1、薄膜太阳能电池用玻璃基础培训,2014年6月21日,工程技术研究中心 原材料组,主要内容,一.玻璃加工工艺浮法与压延超白与普白钢化、半钢化与非钢化单绒面与双绒面减反射二.玻璃重要性能外观性能机械性能电学性能光学性能,玻璃加工工艺-浮法与压延,1.浮法玻璃亦称退火玻璃 浮法玻璃是用海沙、石英砂岩粉、纯碱、白云石等原料，按一定比例配制，经熔窑高温熔融，熔融液从池窑中连续流入保护气体（N2及H2）的锡槽，漂浮在相对密度大的锡液表面上，在重力和表面张力的作用下 ，玻璃液在锡液面上铺开、摊平、形成上下表面平整、硬化、冷却后被引上过渡辊台。辊台的辊子转动 ，把玻璃带拉出锡槽进入退火窑，经退火、切裁，就得到
2、平板玻璃产品 。,玻璃加工工艺-浮法与压延,1.浮法玻璃亦称退火玻璃 浮法玻璃优点 ：玻璃表面特别光滑、平整无波纹、上下表面互相平行、厚度非常均匀、透视性佳、具有一定韧性、光学畸变很小的特点。生产线的规模不受成形方法的限制 ，单位产品的能耗低 ； 易于科学化管理和实现全线自动化 ；连续作业周期可长达几年，有利于稳定地生产 。,玻璃加工工艺-浮法与压延,2.压延玻璃亦称压花玻璃 、轧花玻璃 压延玻璃是用石英砂岩粉、硅砂、钾化石、纯碱、芒硝等原料，按一定比例配制，经熔窑高温熔融，压延法生产出来的透明无色的平板玻璃。是采用压延方法制造的一种平板玻璃，制造工艺分为单辊法和双辊法。,玻璃加工工艺-浮法与
3、压延,2.压延玻璃亦称压花玻璃 、轧花玻璃 单辊法：将玻璃液浇注到压延成型台上，台面可以用铸铁或铸钢制成，台面或轧辊刻有花纹，轧辊在玻璃液面碾压，制成的压花玻璃再送入退火窑。 双辊法：双辊法又分为半连续压延和连续压延两种工艺，玻璃液通过水冷的一对轧辊，随辊子转动向前拉引至退火窑，一般下辊表面有凹凸花纹，上辊是抛光辊，从而制成单面有图案的压花玻璃。 压花玻璃优点：理化性能基本与普通透明平板玻璃相同，在光学上具有透光不透明的特点，可使光线柔和，并具有陷私的屏护作用和一定的装饰效果。,玻璃加工工艺-超白与普白,1.Fe3+离子吸收光原理： 处在低能级的电子吸收某个波段的光向高能级跃迁，未成对的电子相
4、对于成对电子更容易吸收能量发生跃迁，如Fe3+，Cu2+等，由于有相当一部分物质的电子跃迁吸收波段在在可见光与近红外范围之外，我们可以忽然不计， 而 Fe3+吸收的光波恰好在可见光区，导致大量可见光被Fe3+ 吸收，所以降低Fe3+含量可以提升可见光的利用率。2.超白与普白： 降低玻璃配方中的铁离子含量，可以使玻璃变的更加透明，现代工业中一般超白玻璃的铁含量120 ppm，而普白玻璃的铁含量大约为800900 ppm。所以超白玻璃是一种超透明低铁玻璃，也称低铁玻璃。,玻璃加工工艺-超白与普白,超白玻璃,普白玻璃,玻璃加工工艺-钢化、半钢化与非钢化,钢化玻璃 玻璃钢化是经强化处理，在玻璃表面上形
