TCO玻璃.doc

TCO（Transparentconductingoxide）玻璃，即透明导电氧化物镀膜玻璃，是在平板玻璃表面通过物理或者化学镀膜的方法均匀镀上一层透明的导电氧化物薄膜，主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料。TCO玻璃首先被应用于平板显示器中，现在ITO类型的导电玻璃仍是平板显示器行业的主流玻璃电极产品。近几年，晶体硅价格的上涨极大地推动了薄膜太阳能电池的发展，目前薄膜太阳能电池占世界光伏市场份额已超过10，光伏用TCO玻璃作为电池前电极的必要构件，市场需求迅速增长，成为了一个炙手可热的高科技镀膜玻璃产品。TCO镀膜玻璃的特性及种类在太阳能电池中，晶体硅片类电池的电极是焊接在硅片表面的导线，前盖板玻璃仅需达到高透光率就可以了。薄膜太阳能电池是在玻璃表面的导电薄膜上镀制p-i-n半导体膜，再镀制背电极。透明导电氧化物的镀膜原料和工艺很多，通过科学研究进行不断的筛选，目前主要有以下三种TCO玻璃与光伏电池的性能要求相匹配。ITO镀膜玻璃是一种非常成熟的产品，具有透过率高，膜层牢固，导电性好等特点，初期曾应用于光伏电池的前电极。但随着光吸收性能要求的提高，TCO玻璃必须具备提高光散射的能力，而ITO镀膜很难做到这一点，并且激光刻蚀性能也较差。铟为稀有元素，在自然界中贮存量少，价格较高。ITO应用于太阳能电池时在等离子体中不够稳定，因此目前ITO镀膜已非光伏电池主流的电极玻璃。SnO2镀膜也简称FTO，目前主要是用于生产建筑用Low-E玻璃。其导电性能比ITO略差，但具有成本相对较低，激光刻蚀容易，光学性能适宜等优点。通过对普通Low-E的生产技术进行升级改进，制造出了导电性比普通Low-E好，并且带有雾度的产品。利用这一技术生产的TCO玻璃已经成为薄膜光伏电池的主流产品。氧化锌基薄膜的研究进展迅速，材料性能已可与ITO相比拟，结构为六方纤锌矿型。其中铝掺杂的氧化锌薄膜研究较为广泛，它的突出优势是原料易得，制造成本低廉，无毒，易于实现掺杂，且在等离子体中稳定性好。预计会很快成为新型的光伏TCO产品。目前主要存在的问题是工业化大面积镀膜时的技术问题。光伏电池对TCO镀膜玻璃的性能要求1.光谱透过率为了能够充分地利用太阳光，TCO镀膜玻璃一定要保持相对较高的透过率。目前，产量最多的薄膜电池是双结非晶硅电池，并且已经开始向非晶/微晶复合电池转化。因此，非晶/微晶复合叠层能够吸收利用更多的太阳光，提高转换效率，即将成为薄膜电池的主流产品。2.导电性能TCO导电薄膜的导电原理是在原本导电能力很弱的本征半导体中掺入微量的其他元素，使半导体的导电性能发生显著变化。这些微量元素被称为杂质，掺杂后的半导体称为杂质半导体。氧化铟锡（ITO）透明导电玻璃就是将锡元素掺入到氧化铟中，提高导电率，它的导电性能在目前是最好的，最低电阻率达10-5cm量级。3.雾度为了增加薄膜电池半导体层吸收光的能力，光伏 用TCO玻璃需要提高对透射光的散射能力，这一能力用雾度（Haze）来表示。雾度即为透明或半透明材料的内部或表面由于光漫射造成的云雾状或混浊的外观。以漫射的光通量与透过材料的光通量之比的百分率表示。一般情况下，普通镀膜玻璃 要求膜层表面越光滑越好，雾度越小越好，但光伏用TCO玻璃则要求有一定的光散射能力。目前，雾度控制比较好的商业化TCO玻璃是AFG的PV-TCO玻璃，雾度值一般为1115。其不包含散射时的直接透过率曲线。4.激光刻蚀性能薄膜电池在制作过程中，需要将表面划分成多个长条状的电池组，这些电池组被串联起来用以提高输出能效。