JP6128128B2 - Glass substrate for solar cell and solar cell using the same - Google Patents
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Description
本発明は、ガラス基板の間に光電変換層が形成されている太陽電池に用いるガラス基板およびそれを用いた太陽電池に関する。より詳しくは、ガラス基板の間に、Cu−In−Ga−Seの光電変換層またはCdTeの光電変換層等が形成されているCu−In−Ga−Se太陽電池またはCdTe太陽電池等に用いるガラス基板、およびそれを用いた太陽電池に関する。 The present invention relates to a glass substrate used for a solar cell in which a photoelectric conversion layer is formed between glass substrates and a solar cell using the same. More specifically, a glass used for a Cu—In—Ga—Se solar cell or a CdTe solar cell in which a Cu—In—Ga—Se photoelectric conversion layer or a CdTe photoelectric conversion layer is formed between glass substrates. The present invention relates to a substrate and a solar cell using the same.
カルコパイライト結晶構造を持つ11−13族、11−16族化合物半導体や立方晶系あるいは六方晶系の12−16族化合物半導体は、可視から近赤外の波長範囲の光に対して大きな吸収係数を有している。そのために、高効率薄膜太陽電池の材料として期待されている。代表的な例として、Cu(In,Ga)Se2(以下、「CIGS」または「Cu−In−Ga−Se」と記述する。)やCdTeがあげられる。Group 11-13, 11-16 compound semiconductors having a chalcopyrite crystal structure and cubic or hexagonal 12-16 group compound semiconductors have a large absorption coefficient for light in the visible to near-infrared wavelength range. have. Therefore, it is expected as a material for high-efficiency thin film solar cells. Typical examples include Cu (In, Ga) Se 2 (hereinafter referred to as “CIGS” or “Cu—In—Ga—Se”) and CdTe.
CIGS薄膜太陽電池(以下、「CIGS太陽電池」ともいう)およびCdTe薄膜太陽電池(以下、「CdTe太陽電池」ともいう)では、安価であることと平均熱膨張係数がCIGS化合物半導体のそれに近いこととから、ソーダライムガラスが基板として用いられ、太陽電池が得られている。
近年、CIGS太陽電池用ガラス基板として、高温の熱処理温度に耐えうるガラス材料の提案もされている(例えば、特許文献1〜5参照)。CIGS thin film solar cells (hereinafter also referred to as “CIGS solar cells”) and CdTe thin film solar cells (hereinafter also referred to as “CdTe solar cells”) are inexpensive and have an average coefficient of thermal expansion close to that of CIGS compound semiconductors. Therefore, soda lime glass is used as a substrate, and a solar cell is obtained.
In recent years, glass materials that can withstand high heat treatment temperatures have been proposed as glass substrates for CIGS solar cells (see, for example,
CIGS太陽電池においては、ガラス基板の間にはCIGS光電変換層(以下、「CIGS層」ともいう)が形成されるが、発電効率の良い太陽電池を作製するには、より高温での熱処理が好ましく、ガラス基板にはそれに耐えうることが要求される。しかしながら、特許文献1〜4では比較的徐冷点の高いガラス組成物が提案されているが、特許文献1〜4に記載された発明が高い発電効率を有するとは必ずしもいえない。
In a CIGS solar cell, a CIGS photoelectric conversion layer (hereinafter also referred to as a “CIGS layer”) is formed between glass substrates. To produce a solar cell with good power generation efficiency, heat treatment at a higher temperature is required. Preferably, the glass substrate is required to withstand it. However,
より詳しく説明すると、特許文献2、4記載の発明では、歪点が高く所定の平均熱膨張係数を満たす太陽電池用ガラスが提案されている。しかし、特許文献2の課題は耐熱性の確保と生産性の改善であり、特許文献4の課題は表面品位の向上と耐失透性の改善であり、いずれも発電効率に関する課題を解決するものでは無い。そのため、特許文献2、4に記載された発明が高い発電効率を有するとは必ずしもいえない。 More specifically, in the inventions described in Patent Documents 2 and 4, solar cell glass having a high strain point and satisfying a predetermined average thermal expansion coefficient is proposed. However, the problem of patent document 2 is ensuring heat resistance and improving productivity, and the problem of patent document 4 is improving surface quality and improving devitrification resistance, both of which solve problems related to power generation efficiency. Not. Therefore, it cannot be said that the inventions described in Patent Documents 2 and 4 have high power generation efficiency.
また、特許文献3では、特許文献2に近い高歪点ガラス基板の提案があるが、これはプラズマディスプレイ用途を主眼としているもので、課題が異なるものであり、特許文献3記載の発明が高い発電効率を有するとは必ずしも言えない。 Further, in Patent Document 3, there is a proposal of a high strain point glass substrate close to that of Patent Document 2, but this is mainly intended for plasma display applications and has different problems, and the invention described in Patent Document 3 is high. It cannot be said that it has power generation efficiency.
さらに、特許文献4では、酸化ホウ素を比較的多く含有し、歪点が高く所定の平均熱膨張係数を満たすガラスが提案されている。しかしながら、ガラス中にホウ素が多く存在すると、特許文献5に記載されているように、p型半導体であるCIGS層中にホウ素が拡散してドナーとして働き、発電効率を低下させるおそれがある。さらに、ホウ素の除去設備が必要で、コスト増となりやすいという問題があった。 Furthermore, Patent Document 4 proposes a glass that contains a relatively large amount of boron oxide, has a high strain point, and satisfies a predetermined average thermal expansion coefficient. However, if a large amount of boron is present in the glass, as described in Patent Document 5, boron diffuses into the CIGS layer, which is a p-type semiconductor, and acts as a donor, which may reduce power generation efficiency. Furthermore, there is a problem in that a boron removal facility is required, which tends to increase costs.
特許文献5では、ガラス中のホウ素を低減させているが、具体的に記載されているガラス組成では発電効率は不十分であり、さらなる発電効率の向上という点では改善の余地がある。 In Patent Document 5, boron in the glass is reduced, but the power generation efficiency is insufficient with the glass composition specifically described, and there is room for improvement in terms of further improvement in power generation efficiency.
一方で、ガラス基板上の光電変換層(CIGS層)の成膜中または成膜後の剥離を防止するためには、ガラス基板は、所定の平均熱膨張係数を有することが求められる。
さらに、CIGS太陽電池の製造および使用の観点から、ガラス基板の強度向上および軽量化、また板ガラス生産時に溶解性、成形性が良好なこと、失透しないこと等が求められる。
しかし、CIGS太陽電池に使用されるガラス基板において高い発電効率、高いアルカリ拡散性、高いガラス転移点温度、所定の平均熱膨張係数、高いガラス強度、低いガラス密度、並びに、板ガラス生産時の高い溶解性、良好な成形性および良好な失透防止性等の特性をバランスよく有することは困難であった。On the other hand, in order to prevent peeling during or after the formation of the photoelectric conversion layer (CIGS layer) on the glass substrate, the glass substrate is required to have a predetermined average thermal expansion coefficient.
Furthermore, from the viewpoint of manufacturing and using CIGS solar cells, it is required to improve the strength and weight of the glass substrate, to have good solubility and formability during production of plate glass, and not to devitrify.
However, high power generation efficiency, high alkali diffusibility, high glass transition temperature, predetermined average thermal expansion coefficient, high glass strength, low glass density, and high melting during plate glass production in glass substrates used for CIGS solar cells It has been difficult to have a good balance of properties such as properties, good moldability, and good devitrification resistance.
本発明は、高い発電効率、高いアルカリ拡散性、高いガラス転移点温度、所定の平均熱膨張係数、高いガラス強度、低いガラス密度、並びに、板ガラス生産時の高い溶解性、良好な成形性および良好な失透防止性等の特性をバランスよく有し、CIGS太陽電池用に好適に使用できるガラス基板およびそれを用いた太陽電池を提供することを目的とする。 The present invention has high power generation efficiency, high alkali diffusivity, high glass transition temperature, predetermined average thermal expansion coefficient, high glass strength, low glass density, and high solubility during plate glass production, good moldability and good An object of the present invention is to provide a glass substrate that can be suitably used for CIGS solar cells and a solar cell using the same, having a good balance of properties such as anti-devitrification properties.
本発明者等は、上記課題を解決する上で鋭意検討した結果、太陽電池用ガラス基板において、特定の組成範囲とすることで、高い発電効率、高いアルカリ拡散性、高いガラス転移点温度、所定の平均熱膨張係数、高いガラス強度、低いガラス密度、並びに、板ガラス生産時の高い溶解性、良好な成形性および良好な失透防止性等の特性をバランスよく有するガラス基板とすることができることを見出した。
すなわち、本発明は、以下の通りである。As a result of intensive investigations for solving the above-mentioned problems, the present inventors have established a specific composition range in the glass substrate for solar cells, so that high power generation efficiency, high alkali diffusibility, high glass transition temperature, predetermined A glass substrate having a good balance of properties such as average thermal expansion coefficient, high glass strength, low glass density, and high solubility, good moldability and good devitrification resistance during plate glass production. I found it.
That is, the present invention is as follows.
(1)下記酸化物基準の質量百分率表示で、
SiO2を50〜65%、
Al2O3を8〜15%、
B2O3を0〜1%、
MgOを0〜10%、
CaOを1〜12%、
SrOを6〜12%、
BaOを0〜3%、
ZrO2を1〜7%、
Na2Oを2〜8%、
K2Oを0〜8%、
MgO+CaO+SrO+BaOを15〜30%、含有し、
SrO/Na2Oが0.8〜2.5である太陽電池用ガラス基板である。(1) In mass percentage display based on the following oxides:
The SiO 2 50~65%,
Al 2 O 3 8-15%,
B 2 O 3 0 to 1%
0-10% MgO
1 to 12% CaO,
6-12% SrO,
BaO 0-3%,
The ZrO 2 1 to 7%,
2-8% Na 2 O,
K 2 O 0-8%
15-30% of MgO + CaO + SrO + BaO is contained,
SrO / Na 2 O is a glass substrate for a solar cell is 0.8 to 2.5.
(2)ガラス転移点温度が640℃以上である、上記(1)に記載の太陽電池用ガラス基板。
(3)平均熱膨張係数が70×10−7〜90×10−7/℃である、上記(1)または(2)に記載の太陽電池用ガラス基板。(2) The glass substrate for solar cells according to (1), wherein the glass transition temperature is 640 ° C. or higher.
(3) The glass substrate for a solar cell according to (1) or (2), wherein the average thermal expansion coefficient is 70 × 10 −7 to 90 × 10 −7 / ° C.
(4)粘度が104dPa・sとなる温度(T4)が1230℃以下、粘度が102dPa・sとなる温度(T2)が1650℃以下、上記T4と失透温度(TL)との関係がT4−TL≧−30℃である、上記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の太陽電池用ガラス基板。
(5)密度が2.75g/cm3以下である、上記(1)〜(4)のいずれか一つに記載の太陽電池用ガラス基板。(4) The temperature at which the viscosity becomes 10 4 dPa · s (T 4 ) is 1230 ° C. or less, the temperature at which the viscosity becomes 10 2 dPa · s (T 2 ) is 1650 ° C. or less, the T 4 and the devitrification temperature (T The glass substrate for solar cells according to any one of the above (1) to (3), wherein the relationship with L ) is T 4 −T L ≧ −30 ° C.
(5) The glass substrate for solar cells according to any one of (1) to (4), wherein the density is 2.75 g / cm 3 or less.