5、成一个压应力层，从而具有良好的机械性能和耐热震性能。工艺上分为化学钢化和物料钢化。 A.化学钢化玻璃是通过改变玻璃的表面的化学组成来提高玻璃的强度，一般是应用离子交换法进 行钢化。其方法是将含有碱金属离子的硅酸盐玻璃，浸入到400左右熔融状态的锂（Li + ）盐中，使玻璃表层半径较大的Na +或K +离子与半径较小Li +离子发生交换，表面形成Li +离子交换层，由于Li +的膨胀系数小于Na + 、K +离子，从而在冷却过程中造成外层收缩较小而内层收缩较大，当冷却到常温后，玻璃便同样处于内层受拉，外层受压的状态，其效果类似于物理钢化玻璃。,玻璃加工工艺-钢化、半钢化与非钢化,钢化玻璃 B.物
6、理钢化玻璃是玻璃在加热到Tg(530590)以上温度，低于软化点(700800 )的温度然后均匀的聚冷，玻璃外层首先收缩硬化，由于玻璃的导热系数小，这时玻璃内部仍处于高温状态，待到玻璃内部也开始硬化时，已经硬化的外层将阻止内层的收缩，从而使先硬化的外层产生压应力，后硬化的内层产生张应力，这就提高了玻璃的机械强度。,玻璃加工工艺-钢化、半钢化与非钢化,钢化 玻璃 C.钢化玻璃的优点： 安全性：当玻璃被外力破坏时，碎片会成类似蜂窝状的碎小钝角颗粒，不易对人体造成伤害。 高强度：同等厚度的钢化玻璃抗冲击强度是普通玻璃的35倍，抗弯强度是普通玻璃的35倍。 热稳定：钢化玻璃具有良好的热稳定性，能承受的
7、温差是普通玻璃的3倍，可承受200的温差变化。,玻璃加工工艺-钢化、半钢化与非钢化,钢化 玻璃 D.钢化玻璃的缺点：a. 钢化后的玻璃不能再进行切割，和加工，只能在钢化前就对玻璃进行加工至需要的形状，再进行钢化处理。b. 钢化玻璃强度虽然比普通玻璃强，但是钢化玻璃在温差变化大时有自爆（自己破裂）的可能性，而普通玻璃不存在自爆的可能性。c. 钢化玻璃的表面会存在凹凸不平现象，有轻微的厚度变薄。变薄的原因是因为玻璃在热熔软化后，在经过强风力使其快速冷却，使其玻璃内部晶体间隙变小，压力变大，所以玻璃在钢化后要比在钢化前要薄。一般情况下4-6MM玻璃在钢化后变薄0.2-0.8MM，8-20MM玻璃在钢
8、化后变薄0.9-1.8MM。具体程度要根据设备的来决定，这也是钢化玻璃不能做镜面的原因。 d.与半钢化和非钢化相比绝缘性较差，难以通过组件湿漏电阻测试。,玻璃加工工艺-钢化、半钢化与非钢化,2.半钢化玻璃 玻璃半钢化也是通过控制加热和冷却过程，在玻璃表面引入永久应力层，从而具有良好的机械性能和耐热震性能，并具有特定的碎片状态。半钢化工艺方法和物理钢化类似。只是冷却速度较慢，因此其表面张力稍小于钢化玻璃。 半钢化玻璃性能介于非钢化玻璃和钢化玻璃之间，它兼有钢化玻璃的强度高于非钢化玻璃的特点，同时又回避了钢化玻璃平整度差，易自爆，一旦破坏即整体粉碎等不如人意之弱点。半钢化玻璃破坏时，沿裂纹源呈放射
9、状径向开裂，一般无切向裂纹扩展，所以破坏后仍能保持整体不塌落。,玻璃加工工艺-钢化、半钢化与非钢化,3.非钢化玻璃亦称退火玻璃 A.优点： 能再进行随意切割和加工。表面平整，可用与对平整度要求高的行业，如镜面、和薄膜太阳能镀膜 B.缺点： 安全性差：当玻璃被外力破坏时，碎片边缘尖锐，易对人体造成伤害。 强度低：受机械力作用和热冲击时容易破碎。 热稳定性差：承受的剧烈的温差变化时玻璃易破碎。,玻璃加工工艺-单绒面与双绒面,单绒面玻璃 单绒面压花玻璃的一面具有一定粗糙度的绒面结构（制绒可以提高光在入射面的多重反射，让更多的光照到光伏组件里面）、另一面带有压花面，压花面由不同的压延辊压制成不同花形。
