薄膜太陽能電池用玻璃基礎(chǔ)培訓(xùn)

薄膜太陽能電池用玻璃基礎(chǔ)培訓(xùn)第1頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二主要內(nèi)容一.玻璃加工工藝浮法與壓延超白與普白鋼化、半鋼化與非鋼化單絨面與雙絨面減反射二.玻璃重要性能外觀性能機械性能電學(xué)性能光學(xué)性能第2頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃加工工藝-浮法與壓延1.浮法玻璃亦稱退火玻璃浮法玻璃是用海沙、石英砂巖粉、純堿、白云石等原料，按一定比例配制，經(jīng)熔窯高溫熔融，熔融液從池窯中連續(xù)流入保護氣體（N2及H2）的錫槽，漂浮在相對密度大的錫液表面上，在重力和表面張力的作用下，玻璃液在錫液面上鋪開、攤平、形成上下表面平整、硬化、冷卻后被引上過渡輥臺。輥臺的輥子轉(zhuǎn)動，把玻璃帶拉出錫槽進入退火窯，經(jīng)退火、切裁，就得到平板玻璃產(chǎn)品。

原材料混合池爐熔融錫槽成型冷卻硬化退火切裁第3頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃加工工藝-浮法與壓延1.浮法玻璃亦稱退火玻璃

浮法玻璃優(yōu)點：玻璃表面特別光滑、平整無波紋、上下表面互相平行、厚度非常均勻、透視性佳、具有一定韌性、光學(xué)畸變很小的特點。生產(chǎn)線的規(guī)模不受成形方法的限制，單位產(chǎn)品的能耗低；易于科學(xué)化管理和實現(xiàn)全線自動化；連續(xù)作業(yè)周期可長達幾年，有利于穩(wěn)定地生產(chǎn)。

第4頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃加工工藝-浮法與壓延2.壓延玻璃亦稱壓花玻璃、軋花玻璃

壓延玻璃是用石英砂巖粉、硅砂、鉀化石、純堿、芒硝等原料，按一定比例配制，經(jīng)熔窯高溫熔融，壓延法生產(chǎn)出來的透明無色的平板玻璃。是采用壓延方法制造的一種平板玻璃，制造工藝分為單輥法和雙輥法。原材料混合池爐熔融碾壓/輥壓成型冷卻硬化退火切裁第5頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃加工工藝-浮法與壓延2.壓延玻璃亦稱壓花玻璃、軋花玻璃

單輥法：將玻璃液澆注到壓延成型臺上，臺面可以用鑄鐵或鑄鋼制成，臺面或軋輥刻有花紋，軋輥在玻璃液面碾壓，制成的壓花玻璃再送入退火窯。

雙輥法：雙輥法又分為半連續(xù)壓延和連續(xù)壓延兩種工藝，玻璃液通過水冷的一對軋輥，隨輥子轉(zhuǎn)動向前拉引至退火窯，一般下輥表面有凹凸花紋，上輥是拋光輥，從而制成單面有圖案的壓花玻璃。

壓花玻璃優(yōu)點：理化性能基本與普通透明平板玻璃相同，在光學(xué)上具有透光不透明的特點，可使光線柔和，并具有陷私的屏護作用和一定的裝飾效果。第6頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃加工工藝-超白與普白1.Fe3+離子吸收光原理：

處在低能級的電子吸收某個波段的光向高能級躍遷，未成對的電子相對于成對電子更容易吸收能量發(fā)生躍遷，如Fe3+，Cu2+等，由于有相當(dāng)一部分物質(zhì)的電子躍遷吸收波段在在可見光與近紅外范圍之外，我們可以忽然不計，

而Fe3+吸收的光波恰好在可見光區(qū)，導(dǎo)致大量可見光被Fe3+

吸收，所以降低Fe3+含量可以提升可見光的利用率。

2.超白與普白：降低玻璃配方中的鐵離子含量，可以使玻璃變的更加透明，現(xiàn)代工業(yè)中一般超白玻璃的鐵含量<120ppm，而普白玻璃的鐵含量大約為800~900ppm。所以超白玻璃是一種超透明低鐵玻璃，也稱低鐵玻璃。第7頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃加工工藝-超白與普白超白玻璃普白玻璃第8頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃加工工藝-鋼化、半鋼化與非鋼化鋼化玻璃

