太陽(yáng)能電池用玻璃基板以及使用該基板的太陽(yáng)能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于在玻璃基板之間形成有光電轉(zhuǎn)換層的太陽(yáng)能電池的玻璃基板及 使用該玻璃基板的太陽(yáng)能電池。更詳細(xì)地，涉及用于在玻璃基板之間形成有Cu-In-Ga-Se 的光電轉(zhuǎn)換層或CdTe的光電轉(zhuǎn)換層等的Cu-In-Ga-Se太陽(yáng)能電池或CdTe太陽(yáng)能電池等的 玻璃基板，以及使用該基板的太陽(yáng)能電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 具有黃銅礦晶體結(jié)構(gòu)的11-13族、11-16族化合物半導(dǎo)體及立方晶系或六方晶系 的12-16族化合物半導(dǎo)體對(duì)從可見(jiàn)光到近紅外光的波長(zhǎng)范圍的光具有較大的吸收系數(shù)。因 此，其作為高效率薄膜太陽(yáng)能電池的材料而備受期待。作為代表性的例子，可例舉Cu(In， Ga)Se 2(以下記作 "CIGS" 或"Cu-In-Ga-Se"）及 CdTe。
[0003] CIGS薄膜太陽(yáng)能電池（以下，稱(chēng)為"CIGS太陽(yáng)能電池"）以及CdTe薄膜太陽(yáng)能電 池（以下，稱(chēng)為"CdTe太陽(yáng)能電池"）的情況下，從廉價(jià)和平均熱膨脹系數(shù)接近CIGS化合物 半導(dǎo)體的角度考慮，采用鈉鈣玻璃作為基板，可得到太陽(yáng)能電池。
[0004] 近年，作為CIGS太陽(yáng)能電池用玻璃基板，還提出了可耐受高溫的熱處理溫度的玻 璃材料（例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1?5)。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0007] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :日本專(zhuān)利特開(kāi)平11-135819號(hào)公報(bào)
[0008] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本專(zhuān)利特開(kāi)2010-118505號(hào)公報(bào)
[0009] 專(zhuān)利文獻(xiàn)3 :日本專(zhuān)利特開(kāi)平8-290938號(hào)公報(bào)
[0010] 專(zhuān)利文獻(xiàn)4 :日本專(zhuān)利特開(kāi)2008-280189號(hào)公報(bào)
[0011] 專(zhuān)利文獻(xiàn)5 :日本專(zhuān)利特開(kāi)2010-267965號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0013] CIGS太陽(yáng)能電池中，在玻璃基板之間形成有CIGS光電轉(zhuǎn)換層（以下，稱(chēng)為"CIGS 層"），但在制作發(fā)電效率良好的太陽(yáng)能電池時(shí)，優(yōu)選以更高溫進(jìn)行熱處理，要求玻璃基板能 夠耐受該溫度。但是，雖然專(zhuān)利文獻(xiàn)1?4中提出了退火點(diǎn)較高的玻璃組合物，但專(zhuān)利文獻(xiàn) 1?4所記載的發(fā)明不能認(rèn)為一定具有高發(fā)電效率。
[0014] 如果進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2、4記載的發(fā)明中，提出了形變點(diǎn)高、滿(mǎn)足規(guī) 定的平均熱膨脹系數(shù)的太陽(yáng)能電池用玻璃。但是，專(zhuān)利文獻(xiàn)2的技術(shù)問(wèn)題是確保耐熱性和 改善生產(chǎn)性，專(zhuān)利文獻(xiàn)4的技術(shù)問(wèn)題是提高表面品質(zhì)和改善耐失透性，均沒(méi)有解決涉及發(fā) 電效率的技術(shù)問(wèn)題。為此，不能斷言專(zhuān)利文獻(xiàn)2、4所記載的發(fā)明具有高發(fā)電效率。
[0015] 此外，專(zhuān)利文獻(xiàn)3中，提出了與專(zhuān)利文獻(xiàn)2相近的高形變點(diǎn)玻璃基板，但由于其主 要著眼于等離子顯示器用途，技術(shù)問(wèn)題不同，因此不能斷言專(zhuān)利文獻(xiàn)3記載的發(fā)明具有高 發(fā)電效率。