(6)Al2O3の含有量が8.5〜14.5%である上記(1)〜(5)のいずれか一つに記載の太陽電池用ガラス基板。
(7)CaOの含有量が3〜11%である上記(1)〜(6)のいずれか一つに記載の太陽電池用ガラス基板。
(8)CaOの含有量が3〜10%である上記(1)〜(6)のいずれか一つに記載の太陽電池用ガラス基板。(6) The glass substrate for a solar cell according to any one of (1) to (5), wherein the content of Al 2 O 3 is 8.5 to 14.5%.
(7) The glass substrate for solar cells according to any one of (1) to (6), wherein the content of CaO is 3 to 11%.
(8) The glass substrate for a solar cell according to any one of (1) to (6), wherein the content of CaO is 3 to 10%.
(9)Na2Oの含有量が4〜7%である上記(1)〜(8)のいずれか一つに記載の太陽電池用ガラス基板。
(10)MgO+CaO+SrO+BaOの含有量の和が17〜23%である上記(1)〜(9)のいずれか一つに記載の太陽電池用ガラス基板。
(11)BaOの含有量が2%以下である上記(1)〜(10)のいずれか一つに記載の太陽電池用ガラス基板。
(12)SiO2とAl2O3とは、9SiO2+15Al2O3の式で表される値が570%〜840%の範囲で含有されている、上記(1)〜(11)のいずれか一つに記載の太陽電池用ガラス基板。
(13)Na2OとK2Oとは、3Na2O+2K2Oの式で表される値が14%〜44%の範囲で含有されている、上記(1)〜(12)のいずれか一つに記載の太陽電池用ガラス基板。
(14)ガラス基板と、カバーガラスと、上記ガラス基板と上記カバーガラスとの間に配置されるCu−In−Ga−Seの光電変換層と、を有し、上記ガラス基板と上記カバーガラスのうち少なくとも上記ガラス基板が、上記(1)〜(13)のいずれか一つに記載の太陽電池用ガラス基板であるCu−In−Ga−Se太陽電池。(9) The glass substrate for a solar cell according to any one of (1) to (8), wherein the content of Na 2 O is 4 to 7%.
(10) The glass substrate for a solar cell according to any one of (1) to (9), wherein the sum of the contents of MgO + CaO + SrO + BaO is 17 to 23%.
(11) The glass substrate for a solar cell according to any one of (1) to (10), wherein the content of BaO is 2% or less.
(12) Any of the above (1) to (11), wherein SiO 2 and Al 2 O 3 are contained in a range of 570% to 840% of the value represented by the formula of 9SiO 2 + 15Al 2 O 3 The glass substrate for solar cells as described in any one.
(13) Any of (1) to (12) above, wherein Na 2 O and K 2 O are contained in a range of 14% to 44% in a value represented by a formula of 3Na 2 O + 2K 2 O The glass substrate for solar cells as described in one.
(14) A glass substrate, a cover glass, and a Cu—In—Ga—Se photoelectric conversion layer disposed between the glass substrate and the cover glass, and the glass substrate and the cover glass A Cu-In-Ga-Se solar cell in which at least the glass substrate is the glass substrate for a solar cell according to any one of (1) to (13).
(15)ガラス基板と、裏板ガラスと、上記ガラス基板と上記裏板ガラスとの間に配置されるCdTeの光電変換層と、を有し、上記ガラス基板と上記裏板ガラスのうち少なくとも上記ガラス基板が、上記(1)〜(13)のいずれか一つに記載の太陽電池用ガラス基板であるCdTe太陽電池。 (15) A glass substrate, a back plate glass, and a CdTe photoelectric conversion layer disposed between the glass substrate and the back plate glass, and at least the glass substrate of the glass substrate and the back plate glass is The CdTe solar cell which is a glass substrate for solar cells as described in any one of said (1)-(13).
本発明の太陽電池用ガラス基板は、高い発電効率、高いアルカリ拡散性、高いガラス転移点温度、所定の平均熱膨張係数、高いガラス強度、低いガラス密度、並びに、板ガラス生産時の高い溶解性、良好な成形性および良好な失透防止性等の特性をバランスよく有する。また、本発明の太陽電池用ガラス基板を用いることで、発電効率の高い太陽電池を提供できる。特に、本発明の太陽電池用ガラス基板は、Cu−In−Ga−Se太陽電池用として、またCdTe太陽電池として有用である。 The glass substrate for solar cells of the present invention has high power generation efficiency, high alkali diffusibility, high glass transition temperature, predetermined average thermal expansion coefficient, high glass strength, low glass density, and high solubility during plate glass production, It has a good balance of properties such as good moldability and good devitrification resistance. Moreover, a solar cell with high power generation efficiency can be provided by using the solar cell glass substrate of the present invention. In particular, the glass substrate for a solar cell of the present invention is useful for a Cu—In—Ga—Se solar cell and a CdTe solar cell.
<本発明の太陽電池用ガラス基板>
以下、本発明の太陽電池用ガラス基板について説明する。<The glass substrate for solar cells of this invention>
Hereinafter, the glass substrate for solar cells of the present invention will be described.
本発明の太陽電池用ガラス基板は、下記酸化物基準の質量百分率表示で、
SiO2を50〜65%、
Al2O3を8〜15%、
B2O3を0〜1%、
MgOを0〜10%、
CaOを1〜12%、
SrOを6〜12%、
BaOを0〜3%、
ZrO2を1〜7%、
Na2Oを2〜8%、
K2Oを0〜8%、
MgO+CaO+SrO+BaOを15〜30%、含有し、
SrO/Na2Oが0.8〜2.5である組成を有する。The glass substrate for solar cell of the present invention is a mass percentage display based on the following oxide,
The SiO 2 50~65%,
Al 2 O 3 8-15%,
B 2 O3 0 to 1%
0-10% MgO
1 to 12% CaO,
6-12% SrO,
BaO 0-3%,
The
2-8% Na 2 O,
K 2 O 0-8%
15-30% of MgO + CaO + SrO + BaO is contained,
SrO / Na 2 O has a composition of 0.8 to 2.5.
本発明の太陽電池用ガラス基板のガラス転移点温度(Tg)は、ソーダライムガラスのガラス転移点温度より高いことが好ましく、具体的には640℃以上であることが好ましい。本発明の太陽電池用ガラス基板をCIGS太陽電池、またはCdTe太陽電池のガラス基板として用いる場合、高温における、CIGSの光電変換層(以下、「CIGSの光電変換層」を単に「CIGS層」とも称する。)、またはCdTeの光電変換層(以下、「CdTeの光電変換層」を単に「CdTe層」とも称する。)の形成を担保するためガラス転移点温度(Tg)は645℃以上であることがより好ましく、650℃以上がさらに好ましく、655℃以上が特に好ましい。溶解時の粘性を上げ過ぎないようにするために750℃以下とするのがより好ましい。さらに好ましくは720℃以下、特に好ましくは690℃以下である。 The glass transition temperature (Tg) of the glass substrate for solar cell of the present invention is preferably higher than the glass transition temperature of soda lime glass, and specifically, preferably 640 ° C. or higher. When the solar cell glass substrate of the present invention is used as a CIGS solar cell or a glass substrate of a CdTe solar cell, a CIGS photoelectric conversion layer (hereinafter referred to as a “CIGS photoelectric conversion layer”) is also simply referred to as a “CIGS layer” at a high temperature. ) Or a CdTe photoelectric conversion layer (hereinafter, “CdTe photoelectric conversion layer” is also simply referred to as “CdTe layer”) to ensure the formation of a glass transition temperature (Tg) of 645 ° C. or higher. More preferably, 650 ° C. or higher is further preferable, and 655 ° C. or higher is particularly preferable. In order not to raise the viscosity at the time of dissolution too much, it is more preferable to set it as 750 degrees C or less. More preferably, it is 720 degrees C or less, Most preferably, it is 690 degrees C or less.
本発明の太陽電池用ガラス基板の50〜350℃における平均熱膨張係数は、70×10−7〜90×10−7/℃であることが好ましい。本発明の太陽電池用ガラス基板をCIGS太陽電池のガラス基板として用いる場合、70×10−7/℃未満、または90×10−7/℃超では、CIGS層との熱膨張差が大きくなりすぎ、剥がれ等の欠点が生じやすくなる。より好ましくは85×10−7/℃以下である。Average thermal expansion coefficient at 50 to 350 ° C. of glass substrate for a solar cell of the present invention is preferably 70 × 10 -7 ~90 × 10 -7 / ℃. When the glass substrate for a solar cell of the present invention is used as a glass substrate for a CIGS solar cell, if it is less than 70 × 10 −7 / ° C. or more than 90 × 10 −7 / ° C., the difference in thermal expansion from the CIGS layer becomes too large. Defects such as peeling easily occur. More preferably, it is 85 × 10 −7 / ° C. or less.
本発明の太陽電池用ガラス基板は、粘度が104dPa・sとなる温度(T4)と失透温度(TL)との関係がT4−TL≧−30℃であることが好ましい。T4−TLが−30℃未満では、板ガラス成形時に失透が生じやすく、ガラス板の成形が困難になるおそれがある。T4−TLは、より好ましくは−20℃以上、さらに好ましくは−10℃以上、特に好ましくは0℃以上、最も好ましくは10℃以上である。ここで、失透温度とは、ガラスを特定の温度で17時間保持するときに、ガラス表面および内部に結晶が生成しない最大温度を指す。In the solar cell glass substrate of the present invention, the relationship between the temperature (T 4 ) at which the viscosity is 10 4 dPa · s and the devitrification temperature (T L ) is preferably T 4 −T L ≧ −30 ° C. . T 4 The -T L is lower than -30 ° C., devitrification is likely to occur at the time of sheet glass forming, there is a possibility that the molding of the glass plate becomes difficult. T 4 -T L is more preferably -20 ° C. or higher, more preferably -10 ° C. or higher, particularly preferably 0 ℃ or more, and most preferably 10 ° C. or higher. Here, the devitrification temperature refers to the maximum temperature at which crystals are not generated on the glass surface and inside when the glass is held at a specific temperature for 17 hours.
ガラス板の成形性、即ち、平坦性向上、および生産性向上を考慮すると、T4は1230℃以下であることが好ましい。T4は1220℃以下がより好ましく、1210℃以下がさらに好ましい。In consideration of moldability of the glass plate, that is, improvement in flatness and productivity, T 4 is preferably 1230 ° C. or less. T 4 is more preferably 1220 ° C. or less, and further preferably 1210 ° C. or less.
また、本発明の太陽電池用ガラス基板は、ガラスの溶解性、即ち、均質性向上、および生産性向上等を考慮して、粘度が102dPa・sとなる温度(T2)は1650℃以下であることが好ましい。T2は1630℃以下がより好ましく、1620℃以下がさらに好ましい。In addition, the glass substrate for a solar cell of the present invention has a temperature (T 2 ) at which the viscosity becomes 10 2 dPa · s at 1650 ° C. in consideration of glass solubility, that is, improvement in homogeneity and productivity. The following is preferable. T 2 is more preferably 1630 ° C. or less, and further preferably 1620 ° C. or less.