玻璃鋼化是經(jīng)強化處理，在玻璃表面上形成一個壓應(yīng)力層，從而具有良好的機械性能和耐熱震性能。工藝上分為化學(xué)鋼化和物料鋼化。A.化學(xué)鋼化玻璃是通過改變玻璃的表面的化學(xué)組成來提高玻璃的強度，一般是應(yīng)用離子交換法進行鋼化。其方法是將含有堿金屬離子的硅酸鹽玻璃，浸入到400℃左右熔融狀態(tài)的鋰（Li+）鹽中，使玻璃表層半徑較大的Na+或K+離子與半徑較小Li+離子發(fā)生交換，表面形成Li+離子交換層，由于Li+的膨脹系數(shù)小于Na+、K+離子，從而在冷卻過程中造成外層收縮較小而內(nèi)層收縮較大，當(dāng)冷卻到常溫后，玻璃便同樣處于內(nèi)層受拉，外層受壓的狀態(tài)，其效果類似于物理鋼化玻璃。

玻璃原片檢驗清洗化學(xué)鋼化保溫冷卻清洗干燥第9頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃加工工藝-鋼化、半鋼化與非鋼化鋼化玻璃

B.物理鋼化玻璃是玻璃在加熱到Tg(530~590℃)以上溫度，低于軟化點(700~800℃)的溫度然后均勻的聚冷，玻璃外層首先收縮硬化，由于玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)小，這時玻璃內(nèi)部仍處于高溫狀態(tài)，待到玻璃內(nèi)部也開始硬化時，已經(jīng)硬化的外層將阻止內(nèi)層的收縮，從而使先硬化的外層產(chǎn)生壓應(yīng)力，后硬化的內(nèi)層產(chǎn)生張應(yīng)力，這就提高了玻璃的機械強度。玻璃原片檢驗清洗加熱風(fēng)壓急速冷卻清洗干燥第10頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃加工工藝-鋼化、半鋼化與非鋼化鋼化

玻璃

C.鋼化玻璃的優(yōu)點：安全性：當(dāng)玻璃被外力破壞時，碎片會成類似蜂窩狀的碎小鈍角顆粒，不易對人體造成傷害。高強度：同等厚度的鋼化玻璃抗沖擊強度是普通玻璃的3～5倍，抗彎強度是普通玻璃的3～5倍。熱穩(wěn)定：鋼化玻璃具有良好的熱穩(wěn)定性，能承受的溫差是普通玻璃的3倍，

可承受200℃的溫差變化。

第11頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃加工工藝-鋼化、半鋼化與非鋼化鋼化

玻璃

D.鋼化玻璃的缺點：

a.鋼化后的玻璃不能再進行切割，和加工，只能在鋼化前就對玻璃進行加工至需要的形狀，再進行鋼化處理。

b.鋼化玻璃強度雖然比普通玻璃強，但是鋼化玻璃在溫差變化大時有自爆（自己破裂）的可能性，而普通玻璃不存在自爆的可能性。

c.鋼化玻璃的表面會存在凹凸不平現(xiàn)象，有輕微的厚度變薄。變薄的原因是因為玻璃在熱熔軟化后，在經(jīng)過強風(fēng)力使其快速冷卻，使其玻璃內(nèi)部晶體間隙變小，壓力變大，所以玻璃在鋼化后要比在鋼化前要薄。一般情況下4-6MM玻璃在鋼化后變薄0.2-0.8MM，8-20MM玻璃在鋼化后變薄0.9-1.8MM。具體程度要根據(jù)設(shè)備的來決定，這也是鋼化玻璃不能做鏡面的原因。d.與半鋼化和非鋼化相比絕緣性較差，難以通過組件濕漏電阻測試。

第12頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃加工工藝-鋼化、半鋼化與非鋼化2.半鋼化玻璃

玻璃半鋼化也是通過控制加熱和冷卻過程，在玻璃表面引入永久應(yīng)力層，從而具有良好的機械性能和耐熱震性能，并具有特定的碎片狀態(tài)。半鋼化工藝方法和物理鋼化類似。只是冷卻速度較慢，因此其表面張力稍小于鋼化玻璃。

半鋼化玻璃性能介于非鋼化玻璃和鋼化玻璃之間，它兼有鋼化玻璃的強度高于非鋼化玻璃的特點，同時又回避了鋼化玻璃平整度差，易自爆，一旦破壞即整體粉碎等不如人意之弱點。半鋼化玻璃破壞時，沿裂紋源呈放射狀徑向開裂，一般無切向裂紋擴展，所以破壞后仍能保持整體不塌落。第13頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃加工工藝-鋼化、半鋼化與非鋼化3.非鋼化玻璃亦稱退火玻璃

A.優(yōu)點：能再進行隨意切割和加工。

表面平整，可用與對平整度要求高的行業(yè)，如鏡面、和薄膜太陽能鍍膜

B.缺點：安全性差：當(dāng)玻璃被外力破壞時，碎片邊緣尖銳，易對人體造成傷害。強度低：受機械力作用和熱沖擊時容易破碎。熱穩(wěn)定性差：承受的劇烈的溫差變化時玻璃易破碎。

