或更小、約1.4mm或更小、約1.3mm或更小、約1.2mm或更小、約1.1mm或更小、約1.0mm或更小、0.9mm或更小、0.8mm或更小、0.7mm或更小、0.6mm或更小、0.5mm或更小、0.4mm或更小、0.3mm或更小、0.2mm或更小、0.1mm或更小、約900μm或更小、約800μm或更小、約700μm或更小、約600μm或更小、約500μm或更小、約400μm或更小、約300μm或更小、約200μm或更小、約100μm或更小、約90μm或更小、約80μm或更小、約70μm或更小、約80μm或更小、約70μm或更小、約60μm或更小或約50μm或更小之厚度。一些玻璃板實施例可具有約200μm至約3mm、約500μm至約3mm、約200μm至約2mm、約200μm至約1mm、約400μm至約2.5mm、約400μm至約2mm、約400μm至約1mm、約600μm至約1.5mm、約3mm至約1mm、2.5mm至約1mm、2.0mm至約1.0mm、2.0mm至約1.5mm、約1.2mm至約3.5mm、約1.5mm至約3.5mm、約1.5mm至約3.0mm、約1.5mm至約2.5mm或約1.5mm至約2.0mm之厚度。
如本文所使用，-OH為藉由紅外光譜術量測之玻璃中的羥基含量之量度，且使用用於玻璃之基本羥基吸收決定。(美國專利第6,128,924號以全文引用之方式併入本文中)。-OH為量測玻璃中之水含量之一種方式。水含量可在玻璃組成物特徵及可能影響裝置效能方面起作用。在一些實施例中，玻璃組成物包含0.1至約1、0.1至0.9、0.1至0.8、0.1至0.7、0.1至0.6、0.1至0.5、0.1至0.4、0.1至0.3、0.1至0.2、0.2至0.10、0.2至0.9、0.2至0.8、0.2至0.7、0.2至0.6、0.2至0.5、0.2至0.4、0.2至0.3、0.3至約1、0.3至0.9、0.3至0.8、0.3至0.7、0.3至0.6、0.3至0.5、0.3至0.4、0.4至約1、0.4至0.9、0.4至0.8、0.4至0.7、0.4至0.6、0.4至0.5、0.5至約1、0.5至0.9、0.5至0.5、0.5至0.7、0.5至0.6、0.6至約1、0.6至0.9、0.6至0.8、0.6至0.7、0.7至約1、0.7至0.9、0.7至0.8、0.8至約1、0.8至0.9或0.9至約1之-OH值。在一些實施例中，-OH為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1。
另外，藉由此項技術中之眾所周知之彼等方法，所有組成物為離子可交換的。在離子交換製程中，玻璃中之較小金屬離子由在接近玻璃之外表面的層內之相同價之較大金屬離子取代或「交換」。以較大離子取代較小離子在該層內產生壓縮應力。在一個實施例中，金屬離子為單價鹼金屬離子(例如Na+、K+、Rb+及類似者)，且藉由將玻璃浸入包含較大金屬離子之至少一種熔化鹽的浴中來完成離子交換，該較大金屬離子將取代玻璃中之較小金屬離子。或者，其他單價 離子(諸如Ag+、Tl+、Cu+及類似者)可用單價離子交換。離子交換製程或用以加強玻璃之製程可包括(但不限於)在類似或不同組成物之單一浴或多個浴中之浸泡，及浸泡之間之洗滌及/或回火步驟。舉例而言，實施例可藉由在410℃之溫度下暴露至熔化KNO3達8小時進行離子交換以產生壓縮應力層，該壓縮應力層具有在玻璃之表面上的至少20μm之深度(亦稱作「層深度」)及至少350MPa之最大壓縮應力。在其他實施例中，玻璃經離子交換以完成至少10MPa之中心張力。
如本文所使用之術語「太陽能電池」、「光電電池」、「PV電池」、「太陽能模組」、「光電模組」、「PV模組」、「太陽能裝置」、「光電裝置」、「PV裝置」或「裝置」係指可將光轉化成電能之任何物件。適當的太陽能電池包括薄膜太陽能電池，諸如CIGS、CdTe、CdS、非晶或薄膜Si、染料敏化太陽能等等。太陽能電池組件可包含一個或複數個太陽能電池。複數個太陽能電池可在平面中電連接或排列。另外，太陽能電池組件可進一步包含沈積在太陽能電池之上的導電膏或電線。
外防護層包含至少一個玻璃板且可視情況進一步包含聚合物、金屬或金屬板連同有機或無機塗層，表面修改或其他修改以使該等外防護層適合用於光電應用。其他修改可包括邊緣製備、用於邊緣密封之孔或狹槽、接線盒、托架或框架等等。
