太阳能光伏电池用超白压花玻璃_.doc

1.先进材料的选择1.1具体材料：太阳能光伏电池用超白压花玻璃1.2先进性论证近年来，随着人类工业化进程的加快，能源问题以及由能源消耗而导致的全球“温室效应”一直是全球关注的焦点，能源供应紧张局面日趋严重。因此开拓绿色能源以及可再生能源已经成为人类生存和发展的唯一选择。太阳能作为一种取之不尽，用之不竭清洁再生能源，能够有效地缓解能源短缺局面。目前世界各国都在致力于开发和利用太阳能资源为人类造福，因而太阳能产业将成为来全球最活跃的投资热点之一。太阳能的利用装置，无论是太阳射能热转换装置，还是太阳能电转换装置都离不开太阳能玻璃，因此太阳能玻璃将成为平板玻璃行业新的经济增长点。本文将从原料和工艺入手，重点探讨太阳能玻璃的生产过程，并阐述了应用远景。太阳能作为一种新的洁净能源正受到人们的高度重视，世界各国都致力于太阳能资源的开发和利用。由于当前太阳能玻璃的透过率低导致了太阳能电池的转换效率不高，从而造成了太阳能发电成本的增加，制约了太阳能应用的步伐。因此，高质量太阳能玻璃已成为太阳能开发与应用中最具有竞争力的产品。通过对国内几家企业有关太阳能玻璃的研发及生产情况的介绍，可大致了解我国太阳能玻璃幕墙、太阳能玻璃屋顶、节能玻璃(Low-E镀膜玻璃)等新产品、新技术的发展趋势。在目前建筑一体化的推广趋势下，在晶体硅电池发展的推动下，超白压花玻璃的市场主流规格3.2mm、4mm十分热销。全球光伏太阳能电池产量从1980年的3MW，发展到2006年的2158MW。以此对应，2006年全球太阳电池用玻璃(包括薄膜太阳电池用的浮法玻璃)需求约28003500万m2/年。若按大家公认的30-40的增长速度预测，2009年全球太阳电池用玻璃需求将达到70008500万m2/年。有关资料显示，在各种类型的太阳能电池中，晶体硅太阳能电池仍然占据着85以上的份额。预计2009年全球超白压花玻璃需求将达到60007200万m2/年。压花玻璃是一种经过特殊压制工艺生产而成的单面或双面带有凹凸花纹的半透明装饰性平板玻璃，其特有的装饰性一方面可以透过光线，充分采光，另一方面又能有效地限制和阻止清晰透视，起到良好的隐秘效果。随着能源危机的加剧和光伏太阳能技术的发展，进入2l世纪特别是2005年以来，超白压花玻璃得到迅猛增长。超白压花玻璃主要用于太阳能光伏电池的生产，是硅太阳能光伏电池必需的配件之一(封装玻璃)。目前的主流产品为低铁钢化压花玻璃，厚度为3.2nm，在太阳能电池光谱响应的波长范围内(320-1100nm)，透光率可达91以上，对于大于1200nm的红外光有较高的反射率。多晶硅薄膜的制备生长多晶硅薄膜的方法有很多种，按其制备过程可分为直接制备法和间接制备法。直接制备法是指在玻璃衬底上直接沉积多晶硅薄膜；间接制备法是指先在玻璃衬底上制备处于亚稳态的非晶硅薄膜，然后通过固相晶化(SPC)，快速热退火(RTA)，激光诱导晶化，金属诱导晶化(MIC)等技术对非晶硅晶化，制得多晶硅薄膜。2.材料生产工艺方案选择2.1 太阳能超白压花玻璃生产主要工艺流程路线：送料熔制压延原片切割边部研磨钢化增强处理均质处理洗涤干燥镀膜性能检测2.1.1原料选择 在原料中含铁氧化物多少，对太阳能玻璃的质量的优劣产生直接影响。因为铁氧化物不仅使玻璃着色，影响玻璃的透光率；而且由于铁的氧化物对热辐射具有较强的吸收作用，辐射热大部分被表层玻璃液吸收，使玻璃液上层和下层产生明显的温度梯度，导致熔窑内玻璃液的对流困难，增加了熔制和澄清难度。因此，太阳能玻璃生产对原料中铁氧化物含量特别严格，一般要求原料中Fe203含量0.015。为了降低和减少玻璃原料中Fe2O3，含量，加快熔制和澄清速度，可以采取以下措施：1)各种原料均采用为合格粉料进厂。特别是硅质原料，应选择原矿品位高，Fe203，含量低厂家生产产品，严格控制原料的水分、粒度级配和超细粉，尽量避免硅质原料成分的波动；2)粉库料仓及工艺溜管均内衬工程塑料板；提升机外壳体材料选用热浸式镀锌板，传动装置采用皮带传动，料斗材料选用聚乙烯，尽量减少在物料的输送过程中铁杂质的带入对玻璃质量的影响。3)为了保证除铁效果，在配合料输送过程中，多设置几组电磁除铁器；4)在原料中，加入一定量的硝酸钠、氢氧化铝取代芒硝和长石，不仅有利于溶化，而且可以加快澄清速度，保证玻璃液质量。