熔化作業對光伏玻璃透過率的影響

 

光伏玻璃也稱之為太陽能電池封裝玻璃，覆蓋在太陽能電池正面。光伏玻璃因其高透光率作為太陽能光熱、光電轉換系統的基片，是目前國際上太陽能利用技術的突破，大大提高了光電轉換效率，為太陽能技術的發展提供了更為廣闊的發展空間。光伏玻璃又名超白玻璃，其透過率相對于其他普通玻璃非常高，行業標準要求光伏玻璃的可見光透射比（透光率）不小于91.5%（折合3mm標準厚度）。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將成為各生產廠家需要解決的主要問題。

 

光是一種電磁波，具有波動性和微粒性。光在傳播時表現其波動性；光電效應、光的吸收等表現其微粒性。當光束照射到物質上時，光與物質發生相互作用，于是產生了反射、散射、吸收、透射。物質對光的吸收其散射率、反射率的增加，對光的透射率降低。因此，影響物質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，就必須減少玻璃對光的反射、吸收和散射。透過率是指在入射光通量自被照面或介質λ射面至另外一面離開的過程中，投射并通過物體的輻射能與投射到物體上的總輻射能之比，稱之為該物體的透過率。一般采用經驗公式來計算玻璃的透過率T:

 

T:10-(9.2243 x d x Redox x c+0.0373）士B式中：

 

C——玻璃含鐵量（Fe203%);

 

D——玻璃的厚度；

 

Redox——氧化還原程度的系數；

 

B——修正值。

 

由公式（1）可知，影響透過率的主要因素為：鐵含量、燃燒氣氛、產品花型、厚度、減反膜。

 

對于鈉鈣硅玻璃，在可見光到近紅外波段范圍內，雜質的吸收是主要的。雜質是指玻璃原料中帶人的鐵、鎮、銘、鐵及其他著色元素。在光伏玻璃生產的原材料中，含有雜質的原材料一般有石英砂、長石、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，導致石英砂中的雜質鐵過高或是由于碎玻璃回收過程中雜質鐵的棍人，對熔融玻璃的氣泡和透過率極其不利。

 

在光伏玻璃中實質是鐵離子對光的吸收而降低了玻璃的透過率。鐵在玻璃中以Fe3＋和Fe2+形勢存在，玻璃的顏色主要取決于兩者之間的平和狀態，著色強度則取決于鐵的含量。Fe2+能使玻璃產生淺藍色，而Fe3+的3d軌道呈半充滿狀態，故著色很弱，使玻璃產生黃綠色或黃色，前者的可見光區的吸收能力約為Fe3＋的10倍。

 

Fe3＋和Fe2＋均能夠強烈吸收紫外線，Fe3＋的吸收帶在225nm處，Fe2＋的吸收帶在200nm處。Fe3+的吸收系數較Fe2＋幾乎大1倍，它們的紫外線吸收帶可延伸至可見光區。Fe3＋分別在380nm、420nm、435nm處有三個弱吸收帶。Fe2+在1050nm處有一個吸收帶，故吸收紅外線。

 

影響Fe3＋與Fe2＋的濃度比的主要因素有：玻璃熔制溫度和時間（升高熔制溫度，有利于Fe2＋含量的增加；反之亦然）：氣氛（氧化氣氛有利于增加Fe3＋的含量，還原氣氛有利于增加Fe2＋含量，故光伏玻璃的熔制必須保持無氧化氣氛）；玻璃組成（在堿硅酸鹽玻璃種，隨Na20含量的增加，Fe3+的含量也增加）；鐵含量（鐵含量增加，Fe2+含量也增加）等。

 

通過以上分析可以認為在光伏玻璃降低透過率而影響發電率的重要因素為Fe2＋對光的吸收。所以，降低玻璃中Fe2＋的含量對光伏玻璃具有至關重要的意義。另外，最直接的一點就是整體降低玻璃的含鐵量，所以光伏玻璃也是低鐵超白玻璃，對原料要求必須是低鐵原理。目前，國內一般公認光伏玻璃的含鐵量在120ppm以下。

 

3.1減少玻璃對光的反射

 

玻璃表面鍍膜是通過對表面處理達到降低其反射率的做法。

 

減少反射膜是以光的波動性和干涉現象為基礎的。兩個振幅相同，波長相同的光波疊加，那么光波的振幅增強；假如兩個光波原由相同，波程相差，那么它們疊加后振幅便互相抵消。減少反射膜就是利用了這個原理，使得膜層前后表面產生的反射光互相干擾，從而抵消了反射光，達到減少反射的效果。

 