因此，TCO玻璃在镀半导体膜之前，必须要对表面的导电膜进行刻划，被刻蚀掉的部分必须完全除去氧化物导电膜层，以保持绝缘。刻蚀方法目前有化学刻蚀和激光刻蚀两种，但由于刻蚀的线条要求很细，一般为几十微米的宽度，而激光刻蚀具有沟槽均匀，剔除干净，生产效率快的特点。5.耐候性与耐久性TCO镀膜一般都使用“硬膜”镀制工艺，膜层具有良好的耐磨性、耐酸碱性。光伏电池在安装上以后，尤其是光伏一体化建筑安装在房顶和幕墙上时，不适宜进行经常性的维修与更换，这就要求光伏电池具有良好的耐久性，目前，行业内通用的保质期是二十年以上。因此，TCO玻璃的保质期也必须达到二十年以上。光伏用TCO玻璃的发展前景当光伏产业以连续五年近40的速度向前发展时，主流产品晶体硅太阳能电池的上原材料多晶硅的供给出现了空前的紧缺。多晶硅价格从2003年的24美元/公斤上涨到目前现货价格超过300美元/公斤。与晶体硅太阳能电池相比，薄膜太阳能电池具有弱光应用性强及形状可塑性强等特点，晶体硅价格的上涨无形中推动了薄膜太阳能电池的发展，目前薄膜太阳能电池占世界光伏市场份额已超过10，伴随着多晶硅价格的走高，薄膜太阳能电池的发展有望进一步加速。2006年世界薄膜太阳能电池的统计生产量为190兆瓦左右，2007年在多晶硅原料价格上涨导致生产量不足的情况下，薄膜电池的产能得到了迅速扩张，产量达到了350兆瓦。我国的薄膜电池主要为非晶硅薄膜电池，2007年的产量约为29兆瓦。由于薄膜电池的转化效率各不相同，我们以主流的非晶硅为计算依据，折合每平方米的电池标称功率为50瓦，也就是说，每50瓦的电池将使用1平方米的TCO玻璃。据此可以计算出，2007年世界上光伏产业对TCO玻璃的需求为700万平方米。这一数字看似不大，但正是由于TCO玻璃生产技术的高端性，导致目前世界上的主要供应商仅有两家。随着太阳能电池产业超过50的年增长率，产品已经开始供不应求。每平方米售价达到了20美元以上。根据权威预测，薄膜太阳能电池将继续保持高速增长，到2010年将达到每年4000万平方米的需用量。目前，多家厂商和研究机构正在进行TCO玻璃产业化的过程，产量将会不断扩大，高性能的新型产品也将不断推出。可以看出，正是由于薄膜太阳能电池的飞速发展，使目前光伏用TCO玻璃市场变得非常紧俏。在导电玻璃的领域中，光伏TCO玻璃有着独特的性能要求，这些特性指标与太阳能电池的输出特性密切相关。可以说，薄膜太阳能电池的发展将在一定程度上依赖于光伏TCO的改进程度。能源的紧缺促进了光伏产业的发展，也必将推动光伏TCO玻璃产品成为玻璃行业中一颗璀璨的新星建材行业预测：TCO玻璃应用的前景广阔 2010年06月07日08:21 生意社生意社06月07日讯 TCO玻璃分享薄膜太阳能电池行业高成长TCO玻璃是指在平板玻璃表面通过物理或化学镀膜方法均匀的镀上一层透明的导电氧化物薄膜(TransparentConductiveOxide)而形成的组件。对于薄膜太阳能电池来说，由于中间半导体层几乎没有横向导电性能，因此必须使用TCO玻璃有效收集电池的电流，同时TCO薄膜具有高透和减反射的功能让大部分光进入吸收层。虽然目前晶硅电池占主流，薄膜电池也还存在种种问题需要解决，但是薄膜电池有其独特的优势使得发展前景广阔：转换效率和生产成本改善空间巨大，生产工序相对简单、生产能耗少，应用范围广泛；美国的薄膜产商FirstSolar发展非常迅速，后来者居上，已成为世界第一大太阳能电池企业；根据NanoMarkets预测，09-15年薄膜电池产量还将有16倍的增长空间，复合增速高达58%；而按照国内目前各厂商的扩产计划，国内薄膜太阳能电池企业的扩产大幅扩产将将拉动TCO玻璃需求高增长。