10、一般单绒面玻璃的绒面作为上表面，压花面作为下表面来应用。其下压延辊花纹密度为32目/英吋(指1英吋长度内单个花形的数量)，玻璃的花纹深度为45100um，3001100nm范围波长光线的透光率91.50。,单绒面结构,玻璃加工工艺-单绒面与双绒面,2.双绒面玻璃双绒面和单绒面玻璃均用于太阳能电池组件，其主要特点如下：A、双绒面与单绒面玻璃采用的原料相同；生产工艺上区别在于：压花辊上辊相同，下辊不一样；双绒面从外观看区别于单绒面玻璃，单绒面玻璃上表面为绒面，下表面为布纹压花；双绒面上、下表面均为绒面，花型粗糙度（Ra）为0.51.5微米之间。B、从透光率来说，在不镀膜的情况下，双绒面玻璃较单绒面
11、玻璃透光率高0.5%。镀膜后双绒面玻璃透光率可以达到94%以上。镀膜后单绒面玻璃透光率可以达到92%以上。使用双绒面玻璃（未镀膜）做的组件，功率高于普通压花玻璃0.5W至1W。C、从双绒面生产的成品率来分析，双绒面的生产难度大，成品率比单绒面玻璃低10%左右，双绒面的销售价格也比单绒面玻璃一些。,玻璃加工工艺-减反射,减反射玻璃亦称AR玻璃、增透玻璃 A. 减反射玻璃是在超白玻璃表面镀上一层减反射膜，从而实现进一步有效地降低玻璃反射率，提高玻璃的透光率。 B.镀膜玻璃的生产方法主要有： a.化学气相沉积法：导入离子化氨气和硅烷，在浮法玻璃或硅片均匀地沉积SiN形成镀膜玻璃。该方法的特点是易调控
12、，产品成本低、化学稳定性好，可进行热加工，目前多用于晶硅行业。 b.溶胶凝胶法：利用SiO2纳米材料溶胶玻璃表面形成一层薄膜，此化学膜层粘附在玻璃之表面上层经过700高温钢化后与玻璃充分结合在一体，膜层非常牢固。生产镀膜玻璃工艺简单，稳定性好。 c.真空蒸发法：利用多孔SiO2纳米材料在玻璃表面涂敷形成一层薄膜，再经过带真空的烘道设备，使部分有机溶剂蒸发，在玻璃表面形成一层减反射膜，该方法优点是玻璃不需经过钢化，温度要求低，产品透光率高，缺点是膜层不太牢固。,玻璃加工工艺-减反射,减反射玻璃亦称AR玻璃、增透玻璃 金晶普通超白和AR超白浮法玻璃在4001100nm波段透过率曲线如下图：,透过率
13、%,玻璃重要性能,玻璃重要性能-外观性能,1.外观尺寸,玻璃重要性能-外观性能,2.平整度及磨边倒角,玻璃重要性能-机械性能,1.机械强度根据IEC 61646, 组件需通过2400 Pa(甚至5400 Pa)的机械载荷测试和冰雹测试。,玻璃重要性能-机械性能,2.钢化玻璃的自爆 根源玻璃自身的缺陷：夹杂、结石、气泡、缺角、爆边等。A.夹杂物自身相变的体积膨胀，引起应力集中； NiS夹杂：高温相-NiS和低温相-NiS，相变温度为379。玻璃在钢化炉内加热时，因加热温度远高于相变温度，NiS全部转变为相。然而在随后的钢化淬冷过程中，-NiS来不及转变为-NiS，从而被冻结在钢化玻璃中。在室温环