[0016] 而且，專(zhuān)利文獻(xiàn)4中，提出了含有較多氧化硼、形變點(diǎn)高、滿(mǎn)足規(guī)定的平均熱膨脹 系數(shù)的玻璃。但是，如果玻璃中大量存在硼，則如專(zhuān)利文獻(xiàn)5所述，作為p型半導(dǎo)體的CIGS 層中硼擴(kuò)散，作為電子供體起作用，有可能使發(fā)電效率下降。而且由于需要硼的去除設(shè)備， 存在容易增加成本的問(wèn)題。
[0017] 專(zhuān)利文獻(xiàn)5中，雖然玻璃中的硼減少，但如果是具體記載的玻璃組成則發(fā)電效率 不足，從進(jìn)一步提高發(fā)電效率的方面考慮有改善的余地。
[0018] 另一方面，為了防止玻璃基板上的光電轉(zhuǎn)換層（CIGS層）在成膜過(guò)程中或成膜后 的剝離，要求玻璃基板具有規(guī)定的平均熱膨脹系數(shù)。
[0019] 從CIGS太陽(yáng)能電池的制造和使用的觀點(diǎn)考慮，還要求玻璃基板的強(qiáng)度提高及輕 量化，平板玻璃生產(chǎn)時(shí)的熔化性、成形性良好，不失透等。
[0020] 但是，使CIGS太陽(yáng)能電池中所使用的玻璃基板平衡性良好地具有高發(fā)電效率、高 堿擴(kuò)散性、高玻璃化溫度、規(guī)定的平均熱膨脹系數(shù)、高玻璃強(qiáng)度、低玻璃密度、以及平板玻璃 生產(chǎn)時(shí)的高熔化性、良好的成形性和良好的防失透性等特性是困難的。
[0021] 本發(fā)明的目的在于，提供一種平衡性良好地具有高發(fā)電效率、高堿擴(kuò)散性、高玻璃 化溫度、規(guī)定的平均熱膨脹系數(shù)、高玻璃強(qiáng)度、低玻璃密度、以及平板玻璃生產(chǎn)時(shí)的高熔化 性、良好的成形性和良好的防失透性等特性，可適用于CIGS太陽(yáng)能電池的玻璃基板以及使 用該基板的太陽(yáng)能電池。
[0022] 解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案
[0023] 本發(fā)明人為了解決上述技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行認(rèn)真研宄的結(jié)果是，在太陽(yáng)能電池用玻璃基 板中，通過(guò)設(shè)為特定的組成范圍，可制成平衡性良好地具有高發(fā)電效率、高堿擴(kuò)散性、高玻 璃化溫度、規(guī)定的平均熱膨脹系數(shù)、高玻璃強(qiáng)度、低玻璃密度、以及平板玻璃生產(chǎn)時(shí)的高熔 化性、良好的成形性和良好的防失透性等特性的玻璃基板。
[0024] 即，本發(fā)明如下所述。
[0025] (1) 一種太陽(yáng)能電池用玻璃基板，其中，以下述氧化物基準(zhǔn)的質(zhì)量百分比表示，含 有：
[0026] 50 ?65% 的 Si02、
[0027] 8 ?15% 的 A1203、
[0028] 0 ?1%的氏03、
[0029] 0 ?10% 的 MgO、
[0030] 1 ?12% 的 CaO、
[0031] 6 ?12% 的 SrO、
[0032] 0 ?3%的 BaO、
[0033] 1 ?7%的 Zr02、
[0034] 2 ?8%的 Na20、
[0035] 0 ?8%的1(20、
[0036]MgO+CaO+SrO+BaO 為 15 ?30 %，
[0037] Sr0/Na20 為 0? 8 ?2. 5。
[0038] (2)如上述（1)所述的太陽(yáng)能電池用玻璃基板，其中，玻璃化溫度為640°C以上。
[0039] (3)如⑴或⑵所述的太陽(yáng)能電池用玻璃基板，其中，平均熱膨脹系數(shù)為 70XKT 7?90X1(T7/°C。
[0040] (4)如⑴?（3)中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池用玻璃基板，其中，粘度達(dá)到 10 4dPa .s時(shí)的溫度（T4)為1230°C以下，粘度達(dá)到102dPa .s時(shí)的溫度（T2)為1650°C以下， 所述T4和失透溫度〇\)的關(guān)系為T(mén) 4-IY彡-30°C。
[0041] (5)如（1)?（4)中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池用玻璃基板，其中，密度為2. 75g/cm3 以下。
[0042] (6)如⑴?（5)中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池用玻璃基板，其中，A1 203的含量為 8. 5 ?14. 5%〇
