光伏玻璃

1前言
 
光伏玻璃也称之为太阳能电池封装玻璃,覆盖在太阳能电池正面。光伏玻璃因其高透光率作为太阳能光热、光电转换系统的基片,是目前国际上太阳能利用技术的突破,大大提高了光电转换效率,为太阳能技术的发展提供了更为广阔的发展空间。光伏玻璃又名超白玻璃,其透过率相对于其他普通玻璃非常高,行业标准要求光伏玻璃的可见光透射比(透光率)不小于91.5%(折合3mm标准厚度)。光伏玻璃以其特殊的用途,要求透光率越高越好,所以如何提高光伏玻璃的透光率将成为各生产厂家需要解决的主要问题。

2影响光伏玻璃透光率的主要因素
 
光是一种电磁波,具有波动性和微粒性。光在传播时表现其波动性;光电效应、光的吸收等表现其微粒性。当光束照射到物质上时,光与物质发生相互作用,于是产生了反射、散射、吸收、透射。物质对光的吸收其散射率、反射率的增加,对光的透射率降低。因此,影响物质透光率的主要因素是光得反射、吸收和散射。要提高光伏玻璃的透光率,就必须减少玻璃对光的反射、吸收和散射。透过率是指在入射光通量自被照面或介质λ射面至另外一面离开的过程中,投射并通过物体的辐射能与投射到物体上的总辐射能之比,称之为该物体的透过率。一般采用经验公式来计算玻璃的透过率T:
 
T:10-(9.2243 x d x Redox x c+0.0373)士B式中:
 
C——玻璃含铁量(Fe203%);
 
D——玻璃的厚度;
 
Redox——氧化还原程度的系数;
 
B——修正值。
 
由公式(1)可知,影响透过率的主要因素为:铁含量、燃烧气氛、产品花型、厚度、减反膜。
 
对于钠钙硅玻璃,在可见光到近红外波段范围内,杂质的吸收是主要的。杂质是指玻璃原料中带人的铁、镇、铭、铁及其他着色元素。在光伏玻璃生产的原材料中,含有杂质的原材料一般有石英砂、长石、白云石、石灰石等,其中由于石英砂占原材料的比例在70%左右,导致石英砂中的杂质铁过高或是由于碎玻璃回收过程中杂质铁的棍人,对熔融玻璃的气泡和透过率极其不利。
 
在光伏玻璃中实质是铁离子对光的吸收而降低了玻璃的透过率。铁在玻璃中以Fe3+和Fe2+形势存在,玻璃的颜色主要取决于两者之间的平和状态,着色强度则取决于铁的含量。Fe2+能使玻璃产生浅蓝色,而Fe3+的3d轨道呈半充满状态,故着色很弱,使玻璃产生黄绿色或黄色,前者的可见光区的吸收能力约为Fe3+的10倍。
 
Fe3+和Fe2+均能够强烈吸收紫外线,Fe3+的吸收带在225nm处,Fe2+的吸收带在200nm处。Fe3+的吸收系数较Fe2+几乎大1倍,它们的紫外线吸收带可延伸至可见光区。Fe3+分别在380nm、420nm、435nm处有三个弱吸收带。Fe2+在1050nm处有一个吸收带,故吸收红外线。
 
影响Fe3+与Fe2+的浓度比的主要因素有:玻璃熔制温度和时间(升高熔制温度,有利于Fe2+含量的增加;反之亦然):气氛(氧化气氛有利于增加Fe3+的含量,还原气氛有利于增加Fe2+含量,故光伏玻璃的熔制必须保持无氧化气氛);玻璃组成(在碱硅酸盐玻璃种,随Na20含量的增加,Fe3+的含量也增加);铁含量(铁含量增加,Fe2+含量也增加)等。
 
通过以上分析可以认为在光伏玻璃降低透过率而影响发电率的重要因素为Fe2+对光的吸收。所以,降低玻璃中Fe2+的含量对光伏玻璃具有至关重要的意义。另外,最直接的一点就是整体降低玻璃的含铁量,所以光伏玻璃也是低铁超白玻璃,对原料要求必须是低铁原理。目前,国内一般公认光伏玻璃的含铁量在120ppm以下。

3提高玻璃透光率的方法
 
3.1减少玻璃对光的反射
 
玻璃表面镀膜是通过对表面处理达到降低其反射率的做法。
 
减少反射膜是以光的波动性和干涉现象为基础的。两个振幅相同,波长相同的光波叠加,那么光波的振幅增强;假如两个光波原由相同,波程相差,那么它们叠加后振幅便互相抵消。减少反射膜就是利用了这个原理,使得膜层前后表面产生的反射光互相干扰,从而抵消了反射光,达到减少反射的效果。
 