2.1.2工艺选择作为太阳能组件的太阳能玻璃必须具备下列特性：1)阳光透过率高、吸收率和反射率低。2)对风压、积雪、冰雹、投掷石子等外力和热应力有较高的机械强度。3)对雨水和环境中的有害气体具有一定的耐腐蚀性能。4)长期暴露在大气和阳光下，性能无严重恶化。5)热膨胀系数必须与结构材料相匹配，即膨胀系数要小。能够满足上述条件，只有超白浮法玻璃和超白压延玻璃。但由于超白浮法玻璃原片反射率较高，表面必须经过一定的处理才能达到作为太阳能玻璃的要求，而超白压延玻璃经钢化处理后，可直接作为太阳能玻璃，所以超白压延玻璃是太阳能装置首选的盖板材料。因此，压延法是生产太阳能玻璃最理想的工艺。2.1.3 熔制工艺 采用全氧燃烧熔制太阳能玻璃全氧燃烧玻璃熔窑与传统的玻璃熔窑相比具有显著的不同点：熔窑结构不同：无需蓄热室及其相关的建构筑物，无需关注蓄热室的相关影响；工艺制度不同：火焰无需换向，避免了熔制气氛不断变化，而对熔制产生的不利影响；控制不同：无需控制复杂的换火过程，使控制简洁；窑内气体成分不同：排除了空气中4/5氮气参与燃烧，减少了大量无益气体的吸热及对熔窑的冲刷，和为其排放而设置的庞大烟道及其控制系统；排放物不同：根除了由于氮气参与燃烧过程而产生的大量的NO。污染物的排放；热负荷不同：熔窑热负荷均匀稳定，避免了温度的忽高忽低，而影响熔窑的使用寿命；极佳的反应条件：全氧燃烧熔制工艺为玻璃熔制创造了极好的物理化学条件；全氧燃烧玻璃熔窑喷枪，按指定位置、指定能量配置，各部分温度参数易于控制，窑内气氛非常稳定；全氧燃烧玻璃熔窑由于是纯氧燃烧，火焰温度高、辐射力强，大大提高了玻璃的熔化质量2.1.4 钢化增强处理 太阳能超白压花玻璃，一般经过物理钢化处理来提高其机械强度。可以有效的预防由于积雪、冰雹、暴风及外力和热应力等外在气候条件的影响，从而保护内部的硅材料组件，提高太阳能电池组件的寿命。2.1.5 镀膜 主要镀的是非晶硅薄膜，理由如下： (1) 非晶硅薄膜材料是一种资源丰富和环境安全的材料，薄膜厚度不到1pm，成本低；制作工艺为低温工艺(100300)，生产的耗电量小，能量回收时间短。虽然在转换效率方面略逊于晶体硅太阳能电池，但制造成本低廉、能耗小是晶体硅太阳能电池不能比的。(2)等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术适合制作特大面积无结构缺陷的aSi合金薄膜；只需改变气相成分或者气体流量便可实现n结以及相应的迭层结构；生产可全流程自动化。易于形成大规模生产能力。(3)非晶硅薄膜太阳能电池光吸收系数高，对太阳光适应范围较广，非最佳角度阳光下的工作情况好于其他太阳能电池以及易于实现集成化的特性，可以适合不同需求的多品种产品。尤其适合用于建筑光伏一体化(BIPV)以及大型太阳能并网发电系统。 PECVD法制备非晶硅薄膜电池的生产工艺流程：等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术是利用低温等离子体作为能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上。利用辉光放电(或另加发热体)使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体，气体经一系到化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。(1) 非晶硅薄膜的制造利用PECVD法制备非晶硅，主要是采用H：稀释的硅烷(SiH4。)气体或高纯硅烷气体的热分解，其主要反应式为：SiH4。=Si+2H2：实际反应时，首先将反应室预抽成真空状态，然后将用H2或Ar稀释的SiH4。通入反应室，调解各种气体的流量，使反应室的气压在一定压力之间，然后在正、负极之间加上电压，由阴极发射出电子，并在电场中得到能量后碰撞反应室内的气体分子或原子，使之分解、激发或电离，形成等离子体。最终分解的硅原子在衬底上沉积，形成非晶硅薄膜。其中，硅烷浓度在10以上，流量为50200Ml/min，衬底温度为200300，功率在300500W/m2，比较适宜制备非晶硅薄膜。(2) 非晶硅薄膜的掺杂制备非晶硅薄膜太阳能电池需要通过掺入杂质，得到N型或P型非晶硅薄膜半导体，构成PiN太阳能电池结构。一般利用磷烷(PH3