光電模組之實施例可進一步包含密封劑、密封材料、 填充劑、乾燥劑、紫外線輻射吸收劑及其他材料。在一些實施例中，PV模組可進一步包含聚合物材料，該等聚合物材料可充當密封劑、密封材料、填充劑、紫外線輻射吸收劑及其他材料。在此等實施例中之一些中，用以阻止水汽進入之聚合物在PV模組將暴露所處的所有溫度下均低於玻璃轉化溫度。在一些實施例中，包含密封材料、密封劑或填充劑之聚合物材料之玻璃轉化溫度可具有大於60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃或95℃之玻璃轉化溫度。用於PV模組之聚合物中之一些可降解，形成對該裝置潛在有害之產品，諸如(例如)，可在水存在之情況下降解為醋酸的聚乙烯醋酸乙烯酯。在一些實施例中，所用之聚合物可包含減少熱降解或紫外線輻射誘導降解形成腐蝕性或其他材料之材料，該等腐蝕性或其他材料可能對裝置有害。
實施例可包含封裝材料，諸如(例如)，共聚物、聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯縮醛(諸如聚乙烯醇縮丁醛(PVB))、聚胺酯、聚氯乙烯、聚乙烯(例如線性低密度聚乙烯)、聚烯烴區段共聚物彈性體、烯烴與烯屬不飽和羧酸酯之共聚物(諸如丙烯酸甲酯共聚物及丙烯酸丁酯共聚物)、矽酮彈性體、環氧樹脂及此等聚合物材料中之兩種或多種之組合，及離子聚合物，諸如DUPONT's®PV5400、PV5300、PV5200或PV8600。實施例亦可包含密封材料(諸如丁基密封劑或矽酮密封劑)以在模組周邊或接線盒處減少或阻止水汽進入。實施例亦可包含黏合劑或膠，諸如環氧樹脂或矽酮，該等黏合劑或膠可以液體、膏或固體形式應用，諸如卷或帶。
在一些實施例中，在第一外防護層之玻璃基板之上安置功能層。功能層可選自防光眩層、防汙跡層、自淨層、防反射層、防指紋層，紫外線防護層，光散射層及以上各者之組合。
在一些實施例中，一或多個額外玻璃板可在一個外防護層的與太陽能電池晶圓相對的側面上併入PV模組。額外板作為結構組分使用，且額外板之組成物可或可不具有鈉。額外玻璃板可具有足以添加結構穩定性至裝置的厚度。在一些實施例中，額外玻璃板可具有約1.2mm至約3.5mm、約1.5mm至約3.5mm、約1.5mm至約3.0mm、約1.5mm至約2.5mm或約1.5mm至約2.0mm之厚度。在一些實施例中，額外玻璃板可具有約1.5mm、約1.6mm、約1.7mm、約1.8mm、約1.9mm約、2.0mm、約2.1mm、約2.2mm、約2.3mm、約2.4mm、約2.5mm、約2.6mm、約2.7mm、約2.8mm、約2.9mm、約3.0mm、約3.1mm、約3.2mm、約3.3mm、約3.4mm或約3.5mm之厚度。

Claims (20)

  1. 一種玻璃，以莫耳%計，該玻璃包含：65-80之SiO2 3-13之Al2O3 0-5.5之B2O3 >0-10之MgO 0-10之CaO 0-10之SrO 1-12之Na2O及1
    Figure TWI636029B_C0001
    R'O
    Figure TWI636029B_C0002
    15，其中R'O=MgO+CaO+SrO+BaO，其中該玻璃在一緩衝水釋放測試中具有大於10ppm之一鈉釋放、在一緩衝水釋放測試中具有小於50ppm之一總Na+K釋放及一T餘量=T分解-T35kp>10℃，以及該玻璃具有大於565℃之一應變點。
  2. 如請求項1所述之玻璃，其中該Na+K釋放小於30ppm。
  3. 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃具有大於6ppm/℃之一熱膨脹係數。
  4. 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃具有大於585℃之一應變點。
  5. 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃具有大於130kP之一液相線黏度。
  6. 如請求項1所述之玻璃，其中該玻璃進一步包含至少一種鹼土金屬氧化物及視情況包含B2O3、ZnO或K2O。
  7. 如請求項6所述之玻璃，其中該玻璃進一步包含B2O3及K2O。