本発明の太陽電池用ガラス基板は、密度が2.75g/cm3以下であることが好ましい。密度が2.75g/cm3を超えると、ガラス基板の質量が重くなり好ましくない。密度は、より好ましくは2.73g/cm3以下、さらに好ましくは2.71g/cm3以下である。また、フロート法やフュージョン法等の通常の方法でガラス基板を製造する場合に、容易に製造できるようなガラス組成範囲とすることを考慮すると、通常2.4g/cm3以上である。The solar cell glass substrate of the present invention preferably has a density of 2.75 g / cm 3 or less. When the density exceeds 2.75 g / cm 3 , the mass of the glass substrate becomes heavy, which is not preferable. The density is more preferably 2.73 g / cm 3 or less, and still more preferably 2.71 g / cm 3 or less. Moreover, when manufacturing a glass substrate by normal methods, such as a float process and a fusion method, when it considers setting it as the glass composition range which can be manufactured easily, it is 2.4 g / cm < 3 > or more normally.
本発明の太陽電池用ガラス基板は、脆さ指標値が7000m−1/2未満であるのが好ましい。脆さ指標値が7000m−1/2以上であると、太陽電池の製造工程でガラス基板が割れやすくなり好ましくない。6900m−1/2以下であることがより好ましく、さらに好ましくは6800m−1/2以下、特に好ましくは6700m−1/2以下、一層好ましくは6600m−1/2以下である。また、フロート法やフュージョン法等の通常の方法でガラス基板を製造する場合に、容易に製造できるようなガラス組成範囲とすることを考慮すると、通常5000m−1/2以上である。
本発明において、太陽電池用ガラス基板の脆さ指標値は、下式(1)により定義される「B」として得られるものである(J.Sehgal, et al.,J.Mat.Sci.Lett.,14,167(1995))。
c/a=0.0056B2/3P1/6 … 式(1)
ここで、Pはビッカース圧子の押し込み荷重であり、a、cはそれぞれ、ビッカース圧痕の対角長および四隅から発生するクラックの長さ(圧子を含む対称な2つのクラックの全長)である。各種ガラスの表面に打ち込んだビッカース圧痕の寸法と式(1)を用いて、脆さ指標値Bを算出することとする。The glass substrate for solar cells of the present invention preferably has a brittleness index value of less than 7000 m −1/2 . When the brittleness index value is 7000 m −1/2 or more, the glass substrate is easily broken in the production process of the solar cell, which is not preferable. More preferably 6900M -1/2 or less, more preferably 6800M -1/2 or less, particularly preferably 6700M -1/2 or less, and more preferably 6600M -1/2 or less. Moreover, when manufacturing a glass substrate by normal methods, such as a float process and a fusion method, when it considers setting it as the glass composition range which can be manufactured easily, it is 5000 m <-1/2 > or more normally.
In the present invention, the brittleness index value of the glass substrate for solar cell is obtained as “B” defined by the following formula (1) (J. Seghal, et al., J. Mat. Sci. Lett. , 14, 167 (1995)).
c / a = 0.0056B 2/3 P 1/6 ... Formula (1)
Here, P is the indentation load of the Vickers indenter, and a and c are the diagonal length of the Vickers indentation and the length of cracks generated from the four corners (the total length of two symmetrical cracks including the indenter), respectively. The brittleness index value B is calculated using the dimensions of Vickers indentations that have been implanted on the surface of various glasses and the formula (1).
本発明の太陽電池用ガラス基板において、上記組成に限定する理由は以下のとおりである。 The reason for limiting to the said composition in the glass substrate for solar cells of this invention is as follows.
SiO2:
SiO2は、ガラスの骨格を形成する成分で、50質量%(以下、「質量%」を単に「%」と記載する。以下、同様である。)未満ではガラス基板の耐熱性および化学的耐久性が低下し、平均熱膨張係数が増大するおそれがある。好ましくは52%以上であり、より好ましくは53%以上であり、特に好ましくは53.5%以上、さらに好ましくは54%以上である。
しかし、65%超ではガラスの高温粘度が上昇し、溶解性が悪化する問題が生じるおそれがある。好ましくは63%以下であり、より好ましくは62%以下であり、さらに好ましくは61%以下、特に好ましくは59%以下、一層好ましくは57.5%以下である。SiO 2 :
SiO 2 is a component that forms a skeleton of glass, and if it is less than 50% by mass (hereinafter, “mass%” is simply referred to as “%”, the same applies hereinafter), the heat resistance and chemical durability of the glass substrate. May decrease, and the average coefficient of thermal expansion may increase. Preferably it is 52% or more, More preferably, it is 53% or more, Especially preferably, it is 53.5% or more, More preferably, it is 54% or more.
However, if it exceeds 65%, the high-temperature viscosity of the glass increases, which may cause a problem that the solubility deteriorates. Preferably it is 63% or less, More preferably, it is 62% or less, More preferably, it is 61% or less, Especially preferably, it is 59% or less, More preferably, it is 57.5% or less.
Al2O3:
Al2O3は、ガラス転移点温度を上げ、耐候性(ソラリゼーション)、耐熱性および化学的耐久性を向上し、ヤング率を上げる。その含有量が8%未満であるとガラス転移点温度が低下するおそれがある。また平均熱膨張係数が増大するおそれがある。好ましくは8.5%以上であり、より好ましくは9%以上であり、さらに好ましくは10%以上、特に好ましくは11%以上、一層好ましくは12%以上である。Al 2 O 3 :
Al 2 O 3 increases the glass transition temperature, improves weather resistance (solarization), heat resistance and chemical durability, and increases Young's modulus. If the content is less than 8%, the glass transition temperature may be lowered. Moreover, there exists a possibility that an average thermal expansion coefficient may increase. Preferably it is 8.5% or more, More preferably, it is 9% or more, More preferably, it is 10% or more, Especially preferably, it is 11% or more, More preferably, it is 12% or more.
しかし、15%超では、ガラスの高温粘度が上昇し、溶解性が悪くなるおそれがある。また、失透温度が上昇し、成形性が悪くなるおそれがある。好ましくは14.5%以下、より好ましくは14%以下である。 However, if it exceeds 15%, the high-temperature viscosity of the glass increases, and the solubility may deteriorate. Further, the devitrification temperature is increased, and the moldability may be deteriorated. Preferably it is 14.5% or less, More preferably, it is 14% or less.
SiO2およびAl2O3:
SiO2およびAl2O3は、ガラス基板の耐熱性を増加させる成分であるので、9SiO2+15Al2O3(すなわち、(SiO2の含有%×9)と(Al2O3の含有%×15)との合計)が、570%以上となる範囲で含有させるのが好ましい。より好ましくは600%以上、さらに好ましくは630%以上、特に好ましくは660%以上である。しかし、SiO2およびAl2O3は、ガラスの高温粘度を上昇させ、溶解性を悪化させる効果があるので、9SiO2+15Al2O3が840%以下となる範囲で含有させるのが好ましい。より好ましくは800%以下、さらに好ましくは760%以下、特に好ましくは720%以下である。SiO 2 and Al 2 O 3 :
Since SiO 2 and Al 2 O 3 are components that increase the heat resistance of the glass substrate, 9SiO 2 + 15Al 2 O 3 (ie, (SiO 2 content% × 9) and (Al 2 O 3 content%) × The total content of 15) is preferably 570% or more. More preferably, it is 600% or more, More preferably, it is 630% or more, Most preferably, it is 660% or more. However, since SiO 2 and Al 2 O 3 have the effect of increasing the high temperature viscosity of the glass and deteriorating the solubility, it is preferable that 9SiO 2 + 15Al 2 O 3 is contained in a range of 840% or less. More preferably, it is 800% or less, More preferably, it is 760% or less, Most preferably, it is 720% or less.
B2O3:
B2O3は、溶解性を向上させる等のために1%まで含有してもよい。含有量が1%を超えるとガラス転移点温度が下がるおそれ、または平均熱膨張係数が小さくなるおそれがあり、光電変換層を形成するプロセスにとって好ましくない。また失透温度が上昇して失透しやすくなり板ガラス成形が難しくなる。好ましくは、含有量は0.5%以下である。実質的に含有しないことがより好ましい。
なお、「実質的に含有しない」とは、原料等から混入する不可避的不純物以外には含有しないこと、すなわち、意図的に含有させないことを意味する。以下、同様である。B 2 O 3 :
B 2 O 3 may be contained up to 1% in order to improve the solubility. If the content exceeds 1%, the glass transition temperature may be lowered, or the average thermal expansion coefficient may be reduced, which is not preferable for the process of forming the photoelectric conversion layer. Moreover, devitrification temperature rises and it becomes easy to devitrify, and plate glass shaping | molding becomes difficult. Preferably, the content is 0.5% or less. More preferably, it does not contain substantially.
In addition, “substantially does not contain” means that it is not contained other than inevitable impurities mixed from raw materials or the like, that is, it is not intentionally contained. The same applies hereinafter.
MgO:
MgOは、ガラスの溶解時の粘性を下げ、溶解を促進する効果があるので、含有させることができる。好ましくは0.5%以上であり、より好ましくは1%以上である。10%以下であれば、所望の平均熱膨張係数が得られる。また失透温度が上昇することもなく好ましい。好ましくは7%以下、より好ましくは5%であり、さらに好ましくは3%以下、特に好ましくは2.5%以下である。MgO:
MgO can be contained because it has the effect of reducing the viscosity at the time of melting the glass and promoting the melting. Preferably it is 0.5% or more, More preferably, it is 1% or more. If it is 10% or less, a desired average thermal expansion coefficient can be obtained. Further, it is preferable that the devitrification temperature does not increase. Preferably it is 7% or less, More preferably, it is 5%, More preferably, it is 3% or less, Most preferably, it is 2.5% or less.
CaO:
CaOは、ガラスの溶解時の粘性を下げ、溶解を促進する効果があるので、1〜12%含有させることができる。好ましくは2%以上、より好ましくは3%以上、さらに好ましくは4%以上、特に好ましくは5%以上である。しかし、12%超ではガラス基板の平均熱膨張係数が増大するおそれがある。また、ナトリウム(Na)がガラス基板中で移動しにくくなり発電効率が低下するおそれがある。好ましくは11%以下、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは9%以下、特に好ましくは8.5%以下である。CaO:
CaO has an effect of reducing the viscosity at the time of melting the glass and promoting the melting, so it can be contained in an amount of 1 to 12%. Preferably it is 2% or more, More preferably, it is 3% or more, More preferably, it is 4% or more, Most preferably, it is 5% or more. However, if it exceeds 12%, the average thermal expansion coefficient of the glass substrate may increase. In addition, sodium (Na) is difficult to move in the glass substrate, and power generation efficiency may be reduced. Preferably it is 11% or less, More preferably, it is 10% or less, More preferably, it is 9% or less, Most preferably, it is 8.5% or less.
SrO:
SrOは、ガラスの溶解時の粘性を下げ、溶解を促進する効果があるため、6〜12%含有させる。また、ガラス基板中にSrOが含まれることで、本発明の太陽電池用ガラス基板をCIGS太陽電池のガラス基板として用いる場合、ナトリウム(Na)がガラス基板上のCIGS層へ拡散するのを促進する効果がある。好ましくは6.3%以上、より好ましくは6.5%以上、さらに好ましく7%以上である。しかし、12%超含有するとガラス基板の密度が増大、脆さ指標値が増加するおそれがある。11%以下が好ましく、10%以下であることがより好ましく、9%以下であることがさらに好ましく、8.5%以下であることが特に好ましい。SrO:
SrO is contained in an amount of 6 to 12% because it has an effect of lowering the viscosity at the time of melting the glass and promoting the melting. Moreover, when using the glass substrate for solar cells of this invention as a glass substrate of a CIGS solar cell by containing SrO in a glass substrate, it accelerates | stimulates a sodium (Na) spreading | diffusion to the CIGS layer on a glass substrate. effective. Preferably it is 6.3% or more, More preferably, it is 6.5% or more, More preferably, it is 7% or more. However, if the content exceeds 12%, the density of the glass substrate increases and the brittleness index value may increase. It is preferably 11% or less, more preferably 10% or less, further preferably 9% or less, and particularly preferably 8.5% or less.
