一種cigs薄膜太陽能電池用玻璃基板的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種CIGS薄膜太陽能電池用玻璃基板，包括質量百分比70.1～72%的SiO2、1.1～2%的Al2O3、0.01～0.09%的ZrO2、1.31～3.9%的K2O、10.3～13%的Na2O、6～7.9%的MgO、1.1～1.5%的CaO、3～7%的BaO與0.1～0.5%的SnO，其中MgO/CaO的值為5～7，Na2O/K2O的值為2.5～10；上述各組分按玻璃制備工藝熔融成型后即得所述玻璃基板；制得的玻璃基板在高溫熱工藝過程中熱變形量較小，因為這種玻璃的應變點至少在560℃，高于常規CIGS電池用的鈉鈣玻璃基板，而且由于熔化溫度低于1500℃，不會增加燃料的成本以及降低耐火材料的使用壽命，且熱膨脹系數在25～300℃的溫度范圍內為，滿足制備CIGS薄膜太陽能電池用玻璃基板的要求。
【專利說明】
一種CIGS薄膜太陽能電池用玻璃基板
技術領域
[0001 ]本發明涉及特種玻璃技術領域，具體是一種CIGS薄膜太陽能電池用玻璃基板。
【背景技術】
[0002] 目前，薄膜太陽能電池的玻璃基板主要以鈉鈣硅酸鹽玻璃為主，其制備技術成熟， 制造成本低，但隨著薄膜太陽能電池的實驗室研究與產業化進程的推進，CIGS薄膜太陽能 電池的高效化逐漸居于薄膜太陽能電池領域的主導地位，其制程溫度最高大約為550°C，這 對于應變點約510 °C的傳統鈉鈣硅酸鹽玻璃來說，必然會在太陽能電池器件制程工序中造 成玻璃的形變與翹曲，進而影響膜層的質量，從而使整個太陽能電池器件性能指標下降，限 制了薄膜太陽能電池光電轉換效率的進一步提升。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種CIGS薄膜太陽能電池用玻璃基板，在550°C左右的 CIGS太陽能電池工藝熱處理過程中，該玻璃基板變形小，尺寸穩定性好、平整度高，且不會 影響膜層質量。
[0004] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是： 一種CIGS薄膜太陽能電池用玻璃基板，包括質量百分比70.1~72%的Si02、1.1~2%的 AI2O3、0 · 01 ~0 · 09% 的Zr〇2、1 · 31 ~3 · 9% 的K2O、10 · 3~13% 的Na2〇、6~7 · 9% 的MgO、1 · 1 ~1 · 5% 的Ca0、3~7%的BaO與0.1~0.5%的SnO,其中MgO / CaO的值為5~7;上述各組分按玻璃制備 工藝熔融成型后即得所述玻璃基板。
[0005] 進一步的，所述恥2〇/1(2〇的值為2.5~10。
[0006] 進一步的，所述Si〇2、Al2〇3與Zr〇2的質量百分比含量總和為72.1~73%。
[0007] 進一步的，所述Mg0、Ca0與BaO的質量百分比含量總和為12~14.8%。
[0008]本發明的有益效果是，與普通鈉鈣硅玻璃相比，本發明調整了MgO / CaO與Na20/ κ20的比值，因為它們對玻璃應變點的影響顯著，通過調整它們的比值在本發明的范圍，可 以實現增加應變點與減小熱膨脹系數的目的;此外，提高Na20與Κ20的含量也有利于玻璃的 熔化;在本發明的配比下玻璃基板在實現提高耐熱性與機械強度的同時，也可達到易于熔 化的目的。
【具體實施方式】 [0009] 實施例一 本發明提供一種CIGS薄膜太陽能電池用玻璃基板，包括質量百分比71.39%的Si〇2、 1 · 1%的 AI2O3、0 · 01%的 Zr〇2、3 · 9%的 K2O、11 · 5%的 Na2〇、7 · 5% 的MgO、1 · 5%的 CaO、3% 的 BaO與 0 · 1% 的5110;1%0/0&0的值為5;他20/ 1(20的值為2.9;上述各組分按玻璃制備工藝熔融成型后即 得所述玻璃基板。
