與光伏電池性能要求相匹配的三種TCO玻璃

      TCO（Transparentconductingoxide）玻璃，即透明導電氧化物鍍膜玻璃，是在平板玻璃表面通過物理或者化學鍍膜的方法均勻鍍上一層透明的導電氧化物薄膜，主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其復合多元氧化物薄膜材料。
　　
　　TCO玻璃首先被應用于平板顯示器中，現在ITO類型的導電玻璃仍是平板顯示器行業的主流玻璃電極產品。近幾年，晶體硅價格的上漲極大地推動了薄膜太陽能電池的發展，目前薄膜太陽能電池占世界光伏市場份額已超過10％，光伏用TCO玻璃作為電池前電極的必要構件，市場需求迅速增長，成為了一個炙手可熱的高科技鍍膜玻璃產品。
　　
　　TCO鍍膜玻璃的特性及種類
　　
　　在太陽能電池中，晶體硅片類電池的電極是焊接在硅片表面的導線，前蓋板玻璃僅需達到高透光率就可以了。薄膜太陽能電池是在玻璃表面的導電薄膜上鍍制p-i-n半導體膜，再鍍制背電極。
　　
　　透明導電氧化物的鍍膜原料和工藝很多，通過科學研究進行不斷的篩選，目前主要有以下三種TCO玻璃與光伏電池的性能要求相匹配。
　　
　　ITO鍍膜玻璃是一種非常成熟的產品，具有透過率高，膜層牢固，導電性好等特點，初期曾應用于光伏電池的前電極。但隨著光吸收性能要求的提高，TCO玻璃必須具備提高光散射的能力，而ITO鍍膜很難做到這一點，并且激光刻蝕性能也較差。銦為稀有元素，在自然界中貯存量少，價格較高。ITO應用于太陽能電池時在等離子體中不夠穩定，因此目前ITO鍍膜已非光伏電池主流的電極玻璃。
　　
　　SnO2鍍膜也簡稱FTO，目前主要是用于生產建筑用Low-E玻璃。其導電性能比ITO略差，但具有成本相對較低，激光刻蝕容易，光學性能適宜等優點。通過對普通Low-E的生產技術進行升級改進，制造出了導電性比普通Low-E好，并且帶有霧度的產品。利用這一技術生產的TCO玻璃已經成為薄膜光伏電池的主流產品。
　　
　　氧化鋅基薄膜的研究進展迅速，材料性能已可與ITO相比擬，結構為六方纖鋅礦型。其中鋁摻雜的氧化鋅薄膜研究較為廣泛，它的突出優勢是原料易得，制造成本低廉，無毒，易于實現摻雜，且在等離子體中穩定性好。預計會很快成為新型的光伏TCO產品。目前主要存在的問題是工業化大面積鍍膜時的技術問題。
　　
　　光伏電池對TCO鍍膜玻璃的性能要求
　　
　　1.光譜透過率
　　
　　為了能夠充分地利用太陽光，TCO鍍膜玻璃一定要保持相對較高的透過率。目前，產量最多的薄膜電池是雙結非晶硅電池，并且已經開始向非晶/微晶復合電池轉化。因此，非晶/微晶復合疊層能夠吸收利用更多的太陽光，提高轉換效率，即將成為薄膜電池的主流產品。
　　
　　2.導電性能
　　
　　TCO導電薄膜的導電原理是在原本導電能力很弱的本征半導體中摻入微量的其他元素，使半導體的導電性能發生顯著變化。這些微量元素被稱為雜質，摻雜后的半導體稱為雜質半導體。氧化銦錫（ITO）透明導電玻璃就是將錫元素摻入到氧化銦中，提高導電率，它的導電性能在目前是最好的，最低電阻率達10-5Ωcm量級。
　　
　　3.霧度
　　