BaO:
BaOは、ガラスの溶解時の粘性を下げ、溶解を促進する効果があるので、含有させることができる。しかし、3%超含有するとガラス基板の平均熱膨張係数が増大し、密度が増大し、脆さ指標値が増加するおそれがある。また、ヤング率が低下するおそれがある。2.5%以下が好ましく、2%以下であることがより好ましい。BaO:
BaO can be contained because it has the effect of lowering the viscosity at the time of melting the glass and promoting the melting. However, if it exceeds 3%, the average thermal expansion coefficient of the glass substrate increases, the density increases, and the brittleness index value may increase. In addition, the Young's modulus may be reduced. It is preferably 2.5% or less, and more preferably 2% or less.
ZrO2:
ZrO2は、ガラスの溶解時の粘性を下げ、溶解を促進する効果があるので、1%以上で含有させる。7%以下であれば発電効率が良好で、また失透温度が上昇して失透することもなく、板ガラス成形が容易である。6%以下が好ましく、5%以下がより好ましく、4.5%以下がさらに好ましい。また、好ましくは2%以上、より好ましくは2.5%以上、さらに好ましくは3%以上、特に好ましくは3.5%以上である。ZrO 2 :
ZrO 2 has the effect of lowering the viscosity at the time of melting the glass and promoting the melting, so it is contained at 1% or more. If it is 7% or less, the power generation efficiency is good, the devitrification temperature is not increased and devitrification does not occur, and plate glass molding is easy. 6% or less is preferable, 5% or less is more preferable, and 4.5% or less is more preferable. Further, it is preferably 2% or more, more preferably 2.5% or more, further preferably 3% or more, and particularly preferably 3.5% or more.
TiO2:
TiO2を含有させると失透温度が上昇するため、TiO2は含有しないことが好ましい。ただし、本発明の太陽電池用ガラス基板は、通常のソーダライムガラスに比べて、ガラス基板製造時に溶融ガラス表面に泡層が生成しやすい。泡層が生成すると、溶融ガラスの温度が上がらず、清澄しづらくなり、生産性が悪化する傾向がある。溶融ガラス表面に生成した泡層を薄化または消失させるために、消泡剤としてチタン化合物が溶融ガラス表面に生成した泡層に供給されることがある。チタン化合物は、溶融ガラス中に取り込まれ、TiO2として存在する。このチタン化合物は、無機チタン化合物(例えば、四塩化チタン、酸化チタン等)であってもよく、有機チタン化合物であってもよい。有機チタン化合物としては、チタン酸エステルまたはその誘導体、チタンキレートまたはその誘導体、チタンアシレートまたはその誘導体、シュウ酸チタネート等が挙げられる。上記の理由により、TiO2は、不純物として0.2%以下ガラス基板中に含有することが許容される。TiO 2 :
Since the inclusion of TiO 2 devitrification temperature increases, it is preferred that TiO 2 is not contained. However, the glass substrate for solar cells of the present invention is more likely to produce a bubble layer on the surface of the molten glass when the glass substrate is produced, as compared with ordinary soda lime glass. When the foam layer is generated, the temperature of the molten glass does not rise, it becomes difficult to clarify, and the productivity tends to deteriorate. In order to thin or eliminate the foam layer generated on the surface of the molten glass, a titanium compound may be supplied as an antifoaming agent to the foam layer generated on the surface of the molten glass. The titanium compound is taken into the molten glass and exists as TiO 2 . The titanium compound may be an inorganic titanium compound (for example, titanium tetrachloride, titanium oxide, etc.) or an organic titanium compound. Examples of the organic titanium compound include titanic acid esters or derivatives thereof, titanium chelates or derivatives thereof, titanium acylates or derivatives thereof, and oxalic acid titanates. For the above reason, TiO 2 is allowed to be contained in the glass substrate by 0.2% or less as an impurity.
MgO、CaO、SrOおよびBaO:
MgO、CaO、SrOおよびBaOについては、ガラスの溶解時の粘性を下げ、溶解を促進させる点から、CaOおよびSrOを含み、かつMgOおよびBaOからなる群から選ばれる少なくとも1種を含んでもよく、それらの合量(すなわち、これらのアルカリ土類金属酸化物(RO)の合量を、(MgO+CaO+SrO+BaO)とも記す。)は、15%以上とする。しかし、合量が30%超では失透温度が上昇し、成形性が悪くなる恐れがある。16%以上が好ましく、17%以上がより好ましい。また、26%以下が好ましく、23%以下がより好ましく、20%以下がさらに好ましく、18%以下が特に好ましい。MgO, CaO, SrO and BaO:
About MgO, CaO, SrO and BaO, from the point of decreasing the viscosity at the time of melting the glass and promoting the melting, it may contain CaO and SrO, and may contain at least one selected from the group consisting of MgO and BaO. Their total amount (that is, the total amount of these alkaline earth metal oxides (RO) is also referred to as (MgO + CaO + SrO + BaO)) is 15% or more. However, if the total amount exceeds 30%, the devitrification temperature rises and the moldability may be deteriorated. 16% or more is preferable, and 17% or more is more preferable. Moreover, 26% or less is preferable, 23% or less is more preferable, 20% or less is further more preferable, and 18% or less is especially preferable.
Na2O:
Na2Oは、本発明の太陽電池用ガラス基板をCIGS太陽電池のガラス基板として用いる場合、CIGS太陽電池の発電効率向上に寄与するための成分であり、必須成分である。また、ガラス溶解温度での粘性を下げ、溶解しやすくする効果があるので、2〜8%含有させる。ナトリウム(Na)はガラス基板上に構成されたCIGS層中に拡散し、発電効率を高めるが、含有量が2%未満ではガラス基板上のCIGS層へのNa拡散が不十分となり、発電効率も不十分となるおそれがある。含有量が3%以上であると好ましく、含有量が4%以上であるとより好ましい。
Na2O含有量が8%を超えると平均熱膨張係数が大きくなり、ガラス転移点温度が低下する傾向がある。または化学的耐久性が劣化する傾向がある。または、ヤング率が低下するおそれがある。含有量が7.5%以下であると好ましく、7%以下であるとより好ましく、6.5%以下であるとさらに好ましい。Na 2 O:
Na 2 O is a component that contributes to improving the power generation efficiency of the CIGS solar cell and is an essential component when the glass substrate for a solar cell of the present invention is used as a glass substrate of a CIGS solar cell. Moreover, since there exists an effect which lowers | hangs the viscosity in glass melting temperature and makes it easy to melt | dissolve, it is made to contain 2 to 8%. Sodium (Na) diffuses into the CIGS layer formed on the glass substrate to increase the power generation efficiency. However, if the content is less than 2%, Na diffusion to the CIGS layer on the glass substrate becomes insufficient, and the power generation efficiency is also low. May be insufficient. The content is preferably 3% or more, and more preferably 4% or more.
If the Na 2 O content exceeds 8%, the average thermal expansion coefficient tends to increase, and the glass transition temperature tends to decrease. Or chemical durability tends to deteriorate. Alternatively, the Young's modulus may be reduced. The content is preferably 7.5% or less, more preferably 7% or less, and even more preferably 6.5% or less.
K2O:
K2Oは、Na2Oと同様の効果があるため、0〜8%含有させる。しかし、8%超ではガラス転移点温度が低下し、平均熱膨張係数が大きくなり、比重が大きくなるおそれがある。含有する場合は0.5%以上であることが好ましく、1%以上であることがより好ましく、3.5%以上であることがさらに好ましい。また、7%以下が好ましく、6%以下であることがより好ましく、5%以下がさらに好ましく、4.5%以下が特に好ましい。K 2 O:
Since K 2 O has the same effect as Na 2 O, 0 to 8% is contained. However, if it exceeds 8%, the glass transition temperature is lowered, the average thermal expansion coefficient is increased, and the specific gravity may be increased. When contained, it is preferably 0.5% or more, more preferably 1% or more, and further preferably 3.5% or more. Further, it is preferably 7% or less, more preferably 6% or less, further preferably 5% or less, and particularly preferably 4.5% or less.
Na2OおよびK2O:
Na2OおよびK2Oは、CIGS太陽電池の発電効率向上に寄与するための成分である。また、ガラス溶解温度での粘性を下げ、溶解しやすくする効果があるので3Na2O+2K2O(すなわち、(Na2Oの含有%×3)と(K2Oの含有%×2)との合計)が14%以上となる範囲で含有させるのが好ましい。より好ましくは16%以上、さらに好ましくは18%以上、特に好ましくは20%以上である。Na2OおよびK2Oは、平均熱膨張係数を大きくし、ガラス転移点温度を低下させる傾向があるので、3Na2O+2K2Oが44%以下となる範囲で含有させるのが好ましい。より好ましくは40%以下、さらに好ましくは36%以下、特に好ましくは32%以下である。Na 2 O and K 2 O:
Na 2 O and K 2 O are components for contributing to improvement in power generation efficiency of the CIGS solar cell. Moreover, since it has the effect of lowering the viscosity at the glass melting temperature and facilitating melting, 3Na 2 O + 2K 2 O (that is, (Na 2 O content% × 3) and (K 2 O content% × 2)) The total content is preferably in the range of 14% or more. More preferably, it is 16% or more, further preferably 18% or more, and particularly preferably 20% or more. Since Na 2 O and K 2 O tend to increase the average thermal expansion coefficient and lower the glass transition temperature, it is preferable to contain 3Na 2 O + 2K 2 O in a range of 44% or less. More preferably, it is 40% or less, more preferably 36% or less, and particularly preferably 32% or less.
SrOとNa2Oの比:
SrOとNa2Oの比(SrO/Na2O)は、0.8以上とする。SrOがNa2O量に対して少ないと、CIGS太陽電池を作製した時にNaがガラス基板上のCIGS層へ拡散するのを促進する効果が弱まる傾向がある。好ましくは0.9以上であり、より好ましくは1.0以上、さらに好ましくは1.1以上である。しかし2.5以上では、ガラス基板の比重が大きくなりすぎるおそれがある。2.1以下が好ましく、より好ましくは1.8以下、さらに好ましくは1.6以下、特に好ましくは1.4以下である。SrO to Na 2 O ratio:
The ratio of SrO to Na 2 O (SrO / Na 2 O) is 0.8 or more. If the amount of SrO is small relative to the amount of Na 2 O, the effect of promoting the diffusion of Na to the CIGS layer on the glass substrate tends to be weakened when a CIGS solar cell is produced. Preferably it is 0.9 or more, More preferably, it is 1.0 or more, More preferably, it is 1.1 or more. However, if it is 2.5 or more, the specific gravity of the glass substrate may be too large. It is preferably 2.1 or less, more preferably 1.8 or less, further preferably 1.6 or less, and particularly preferably 1.4 or less.