第14頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃加工工藝-單絨面與雙絨面單絨面玻璃

單絨面壓花玻璃的一面具有一定粗糙度的絨面結(jié)構(gòu)（制絨可以提高光在入射面的多重反射，讓更多的光照到光伏組件里面）、另一面帶有壓花面，壓花面由不同的壓延輥壓制成不同花形。一般單絨面玻璃的絨面作為上表面，壓花面作為下表面來應(yīng)用。其下壓延輥花紋密度為32目/英吋(指1英吋長度內(nèi)單個花形的數(shù)量)，玻璃的花紋深度為45～100um，300～1100nm范圍波長光線的透光率91.50％。

單絨面結(jié)構(gòu)第15頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃加工工藝-單絨面與雙絨面2.雙絨面玻璃雙絨面和單絨面玻璃均用于太陽能電池組件，其主要特點如下：A、雙絨面與單絨面玻璃采用的原料相同；生產(chǎn)工藝上區(qū)別在于：壓花輥上輥相同，下輥不一樣；雙絨面從外觀看區(qū)別于單絨面玻璃，單絨面玻璃上表面為絨面，下表面為布紋壓花；雙絨面上、下表面均為絨面，花型粗糙度（Ra）為0.5－1.5微米之間。

B、從透光率來說，在不鍍膜的情況下，雙絨面玻璃較單絨面玻璃透光率高0.5%。鍍膜后雙絨面玻璃透光率可以達到94%以上。鍍膜后單絨面玻璃透光率可以達到92%以上。使用雙絨面玻璃（未鍍膜）做的組件，功率高于普通壓花玻璃0.5W至1W。

C、從雙絨面生產(chǎn)的成品率來分析，雙絨面的生產(chǎn)難度大，成品率比單絨面玻璃低10%左右，雙絨面的銷售價格也比單絨面玻璃一些。第16頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃加工工藝-減反射

減反射玻璃亦稱AR玻璃、增透玻璃

A.減反射玻璃是在超白玻璃表面鍍上一層減反射膜，從而實現(xiàn)進一步有效地降低玻璃反射率，提高玻璃的透光率。B.鍍膜玻璃的生產(chǎn)方法主要有：a.化學(xué)氣相沉積法：導(dǎo)入離子化氨氣和硅烷，在浮法玻璃或硅片均勻地沉積SiN形成鍍膜玻璃。該方法的特點是易調(diào)控，產(chǎn)品成本低、化學(xué)穩(wěn)定性好，可進行熱加工，目前多用于晶硅行業(yè)。b.溶膠凝膠法：利用SiO2納米材料溶膠玻璃表面形成一層薄膜，此化學(xué)膜層粘附在玻璃之表面上層經(jīng)過700℃高溫鋼化后與玻璃充分結(jié)合在一體，膜層非常牢固。生產(chǎn)鍍膜玻璃工藝簡單，穩(wěn)定性好。

c.真空蒸發(fā)法：利用多孔SiO2納米材料在玻璃表面涂敷形成一層薄膜，再經(jīng)過帶真空的烘道設(shè)備，使部分有機溶劑蒸發(fā)，在玻璃表面形成一層減反射膜，該方法優(yōu)點是玻璃不需經(jīng)過鋼化，溫度要求低，產(chǎn)品透光率高，缺點是膜層不太牢固。第17頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃加工工藝-減反射

減反射玻璃亦稱AR玻璃、增透玻璃金晶普通超白和AR超白浮法玻璃在400~1100nm波段透過率曲線如下圖：透過率%第18頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃重要性能前板背板目前3.2mm超白浮法非鋼化片3.2mm普通浮法鋼化片3.2mm超白浮法非鋼化片3.2mm普通浮法半鋼化片機械性能安全替換3.2/2.8mm超白浮法半鋼化片3.2mm普通浮法鋼化片3.2/2.8mm超白浮法鋼化片（解決鋼化片在PECVD中的爆裂）3.2/2.8mm普通浮法鋼化片功率提升3.2mm超白減反射浮法非鋼化片3.2mm普通浮法半鋼化片3.2mm超白單絨面壓延非鋼化片3.2mm普通浮法半鋼化片3.2mm超白減反射單絨面壓延半鋼化片3.2mm普通浮法半鋼化片3.2mm超白雙絨面壓延非鋼化片3.2mm普通浮法半鋼化片3.2mm超白雙絨面壓延鋼化片3.2mm普通浮法半鋼化片第19頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃重要性能-外觀性能1.外觀尺寸項目要求