[0010] 實施例二 本發明提供一種CIGS薄膜太陽能電池用玻璃基板，包括質量百分比70.5%的Si02、1.6% 的Al2〇3、0 · 08%的Zr〇2、2 · 22%的K2O、13 · 0%的Na20、6 · 2%的MgO、1 · 2%的CaO、5 · 2%的BaO與0 · 2% 的5110;1%0/0&0的值為6;他20/ 1(20的值為5.9;上述各組分按玻璃制備工藝熔融成型后即 得所述玻璃基板。
[0011] 實施例三 本發明提供一種CIGS薄膜太陽能電池用玻璃基板，包括質量百分比70.5%的Si02、1.6% 的AI2O3、0.08%的Zr〇2、2.42%的K2O、13.0%的Na20、6%的MgO、1.2%的CaO、5.2%的BaO與0.2%的 5110;1%0/0&0的值為5;他20/ 1(20的值為5.4;上述各組分按玻璃制備工藝熔融成型后即得 所述玻璃基板。
[0012] 實施例四 本發明提供一種CIGS薄膜太陽能電池用玻璃基板，包括質量百分比70.1%的Si02、2%的 Al2〇3、0.09%的Zr〇2、1 · 31%的K20、11 · 5%的Na20、7 · 7%的MgO、1 · 1%的Ca0、6%的BaO與0 · 2%的 5110;1%0/0&0的值為7;他20/ 1(20的值為8.8;上述各組分按玻璃制備工藝熔融成型后即得 所述玻璃基板。
[0013] 實施例五 本發明提供一種CIGS薄膜太陽能電池用玻璃基板，包括質量百分比71%的Si02、1.1%的 Al2〇3、0.09%的Zr〇2、1 · 31%的K20、10 · 5%的Na20、7 · 7%的MgO、1 · 1%的Ca0、7%的BaO與0 · 2%的 5110;1%0/0&0的值為7;他20/ 1(20的值為8.8;上述各組分按玻璃制備工藝熔融成型后即得 所述玻璃基板。
[0014]實施例六 本發明提供一種CIGS薄膜太陽能電池用玻璃基板，包括質量百分比71.9%的Si02、1.1% 的 AI2O3、0 · 09% 的 Zr〇2、1 · 31% 的K2O、10 · 3% 的Na20、7 · 9% 的 MgO、1 · 1% 的 Ca0、5 · 8% 的 BaO與 0 · 5% 的5110;1%0/0&0的值為7.2;似20/ 1(20的值為7.9;上述各組分按玻璃制備工藝熔融成型后 即得所述玻璃基板。
[0015]將按實施例一至六制得的玻璃基板與按傳統組分鈉鈣玻璃的各項性能指標進行 對比，包括熱膨脹系數、應變點、液相線溫度、熔化溫度、脆性指數以及體電阻率，具體見下 表：
由上表可看出，實施例一至六玻璃基板的熱膨脹系數/1: H5.~gcixHyyt：之間，應 變點在560 °C以上，滿足CIGS薄膜太陽能電池用玻璃基板的性能要求。傳統鈉鈣玻璃的熱膨 脹系數滿足要求，但應變點在510°C左右，這樣在550~600°C的烘烤下，玻璃的尺寸穩定性 將會顯著降低，同時玻璃基板上表面的膜層會由于玻璃變形而脫落。
[0016]對于玻璃液粘性為10Pa. s時的熔化溫度，本發明中的熔化溫度小于1500°C，與鈉 鈣玻璃接近，因此不存在傳統玻璃基板組份由高溫粘性導致的澄清困難與熔制成本高等問 題。
[0017] 實施例一至六中，MgO / CaO的值為5~7.2,脆性指數增加到6500~6900m-1/2,這 意味著外界因素導致的刮擦、劃傷的影響可以大大地降低;而傳統鈉鈣玻璃的脆性指數達 到了7100~7530nfV2,這是容易產生刮擦劃傷的范圍，傳統鈉鈣玻璃由于劃傷造成的局部 缺陷可能隨制備過程與后處理過程而增加。