本発明の太陽電池用ガラス基板は、本質的に上記母組成(SiO2、Al2O3、B2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、ZrO2、Na2O、およびK2Oを前述した範囲で含むガラス母組成)からなるが、本発明の目的を損なわない範囲で、上記ガラス母組成に対し内割りで、下記のその他の成分をそれぞれ1%以下、および上記したTiO2を合計で5%以下含有してもよい。たとえば、耐候性、溶解性、失透性、紫外線遮蔽、屈折率等の改善を目的に、ZnO、Li2O、WO3、Nb2O5、V2O5、Bi2O3、MoO3、P2O5等を含有してもよい場合がある。A glass substrate for a solar cell of the present invention are essentially the matrix composition (SiO 2, Al 2 O 3 , B 2 O 3, MgO, CaO, SrO, BaO, ZrO 2, Na 2 O, and K 2 O The glass mother composition contained in the range described above), but within the range that does not impair the object of the present invention, the following other components are divided by 1% or less, and the above-described TiO 2 is included in the glass mother composition. You may contain 5% or less in total. For example, ZnO, Li 2 O, WO 3 , Nb 2 O 5 , V 2 O 5 , Bi 2 O 3 , MoO 3 for the purpose of improving weather resistance, solubility, devitrification, ultraviolet shielding, refractive index, and the like. , P 2 O 5 or the like may be contained.
また、ガラスの溶解性、清澄性を改善するため、ガラス中にSO3、F、Cl、SnO2などの清澄剤を上記ガラス母組成に対し外割りで、それぞれ1%以下、合量で2%以下含有するように、これらの原料を母組成原料に添加してもよい。
また、ガラス基板の化学的耐久性向上のため、ガラス中に上記ガラス母組成に対し内割りで、Y2O3、La2O3を合量で2%以下含有させてもよい。Further, in order to improve the solubility and fining of the glass, a fining agent such as SO 3 , F, Cl, SnO 2 is divided into the glass mother composition, and the total amount is 2%. These raw materials may be added to the mother composition raw material so as to contain at most%.
Further, in order to improve the chemical durability of the glass substrate, Y 2 O 3 and La 2 O 3 may be contained in the glass in an amount of 2% or less in total with respect to the glass mother composition.
なお、本発明の太陽電池用ガラス基板には、透過率を確保し発電効率を高くするために、上記母組成(SiO2、Al2O3、B2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、ZrO2、Na2O、およびK2Oを前述した範囲で含むガラス母組成)100質量部に対して、鉄酸化物が、Fe2O3換算で0.06質量部以下の含有量で含まれることが好ましい。より好ましくは0.055質量部以下、さらに好ましくは0.05質量部以下、特に好ましくは0.045質量部以下である。しかしながら、透過率が不問の場合(例えばCIGS太陽電池の基板として用いられる場合など)、鉄の含有量の少ない原料の使用、および溶解時の加熱しやすさの観点から、鉄酸化物は上記母組成100質量部に対して、Fe2O3換算で0.2質量部以下が好ましく、0.15質量部以下がより好ましく、0.12質量部以下がさらに好ましい。
また、鉄酸化物の含有量が0.01質量部以上であると、鉄酸化物成分の混入が不可避である工業原料を使用できるため、工業的な生産が容易となり好ましい。また、鉄酸化物の含有量が0.01質量部以上であると、溶解時に輻射の吸収が著しく大きくなるために、溶融ガラスの温度が上がりやすくなり製造に支障をきたすことがない。より好ましくは0.015質量部以上、さらに好ましくは0.02質量部以上である。
なお、本発明において鉄酸化物としては、弁柄、酸化鉄粉等が挙げられる。Incidentally, a glass substrate for a solar cell of the present invention, in order to increase the power generation efficiency to ensure the transmittance, the matrix composition (SiO 2, Al 2 O 3 , B 2 O 3, MgO, CaO, SrO, BaO , ZrO 2 , Na 2 O, and glass mother composition containing K 2 O in the range described above) With respect to 100 parts by mass, the iron oxide has a content of 0.06 parts by mass or less in terms of Fe 2 O 3. It is preferably included. More preferably, it is 0.055 mass part or less, More preferably, it is 0.05 mass part or less, Most preferably, it is 0.045 mass part or less. However, when the transmittance is unquestioned (for example, when used as a substrate for a CIGS solar cell), iron oxide is used as the above-mentioned mother from the viewpoint of use of a raw material with a low iron content and ease of heating during melting. The amount is preferably 0.2 parts by mass or less, more preferably 0.15 parts by mass or less, and further preferably 0.12 parts by mass or less based on Fe 2 O 3 with respect to 100 parts by mass of the composition.
Further, when the content of the iron oxide is 0.01 parts by mass or more, an industrial raw material in which the mixing of the iron oxide component is unavoidable can be used. Further, when the content of the iron oxide is 0.01 parts by mass or more, the absorption of radiation is remarkably increased at the time of melting, so that the temperature of the molten glass is easily increased and the production is not hindered. More preferably, it is 0.015 mass part or more, More preferably, it is 0.02 mass part or more.
In the present invention, examples of the iron oxide include a valve stem and iron oxide powder.
また、本発明の太陽電池用ガラス基板は、環境負荷を考慮すると、As2O3、Sb2O3を実質的に含有しないことが好ましい。また、安定してフロート成形することを考慮すると、ZnOを実質的に含有しないことが好ましい。しかし、本発明の太陽電池用ガラス基板は、フロート法による成形に限らず、フュージョン法による成形により製造してもよい。Further, the glass substrate for a solar cell of the present invention, considering the environmental burden, it is preferred not to contain As 2 O 3, Sb 2 O 3 substantially. In consideration of stable float forming, it is preferable that ZnO is not substantially contained. However, the glass substrate for solar cells of the present invention is not limited to being formed by the float process, and may be manufactured by forming by the fusion process.
<本発明の太陽電池用ガラス基板の製造方法>
本発明の太陽電池用ガラス基板の製造方法について説明する。
本発明の太陽電池用ガラス基板を製造する場合、従来の太陽電池用ガラス基板を製造する際と同様に、溶解・清澄工程および成形工程を実施する。なお、本発明の太陽電池用ガラス基板は、アルカリ金属酸化物(Na2O、K2O)を含有するアルカリ含有ガラス基板であるため、清澄剤としてSO3を効果的に用いることができ、成形方法としてフロート法およびフュージョン法(ダウンドロー法)に適している。<The manufacturing method of the glass substrate for solar cells of this invention>
The manufacturing method of the glass substrate for solar cells of this invention is demonstrated.
When manufacturing the glass substrate for solar cells of this invention, a melt | dissolution and clarification process and a shaping | molding process are implemented similarly to the time of manufacturing the conventional glass substrate for solar cells. In addition, since the glass substrate for solar cells of the present invention is an alkali-containing glass substrate containing an alkali metal oxide (Na 2 O, K 2 O), SO 3 can be effectively used as a fining agent, Suitable for the float method and fusion method (down draw method) as the molding method.
太陽電池用のガラス基板の製造工程において、ガラスを板状に成形する方法としては、太陽電池の大型化に伴い、大面積のガラス基板を容易に、安定して成形できるフロート法を用いることが好ましい。
本発明の太陽電池用ガラス基板の製造方法の好ましい態様について説明する。In the manufacturing process of a glass substrate for a solar cell, as a method for forming glass into a plate shape, a float method capable of easily and stably forming a large-area glass substrate with the enlargement of the solar cell is used. preferable.
The preferable aspect of the manufacturing method of the glass substrate for solar cells of this invention is demonstrated.
初めに、所定のガラス原料を溶解して得た溶融ガラスを板状に成形する。例えば、得られるガラス基板が前述した組成となるように原料を調製し、上記原料を溶解炉に連続的に投入し、1550〜1700℃に加熱して溶融ガラスを得る。そして、この溶融ガラスを、例えばフロート法を適用してリボン状のガラス板に成形する。
次に、リボン状のガラス板をフロート成形炉から引出した後に、冷却手段によって室温状態まで冷却し、切断後、太陽電池用ガラス基板を得る。First, a molten glass obtained by melting a predetermined glass raw material is formed into a plate shape. For example, raw materials are prepared so that the obtained glass substrate has the composition described above, the raw materials are continuously charged into a melting furnace, and heated to 1550 to 1700 ° C. to obtain molten glass. Then, this molten glass is formed into a ribbon-like glass plate by applying, for example, a float process.
Next, after pulling out the ribbon-shaped glass plate from the float forming furnace, it is cooled to room temperature by a cooling means, and after cutting, a glass substrate for solar cell is obtained.
<本発明の太陽電池用ガラス基板の用途>
本発明の太陽電池用ガラス基板は、所定の平均熱膨張係数、高いガラス強度、低いガラス密度、並びに、板ガラス生産時の高い溶解性、良好な成形性および良好な失透防止性を有し、さらにガラス転移点温度が高く、アルカリ拡散性も高いことから、CIGS太陽電池に用いる場合に発電効率に寄与することができるため、CIGS太陽電池用ガラス基板として好適に用いられる。
本発明の太陽電池用ガラス基板をCIGS太陽電池のガラス基板に適用する場合、ガラス基板の厚さは3mm以下とするのが好ましく、より好ましくは2mm以下、さらに好ましくは1.5mm以下である。
また、ガラス基板にCIGS層を形成する方法は特に制限されないが、ガラス転移温度が高いことから、CIGS層を形成する際の加熱温度を500〜700℃、好ましくは550〜700℃、より好ましくは580〜700℃、さらに好ましくは600〜700℃、特に好ましくは620〜700℃とすることができる。<Use of glass substrate for solar cell of the present invention>
The glass substrate for solar cells of the present invention has a predetermined average thermal expansion coefficient, high glass strength, low glass density, and high solubility during plate glass production, good formability and good devitrification prevention, Furthermore, since it has a high glass transition temperature and high alkali diffusibility, it can contribute to power generation efficiency when used in a CIGS solar cell, and is therefore suitably used as a glass substrate for CIGS solar cells.
When the glass substrate for a solar cell of the present invention is applied to a glass substrate of a CIGS solar cell, the thickness of the glass substrate is preferably 3 mm or less, more preferably 2 mm or less, and further preferably 1.5 mm or less.
Further, the method for forming the CIGS layer on the glass substrate is not particularly limited, but since the glass transition temperature is high, the heating temperature for forming the CIGS layer is 500 to 700 ° C., preferably 550 to 700 ° C., more preferably. The temperature may be 580 to 700 ° C, more preferably 600 to 700 ° C, and particularly preferably 620 to 700 ° C.
本発明の太陽電池用ガラス基板をCIGS太陽電池のガラス基板のみに使用する場合、カバーガラス等は特に制限されない。カバーガラスの組成の他の例は、ソーダライムガラス等が挙げられる。
本発明の太陽電池用ガラス基板をCIGS太陽電池のカバーガラスとして使用する場合、カバーガラスの厚さは3mm以下とするのが好ましく、より好ましくは2mm以下、さらに好ましくは1.5mm以下である。
また、CIGS太陽電池の製造において、CIGS層を有するガラス基板にカバーガラスを組立てる方法は特に制限されないが、加熱して組立てる場合、その加熱温度を500〜700℃、好ましくは600〜700℃とすることができる。When using the glass substrate for solar cells of this invention only for the glass substrate of a CIGS solar cell, a cover glass etc. are not restrict | limited in particular. Other examples of the composition of the cover glass include soda lime glass.
When the glass substrate for a solar cell of the present invention is used as a cover glass for a CIGS solar cell, the thickness of the cover glass is preferably 3 mm or less, more preferably 2 mm or less, and further preferably 1.5 mm or less.