　　為了增加薄膜電池半導體層吸收光的能力，光伏用TCO玻璃需要提高對透射光的散射能力，這一能力用霧度（Haze）來表示。霧度即為透明或半透明材料的內部或表面由于光漫射造成的云霧狀或混濁的外觀。以漫射的光通量與透過材料的光通量之比的百分率表示。
　　
　　一般情況下，普通鍍膜玻璃要求膜層表面越光滑越好，霧度越小越好，但光伏用TCO玻璃則要求有一定的光散射能力。目前，霧度控制比較好的商業化TCO玻璃是AFG的PV-TCO玻璃，霧度值一般為11％～15％。其不包含散射時的直接透過率曲線。
　　
　　4.激光刻蝕性能
　　
　　薄膜電池在制作過程中，需要將表面劃分成多個長條狀的電池組，這些電池組被串聯起來用以提高輸出能效。因此，TCO玻璃在鍍半導體膜之前，必須要對表面的導電膜進行刻劃，被刻蝕掉的部分必須完全除去氧化物導電膜層，以保持絕緣?？涛g方法目前有化學刻蝕和激光刻蝕兩種，但由于刻蝕的線條要求很細，一般為幾十微米的寬度，而激光刻蝕具有溝槽均勻，剔除干凈，生產效率快的特點。
　　
　　5.耐候性與耐久性
　　
　　TCO鍍膜一般都使用“硬膜”鍍制工藝，膜層具有良好的耐磨性、耐酸堿性。光伏電池在安裝上以后，尤其是光伏一體化建筑安裝在房頂和幕墻上時，不適宜進行經常性的維修與更換，這就要求光伏電池具有良好的耐久性，目前，行業內通用的保質期是二十年以上。因此，TCO玻璃的保質期也必須達到二十年以上。
　　
　　光伏用TCO玻璃的發展前景
　　
　　當光伏產業以連續五年近40％的速度向前發展時，主流產品晶體硅太陽能電池的上游原材料多晶硅的供給出現了空前的緊缺。多晶硅價格從2003年的24美元/公斤上漲到目前現貨價格超過300美元/公斤。與晶體硅太陽能電池相比，薄膜太陽能電池具有弱光應用性強及形狀可塑性強等特點，晶體硅價格的上漲無形中推動了薄膜太陽能電池的發展，目前薄膜太陽能電池占世界光伏市場份額已超過10％，伴隨著多晶硅價格的走高，薄膜太陽能電池的發展有望進一步加速。
　　
　　2006年世界薄膜太陽能電池的統計生產量為190兆瓦左右，2007年在多晶硅原料價格上漲導致生產量不足的情況下，薄膜電池的產能得到了迅速擴張，產量達到了350兆瓦。我國的薄膜電池主要為非晶硅薄膜電池，2007年的產量約為29兆瓦。
　　
　　由于薄膜電池的轉化效率各不相同，我們以主流的非晶硅為計算依據，折合每平方米的電池標稱功率為50瓦，也就是說，每50瓦的電池將使用1平方米的TCO玻璃。據此可以計算出，2007年世界上光伏產業對TCO玻璃的需求為700萬平方米。這一數字看似不大，但正是由于TCO玻璃生產技術的高端性，導致目前世界上的主要供應商僅有兩家。隨著太陽能電池產業超過50％的年增長率，產品已經開始供不應求。每平方米售價達到了20美元以上。
　　
　　根據權威預測，薄膜太陽能電池將繼續保持高速增長，到2010年將達到每年4000萬平方米的需用量。目前，多家廠商和研究機構正在進行TCO玻璃產業化的過程，產量將會不斷擴大，高性能的新型產品也將不斷推出。
　　
　　可以看出，正是由于薄膜太陽能電池的飛速發展，使目前光伏用TCO玻璃市場變得非常緊俏。在導電玻璃的領域中，光伏TCO玻璃有著獨特的性能要求，這些特性指標與太陽能電池的輸出特性密切相關。可以說，薄膜太陽能電池的發展將在一定程度上依賴于光伏TCO的改進程度。能源的緊缺促進了光伏產業的發展，也必將推動光伏TCO玻璃產品成為玻璃行業中一顆璀璨的新星。