目前較為先進的工藝是采用輥涂法工藝在光伏玻璃絨面涂布一層多孔二氧化硅薄膜。基本原理是：采用溶膠－凝膠法制備納米二氧化硅溶膠和多孔二氧化硅薄膜，首先以正硅酸乙醋（TEOS）為前驅體，氨水為催化劑制備二氧化硅溶膠，通過稀釋并加入穩定劑、粘度調整劑、粘接劑等而得到AR鍍膜液，再通過輯筒涂膜機將AR鍍膜液均勻涂布到光伏玻璃表面，經表干后再進人鋼化爐后制得。

 

AR鍍膜光伏玻璃可以使光的反射率降低到1%以下，可見光透光率提高2.5%。

 

3.2調整配合料成分降低玻璃對光的吸收

 

在實際生產中通過對增加配合料中脫色劑和氧化物來增加玻璃的透過率。目前國內基本上都采用增加銻粉和硝酸鈉搭配使用來提高透過率。

 

Sb203既是脫色劑也是氧化劑，能有效的減弱鐵離子對光的吸收，提高玻璃透過率。對于光伏玻璃來說，應該具有良好的透明度。由于玻璃原料中含有鐵、鉻、鈦、釩等化合物和有機物的有害物質，光伏玻璃中主要是鐵含量。Sb203主要作為化學脫色劑來使用，是著色能力強的低價鐵氧化物變成著色能

 

力較弱的三價鐵離子（一般認為Fe 203的著色能力較FeO低10倍）。

 

硝酸鈉的作用是澄清劑、脫色劑、氧化劑。硝酸納在350℃時分解會產生大量的02，因此要利用Sb203吸收分解出02，當溫度達到1300℃時會重新分解出02，達到良好的澄清效果。同時Sb203也是脫色劑，能有效的減弱鐵離子對光的吸收，提高玻璃的透過率。

 

3.3通過熔制制度調節增加玻璃透過率

 

光伏玻璃熔化溫度的確定關鍵是熱點溫度及其位置的確定。由于光伏玻璃的特殊性，熱定溫度應比一般玻璃要高，應保持在1580～1610℃（掛鉤磚），具體視熔窯耐火材料而定。熱點的位置（以5對小爐為例）宜在伊爐稍前，以保證玻璃有足夠的時間進行熔化。熱點溫度和位置一旦確定，應盡力保持穩定。

 

為保持玻璃在熔窯前段有較強的對流，防止“跑料”現象發生，熱點與1#小爐的溫差一般應保持在100℃左右（如80℃）。在各小爐配火時，要充分考慮前端玻璃熔化吸熱的特性，保證各對小爐處玻璃液的溫度達到熔制曲線的要求。

 

另外通過增加熔窯氧化氣氛也可以增加玻璃的透過率。對于光伏玻璃熔窯的氣氛控制也要結合配合料的成分進行調整。目前，用芒硝作為澄清劑時，需采用碳粉作為還原劑；為保持碳粉不在加料口燒盡，第一對和第二對小爐必須保持還原焰，但是在最后的小爐區域必須將碳粉完全燒盡以避免玻璃的著色，故隨后一對小爐噴出口應當是氧化焰。芒硝沒有在熔化部分解反應完畢，它可溶解于玻璃液中，雖然溶解度不大，但是很大可能在冷卻部或成型區域的玻璃液中產生二次氣泡。經驗證明，熔制純堿—芒硝配合料時，若熔化部有強烈氧化焰，則所產生的泡沫很薄且極其致密、不易排出液面，而且向成型方向擴展很快，要澄清這樣的玻璃被是很困難的。因此，熔窯的熔化區域應該先保持還原氣氛，若以碳粉做還原劑為例；澄清區域應是氧化氣氛，這樣才能保證剩余的碳粉能夠燃盡。同時在澄清區域的氧化氣氛下，通過玻璃液流的流動，在氧的作用下，玻璃中的二價鐵離子能夠更多的變成三價鐵離子，以此來提高玻璃的透過率。

 

4結束語

 

目前，太陽能電池產業處于高速發展期，在前10年里全世界太陽能電池的總產量增長了22倍，平均年復合增長率為40%以上。中國太陽能光伏電池片的產量在全世界占有相當高的比例，國內太陽能資源非常豐富，太陽能開發利用的潛力非常廣闊。近幾年，太陽能電池用光伏玻璃在中國的發展非常迅速，但一般企業生產的光伏玻璃均為經鋼化加工后的壓延玻璃，這種普通光伏玻璃厚度為3.2mm，透過率92%左右。如何生產透過率非常高的高端產品，將是今后光伏玻璃行業發展的一個趨勢。