Moreover, in the manufacture of CIGS solar cells, the method of assembling the cover glass on the glass substrate having the CIGS layer is not particularly limited, but when assembled by heating, the heating temperature is 500 to 700 ° C, preferably 600 to 700 ° C. be able to.
本発明の太陽電池用ガラス基板をCIGS太陽電池のガラス基板およびカバーガラスに併用すると、平均熱膨張係数が同等であるため太陽電池組立時の熱変形等が発生せず好ましい。
また、本発明の太陽電池用ガラス基板は、所定の平均熱膨張係数、高いガラス強度、低いガラス密度、並びに、板ガラス生産時の高い溶解性、良好な成形性および良好な失透防止性を有するため、CdTe太陽電池用ガラス基板として好適に用いられる。When the glass substrate for a solar cell of the present invention is used in combination with a glass substrate and cover glass of a CIGS solar cell, the average thermal expansion coefficient is equivalent, so that thermal deformation or the like at the time of assembling the solar cell does not occur.
Moreover, the glass substrate for solar cells of the present invention has a predetermined average thermal expansion coefficient, high glass strength, low glass density, and high solubility, good moldability and good devitrification resistance during plate glass production. Therefore, it is suitably used as a glass substrate for CdTe solar cells.
CdTe太陽電池で採用されているスーパーストレート型構造ではガラス基板が外側に露出するため、高いガラス強度を有する本発明の太陽電池用ガラス基板は、CdTe太陽電池用ガラス基板としても好適に用いられる。
また、高いガラス転移点温度を有するため、CdTe層形成時に高温で成膜できるため、CdTe太陽電池の発電効率に寄与することができる。Since the glass substrate is exposed to the outside in the super straight structure employed in the CdTe solar cell, the glass substrate for solar cell of the present invention having high glass strength is also suitably used as the glass substrate for CdTe solar cell.
In addition, since it has a high glass transition temperature, it can be formed at a high temperature when forming the CdTe layer, which can contribute to the power generation efficiency of the CdTe solar cell.
本発明の太陽電池用ガラス基板をCdTe太陽電池のガラス基板に適用する場合、ガラス基板の厚さは3mm以下とするのが好ましく、より好ましくは2mm以下、さらに好ましくは1.5mm以下である。またガラス基板にCdTe層を形成する方法は特に制限されないが、ガラス転移温度が高いことから、CdTe層を形成する際の加熱温度を500〜700℃、好ましくは550〜700℃、より好ましくは580〜700℃、さらに好ましくは600〜700℃、特に好ましくは620〜700℃とすることができる。 When the glass substrate for a solar cell of the present invention is applied to a glass substrate of a CdTe solar cell, the thickness of the glass substrate is preferably 3 mm or less, more preferably 2 mm or less, and further preferably 1.5 mm or less. The method for forming the CdTe layer on the glass substrate is not particularly limited, but since the glass transition temperature is high, the heating temperature for forming the CdTe layer is 500 to 700 ° C., preferably 550 to 700 ° C., more preferably 580. -700 degreeC, More preferably, it is 600-700 degreeC, Most preferably, it can be set as 620-700 degreeC.
本発明の太陽電池用ガラス基板をCdTe太陽電池のガラス基板のみに使用する場合、裏板ガラス等は特に制限されない。裏板ガラスの組成の他の例は、ソーダライムガラス等が挙げられる。
本発明の太陽電池用ガラス基板をCdTe太陽電池の裏板ガラスとして使用する場合、裏板ガラスの厚さは3mm以下とするのが好ましく、より好ましくは2mm以下、さらに好ましくは1.5mm以下である。
またCdTe太陽電池の製造において、CdTe層を有するガラス基板に裏板ガラスを組立てる方法は特に制限されないが、加熱して組立てる場合、その加熱温度を500〜700℃、好ましくは600〜700℃とすることができる。
本発明の太陽電池用ガラス基板をCdTe太陽電池のガラス基板および裏板ガラスに併用すると、平均熱膨張係数が同等であるため太陽電池組立時の熱変形等が発生せず好ましい。When using the glass substrate for solar cells of the present invention only for the glass substrate of CdTe solar cells, the back plate glass and the like are not particularly limited. Other examples of the composition of the back plate glass include soda lime glass.
When the glass substrate for a solar cell of the present invention is used as a back plate glass of a CdTe solar cell, the thickness of the back plate glass is preferably 3 mm or less, more preferably 2 mm or less, and further preferably 1.5 mm or less.
In the production of CdTe solar cells, the method of assembling the back glass on the glass substrate having the CdTe layer is not particularly limited, but when assembled by heating, the heating temperature is 500 to 700 ° C, preferably 600 to 700 ° C. Can do.
When the glass substrate for a solar cell of the present invention is used in combination with a glass substrate and a back plate glass of a CdTe solar cell, the average thermal expansion coefficient is equivalent, so that thermal deformation or the like during solar cell assembly does not occur, which is preferable.
<本発明のCIGS太陽電池>
次に、本発明のCIGS太陽電池について説明する。
本発明のCIGS太陽電池は、ガラス基板と、カバーガラスと、上記ガラス基板と上記カバーガラスとの間に配置されるCu−In−Ga−Seの光電変換層と、を有し、上記ガラス基板と上記カバーガラスのうち少なくとも上記ガラス基板が、本発明の太陽電池用ガラス基板であることを特徴とする。<CIGS solar cell of the present invention>
Next, the CIGS solar cell of this invention is demonstrated.
The CIGS solar cell of the present invention has a glass substrate, a cover glass, and a Cu—In—Ga—Se photoelectric conversion layer disposed between the glass substrate and the cover glass, and the glass substrate. Among the cover glasses, at least the glass substrate is the glass substrate for solar cells of the present invention.
以下添付の図面を使用して本発明のCIGS太陽電池を詳細に説明する。なお、本発明は添付の図面に限定されない。
図1は本発明のCIGS太陽電池の実施形態の一例を模式的に表す断面図である。図1において、本発明のCIGS太陽電池1は、ガラス基板5、カバーガラス19、およびガラス基板5とカバーガラス19との間にCIGS層9を有する。ガラス基板5は、上記で説明した本発明の太陽電池用ガラス基板であることが好ましい。太陽電池1はガラス基板5上にプラス電極7であるMo膜の裏面電極層を有し、その上にCIGS層9を有する。CIGS層の組成はCu(In1−xGax)Se2が例示できる。xはInとGaの組成比を示すもので0<x<1である。Hereinafter, the CIGS solar cell of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the attached drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of an embodiment of the CIGS solar cell of the present invention. In FIG. 1, the CIGS
CIGS層9上にはバッファ層11として、CdS(硫化カドミウム)、ZnS(亜鉛硫化物)層、ZnO(酸化亜鉛)層、Zn(OH)2(水酸化亜鉛)層、またはこれらの混晶層を有する。バッファ層9を介して、ZnOまたはITO、またはAlをドープしたZnO(AZO)等の透明導電膜13を有し、さらにその上にマイナス電極15であるAl電極(アルミニウム電極)等の取出し電極を有する。これらの層の間の必要な場所には反射防止膜を設けてもよい。図1においては、透明導電膜13とマイナス電極15との間に反射防止膜17が設けられている。On the CIGS layer 9, as a
また、マイナス電極15上にカバーガラス19を設けてもよく、必要な場合は、マイナス電極とカバーガラスとの間を樹脂封止したり、接着用の透明樹脂で接着されたりする。カバーガラスは、本発明の太陽電池用ガラス基板を用いてもよい。
本発明において、CIGS層の端部または太陽電池の端部は封止されていてもよい。封止するための材料としては、例えば本発明の太陽電池用ガラス基板と同じ材料、その他のガラス、樹脂等が挙げられる。
なお、添付の図面に示す太陽電池の各層の厚さは図面に限定されない。Further, a
In the present invention, the end of the CIGS layer or the end of the solar cell may be sealed. As a material for sealing, the same material as the glass substrate for solar cells of this invention, other glass, resin etc. are mentioned, for example.
In addition, the thickness of each layer of the solar cell shown in the attached drawings is not limited to the drawings.
本発明のCIGS太陽電池は、ガラス基板として本発明の太陽電池用ガラス基板を用い、CIGS層の成膜工程の第二段階において、CIGS層を500℃以上の加熱条件で成膜することで、より高い発電効率を得ることができる。第二段階の加熱温度は、好ましくは550℃以上、より好ましくは580℃以上、さらに好ましくは600℃以上、特に好ましくは620℃以上である。
CIGS太陽電池の製造方法におけるCIGS層の成膜工程以外のその他の工程、例えば、バッファ層や透明導電膜層の成膜等は、通常のCIGS太陽電池の製造方法の工程と同様に行えばよい。The CIGS solar cell of the present invention uses the glass substrate for solar cells of the present invention as a glass substrate, and in the second stage of the CIGS layer deposition process, the CIGS layer is formed under heating conditions of 500 ° C. or higher. Higher power generation efficiency can be obtained. The heating temperature in the second stage is preferably 550 ° C. or higher, more preferably 580 ° C. or higher, further preferably 600 ° C. or higher, and particularly preferably 620 ° C. or higher.
Other processes other than the CIGS layer forming process in the CIGS solar cell manufacturing method, for example, the buffer layer and transparent conductive film layer forming process, etc. may be performed in the same manner as in the normal CIGS solar cell manufacturing process. .
<本発明のCdTe太陽電池>
次に、本発明のCdTe太陽電池について説明する。
本発明の太陽電池は、ガラス基板と、裏板ガラスと、上記ガラス基板と上記裏板ガラスとの間に配置されるCdTeの光電変換層(CdTe層)とを有し、上記ガラス基板と上記裏板ガラスのうち少なくとも上記ガラス基板が本発明の太陽電池用ガラス基板である。もしくは、上記太陽電池の構成において、裏板ガラスの代わりに、耐水性、耐酸素透過性をもつバックフィルムを用いた太陽電池でもよい。<CdTe Solar Cell of the Present Invention>
Next, the CdTe solar cell of the present invention will be described.
The solar cell of the present invention includes a glass substrate, a back plate glass, and a CdTe photoelectric conversion layer (CdTe layer) disposed between the glass substrate and the back plate glass, and the glass substrate and the back plate glass. Of these, at least the glass substrate is the glass substrate for solar cells of the present invention. Or in the structure of the said solar cell, the solar cell using the back film which has water resistance and oxygen-resistant permeability | transmittance instead of back plate glass may be sufficient.
以下、添付の図面を用いて本発明における太陽電池を詳細に説明する。なお、本発明は添付の図面に限定されない。
図4は、本発明のCdTe太陽電池の実施形態の一例を模式的に表す断面図である。
図4において、本発明の太陽電池(CdTe太陽電池)21は、厚さ1〜3mmのガラス基板22、厚さ1〜3mmの裏板ガラス27、およびガラス基板22と裏板ガラス27との間に厚さ3〜15μmのCdTe層25を有する。CdTe層または透明導電膜を形成する際の加熱温度は500℃以上であり、好ましくは550℃以上、より好ましくは580℃以上、さらに好ましくは600℃以上、特に好ましくは620℃以上である。ガラス基板22は上記で説明した本発明の太陽電池用ガラス基板からなるのが好ましい。
CdTe太陽電池21は、ガラス基板22上に厚さ100〜1000nmの透明導電膜23を有する。CdTe層または透明導電膜を形成する際の加熱温度は500℃以上であり、好ましくは550℃以上、より好ましくは580℃以上、さらに好ましくは600℃以上、特に好ましくは620℃以上である。Hereinafter, a solar cell in the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the attached drawings.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of an embodiment of the CdTe solar cell of the present invention.
