1 引言
2010年5月16日新聞聯播節目頭條播出的“轉方式 調結構：追風逐日—我國新能源開發提速”的報道中介紹了我國新能源開發的狀況：“從1993年起，我國開始進口石油，到去年進口超過了一半；煤炭也在去年變成了凈進口，進口量超過了1億噸，目前全世界近一半的煤炭被我國消費了，導致我國溫室氣體排放居高不下。為減輕壓力，國家今年實施了修訂后的新能源法，而此前，發改委、財政部等部門從稅收減免到財政補貼，先后出臺了11項支持措施。新能源步伐由此提速，七個千萬千瓦級風電基地加緊施工，光伏的目標是10年翻100倍。國家電網也在計劃架設兩縱兩橫的空中高速。加速開發新能源帶給我們的是，到2020年風光電加水電核電可達到2萬億千瓦時，新能源占總能源消費的比重將達到15％，可為我國節省標煤6億噸，減少二氧化碳排放15億噸。” 中國光伏產業在世界光伏市場的拉動下近幾年發展迅速。2007年，中國電池產量達到1088MW，占世界總量的 29％，躍居世界首位。2008年，中國電池產量超過2600MW，仍為世界首位。2009年的中國光伏市場經歷了從停產、復產、再到擴產的過程，忙得不亦樂乎。盡管市場一度受到金融危機的影響，但從第二季度開始，隨著歐美光伏市場的回暖，各大公司的發貨量也隨之增加。外加德國政策補貼的下調預期，使得2009年第四季度較之往年更加熱鬧了起來。此外，再加上中國在去年出臺的多項利好政策，國內的幾大光伏企業紛紛擴產。2009年的電池產量超過4000MW，約占世界總量的40％，仍然雄居世界首位。
能源緊缺問題已經對世界經濟的發展造成了很大的困難。清潔能源技術得到了強有力的重視與發展。太陽能電池的飛速增長為玻璃行業帶來了一個擁有良好前景的市場需求，在普通玻璃市場競爭激烈，利潤率下滑的情況下，多家玻璃廠商已經投入大量資金生產和研發不同種類的、性能優異的光伏玻璃產品，以期規避普通浮法玻璃的殘酷競爭。目前，光伏玻璃已經成為太陽能電池的重要構件，并且太陽能電池的技術改良也對光伏玻璃提出了更多和更高的技術質量要求。
2 光伏玻璃的定義和分類
在光伏太陽能電池組件所使用的玻璃中，一種是通過透光、聚光、散射、導電等性能參與到光生伏特過程中的玻璃；另一種是僅起到支撐作用的背板玻璃。嚴格來說，僅僅是前者才能稱得上是光伏玻璃。因此，光伏玻璃的定義應該是：直接用于太陽能光伏發電和太陽能光熱發電系統組件，起到傳遞和控制光線，或者具有導出電流作用的玻璃產品。
根據這一定義，并且按照光伏系統組件中對玻璃的不同性能要求和所起的作用，可將目前主流的光伏玻璃分成三大類：
封裝蓋板玻璃——在組件中起到封裝保護、固定支撐和透光散射作用的玻璃。主要包括：超白壓延玻璃，增透鍍膜玻璃，超白浮法玻璃。
透明導電玻璃——同時具有透光和傳輸電流作用的玻璃。主要包括：ITO鍍膜玻璃，FTO鍍膜玻璃，氧化鋅基摻雜鋁或硼鍍膜玻璃。
聚光組件玻璃——通過反射或折射匯聚光線到光伏電池上的玻璃。主要包括：菲涅耳透鏡，平面反光鏡，拋物面反光鏡等。
3 用于晶體硅電池的封裝蓋板玻璃