TCO玻璃的生产工艺TCO玻璃工艺主要分为超白浮法玻璃生产、TCO镀膜。超白浮法玻璃生产工艺难度较高，目前世界上主要供应商有日本旭硝子、美国PPG、法国圣戈班等，国内供应厂家有限，目前仅金晶科技、南玻、信义能够供货。太阳能TCO镀膜玻璃当前以FTO玻璃为主，AZO玻璃将成为未来发展趋势，主要采用化学气相沉积法(FTO玻璃)和磁控溅射法(AZO玻璃)。太阳能TCO玻璃供给有限，发展空间巨大当前太阳能TCO玻璃生产控制在少数国外厂商手中，如板硝子、旭硝子、AFG、PPG等；我国近年来虽然有多家研究机构和公司申请了TCO镀膜的发明专利，但仍未真正实现产业化，并且镀膜设备仍受国外生产商控制。当前国内生产企业寥寥无几，已投产的仅有中国科技、南玻和信义，未来中航三鑫等企业将进军TCO玻璃行业。我们看好TCO玻璃的发展空间。产品介绍TCO玻璃是指在平板玻璃表面通过物理或化学镀膜方法均匀的镀上一层透明的导电氧化物薄膜(TransparentConductiveOxide，简称TCO薄膜)而形成的组件。透明导电氧化物薄膜主要包括In、Sb、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料。TCO有两个主要指标：一是对可见光的高透过率(Tavg80%)，另一个是高的导电率(R10-3cm)。TCO玻璃因其透明、导电的优异性能而应用广泛，可以应用在太阳能薄膜电池、显示器、热反射镜、透明表面发热器、柔性发光器件及雷达屏蔽保护等领域。分享薄膜太阳能电池行业高成长TCO在薄膜太阳能电池中的应用太阳能电池(光伏电池)主要分为晶体硅电池和薄膜电池，当前晶体硅占整个光伏市场80%的份额，薄膜电池占比约20%。薄膜太阳能电池(thin-filmpv)是将半导体薄膜沉积在载体上形成的电池，在光照条件下，半导体薄膜可以利用光升伏打效应将光能转化为电能，并通过前电极与背电极将电能输出。TCO玻璃作为薄膜太阳能电池前电极，是其必不可少的一部分，对于薄膜太阳能电池来说，由于中间半导体层几乎没有横向导电性能，因此必须使用TCO玻璃有效收集电池的电流，同时TCO薄膜具有减反射的功能让大部分光进入吸收层；薄膜电池对TCO玻璃的光谱透过率、导电性能、雾度等性能都有要求。薄膜太阳能电池有其独特的优势虽然目前多晶硅太阳能电池仍是主流，但是我们认为薄膜太阳能电池有其独特的优势，未来发展空间巨大：改善空间巨大相比核电和风电，太阳能电池发电成本较高导致其大规模运用受限；相比晶硅电池，我们认为薄膜太阳太阳能电池的发电成本未来改善空间更大，将使得太阳能更大范围内应用；这里所说的改善空间主要包含两个方面：一是转换效率；二是生产成本。转换效率从产业化转换效率来看，晶硅电池一般为14-19%，而薄膜电池的转换效率为5-10%左右；而从实验室转化率记录看，薄膜电池的最高记录已经接近多晶硅电池，将近20%，与目前仅10%上下的转化率相比，未来的薄膜电池还有翻番的提升空间。生产成本生产设备方面：由于薄膜电池技术发展时间较短，并未形成通用技术和通用设备，目前提供大尺寸薄膜电池设备交钥匙工程的主要是AMAT、Oerlikon以及ULVAC，导致了设备成本高企，25MW非晶硅薄膜电池生产线的售价在3亿元4亿元人民币之间，而25MW晶体硅只有4000万元5000万元，同容量薄膜电池生产线的价格是晶硅的6-10倍，随着技术的进步、规模化生产和设备厂商的增加，设备的价格下降空间巨大。原材料方面：薄膜电池的主要原材料包括TCO玻璃、EVA、靶材以及气体。