目前较为先进的工艺是采用辊涂法工艺在光伏玻璃绒面涂布一层多孔二氧化硅薄膜。基本原理是:采用溶胶-凝胶法制备纳米二氧化硅溶胶和多孔二氧化硅薄膜,首先以正硅酸乙醋(TEOS)为前驱体,氨水为催化剂制备二氧化硅溶胶,通过稀释并加入稳定剂、粘度调整剂、粘接剂等而得到AR镀膜液,再通过辑筒涂膜机将AR镀膜液均匀涂布到光伏玻璃表面,经表干后再进人钢化炉后制得。
 
AR镀膜光伏玻璃可以使光的反射率降低到1%以下,可见光透光率提高2.5%。
 
3.2调整配合料成分降低玻璃对光的吸收
 
在实际生产中通过对增加配合料中脱色剂和氧化物来增加玻璃的透过率。目前国内基本上都采用增加锑粉和硝酸钠搭配使用来提高透过率。
 
Sb203既是脱色剂也是氧化剂,能有效的减弱铁离子对光的吸收,提高玻璃透过率。对于光伏玻璃来说,应该具有良好的透明度。由于玻璃原料中含有铁、铬、钛、钒等化合物和有机物的有害物质,光伏玻璃中主要是铁含量。Sb203主要作为化学脱色剂来使用,是着色能力强的低价铁氧化物变成着色能
 
力较弱的三价铁离子(一般认为Fe 203的着色能力较FeO低10倍)。
 
硝酸钠的作用是澄清剂、脱色剂、氧化剂。硝酸纳在350℃时分解会产生大量的02,因此要利用Sb203吸收分解出02,当温度达到1300℃时会重新分解出02,达到良好的澄清效果。同时Sb203也是脱色剂,能有效的减弱铁离子对光的吸收,提高玻璃的透过率。
 
3.3通过熔制制度调节增加玻璃透过率
 
光伏玻璃熔化温度的确定关键是热点温度及其位置的确定。由于光伏玻璃的特殊性,热定温度应比一般玻璃要高,应保持在1580~1610℃(挂钩砖),具体视熔窑耐火材料而定。热点的位置(以5对小炉为例)宜在伊炉稍前,以保证玻璃有足够的时间进行熔化。热点温度和位置一旦确定,应尽力保持稳定。
 
为保持玻璃在熔窑前段有较强的对流,防止“跑料”现象发生,热点与1#小炉的温差一般应保持在100℃左右(如80℃)。在各小炉配火时,要充分考虑前端玻璃熔化吸热的特性,保证各对小炉处玻璃液的温度达到熔制曲线的要求。
 
另外通过增加熔窑氧化气氛也可以增加玻璃的透过率。对于光伏玻璃熔窑的气氛控制也要结合配合料的成分进行调整。目前,用芒硝作为澄清剂时,需采用碳粉作为还原剂;为保持碳粉不在加料口烧尽,第一对和第二对小炉必须保持还原焰,但是在最后的小炉区域必须将碳粉完全烧尽以避免玻璃的着色,故随后一对小炉喷出口应当是氧化焰。芒硝没有在熔化部分解反应完毕,它可溶解于玻璃液中,虽然溶解度不大,但是很大可能在冷却部或成型区域的玻璃液中产生二次气泡。经验证明,熔制纯碱—芒硝配合料时,若熔化部有强烈氧化焰,则所产生的泡沫很薄且极其致密、不易排出液面,而且向成型方向扩展很快,要澄清这样的玻璃被是很困难的。因此,熔窑的熔化区域应该先保持还原气氛,若以碳粉做还原剂为例;澄清区域应是氧化气氛,这样才能保证剩余的碳粉能够燃尽。同时在澄清区域的氧化气氛下,通过玻璃液流的流动,在氧的作用下,玻璃中的二价铁离子能够更多的变成三价铁离子,以此来提高玻璃的透过率。
 
4结束语
 
目前,太阳能电池产业处于高速发展期,在前10年里全世界太阳能电池的总产量增长了22倍,平均年复合增长率为40%以上。中国太阳能光伏电池片的产量在全世界占有相当高的比例,国内太阳能资源非常丰富,太阳能开发利用的潜力非常广阔。近几年,太阳能电池用光伏玻璃在中国的发展非常迅速,但一般企业生产的光伏玻璃均为经钢化加工后的压延玻璃,这种普通光伏玻璃厚度为3.2mm,透过率92%左右。如何生产透过率非常高的高端产品,将是今后光伏玻璃行业发展的一个趋势。