備注長度

1300.5±0.5mm測量：鋼直尺寬度

1100.5±0.5mm測量：鋼直尺厚度3.2±0.2mm測量：千分尺總的厚度變化0.15mm/sheet測量：千分尺對角線長度差≤1.6mm.測量：鋼直尺邊緣直線度≤0.1mm/100mm，長短邊均須滿足。第20頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃重要性能-外觀性能2.平整度及磨邊倒角項目要求

備注弓形

≤1mm/sheet測量：塞尺，尼龍繩波形≤0.3mm/300mm測量：刀口尺，塞尺磨邊C形邊緣，圓心位于玻璃厚度的中心線上，1.6mm≤半徑R≤3.2mm，

倒角2±1mm,45°±5°第21頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃重要性能-機械性能玻璃類型抗強度（四點彎曲試驗）參考標(biāo)準(zhǔn)普通退火玻璃45MPaEN572-2:2004熱增強玻璃（半鋼化）70MPaEN1863-1:2000(GB/T17841-2008)鋼化玻璃120MPaEN12150-1:2000(GB15763-2005)1.機械強度根據(jù)IEC61646,組件需通過2400Pa(甚至5400Pa)的機械載荷測試和冰雹測試。第22頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃重要性能-機械性能2.鋼化玻璃的自爆根源——玻璃自身的缺陷：夾雜、結(jié)石、氣泡、缺角、爆邊等。A.夾雜物自身相變的體積膨脹，引起應(yīng)力集中；NiS夾雜：高溫相α-NiS和低溫相β-NiS，相變溫度為379℃。玻璃在鋼化爐內(nèi)加熱時，因加熱溫度遠高于相變溫度，NiS全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣料?。然而在隨后的鋼化淬冷過程中，α-NiS來不及轉(zhuǎn)變?yōu)棣?NiS，從而被凍結(jié)在鋼化玻璃中。在室溫環(huán)境下，不穩(wěn)定的α-NiS有逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)棣?NiS的趨勢。這種轉(zhuǎn)變伴隨著約2～4％的體積膨脹，使玻璃承受巨大的相變張應(yīng)力，從而自爆。B.雜質(zhì)顆粒與玻璃基體的熱膨脹系數(shù)不匹配，在受熱環(huán)境中產(chǎn)生應(yīng)力集中；C.玻璃承受機械應(yīng)力，在缺陷處產(chǎn)生應(yīng)力集中。第23頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃重要性能-機械性能3.如何降低自爆率？

A.采用半鋼化玻璃，降低NiS相變的機率；

B.采用均質(zhì)化處理：將已鋼化的玻璃放在熱浸爐內(nèi)進行處理，經(jīng)過加熱、保溫和降溫過程，使鋼化玻璃內(nèi)的硫化趨于穩(wěn)定，已達到降低自爆率的目的。對于內(nèi)部存在結(jié)石、氣泡的玻璃，在熱浸處理爐內(nèi)可以誘發(fā)爆裂，在使用過程中的自爆率將會大大降低；

C.采用超白玻璃：雜質(zhì)較少(0.03%).第24頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃重要性能-電學(xué)性能1.導(dǎo)電機理一般的硅酸鹽玻璃為離子導(dǎo)電，即以離子為載流子。在外電場作用下，載流子由原先無定向的離子熱運動轉(zhuǎn)為作定向移動，而顯示出導(dǎo)電性。載流子通常是玻璃中的陽離子，尤以堿金屬離子為主（如Na+,K+等），二價陽離子（Ca2+,Mg2+等）的能動度低，因此可認(rèn)為全部電流幾乎由一種陽離子負(fù)載。例如在Na2O—CaO—SiO2玻璃中，可以認(rèn)為全部電流都由Na+離子傳遞，而Ca2+離子的作用可以忽略不計。少量Al2O3對玻璃電阻率的影響沒有定論。在常溫下，玻璃中作為硅氧骨架或硼氧骨架的陰離子團，在外電場作用下幾乎沒有移動的能力。隨著溫度的升高，參與電流的金屬離子和陰離子數(shù)逐漸增多。到熔融狀態(tài)，玻璃變成良導(dǎo)體。第25頁，共28頁，2023年，2月20日，星期二玻璃重要性能-電學(xué)性能2.絕緣性能

A.離子濃度：Na+,K+,Ca2+,Mg2+等。

當(dāng)SiO2含量不變時，以CaO置換Na2O，電阻率大大上升。原因：二價離子阻礙堿金屬離子的遷移導(dǎo)電。文獻指出，二價離子半徑愈大，阻礙效果愈顯著，即電阻率越大。這一點待數(shù)據(jù)確認(rèn)。供應(yīng)商名稱體電阻率（Ω.m)Si