目前TCO玻璃、靶材和硅烷均为国际巨头垄断：高品质的太阳能TCO玻璃基本被日本的旭硝子、板硝子和美国的AFG垄断，溢价空间小，进货价格高；靶材目前的国内供应仍被国际大厂把持，德国贺利氏是全球最大的供应商；国内目前也没有企业生产硅烷，而主要国际大厂扩产有限，加之LCD等需求量居高不下，硅烷供应仍偏紧张，价格维持高位。随着这些原材料的推广，价格下调空间巨大。根据PHOTON的预测，未来薄膜电池的成本将持续下降，且下降速度快于晶硅电池。工序相对简单、生产能耗低目前占主流的晶硅太阳能电池虽然转换效率高，技术成熟，但是它存在的最大问题：主要原料多晶硅或单晶硅制造工序复杂、制造能耗大、切片材料利用率低、污染环境，从而也导致生产成本高；而且太阳能本身作为一种可再生的清洁能源，如果在制作太阳能电池过程中需要大量消耗不可再生资源、同时还带来环境污染，会使得其可再生的清洁能源打上折扣。而薄膜太阳能电池制造工序简单、能耗少，能避免这个缺陷。以电耗为例，晶体硅由于使用的硅层较厚，而晶硅层从冶炼、提纯、到浇注、切片，工序较多，每个环节消耗的电能也都较多。而非晶硅电池由于薄膜层非常薄，仅为晶体硅的1/100而且工序简单，故耗电量较低，非晶硅总体耗电与晶体硅存在数量级的差别。应用范围广泛薄膜太阳能电池应用广泛主要体现在以下几个方面：能在更广的环境下发电：薄膜太阳能电池弱光性好，适用的阳光强度范围广，受天气的影响小；承受的温度高，功率不太容易受温度影响。多样的基板材料可运用在多种领域：晶硅电池必须加工成坚硬的板块状电池板，限制了它的许多用途；而薄膜太阳能电池形式多样，双层玻璃刚性的薄膜电池组件可以部分代替玻璃幕墙，不锈钢和聚合物衬底的柔性薄膜电池适用于建筑屋顶等需要造型的部分。同时，应用于建筑中，TCO能很好地阻挡外部红外射线的进入和内部热能的散失，双层玻璃中间的PVB或EVA，能够有效隔断能量的传导，起到LOW-E玻璃的节能功能。当然，目前薄膜电池还存在种种问题需要解决：非晶硅存在的主要问题是转换效率低，并且有光致衰减效应；碲化镉存在的主要问题是镉化合物会引起环境污染，并且碲稀缺，铜铟镓硒良品率低，而且铟稀缺。薄膜电池前景广阔将带来TCO玻璃需求高速增长FirstSolar的例子我们以薄膜太阳能电池标杆企业-美国FirstSolar为例，可以看到薄膜太阳能电池企业发展之迅速。FirstSolar是总部位于美国亚利桑那州一家从事碲化镉薄膜电池生产制造的厂商，成立于1998年，2002年生产出第一块光伏电池产品，2006年底在美国纳斯达克上市。FirstSolar一直以惊人速度扩张，产量从04年的65MV增至09年的1100MV，番了170倍，年复合增长率高达179%，销售收入复合增速173%，现在已经跃身成为全球最大的光伏厂商。2009年9月8日，中国政府与FirstSolar签署备忘录，双方计划在内蒙古鄂尔多斯建造200万千瓦的太阳能发电厂，这将是世界上最大的太阳能发电厂，可供300万户居民用电。该公司的薄膜太阳能电池单位制造成本已经从04年的294美元/瓦压缩至09年的084美元/瓦，10年1季度已降至081美元/瓦；在2009年8月的会议上，FirstSolar表示，计划2014年其碲化镉(CdTe)薄膜太阳能电池模块每瓦制造成本将达到052-063美元，转换效率也将提升至125%。薄膜太阳能电池行业快速发展将拉动TCO玻璃需求高增长据行业分析公司NanoMarkets预测，全球薄膜太阳能电池2015年的发电量将达到26000MW，销售额将超过200亿美元，太阳能电池发电量的一半以上将来自薄膜太阳能电池，而2009年薄膜电池的产量仅为1644MW，薄膜电池还将有16倍的增长空间，09-15年复合增速将高达58%。