1 引言
2010年5月16日新闻联播节目头条播出的“转方式 调结构：追风逐日—我国新能源开发提速”的报道中介绍了我国新能源开发的状况：“从1993年起，我国开始进口石油，到去年进口超过了一半；煤炭也在去年变成了净进口，进口量超过了1亿吨，目前全世界近一半的煤炭被我国消费了，导致我国温室气体排放居高不下。为减轻压力，国家今年实施了修订后的新能源法，而此前，发改委、财政部等部门从税收减免到财政补贴，先后出台了11项支持措施。新能源步伐由此提速，七个千万千瓦级风电基地加紧施工，光伏的目标是10年翻100倍。国家电网也在计划架设两纵两横的空中高速。加速开发新能源带给我们的是，到2020年风光电加水电核电可达到2万亿千瓦时，新能源占总能源消费的比重将达到15％，可为我国节省标煤6亿吨，减少二氧化碳排放15亿吨。” 中国光伏产业在世界光伏市场的拉动下近几年发展迅速。2007年，中国电池产量达到1088MW，占世界总量的 29％，跃居世界首位。2008年，中国电池产量超过2600MW，仍为世界首位。2009年的中国光伏市场经历了从停产、复产、再到扩产的过程，忙得不亦乐乎。尽管市场一度受到金融危机的影响，但从第二季度开始，随着欧美光伏市场的回暖，各大公司的发货量也随之增加。外加德国政策补贴的下调预期，使得2009年第四季度较之往年更加热闹了起来。此外，再加上中国在去年出台的多项利好政策，国内的几大光伏企业纷纷扩产。2009年的电池产量超过4000MW，约占世界总量的40％，仍然雄居世界首位。
能源紧缺问题已经对世界经济的发展造成了很大的困难。清洁能源技术得到了强有力的重视与发展。太阳能电池的飞速增长为玻璃行业带来了一个拥有良好前景的市场需求，在普通玻璃市场竞争激烈，利润率下滑的情况下，多家玻璃厂商已经投入大量资金生产和研发不同种类的、性能优异的光伏玻璃产品，以期规避普通浮法玻璃的残酷竞争。目前，光伏玻璃已经成为太阳能电池的重要构件，并且太阳能电池的技术改良也对光伏玻璃提出了更多和更高的技术质量要求。
2 光伏玻璃的定义和分类
在光伏太阳能电池组件所使用的玻璃中，一种是通过透光、聚光、散射、导电等性能参与到光生伏特过程中的玻璃；另一种是仅起到支撑作用的背板玻璃。严格来说，仅仅是前者才能称得上是光伏玻璃。因此，光伏玻璃的定义应该是：直接用于太阳能光伏发电和太阳能光热发电系统组件，起到传递和控制光线，或者具有导出电流作用的玻璃产品。
根据这一定义，并且按照光伏系统组件中对玻璃的不同性能要求和所起的作用，可将目前主流的光伏玻璃分成三大类：
封装盖板玻璃——在组件中起到封装保护、固定支撑和透光散射作用的玻璃。主要包括：超白压延玻璃，增透镀膜玻璃，超白浮法玻璃。
透明导电玻璃——同时具有透光和传输电流作用的玻璃。主要包括：ITO镀膜玻璃，FTO镀膜玻璃，氧化锌基掺杂铝或硼镀膜玻璃。
聚光组件玻璃——通过反射或折射汇聚光线到光伏电池上的玻璃。主要包括：菲涅耳透镜，平面反光镜，抛物面反光镜等。
3 用于晶体硅电池的封装盖板玻璃
晶体硅（多晶硅、单晶硅）电池阳光入射面所用的盖板玻璃，目前使用超白压延玻璃、增透镀膜玻璃、超白浮法玻璃。主流产品超白压延玻璃的一面以不同程度的朦胧纹面（绒面）处理减少光的反射，提高光线透过率；另一面用金字塔形的花型极大地增强了玻璃与EVA的胶联牢固度。其3.2mm玻璃太阳光透过率达到91％以上。增透镀膜玻璃也称AR光伏玻璃，是在高透超白玻璃表面镀上一层增透膜，能有效降低玻璃表面反射比，提高透射比，从而提升组件的转换效率。超白浮法玻璃由于具有很高的透光率，不仅能用于盖板玻璃，而且更多地用于聚光银镜的原片和离线导电镀膜沉积的基板。
对于晶体硅电池来说，盖板玻璃的绒面陷光结构是提高效能的重要因素之一。当太阳光入射到太阳能电池组件上的普通玻璃后，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阳能电池组件的转换效率。研究结果发现，由绒面玻璃制备的太阳能电池组件在直射的日光下，可提高1％左右的的转换效率。并且当日光斜射的条件下，由绒面玻璃制备的太阳能电池组件可提高转换效率3％左右。由于斜射日光的时间比直射日光的时间长得多，因此，实际使用时这是一个非常可观的提高。
4 用于薄膜电池的导电膜玻璃