[0043] (7)如⑴?（6)中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池用玻璃基板，其中，CaO的含量為3? 11%〇
[0044] (8)如⑴?（6)中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池用玻璃基板，其中，CaO的含量為3? 10%〇
[0045] (9)如⑴?⑶中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池用玻璃基板，其中，Na20的含量為 4 ?7%〇
[0046] (10)如⑴?（9)中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池用玻璃基板，其中， MgO+CaO+SrO+BaO的含量之和為17?23%。
[0047] (11)如⑴?（10)中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池用玻璃基板，其中，BaO的含量為 2%以下。
[0048] (12)如⑴?（11)中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池用玻璃基板，其中，Si〇dPAl203 的以式9Si02+15Al203表示的含量值在570%?840%的范圍內(nèi)。
[0049] (13)如⑴?（12)中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池用玻璃基板，其中，Na 20和K20的 以式3似20+21(20表示的含量值在14%?44%的范圍內(nèi)。
[0050] (14) 一種Cu-In-Ga-Se太陽(yáng)能電池，其中，具備玻璃基板、覆蓋玻璃、配置在所述 玻璃基板和所述覆蓋玻璃之間的Cu-In-Ga-Se的光電變換層，所述玻璃基板和所述覆蓋玻 璃中至少所述玻璃基板為上述（1)?（13)中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池用玻璃基板。
[0051] (15) -種CdTe太陽(yáng)能電池，其中，具備玻璃基板、背板玻璃、配置在所述玻璃基板 和所述背板玻璃之間的CdTe的光電變換層，所述玻璃基板和所述背板玻璃中至少所述玻 璃基板為上述（1)?（13)中任一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能電池用玻璃基板。
[0052] 發(fā)明的效果
[0053] 本發(fā)明的太陽(yáng)能電池用玻璃基板平衡性良好地具有高發(fā)電效率、高堿擴(kuò)散性、高 玻璃化溫度、規(guī)定的平均熱膨脹系數(shù)、高玻璃強(qiáng)度、低玻璃密度、以及平板玻璃生產(chǎn)時(shí)的高 熔化性、良好的成形性和良好的防失透性等特性。此外，通過(guò)使用本發(fā)明的太陽(yáng)能電池用玻 璃基板，能夠提供發(fā)電效率高的太陽(yáng)能電池。本發(fā)明的太陽(yáng)能電池用玻璃基板尤其適合用 于Cu-In-Ga-Se太陽(yáng)能電池和CdTe太陽(yáng)能電池。
【附圖說(shuō)明】
[0054] 圖1是示意地表示使用本發(fā)明的太陽(yáng)能電池用玻璃基板的太陽(yáng)能電池（CIGS太陽(yáng) 能電池）的實(shí)施方式的一例的剖面圖。
[0055] 圖2表示實(shí)施例中在評(píng)價(jià)用玻璃基板上制作的太陽(yáng)能電池單元（a)及其剖視圖 (b)〇
[0056] 圖3表示將8個(gè)圖2所示的太陽(yáng)能電池單元并列而成的、評(píng)價(jià)用玻璃基板上的評(píng) 價(jià)用CIGS太陽(yáng)能電池。
[0057] 圖4是示意地表示使用本發(fā)明的太陽(yáng)能電池用玻璃基板的太陽(yáng)能電池（CdTe太陽(yáng) 能電池）的實(shí)施方式的一例的剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058] 〈本發(fā)明的太陽(yáng)能電池用玻璃基板〉
[0059] 以下，對(duì)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池用玻璃基板進(jìn)行說(shuō)明。
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