晶體硅（多晶硅、單晶硅）電池陽光入射面所用的蓋板玻璃，目前使用超白壓延玻璃、增透鍍膜玻璃、超白浮法玻璃。主流產品超白壓延玻璃的一面以不同程度的朦朧紋面（絨面）處理減少光的反射，提高光線透過率；另一面用金字塔形的花型極大地增強了玻璃與EVA的膠聯牢固度。其3.2mm玻璃太陽光透過率達到91％以上。增透鍍膜玻璃也稱AR光伏玻璃，是在高透超白玻璃表面鍍上一層增透膜，能有效降低玻璃表面反射比，提高透射比，從而提升組件的轉換效率。超白浮法玻璃由于具有很高的透光率，不僅能用于蓋板玻璃，而且更多地用于聚光銀鏡的原片和離線導電鍍膜沉積的基板。
對于晶體硅電池來說，蓋板玻璃的絨面陷光結構是提高效能的重要因素之一。當太陽光入射到太陽能電池組件上的普通玻璃后，大有4％左右光波被玻璃的上表面反射了。降低玻璃上表面的反射率可提高太陽能電池組件的轉換效率。研究結果發現，由絨面玻璃制備的太陽能電池組件在直射的日光下，可提高1％左右的的轉換效率。并且當日光斜射的條件下，由絨面玻璃制備的太陽能電池組件可提高轉換效率3％左右。由于斜射日光的時間比直射日光的時間長得多，因此，實際使用時這是一個非常可觀的提高。
4 用于薄膜電池的導電膜玻璃
薄膜電池顧名思義就是用很薄的半導體薄膜制備成太陽能電池，其用硅量極少，更容易降低成本，同時它既是一種高效能源產品，又是一種新型建筑材料，更容易與建筑一體化完美結合。目前已經能進行產業化大規模生產的薄膜電池主要有3種：硅基薄膜太陽能電池、銅銦鎵硒薄膜太陽能電池（CIGS）、碲化鎘薄膜太陽能電池（CdTe）。
薄膜太陽能電池雖然早已出現，但由于光電轉換效率低、衰減率（光致衰退率）較高等問題，前些年未引起業界的足夠關注，市場占有率很低。隨著其技術的不斷進步，光電轉換效率得到迅速提高，現在比以前約提升了30％-40％，雖然仍然與晶體硅電池相比有很大差距，但其用料少、工藝簡單、能耗低，成本有一定優勢，越來越被業界所接受。因此近年來薄膜太陽能電池產業得到較快發展，薄膜太陽電池已成為國際光伏市場發展的新趨勢和新熱點。
由于薄膜電池的生產過程和光電響應特性不同，所需要的玻璃背板和前面板也各不相同。下面對幾種主要的薄膜電池分別加以論述。
4.1 非晶硅薄膜電池
非晶硅電池一般采用PECVD等離子增強型化學氣相沉積方法使高純硅烷等氣體分解沉積而成的。由于沉積分解溫度低，可在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上沉積薄膜，易于大面積化生產，成本較低。在玻璃襯底上制備的非晶硅基太陽能電池的典型結構為：Glass/TCO/p-a-Si/i-a-Si/n-a-S/Al/Glass。
對于硅薄膜太陽電池來說，陷光結構的作用對器件性能尤為重要。a-Si:H 的光學帶寬為117eV 左右，其吸收系數在短波方向較高。如果在單一光程通過的情況下，沒有幾個微米厚度的薄膜，入射光不會被完全吸收。為了縮短薄膜生產時間降低成本，必須加入陷光結構。另外，對于a-Si:H太陽電池加入陷光結構，可以進一步減薄吸收層厚度，減少光致衰減效應。有利于提高光穩定性，并且吸收層材料(Si本征層) 的光學吸收可以通過增加太陽輻射的光程得以提高。因此，非晶硅電池接受太陽光的前電極面玻璃不但要具有良好的導電性之外，還要具有合適的光散射能力，和玻璃上的TCO膜要具有霧度。
目前，非晶硅薄膜電池所使用的前電極玻璃為SnO2:F類型的TCO玻璃，即通常所說的FTO玻璃。使用APCVD技術生產的FTO玻璃具有可大面積、大批量生產，TCO膜層性能穩定，透光率、霧度、方塊電阻與非晶硅電池匹配等優點，是目前市場上的主流產品。