薄膜电池顾名思义就是用很薄的半导体薄膜制备成太阳能电池，其用硅量极少，更容易降低成本，同时它既是一种高效能源产品，又是一种新型建筑材料，更容易与建筑一体化完美结合。目前已经能进行产业化大规模生产的薄膜电池主要有3种：硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS）、碲化镉薄膜太阳能电池（CdTe）。
薄膜太阳能电池虽然早已出现，但由于光电转换效率低、衰减率（光致衰退率）较高等问题，前些年未引起业界的足够关注，市场占有率很低。随着其技术的不断进步，光电转换效率得到迅速提高，现在比以前约提升了30％-40％，虽然仍然与晶体硅电池相比有很大差距，但其用料少、工艺简单、能耗低，成本有一定优势，越来越被业界所接受。因此近年来薄膜太阳能电池产业得到较快发展，薄膜太阳电池已成为国际光伏市场发展的新趋势和新热点。
由于薄膜电池的生产过程和光电响应特性不同，所需要的玻璃背板和前面板也各不相同。下面对几种主要的薄膜电池分别加以论述。
4.1 非晶硅薄膜电池
非晶硅电池一般采用PECVD等离子增强型化学气相沉积方法使高纯硅烷等气体分解沉积而成的。由于沉积分解温度低，可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上沉积薄膜，易于大面积化生产，成本较低。在玻璃衬底上制备的非晶硅基太阳能电池的典型结构为：Glass/TCO/p-a-Si/i-a-Si/n-a-S/Al/Glass。
对于硅薄膜太阳电池来说，陷光结构的作用对器件性能尤为重要。a-Si:H 的光学带宽为117eV 左右，其吸收系数在短波方向较高。如果在单一光程通过的情况下，没有几个微米厚度的薄膜，入射光不会被完全吸收。为了缩短薄膜生产时间降低成本，必须加入陷光结构。另外，对于a-Si:H太阳电池加入陷光结构，可以进一步减薄吸收层厚度，减少光致衰减效应。有利于提高光稳定性，并且吸收层材料(Si本征层) 的光学吸收可以通过增加太阳辐射的光程得以提高。因此，非晶硅电池接受太阳光的前电极面玻璃不但要具有良好的导电性之外，还要具有合适的光散射能力，和玻璃上的TCO膜要具有雾度。
目前，非晶硅薄膜电池所使用的前电极玻璃为SnO2:F类型的TCO玻璃，即通常所说的FTO玻璃。使用APCVD技术生产的FTO玻璃具有可大面积、大批量生产，TCO膜层性能稳定，透光率、雾度、方块电阻与非晶硅电池匹配等优点，是目前市场上的主流产品。
4.2 非晶/微晶复合叠层电池
非晶硅/微晶硅叠层薄膜太阳能电池是一种双节电池。由一节非晶硅和一节微晶硅电池组成。其中非晶硅节是硅烷（SiH4）通过等离子体化学气相沉积技术在透明导电玻璃上沉积一层非晶硅薄膜。微晶硅层是在此非晶硅层的基础上通过硅烷（SiH4）的等离子体化学气相沉积形成，是一种含有非晶组织及晶粒、晶界的混合结构，即微晶硅(μc-Si)结构叠层。两层使用的材料都是硅烷，两层叠加就制成了非晶硅/微晶硅叠层薄膜太阳能电池。
非晶硅层仅对可见光有吸收作用，而微晶硅层对波长较长的红外线部分有很好的吸收作用，而且几乎不发生衰减，这种叠层技术可以实现很好的转换效率并明显降低衰减率。因此，这种非晶硅与微晶硅叠层的基本结构将成为未来硅薄膜电池的主流发展趋势。
由于非晶/微晶叠层电池的光谱响应范围扩展到了更多的红外光谱部分，所以，要求前电极玻璃的光谱透过范围比非晶硅单层电池要宽广很多。同时，镀制微晶硅的过程使TCO玻璃更长时间暴露在氢等离子体的还原气氛下，普通的FTO玻璃将会出现性能衰减现象。而氧化锌基的TCO玻璃能克服这些问题，从而得到了飞速的发展。
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ZnO∶Al（AZO）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。制备AZO薄膜的方法有多种，最常用、经济、效果好的方法是溅射法。溅射成型的AZO玻璃需要经过湿法酸蚀刻过程制绒，形成所需要的雾度。
另一种商业化生产的氧化锌基的TCO是由Oerlikon公司生产的ZnO:B的TCO玻璃，其使用的是低压化学气相沉积技术LPCVD，在沉积过程中直接形成雾度。产品具有良好的光学性能，在3.2mm低铁超白玻璃上镀制TCO层后的太阳光谱（400-1100nm）透过率达到了85％，与非晶/微晶复合电池的匹配很好。
