太阳能电池板玻璃技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

太阳电池用玻璃就是应用在太阳电池组件上的高透光率盖板玻璃。现今应用最广的高透光率玻璃是低铁含量的玻璃，也就是我们俗称的“超白”玻璃。铁在普通玻璃中属于杂质（吸热玻璃除外）。铁杂质的存在一方面使玻璃着色，另一方面增大玻璃的吸热率，也就降低了玻璃的透光率。

铁是由原料本身、耐火材料或金属材质的生产设备等引入的，不可能完全避免。人们只能通过生产控制尽可能减少铁在玻璃中的含量。目前，太阳能玻璃的铁含量在0.015%~0.02%之间，而普通浮法玻璃的铁含量一般在0.7%以上。

低的杂质铁含量带来高的太阳光透过率。就国内应用最多的3.2mm和4mm玻璃而言，太阳光透射比一般达到90%~92%。目前各企业测定太阳光透射比的波段也各不相同：一部分企业测可见光波段；一部分企业测350nm~1100nm、350nm~1200nm；少数企业测整个太阳能可见光和近红外光谱350nm~2500nm。

目前，生产太阳能电池封装玻璃的工艺技术主要为压延法，它是采用特制的压花辊，在超白玻璃表面压制特制的金字塔形花纹而制成的。它是太阳能光伏电池不可或缺的重要组成部件。

世界上德国属于最早采用透明低铁平板玻璃作基板研制应用于太阳能电池配套的主要材料的国家之一。当初德国科技人员将这种玻璃板状的太阳能电池作为窗玻璃安装在建筑物上，它可将摄取的电能直接供住户使用，多余的电能还可输入电网，这种最初的太阳能电池用玻璃的开发利用，很快就被一些欧、美等工业发达国家及亚洲日本等国采用，并加快了用于太阳能的低铁（超白）、超薄太阳能玻璃的研制开发与应用的步伐。据有关资料报道，用于太阳能的玻璃，国际玻璃制造商们一般研制生产以下主要三种类型：

（1）从厚度范围的开发、生产与应用；

（2）表面镀膜的太阳能玻璃；

（3）低铁太阳能玻璃的开发、生产及应用。

第二节 产品工艺特点或流程

要生产优质的太阳能玻璃，提高玻璃的阳光透过率，就必须减少浮法玻璃的铁含量；减少玻璃中铁含量，提高玻璃的透过率，生产低铁（超白）太阳能玻璃最早由美国的福特公司玻璃厂研制成功。该公司生产低铁（超白）太阳能玻璃的工艺措施是：

一、在配合料中完全去除（确保玻璃颜色一致的）红粉（即氧化铁）；

二、选择含铁量低的硅质原料从源头上来降低铁的含量；

三、减少或除去外界掺入的铁，因这些外来铁是通过称量和混合过程而进入窑炉的。

四、在配合料中尽量少用还原剂，而利用氧化剂；因此，为了制取低铁的太阳能玻璃时，在配合料中去煤粉（还原剂），稍增加一些芒硝用量，并相应降低纯碱用量。

美国福特公司玻璃厂采取上述工艺措施利用浮法玻璃熔窑拉制生产了9万平方米高透过率的低铁浮法玻璃，用于Pasto（巴斯脱）的10兆瓦太阳能电站，获得高效率的成功。该公司所生产的9万平方米低铁太阳能浮法玻璃，厚度约为3mm左右，光透过率为89.3％，用这种低铁浮法玻璃制造的镀银太阳能反射镜的太阳光反射率达89.6％以上。

透明的平板玻璃，作为一种基板材料，无论用于太阳能的热转化装置，还是电能的转换装置，它都具有同样诸多优点：

一、透明玻璃的表面经加工处理后，对太阳光具有高的透过率或低反射率；

二、玻璃中通过掺入特定的着色剂后，对太阳光谱的不同波长可进行选择性吸收；

三、玻璃具有耐上百度的高温而不变形的特点，它可在高温下全天候服役而安然无恙；

四、玻璃它易于拉制成适用于太阳能利用所需的超薄、极超薄、普通薄玻璃等各种不同厚度的透明板材、管材；

五、玻璃的表面光滑平整，便于清洗镀膜加工，它具有抗大气风化和潮湿的腐蚀，耐候性优良；普通玻璃虽脆而易碎，但可以通过钢化等处理来增加其功能，达到增强效果，消除和防范脆而易碎的弊病；

1、原料的备制

在原料的制备中，含铁氧化物的多少，对太阳能玻璃质量的优劣将产生直接的影响。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玻璃熔制时的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Fe2O3，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）各种原料采用为合格粉料进厂。特别是硅质原料，应选择原矿品位高，Fe2O3含量低于厂家生产产品，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，多设几组电磁除铁器；

（4）在原料中，加入一定量的硝酸纳、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、生产工艺的选择

作为太阳能组件的太阳能玻璃必须具备下列5种特性：

（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，即膨胀系数小。

目前，能够满足上述条件，只有低铁超白浮法玻璃和低铁超白压延玻璃。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，而低铁压延（超白）玻璃经钢化处理后，可直接作为太阳能玻璃，所以低铁（超白）压延玻璃是太阳能装置首选的盖板材料。因此，低铁压延法是生产太阳能玻璃比较理想的工艺。

第三节 国内外技术未来发展趋势 分析

玻璃制造商们对降低玻璃中的铁含量、研制新的防反射涂层或减反射表面材料，及如何增加玻璃强度和使用寿命这三大方面的课题十分重视。据介绍，这三大方面的措施大致如下：

1、以薄代厚，相对降低玻璃铁含量，提高透光率

2、玻璃商们已普遍选用经过钢化处理的≤3mm厚的浮法玻璃作太阳能集热器透过体的盖板。日本太阳能集热器制造商已全部使用光透过率87％以上的3mm厚浮法钢化玻璃，收到了良好的效果，并在世界各国流传推广应用。

3、薄玻璃钢化处理后增强其强度及使用寿命

目前，玻璃制造商已熟练地对2-3mm薄玻璃进行物理或化学钢化处理，钢化处理后，不仅光透过率仍保持较高值，而且使玻璃的强度提高为普通平板玻璃的3-4倍。薄玻璃经过钢化处理后，在太阳能利用中以薄代厚并达到相对降低玻璃铁含量，提高光透过率及减轻太阳能集热器的自重及成本，不仅切实可而且效果明显。

减少玻璃表面的光反射率，增加光透过率。为了减少玻璃表面光反射率，玻璃制造商们通过物化处理方法，对玻璃表面进行一些减反射工艺处理，可制成“减反射玻璃”，其措施主要是在玻璃表面涂布一层薄膜层，可行之有效地减少玻璃的反射率。此薄膜层又称之为减反射涂层。这种在玻璃表面制备的减反射层，可采用真空沉积法、浸蚀法和高温烧结法等工艺得以实现。据悉，玻璃制造商们选用浸蚀法工艺为多。该工艺是指浸涂硅酸钠与化学处理相结合制备减反射玻璃，作太阳能集热器盖板用，既经济又简便。

该工艺方法可使玻璃透光率比原先提高4％～5％；如3mm光透过率由原来80％提高到85％，折射率较高的白质玻璃（含铁量较低），光透过率可从原来86％提高到91％。该涂层与玻璃能够牢固地结合，其耐磨性经测试表明十分良好。

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