  8. 一種玻璃，以莫耳%計，該玻璃包含：65-80之SiO2 3-13之Al2O3 0-5.5之B2O3 >0-10之MgO 0-10之CaO 0-10之SrO 1-12之Na2O及1
    Figure TWI636029B_C0003
    R'O
    Figure TWI636029B_C0004
    15，其中R'O=MgO+CaO+SrO+BaO，其中該玻璃在一緩衝水釋放測試中具有大於10ppm之一Na釋放、在一緩衝水釋放測試中具有小於50ppm之一總Na+K釋放、一T餘量=T分解-T35kp>10℃、大於6ppm/℃的一熱膨脹係數及大於565℃之一應變點。
  9. 一種玻璃，以莫耳%計，該玻璃包含：65-80之SiO2 3-13之Al2O3 0-5.5之B2O3 >0-10之MgO 0-10之CaO 0-10之SrO 1-12之Na2O及1
    Figure TWI636029B_C0005
    R'O
    Figure TWI636029B_C0006
    15，其中R'O=MgO+CaO+SrO+BaO。
  10. 如請求項9所述之玻璃，其中，以莫耳%計，該玻璃包含：65-80之SiO2 3-13之Al2O3 0-5之B2O3 2-7之MgO >0-7之CaO 0-6之SrO 1-12之Na2O其中4.5
    Figure TWI636029B_C0007
    R'O
    Figure TWI636029B_C0008
    12。
  11. 如請求項9所述之玻璃，其中該玻璃進一步包含0
    Figure TWI636029B_C0009
    K2O
    Figure TWI636029B_C0010
    10及2
    Figure TWI636029B_C0011
    R2O
    Figure TWI636029B_C0012
    13.1，其中R2O=K2O+Na2O。
  12. 如請求項11所述之玻璃，其中，以莫耳%計，該玻璃包含：70-77之SiO2 4.5-10.5之Al2O3 >0-5之B2O3 3-5之MgO >0-5之CaO 0-5之SrO 1.8-11.8之Na2O >0-9之K2O及其中2.3
    Figure TWI636029B_C0013
    R2O
    Figure TWI636029B_C0014
    13.1及4.5
    Figure TWI636029B_C0015
    R'O
    Figure TWI636029B_C0016
    12。
  13. 如請求項9所述之玻璃，其中該玻璃在一緩衝水釋放測試中具有大於10ppm之一Na釋放及在一緩衝水釋放測試中具有小於50ppm之一總Na+K釋放。
  14. 如請求項13所述之玻璃，其中該玻璃具有一T餘量=T分解-T35kp>10℃。
  15. 如請求項13所述之玻璃，其中該Na+K釋放小於30ppm。
  16. 如請求項13所述之玻璃，其中該玻璃具有大於6ppm/℃之一熱膨脹係數。
  17. 如請求項16所述之玻璃，其中該玻璃具有大於585℃之一應變點。
  18. 如請求項13所述之玻璃，其中該玻璃具有大於130kP之一液相線黏度。
  19. 一種玻璃，以莫耳%計，該玻璃包含：70-77之SiO2 4.5-10.5之Al2O3 >0-5之B2O3 3-5之MgO >0-5之CaO >0-5之SrO 1.8-11.8之Na2O >0-9之K2O其中2.3
    Figure TWI636029B_C0017
    R2O
    Figure TWI636029B_C0018
    13.1及4.5
    Figure TWI636029B_C0019
    R'O
    Figure TWI636029B_C0020
    12，且該玻璃在一緩衝水釋放測試中具有大於10ppm之一Na釋放、在一緩衝水釋放測試中具有小於50ppm之一總Na+K釋放、一T餘量=T分解-T35kp>10℃、大於6ppm/℃的一熱膨脹係數及大於565℃之一應變點。
  20. 一種電子裝置，該電子裝置包含如請求項1至19中之任一者所述之該玻璃。
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