4.3 碲化镉薄膜电池
由于CdTe具有直接带隙结构，对于波长小于吸收限的光具有较大的吸收系数，仅1μm厚的 CdTe就可吸收能量大于CdTe禁带宽度的99％的入射光，从而降低了对扩散长度的要求， CdTe薄膜太阳电池通常以CdS／CdTe异质结为基础。人们预计其理论转换效率可达 27％，这些特点使CdTe成为制备高效太阳电池的最佳材料。
由于此类电池的吸收层吸收光线能力很强，其接受阳光的前电极玻璃不需要使用光散射能力，也就是不需要雾度，重点要求光线透过能力。因此可以使用ITO玻璃作为前电极。同时，碲化镉电池多数制作工艺中要求TCO玻璃处于高温状态下，所以要求TCO玻璃膜层经高温处理后膜层的导电性能不衰减或少衰减。在线APCVD方式生产的FTO玻璃能够良好地适应这一需求。
4.4 铜铟镓硒薄膜
铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等显著特点，光电转换效率居各种薄膜太阳电池之首，接近于晶体硅太阳电池，而成本只是它的三分之一，被称为下一代非常有前途的新型薄膜太阳电池，是近几年研究开发的热点。典型结构最底层为基材，通常使用的材料为玻璃或是具有可挠性的金属箔或一些高分子材料，基材上溅镀一层钼背电极，向上是CIGS光吸收层，再往上是CdS ，此层也兼具缓冲层的功能，帮助电子有效传导，再往上有一层n型 i-ZnO 层，再溅镀上AZnO 作为透明导电层窗口，此窗口层除了作为上电极之外，还会让阳光顺利通过此层到达CIGS光吸收层；最后镀上金属导线，即构成一个铜铟镓硒薄膜太阳能电池。
从此类电池的典型结构可知，其接收阳光面的玻璃不需要TCO玻璃，仅需要超白玻璃作为保护用的封装盖板。而背光面的玻璃衬底是镀钼的导电玻璃，也不需要TCO玻璃。
5 聚光光伏玻璃
聚光光伏发电技术是用比较便宜的聚光器来部分代替昂贵的太阳电池，以减少给定功率所需的电池面积来降低成本，系统中太阳能电池的费用只占系统总费用的一小部分 ，所以可以采用工艺先进、效率更高而价格较贵的电池来提高整个系统的性能。同时，通过聚光器而使较大面积的阳光汇聚在一个较小的范围内，并将太阳能电池置于光斑或光带上，以增加光强，克服太阳辐射能流密度低的缺陷，可以获得更多的电能输出。聚光光伏发电系统由聚光太阳能接收器、聚光镜、太阳跟踪机构组成。聚光器依光学原理可分为折射聚光器、反射聚光器和荧光聚光器等。
5.1 透镜型聚光玻璃
在聚光技术中，折射透镜主要使用菲涅耳透镜，这种透镜具有质量轻、厚度薄的特点，更适合大面积使用。菲涅尔透镜 (Fresnel lens) 多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，这种设计可大大地降低凸透镜的几何高度（厚度），透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰。
目前，光伏系统中的菲涅耳透镜一种是由光学有机玻璃（PMMA）压制而成。另一种是在超白玻璃上复合一层硅胶，在硅胶上压制螺纹制成菲涅耳透镜，且玻璃可以钢化，这种透镜具有机械强度高、抗腐蚀、耐老化等特点，并且光学效率大于85％。
5.2 反射型聚光玻璃镜
在聚光光伏中，玻璃反射镜有平面型、抛物面型和碟型。要求具有重量轻，反光率高，适合机械清洗，能长时间耐风沙等恶劣环境考验，能禁受冰雹冲击等特性。常用超白玻璃银镜加背保护层制成，对太阳光的反射率要达到90％以上，并且至少应稳定15年以上。
6 光伏玻璃的发展
当前，光伏玻璃所面临的机遇不言而喻，但所面临的挑战也是很大的。例如，晶体硅行业正在努力降低成本，有的实验室技术能降低近70％。如能实现，将对薄膜电池所使用TCO玻璃是一个挑战。另外，柔性薄膜电池发展迅速，使用范围广泛，也会对玻璃基材造成较大的冲击。因此，产业链的上下游企业有必要形成供需企业联合，协作创造效益的局面。中国已经成为世界上最大的玻璃生产国和光伏电池生产国。因此，在光伏玻璃生产企业与光伏电池生产企业之间，应着力创造一条技术沟通的纽带，电池企业提出玻璃的技术需求，玻璃企业进行技术攻关，再由前者进行测试反馈，充分发挥各自不同的优势，从而提高企业的核心竞争力和整个行业的科技创新水平。【完】