4.2 非晶/微晶復合疊層電池
非晶硅/微晶硅疊層薄膜太陽能電池是一種雙節電池。由一節非晶硅和一節微晶硅電池組成。其中非晶硅節是硅烷（SiH4）通過等離子體化學氣相沉積技術在透明導電玻璃上沉積一層非晶硅薄膜。微晶硅層是在此非晶硅層的基礎上通過硅烷（SiH4）的等離子體化學氣相沉積形成，是一種含有非晶組織及晶粒、晶界的混合結構，即微晶硅(μc-Si)結構疊層。兩層使用的材料都是硅烷，兩層疊加就制成了非晶硅/微晶硅疊層薄膜太陽能電池。
非晶硅層僅對可見光有吸收作用，而微晶硅層對波長較長的紅外線部分有很好的吸收作用，而且幾乎不發生衰減，這種疊層技術可以實現很好的轉換效率并明顯降低衰減率。因此，這種非晶硅與微晶硅疊層的基本結構將成為未來硅薄膜電池的主流發展趨勢。
由于非晶/微晶疊層電池的光譜響應范圍擴展到了更多的紅外光譜部分，所以，要求前電極玻璃的光譜透過范圍比非晶硅單層電池要寬廣很多。同時，鍍制微晶硅的過程使TCO玻璃更長時間暴露在氫等離子體的還原氣氛下，普通的FTO玻璃將會出現性能衰減現象。而氧化鋅基的TCO玻璃能克服這些問題，從而得到了飛速的發展。
氧化鋅基薄膜的研究進展迅速，材料性能已可與 ITO 相比擬，結構為六方纖鋅礦型。其中鋁摻雜的氧化鋅ZnO∶Al（AZO）薄膜研究較為廣泛，它的突出優勢是原料易得，制造成本低廉，無毒，易于實現摻雜，且在等離子體中穩定性好。制備AZO薄膜的方法有多種，最常用、經濟、效果好的方法是濺射法。濺射成型的AZO玻璃需要經過濕法酸蝕刻過程制絨，形成所需要的霧度。
另一種商業化生產的氧化鋅基的TCO是由Oerlikon公司生產的ZnO:B的TCO玻璃，其使用的是低壓化學氣相沉積技術LPCVD，在沉積過程中直接形成霧度。產品具有良好的光學性能，在3.2mm低鐵超白玻璃上鍍制TCO層后的太陽光譜（400-1100nm）透過率達到了85％，與非晶/微晶復合電池的匹配很好。
4.3 碲化鎘薄膜電池
由于CdTe具有直接帶隙結構，對于波長小于吸收限的光具有較大的吸收系數，僅1μm厚的 CdTe就可吸收能量大于CdTe禁帶寬度的99％的入射光，從而降低了對擴散長度的要求， CdTe薄膜太陽電池通常以CdS／CdTe異質結為基礎。人們預計其理論轉換效率可達 27％，這些特點使CdTe成為制備高效太陽電池的最佳材料。
由于此類電池的吸收層吸收光線能力很強，其接受陽光的前電極玻璃不需要使用光散射能力，也就是不需要霧度，重點要求光線透過能力。因此可以使用ITO玻璃作為前電極。同時，碲化鎘電池多數制作工藝中要求TCO玻璃處于高溫狀態下，所以要求TCO玻璃膜層經高溫處理后膜層的導電性能不衰減或少衰減。在線APCVD方式生產的FTO玻璃能夠良好地適應這一需求。
4.4 銅銦鎵硒薄膜
銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽電池具有生產成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等顯著特點，光電轉換效率居各種薄膜太陽電池之首，接近于晶體硅太陽電池，而成本只是它的三分之一，被稱為下一代非常有前途的新型薄膜太陽電池，是近幾年研究開發的熱點。典型結構最底層為基材，通常使用的材料為玻璃或是具有可撓性的金屬箔或一些高分子材料，基材上濺鍍一層鉬背電極，向上是CIGS光吸收層，再往上是CdS ，此層也兼具緩沖層的功能，幫助電子有效傳導，再往上有一層n型 i-ZnO 層，再濺鍍上AZnO 作為透明導電層窗口，此窗口層除了作為上電極之外，還會讓陽光順利通過此層到達CIGS光吸收層；最后鍍上金屬導線，即構成一個銅銦鎵硒薄膜太陽能電池。
從此類電池的典型結構可知，其接收陽光面的玻璃不需要TCO玻璃，僅需要超白玻璃作為保護用的封裝蓋板。而背光面的玻璃襯底是鍍鉬的導電玻璃，也不需要TCO玻璃。
5 聚光光伏玻璃
聚光光伏發電技術是用比較便宜的聚光器來部分代替昂貴的太陽電池，以減少給定功率所需的電池面積來降低成本，系統中太陽能電池的費用只占系統總費用的一小部分 ，所以可以采用工藝先進、效率更高而價格較貴的電池來提高整個系統的性能。同時，通過聚光器而使較大面積的陽光匯聚在一個較小的范圍內，并將太陽能電池置于光斑或光帶上，以增加光強，克服太陽輻射能流密度低的缺陷，可以獲得更多的電能輸出。聚光光伏發電系統由聚光太陽能接收器、聚光鏡、太陽跟蹤機構組成。聚光器依光學原理可分為折射聚光器、反射聚光器和熒光聚光器等。
5.1 透鏡型聚光玻璃
在聚光技術中，折射透鏡主要使用菲涅耳透鏡，這種透鏡具有質量輕、厚度薄的特點，更適合大面積使用。菲涅爾透鏡 (Fresnel lens) 多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，也有玻璃制作的，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，這種設計可大大地降低凸透鏡的幾何高度（厚度），透鏡的要求很高，一片優質的透鏡必須是表面光潔，紋理清晰。
目前，光伏系統中的菲涅耳透鏡一種是由光學有機玻璃（PMMA）壓制而成。另一種是在超白玻璃上復合一層硅膠，在硅膠上壓制螺紋制成菲涅耳透鏡，且玻璃可以鋼化，這種透鏡具有機械強度高、抗腐蝕、耐老化等特點，并且光學效率大于85％。
5.2 反射型聚光玻璃鏡
在聚光光伏中，玻璃反射鏡有平面型、拋物面型和碟型。要求具有重量輕，反光率高，適合機械清洗，能長時間耐風沙等惡劣環境考驗，能禁受冰雹沖擊等特性。常用超白玻璃銀鏡加背保護層制成，對太陽光的反射率要達到90％以上，并且至少應穩定15年以上。
6 光伏玻璃的發展
當前，光伏玻璃所面臨的機遇不言而喻，但所面臨的挑戰也是很大的。例如，晶體硅行業正在努力降低成本，有的實驗室技術能降低近70％。如能實現，將對薄膜電池所使用TCO玻璃是一個挑戰。另外，柔性薄膜電池發展迅速，使用范圍廣泛，也會對玻璃基材造成較大的沖擊。因此，產業鏈的上下游企業有必要形成供需企業聯合，協作創造效益的局面。中國已經成為世界上最大的玻璃生產國和光伏電池生產國。因此，在光伏玻璃生產企業與光伏電池生產企業之間，應著力創造一條技術溝通的紐帶，電池企業提出玻璃的技術需求，玻璃企業進行技術攻關，再由前者進行測試反饋，充分發揮各自不同的優勢，從而提高企業的核心競爭力和整個行業的科技創新水平。【完】