14、境下，不稳定的-NiS有逐渐转变为-NiS的趋势。这种转变伴随着约 24的体积膨胀，使玻璃承受巨大的相变张应力，从而自爆。B.杂质颗粒与玻璃基体的热膨胀系数不匹配，在受热环境中产生应力集中；C.玻璃承受机械应力，在缺陷处产生应力集中。,玻璃重要性能-机械性能,3.如何降低自爆率？ A.采用半钢化玻璃，降低NiS相变的机率； B.采用均质化处理：将已钢化的玻璃放在热浸炉内进行处理，经过加热、保温和降温过程，使钢化玻璃内的硫化趋于稳定，已达到降低自爆率的目的。对于内部存在结石、气泡的玻璃，在热浸处理炉内可以诱发爆裂，在使用过程中的自爆率将会大大降低； C.采用超白玻璃：杂质较少 (0.03%).,
15、玻璃重要性能-电学性能,1.导电机理一般的硅酸盐玻璃为离子导电，即以离子为载流子。在外电场作用下，载流子由原先无定向的离子热运动转为作定向移动，而显示出导电性。载流子通常是玻璃中的阳离子，尤以碱金属离子为主（如Na+,K+等），二价阳离子（Ca2+,Mg2+等）的能动度低，因此可认为全部电流几乎由一种阳离子负载。例如在Na2OCaOSiO2玻璃中，可以认为全部电流都由Na+离子传递，而Ca2+离子的作用可以忽略不计。少量Al2O3对玻璃电阻率的影响没有定论。在常温下，玻璃中作为硅氧骨架或硼氧骨架的阴离子团，在外电场作用下几乎没有移动的能力。随着温度的升高，参与电流的金属离子和阴离子数逐渐增多。
16、到熔融状态，玻璃变成良导体。,玻璃重要性能-电学性能,2.绝缘性能 A.离子浓度：Na+,K+,Ca2+,Mg2+等。 当SiO2含量不变时，以CaO置换Na2O，电阻率大大上升。原因：二价离子阻碍 碱金属离子的迁移导电。文献指出，二价离子半径愈大，阻碍效果愈显著，即电阻率越大。这一点待数据确认。,玻璃重要性能-电学性能,2.绝缘性能 B.温度 玻璃的电导率随温度升高而增大。在玻璃转变温度Tg（约550）以下，由于玻璃结构相对稳定，电导率与1/T呈直线关系；当温度高于Tg时，玻璃结构中质点发生了重排，电导率随温度上升剧烈升高；自玻璃软化点（约720）以上，电导率与1/T的关系曲线趋于平坦。 C
17、.热处理 当玻璃中存在应力时，电导率增加；因此玻璃退火越好，它的电导率就越小。 文献指出，玻璃经钢化后其电导率比退火玻璃更高，约高 37 倍，这是因为钢化玻璃保持了高温的疏松结构，离子迁移阻力较小。,玻璃重要性能-电学性能,2.绝缘性能 D.湿度 当温度低于100时，在潮湿空气中，玻璃的表面电导率比体积电导率大得多。原因：玻璃表面的金属离子溶于玻璃表层吸附的水分，使玻璃表面电导率增加。 玻璃的表面电导率，是指边长为100mm的正方形面积，在其相对两边上测得的电导率。单位为： -1。 在湿漏电测试中，玻璃的表面导电占主导因素！,玻璃重要性能-光学性能,1.透过率 透过率是在入射光通量自被照面或介质入射面至另外一面离开的过程中， 投射并透过物体的辐射能与投射到物体上的总辐射能之比。不同厂家及玻璃类型在4001100nm波长下的透过率测试如下,玻璃重要性能-光学性能,2.雾度 雾度是入射光透过样品后偏离入射方向一定角度以上的漫透射通量与总透射通量的比值。雾度常用于描述透明材料的漫射特性,