中国企业也看到了薄膜电池的良好前景，各个企业产能飞速扩张。根据各生产商的投产计划，Bestsolar，新奥、源畅光电、强生光电、金太阳等主要薄膜电池生产商将在未来几年释放产能，一旦这些生产线投产，产量将实现快速增长。按照每50Wp的薄膜太阳能电池大约使用1m2的TCO玻璃，国内薄膜太阳能电池企业的扩产大幅扩产将将拉动TCO玻璃需求高增长。TCO玻璃的生产工艺TCO玻璃是指在玻璃表面镀一层透明的导电薄膜形成的组件，而太阳能级的TCO玻璃的基片一般都使用超白浮法玻璃。超白浮法玻璃基片超白浮法玻璃又称低铁玻璃、五色玻璃、高透明玻璃，是指由于三氧化二铁含量低，导致可见光透射率高的浮法玻璃。它于普通浮法玻璃不同，其断面不会呈绿色，具有极佳的透光性能，外观有着与无色水晶相似的视觉效果，给人以高贵典雅的感觉，适合各类建筑装饰、高档玻璃家具、高档轿车玻璃、高档贵重品展示的柜台橱窗等。又因为其高透光率，应用于薄膜太阳能电池。优异的特性适用于薄膜电池基片作为薄膜太阳能组件的太阳能玻璃必须具备下列特性：阳光透过率高、吸收率和反射率低，让光透过以便让其他组件吸收；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；对雨水和环境中的有害气体具有一定的耐腐蚀性能；长期暴露在大气和阳光下，性能无严重恶化；热膨胀系数必须与结构材料相匹配，即膨胀系数要小。我们以金晶科技的32mm浮法超白玻璃为例(薄膜电池玻璃常采用32mm)，它的性能很好地满足了太阳能电池的需求。除SiGe薄膜电池和CIGS可用金属做为基片之外，几乎其他所有的薄膜电池技术都采用超白玻璃作为电池芯片的基片材料。生产工艺难度较高和普通浮法玻璃相比，超白浮法玻璃工艺难度较高，主要体现在两个地方：一是氧化铁的含量控制困难；二是在原料熔化过程中，产生的气泡难于消除。国内供应厂家有限目前世界上主要的超白玻璃供应商，有日本旭硝子、美国PPG、法国圣戈班等。超白玻璃的技术要求很高，需要具备雄厚的技术和生产资源相配套，国内生产超白浮法玻璃主要有三家：金晶、南玻A和以及最近推出超白浮法玻璃的信义和中航三鑫，国内其他的企业如耀皮、辽宁阜新、邢台晶牛、南京圣韩等由于质量或市场原因，目前已停产。TCO玻璃镀膜工艺太阳能TCO镀膜玻璃当前以FTO玻璃为主，AZO玻璃是未来的发展方向TCO薄膜主要包括In、Sn、Zn以及Cd的氧化物及其复合多元氧化物等。TCO薄膜根据材料的不同，主要包括ITO、FTO和AZO。ITO的导电性能在目前是最好的，最低电阻率达10-5cm量级，但是ITO玻璃因In离子在薄膜太阳能电池制作的PEVCD工艺中会被H离子还原，导致光透过率衰减80%，电性大幅下降，同时In是稀有金属，价格昂贵，所以不太适用于薄膜太阳能电池前电极；FTO是带有雾度的产品，激光刻蚀容易，光学性能适宜等优点，利用这一技术生产的TCO玻璃已经成为薄膜光伏电池的主流产品；AZO目前研究进展迅速，电阻率和光透性都优于FTO，且原料丰富，稳定性好，是未来的发展方向，但目前在制绒方面存在问题，并且长期稳定性问题，暴露在大气中它会吸附氧和水汽，目前工业化应用还不成熟。镀膜工艺主要采用APCVD或磁控溅射法目前，TCO镀膜方法主要采用化学气相沉积法(FTO玻璃)，和磁控溅射法(AZO玻璃)。溅射沉积薄膜主要以惰性气体放电而产生的正离子轰击固体阴极，入射离子与靶材发生碰撞，从而把被溅射物质做成的靶材表面原子轰击出来，被溅射出来的原子带有