[0018] 實施例一至六中，當Na2〇/K2〇的值在2.9以上時，體電阻率達到1012' 1~1013〇、〇総； 而傳統鈉鈣玻璃體電阻率為1〇8·9~10η1)χ_，所以本發明通過調節Na 20/K20值可使體電 阻率達到常規玻璃基板的水平，同時可有效抑制堿金屬與CIGS薄膜材料之間的反應。
[0019] Na20是助熔劑，由于它對熱膨脹率有較大影響，可有效調節玻璃的熱膨脹系數。本 發明中的Na20含量是10.3~13%，如果含量低于10.3%，熔融性變差，均化變得困難;如果含 量高于13%，熱膨脹系數增加，應變點降低，耐水性和耐化學性變差，適宜的含量是10.3~ 13%〇
[0020] K20是調節玻璃組份高溫與低溫粘性的成份，它通過與Na20的混合效應控制堿金屬 離子在玻璃中的迀移，影響玻璃的電導率。本發明中κ20的含量為1.31~3.9%，為了實際玻 璃的應變點提高與降低玻璃熔化的溫度，Na20/ Κ20的值優選為2.5~10。
[0021] MgO可以降低玻璃成份的高溫粘性，增加低溫粘性，還可以增加玻璃成份的應變 點，本發明中MgO的含量為6~7.9%，如果含量大于6%，由于高溫粘性的降低，可以使得澄清 過程在較低的溫度下進行;如果含量高于7.9%，由于高溫粘性的降低可能使得玻璃液相線 溫度的增加，熱膨脹系數也會降低，適宜的范圍為6~7.9%。
[0022] CaO與MgO的功效相似，也可降低玻璃液的高溫粘性。如果一個組份中MgO的含量在 6%以上，則CaO的適宜范圍為0~1.5%，如果含量高于1.5%，則玻璃液容易結晶，更適宜的范 圍是1.1~1.5%。
[0023] MgO/CaO的適宜范圍是5~7，如果超出這一范圍，則玻璃的耐刮擦性能，即脆性指 數，會由于MgO與CaO之間的離子混合效應而降低，且玻璃網絡對MgO的親合性強于其他堿土 金屬氧化物，以及小的離子半徑，會降低玻璃的密度。
[0024]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制;任 何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方 法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實 施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做 的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
【主權項】
1. 一種CIGS薄膜太陽能電池用玻璃基板，其特征在于，包括質量百分比70.1~72%的 Si〇2、1 · 1 ~2% 的Ah〇3、0 · 01 ~0 · 09% 的Zr〇2、1 · 31 ~3 · 9% 的K20、10 · 3~13% 的Na20、6~7 · 9% 的 MgO、1 · 1~1 ·5%的CaO、3~7%的BaO與0· 1~0·5%的SnO,其中MgO / CaO的值為5~7;上述各 組分按玻璃制備工藝熔融成型后即得所述玻璃基板。2. 根據權利要求1所述的一種CIGS薄膜太陽能電池用玻璃基板，其特征在于，所述Na20/ 心0的值為2.5~10。3. 根據權利要求1所述的一種CIGS薄膜太陽能電池用玻璃基板，其特征在于，所述Si02、 Al2〇3與Zr02的質量百分比含量總和為72.1~73%。4. 根據權利要求1所述的一種CIGS薄膜太陽能電池用玻璃基板，其特征在于，所述MgO、 CaO與BaO的質量百分比含量總和為12~14.8%。
【文檔編號】C03C3/087GK105837032SQ201610411356
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】彭壽, 崔介東, 王蕓, 曹欣, 石麗芬, 高強, 單傳麗
【申請人】蚌埠玻璃工業設計研究院