In FIG. 4, a solar cell (CdTe solar cell) 21 of the present invention has a
The CdTe
透明導電膜23としては、例えばSnをドープしたIn2O3やFをドープしたIn2O3等が挙げられる。透明導電膜23上には、厚さ50〜300nmのバッファ層24(例えば、CdS層)を有し、そのバッファ層24の上にCdTe層25を有する。さらにCdTe層25上には100〜1000nmの裏面電極26(例えばCuをドープしたカーボン電極やMo電極等)を有し、裏面電極26上に裏板ガラス27を有する。裏面電極26と裏板ガラス27の間は、樹脂封止するか、接着用の樹脂で接着されることが好ましい。裏板ガラス27は本発明の太陽電池用ガラス基板を用いてもよい。The transparent
本発明において、CdTe層の端部または太陽電池の端部は封止されていてもよい。封止するための材料としては、例えば本発明のCdTe太陽電池用ガラス基板と同じ材料、その他のガラス材料、樹脂等が挙げられる。
なお、添付の図面に示す太陽電池の各層の厚さは図面に限定されない。In the present invention, the end of the CdTe layer or the end of the solar cell may be sealed. As a material for sealing, the same material as the glass substrate for CdTe solar cells of this invention, other glass materials, resin etc. are mentioned, for example.
In addition, the thickness of each layer of the solar cell shown in the attached drawings is not limited to the drawings.
以下、実施例および製造例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例および製造例に限定されない。
本発明の太陽電池用ガラス基板の実施例(例1〜13、17〜31)および比較例(例14〜16)を示す。EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a manufacture example demonstrate this invention in more detail, this invention is not limited to these Examples and a manufacture example.
The Example (Examples 1-13, 17-31) and comparative example (Examples 14-16) of the glass substrate for solar cells of this invention are shown.
表1〜4で表示したガラス組成になるように各成分の原料を調合し、該ガラス基板用成分の原料100質量部に対し、硫酸塩をSO3換算で0.1質量部、前記原料に添加し、白金坩堝を用いて1650℃の温度で3時間加熱し溶解した。なお、表1〜4中、Fe2O3の配合量は、母組成(SiO2、Al2O3、B2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、ZrO2、Na2O、およびK2Oを前述した範囲で含むガラス母組成)100質量部に対する質量部を示す。Table to prepare a raw material of each component so that the glass composition was displayed in 1-4, relative to 100 parts by weight of the raw material of the glass substrate component, 0.1 parts by mass of sulfate converted to SO 3, in the starting material The mixture was added and dissolved by heating at a temperature of 1650 ° C. for 3 hours using a platinum crucible. In Table 1-4, the amount of Fe 2 O 3 is matrix composition (SiO 2, Al 2 O 3 , B 2 O 3, MgO, CaO, SrO, BaO, ZrO 2, Na 2 O, and K ( Glass mother composition containing 2 O in the range described above) 100 parts by mass.
溶解にあたっては、白金スターラーを挿入し、1時間攪拌しガラスの均質化を行った。次いで溶融ガラスを流し出し、板状に成形後冷却し、ガラス板を得た。
こうして得られたガラス板の平均熱膨張係数(単位:×10−7/℃)、ガラス転移点温度Tg(単位:℃)、密度(単位:g/cm3)、脆さ指標値(単位:m−1/2)、粘度が102dPa・sとなる温度(T2)(単位:℃)、粘度が104dPa・sとなる温度(T4)(単位:℃)、失透温度(TL)(単位:℃)、Na拡散量、発電効率を測定し、表1〜4に示した。以下に各物性の測定方法を示す。In melting, a platinum stirrer was inserted and stirred for 1 hour to homogenize the glass. Next, the molten glass was poured out, formed into a plate shape, and then cooled to obtain a glass plate.
The average thermal expansion coefficient (unit: × 10 −7 / ° C.), glass transition temperature Tg (unit: ° C.), density (unit: g / cm 3 ), brittleness index value (unit: unit) of the glass plate thus obtained. m −1/2 ), temperature at which viscosity becomes 10 2 dPa · s (T 2 ) (unit: ° C.), temperature at which viscosity becomes 10 4 dPa · s (T 4 ) (unit: ° C.), devitrification temperature (T L ) (unit: ° C.), Na diffusion amount, and power generation efficiency were measured and shown in Tables 1 to 4. The measuring method of each physical property is shown below.
なお、実施例では、ガラス板について測定しているが、各物性はガラス板とガラス基板とで同じ値である。得られたガラス板を加工、研磨を施すことで、ガラス基板とすることができる。 In addition, although measured about the glass plate in the Example, each physical property is the same value with a glass plate and a glass substrate. By processing and polishing the obtained glass plate, a glass substrate can be obtained.
(1)50〜350℃の平均熱膨張係数:
この平均熱膨張係数は、示差熱膨張計(TMA)を用いて測定し、JIS R3102(1995年度)の規格より求めた。
(2)Tg:
Tgは、TMAを用いて測定した値であり、JIS R3103−3(2001年度)の規格により求めた。(1) Average thermal expansion coefficient at 50 to 350 ° C .:
This average thermal expansion coefficient was measured using a differential thermal dilatometer (TMA), and was determined from the standard of JIS R3102 (1995).
(2) Tg:
Tg is a value measured using TMA, and was determined according to the standard of JIS R3103-3 (FY2001).
(3)密度:
密度は、ガラス板から切り出した、泡を含まない約20gのガラス塊をアルキメデス法によって測定した。(3) Density:
The density was measured by Archimedes' method for about 20 g of glass lump that did not contain bubbles and was cut out from the glass plate.
(4)脆さ指標値:
脆さ指標値は、前述の各種ガラス板の表面に打ち込んだビッカース圧痕の寸法と上記式(1)を用いて、脆さ指標値を算出する。(4) Brittleness index value:
For the brittleness index value, the brittleness index value is calculated using the dimensions of the above-described Vickers indentation that has been driven into the surface of the various glass plates and the above formula (1).
(5)粘度:
粘度は、回転粘度計を用いて測定し、粘度ηが102dPa・sとなるときの温度T2(溶解性の基準温度)と、粘度ηが104dPa・sとなるときの温度T4(成形性の基準温度)を測定した。
(6)失透温度(TL):
失透温度は、ガラス板から切り出したガラス塊5gを白金皿に置き、17時間電気炉中で保持した。保持したガラス塊表面および内部に結晶が析出しない温度の最低値を失透温度とした。(5) Viscosity:
The viscosity is measured using a rotational viscometer, and the temperature T2 when the viscosity η is 10 2 dPa · s and the temperature T 4 when the viscosity η is 10 4 dPa · s. (Reference temperature for moldability) was measured.
(6) Devitrification temperature (T L ):
As for the devitrification temperature, 5 g of a glass lump cut out from a glass plate was placed on a platinum dish and held in an electric furnace for 17 hours. The minimum value of the temperature at which crystals were not precipitated on the retained glass lump surface and inside was defined as the devitrification temperature.
(7)発電効率:
発電効率は、得られたガラス板を太陽電池用基板に用い、以下に示すように評価用太陽電池を作製し、これを用いて発電効率について評価を行った。結果を表1〜4に示す。
評価用太陽電池の作製について、図2、3およびその符号を用いて以下説明している。
なお、評価用太陽電池の層構成は、図1の太陽電池のカバーガラス19および反射防止膜17を有さない以外は、図1に示す太陽電池の層構成とほぼ同様である。
得られたガラス板を大きさ3cm×3cm、厚さ1.1mmに加工し、ガラス基板を得た。ガラス基板5aの上に、スパッタ装置にて、プラス電極7aとしてMo(モリブデン)膜を成膜した。成膜は室温にて実施し、厚み500nmのMo膜を得た。
プラス電極7a(Mo膜)上にスパッタ装置にて、CuGa合金ターゲットでCuGa合金層を成膜し、続いてInターゲットを使用してIn層を成膜することで、In−CuGaのプリカーサ膜を成膜した。成膜は室温にて実施した。蛍光X線によって測定したプリカーサ膜の組成が、Cu/(Ga+In)比が0.8、Ga/(Ga+In)比が0.25となるように各層の厚みを調整し、厚み650nmのプリカーサ膜を得た。(7) Power generation efficiency:
For the power generation efficiency, the obtained glass plate was used for a solar cell substrate, a solar cell for evaluation was produced as shown below, and the power generation efficiency was evaluated using this. The results are shown in Tables 1-4.
The production of the solar cell for evaluation will be described below with reference to FIGS.
The layer configuration of the solar cell for evaluation is substantially the same as the layer configuration of the solar cell shown in FIG. 1 except that it does not have the
The obtained glass plate was processed into a size of 3 cm × 3 cm and a thickness of 1.1 mm to obtain a glass substrate. On the
On the
プリカーサ膜をRTA(Rapid Thermal Annealing)装置を用いてアルゴンおよびセレン化水素混合雰囲気(セレン化水素はアルゴンに対し5体積%)にて加熱処理した。まず、第1段階として500℃で10分保持を行い、Cu、In、GaおよびSeとを反応させて、その後、第2段階としてさらに580℃で30分保持してCIGS結晶を成長させることでCIGS層9aを得た。得られたCIGS層9aの厚みは2μmであった。
The precursor film was heat-treated using a RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus in a mixed atmosphere of argon and hydrogen selenide (hydrogen selenide is 5% by volume with respect to argon). First, hold for 10 minutes at 500 ° C. as the first stage, react with Cu, In, Ga and Se, and then hold for another 30 minutes at 580 ° C. to grow a CIGS crystal as the second stage.
CIGS層9a上にCBD(Chemical Bath Deposition)法にて、バッファ層11aとしてCdS層を成膜した。具体的には、まず、ビーカー内で、濃度0.01Mの硫酸カドミウム、濃度1.0Mのチオウレア、濃度15Mのアンモニア、および純水を混合させた。次に、CIGS層を上記混合液に浸し、ビーカーごと予め水温を70℃にしておいた恒温バス槽に入れ、CdS層を50〜80nm成膜した。
さらに、CdS層上にスパッタ装置にて、透明導電膜13aを以下の方法で成膜した。まず、ZnOターゲットを使用してZnO層を成膜し、次に、AZOターゲット(Al2O3を1.5wt%含有するZnOターゲット)を使用してAZO層を成膜した。各層の成膜は室温にて実施し、厚み480nmの2層構成の透明導電膜13aを得た。
透明導電膜13aのAZO層上にEB蒸着法により、U字型のマイナス電極15aとして膜厚1μmのアルミ膜を成膜した(ここにおいて、U字の電極長は、縦8mm、横4mm、電極幅は、0.5mm)。A CdS layer was formed as the
Further, a transparent
An aluminum film having a thickness of 1 μm was formed as a U-shaped
最後に、メカニカルスクライブによって透明導電膜13a側からCIGS層9aまでを削り、図2に示すようなセル化を行った。図2(a)は1つの太陽電池セルを上面から見た図であり、図2(b)は図2(a)中のA−A’の断面図である。一つのセルは幅0.6cm、長さ1cmで、マイナス電極15aを除いた面積が0.5cm2であり、図3に示すように、合計8個のセルが1枚のガラス基板5a上に得られた。
ソーラーシミュレータ(山下電装株式会社製、YSS−T80A)に、評価用CIGS太陽電池(すなわち、上記8個のセルを作製した評価用ガラス基板5a)を設置し、あらかじめInGa溶剤を塗布したプラス電極7aにプラス端子(不図示)を、マイナス電極15aのU字の下端にマイナス端子16aを、それぞれ電圧発生器に接続した。ソーラーシミュレータ内の温度は25℃一定に温度調節機にて制御した。疑似太陽光を照射し、60秒後に、電圧を−1Vから+1Vまで0.015V間隔で変化させ、8個のセルのそれぞれの電流値を測定した。Finally, from the transparent
A
この照射時の電流と電圧特性から発電効率を下記式(2)により算出した。8個のセルのうち最も効率の良いセルの値を、各ガラス基板の発電効率の値として表1〜4に示す。試験に用いた光源の照度は0.1W/cm2であった。The power generation efficiency was calculated by the following formula (2) from the current and voltage characteristics during irradiation. The values of the most efficient cell among the eight cells are shown in Tables 1 to 4 as the value of the power generation efficiency of each glass substrate. The illuminance of the light source used for the test was 0.1 W / cm 2 .
発電効率[%]=Voc[V]×Jsc[A/cm2]×FF[無次元]×100/試験に用いる光源の照度[W/cm2] … 式(2)Power generation efficiency [%] = V oc [V] × J sc [A / cm 2 ] × FF [dimensionless] × 100 / illuminance [W / cm 2 ] of the light source used for the test Equation (2)
発電効率は、開放電圧(Voc)と短絡電流密度(Jsc)と曲線因子(FF)の掛け算で求められる。
なお、開放電圧(Voc)は端子を開放した時の出力であり、短絡電流(Isc)は短絡した時の電流である。短絡電流密度(Jsc)は、Iscをマイナス電極を除いたセルの面積で割ったものである。
また、最大の出力を与える点が最大出力点と呼ばれ、その点の電圧が最大電圧値(Vmax)、電流が最大電流値(Imax)と呼ばれる。最大電圧値(Vmax)と最大電流値(Imax)の掛け算の値を、開放電圧(Voc)と短絡電流(Isc)の掛け算の値で割った値が曲線因子(FF)として求められる。上記の値を使用し、発電効率を求めた。The power generation efficiency is obtained by multiplying the open circuit voltage (V oc ), the short circuit current density (J sc ), and the fill factor (FF).
The open circuit voltage (V oc ) is an output when the terminal is opened, and the short circuit current (I sc ) is a current when the terminal is short circuited. The short-circuit current density (J sc ) is I sc divided by the area of the cell excluding the negative electrode.
The point that gives the maximum output is called the maximum output point, the voltage at that point is called the maximum voltage value (V max ), and the current is called the maximum current value (I max ). A value obtained by dividing the product of the maximum voltage value (V max ) and the maximum current value (I max ) by the product of the open circuit voltage (V oc ) and the short circuit current (I sc ) is obtained as a fill factor (FF). It is done. Using the above values, the power generation efficiency was determined.
(8)Na拡散量:
Na拡散量は、ガラス基板のアルカリ拡散性の効果をみるために、上記発電効率評価における評価用太陽電池作製時のRTA装置を用いた加熱処理の第2段階終了直後において、Na拡散量を測定した。測定方法は以下のとおりである。
上記RTA装置による加熱処理の第2段階終了後、試料を二次イオン質量分析法(SIMS)にてCIGS層中の23Naの積分強度を測定する。表1〜4に記載した値は、例12で用いたガラス基板を100としたときの相対量である。
なお、本実施例におけるNa拡散量の計算値については、本実施例のうち実際にNa拡散量を測定したものについて、Na拡散量を各組成成分で重回帰分析することで回帰係数を求め計算したものである。
ガラス中のSO3残存量は100〜500ppmであった。(8) Na diffusion amount:
The amount of Na diffusion was measured immediately after the end of the second stage of the heat treatment using the RTA apparatus at the time of producing the solar cell for evaluation in the power generation efficiency evaluation in order to see the effect of the alkali diffusibility of the glass substrate. did. The measurement method is as follows.
After the completion of the second stage of the heat treatment by the RTA apparatus, the integrated intensity of 23 Na in the CIGS layer is measured for the sample by secondary ion mass spectrometry (SIMS). The values described in Tables 1 to 4 are relative amounts when the glass substrate used in Example 12 is 100.
In addition, about the calculation value of Na diffusion amount in a present Example, about what actually measured Na diffusion amount among this Example, a regression coefficient is calculated | required and calculated by carrying out multiple regression analysis of Na diffusion amount with each composition component. It is a thing.
The residual amount of SO 3 in the glass was 100 to 500 ppm.
表1〜4より明らかなように、実施例(例1〜13、例17〜31)のガラス基板は、ガラス転移点温度Tgが高く、Na拡散量が多い。そのため、CIGS層を高温で成膜することができ、これによりCIGS結晶の成長が良好となり、発電効率が高くなると考えられる。さらに、実施例(例1〜9、例11〜13)のガラス基板は、T4−TLが−30℃以上であるため失透特性に優れ、平均熱膨張係数が70×10−7〜90×10−7/℃であり、密度が2.75g/cm3以下であるため軽量で、脆さ指標値が7000m−1/2未満であるため高い強度があり、太陽電池用ガラス基板の特性をバランスよく有している。As is clear from Tables 1 to 4, the glass substrates of Examples (Examples 1 to 13 and Examples 17 to 31) have a high glass transition temperature Tg and a large amount of Na diffusion. Therefore, it is considered that the CIGS layer can be formed at a high temperature, whereby the CIGS crystal grows well and the power generation efficiency is increased. Further, the glass substrate of Example (Example 1-9, Example 11 to 13) is, T 4 -T L is excellent in devitrification property because it is -30 ° C. or higher, the average thermal expansion coefficient of 70 × 10 -7 ~ It is 90 × 10 −7 / ° C., the density is 2.75 g / cm 3 or less, it is lightweight, and the brittleness index value is less than 7000 m −1/2 , so that it has high strength. It has a good balance of properties.
本発明の太陽電池用ガラス基板は、高い発電効率、高いガラス転移点温度、所定の平均熱膨張係数、高いガラス強度、低いガラス密度、板ガラス生産時の良好な失透防止性の全てを満たすことがわかる。そのため、CIGS層がMo膜付ガラス基板から剥離することがなく、さらに太陽電池を組立てる際(具体的には、CIGS層を有するガラス基板とカバーガラスとを加熱してはりあわせる際)、ガラス基板が変形しにくい。さらに、T2が1650℃以下、T4が1230℃以下のため、板ガラス生産時の溶解性、成形性に優れる。The glass substrate for a solar cell of the present invention satisfies all of high power generation efficiency, high glass transition temperature, predetermined average thermal expansion coefficient, high glass strength, low glass density, and good devitrification preventing property during plate glass production. I understand. Therefore, the CIGS layer does not peel from the glass substrate with the Mo film, and when the solar cell is further assembled (specifically, when the glass substrate having the CIGS layer and the cover glass are heated and bonded), the glass substrate is Difficult to deform. Furthermore, since T 2 is 1650 ° C. or lower and T 4 is 1230 ° C. or lower, the solubility and formability at the time of plate glass production are excellent.
一方、比較例(例14、15)のガラス基板は、CIGS太陽電池を作製した時のNa拡散量が少ないため、高い発電効率が得られていない。 On the other hand, since the glass substrate of the comparative examples (Examples 14 and 15) has a small amount of Na diffusion when a CIGS solar cell is produced, high power generation efficiency is not obtained.
また、比較例(例16)のガラス基板は、ガラス転移点温度が低いため、耐熱性に問題がある。そのため、CIGS層を高温で成膜することが難しい。また比重が大きく、脆さ指標値が7000m−1/2以上なので強度に問題がある。Moreover, since the glass substrate of a comparative example (Example 16) has a low glass transition temperature, there is a problem in heat resistance. Therefore, it is difficult to form the CIGS layer at a high temperature. Moreover, since the specific gravity is large and the brittleness index value is 7000 m −1/2 or more, there is a problem in strength.
本発明の太陽電池用ガラス基板は、CIGS太陽電池用ガラス基板に好適に使用することができる。また、CdTe太陽電池用ガラス基板としても好適である。
本発明の太陽電池用ガラス基板は、CIGS太陽電池またはCdTe太陽電池用のガラス基板だけでなく、カバーガラスや裏板ガラスにも使用することができ、さらに他の太陽電池用基板やカバーガラスに使用することもできる。The glass substrate for solar cells of the present invention can be suitably used for a glass substrate for CIGS solar cells. Moreover, it is suitable also as a glass substrate for CdTe solar cells.
The glass substrate for a solar cell of the present invention can be used not only for a glass substrate for CIGS solar cells or CdTe solar cells, but also for a cover glass and a back glass, and further used for other solar cell substrates and cover glasses. You can also
本発明の太陽電池用ガラス基板は、高い発電効率、高いガラス転移点温度、所定の平均熱膨張係数、高いガラス強度、低いガラス密度、並びに、板ガラス生産時の高い溶解性、良好な成形性および良好な失透防止性等の特性をバランスよく有することができ、本発明の太陽電池用ガラス基板を用いることで発電効率の高い太陽電池を提供できる。特に、本発明の太陽電池用ガラス基板は、Cu−In−Ga−Se太陽電池用として、またCdTe太陽電池として有用である。
なお、2012年9月10日に出願された日本特許出願2012−198334号の明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。The glass substrate for solar cell of the present invention has high power generation efficiency, high glass transition temperature, predetermined average thermal expansion coefficient, high glass strength, low glass density, and high solubility during plate glass production, good moldability and The solar cell can have a good balance of properties such as good devitrification resistance, and a solar cell with high power generation efficiency can be provided by using the solar cell glass substrate of the present invention. In particular, the glass substrate for a solar cell of the present invention is useful for a Cu—In—Ga—Se solar cell and a CdTe solar cell.
The entire contents of the description, claims, drawings and abstract of Japanese Patent Application No. 2012-198334 filed on September 10, 2012 are incorporated herein by reference. .
1 CIGS太陽電池
5、5a ガラス基板
7、7a プラス電極
9、9a CIGS層
11、11a バッファ層
13、13a 透明導電膜
15、15a マイナス電極
17 反射防止膜
19 カバーガラス
21 CdTe太陽電池
22 ガラス基板
23 透明導電膜
24 バッファ層
25 CdTe層
26 裏面電極
27 裏板ガラスDESCRIPTION OF
Claims (15)
SiO2を50〜65%、
Al2O3を11〜15%、
B2O3を0〜1%、
MgOを0〜10%、
CaOを1〜12%、
SrOを6〜8.5%、
BaOを0〜3%、
ZrO2を3.5〜7%、
Na2Oを2〜8%、
K2Oを0〜8%、
MgO+CaO+SrO+BaOを15〜30%、含有し、
SrO/Na2Oが0.8〜2.1である太陽電池用ガラス基板。 In mass percentage display based on the following oxides,
The SiO 2 50~65%,
Al 2 O 3 of 11-15%,
B 2 O 3 0 to 1%
0-10% MgO
1 to 12% CaO,
6 to 8.5 % of SrO,
BaO 0-3%,
The ZrO 2 3.5 ~7%,
2-8% Na 2 O,
K 2 O 0-8%
15-30% of MgO + CaO + SrO + BaO is contained,
A glass substrate for a solar cell SrO / Na 2 O is 0.8 to 2.1.
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