影响光伏压延玻璃透过率的原因分析与对策

1、t=10-（9.2243dredoxc+0.0373）b（1）影响光伏压延玻璃透过率的原因分析与对策陈向飞李卫红（河南安彩高科股份有限公司安阳市455000）摘 要 光伏玻璃是光伏电池组件封装的关键材料，要求光伏玻璃具有较高的透过率，以实现电池组件高效的光电转化。本文简要从生产工序分析了影响透过率的原因，从机理上进行了分析并根据生产实践提出了一些相应的对策措施和建议。关键词 透过率 铁含量 窑炉燃烧气氛 花型 玻璃厚度中图分类号：tq171 文献标识码：a 文章编号：10031987（2013）12002305analysis of cause on influence of photovol

2、taic glass transmission ratio andcountermeasureschen xiangfei，li weihong（henan ancai hi-tech co.，ltd.，anyang，455000）abstract: photovoltaic glass is the key material for encapsulation of photovoltaic module. glass need high transmittance ratio to achieve efficient photoelectric conversion of cell com

3、ponents. this paper analyses the cause on influence of transmission ratio from point of production process view. analysis of the mechanism has been made. also some corresponding countermeasures and suggestions have been put forward based on the production practice.key words: transmittance ratio， iro

4、n content， furnace combustion atmosphere， pattern， glass thickness式中：c玻璃含铁量（fe2o3%）；d 玻璃的厚度； redox氧化还原程度的系数；b修正值。 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。1.1铁含量对于钠钙硅玻璃，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 入的铁、镍、铬、钛及其它着色元素。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，所以石英砂中的杂质 铁过高或碎玻璃回

5、收过程中杂质铁混入，对熔融玻 璃的气泡和透过率是不利的。一般情况下，原材料 石英砂中铁含量控制在12010-6以下甚至10010-6 以 下 ， 产 品 的 透 过 率 可 以 控 制 在91.5%以 上 甚 至230透过率定义及测量透过率是在入射光通量自被照面或介质入射面至另外一面离开的过程中，投射并透过物体的辐射 能与投射到物体上的总辐射能之比。透过玻璃的可 见光与射在玻璃表面的总可见光的比率，称为玻璃 的透过率。透过率的测量方法有t 值和y 值两种表 示方法：t 值是指3801 100 nm（全波长段）下检 测的结果，y 值是380780 nm段（可见光）检测的 结果。由于全波段表示更接

6、近太阳能电池的实际应用情况，越来越多的厂家开始注重t 值。1影响透过率的原因分析光伏压延玻璃，也叫超白压延玻璃，其主要特点是铁含量较低，透过率较高。一般采用以下经验 公式来计算玻璃的透过率t：图1玻璃下板凹坑为饱满、平滑、深度较浅 的半球形图2玻璃下板凹坑为突兀、尖锐、深度较深 的冲头形全国性建材科技期刊玻璃2013年第12期总第267期更高。玻璃生产中主要杂质是铁、钴、镍等，其离子 价数、配位状态、吸收峰位置和吸收系数见表1。当前主要应用花型，其它花型虽有，但应用较少。从大学物理手册中查到光从玻璃射向空气 中的一些数据，见表2。表1 玻璃中铁、钴、镍杂质离子的吸收峰和吸收系数表2 光从玻璃射

7、向空气中时的入射反射数据为此，我们利用几何光学理论中的折射、反射定律分析可见光透射玻璃板的情况，作图分析光伏 玻璃下板凹坑为饱满、平滑、深度较浅的半球形和 突兀、尖锐、深度较深的冲头形两种情况的光学性 质，如图1、图2。光伏压延玻璃生产中主要的杂质含量为铁，捷克对玻璃的光谱测定得出fe3+有2个吸收带，一个在380390 nm处 ， 另 一 个 在 440450 nm处 ， fe2+ 在9501 100 nm处的吸收比fe3+大10倍，吸收峰比较 宽。所以在光伏玻璃生产过程中如何降低fe2+对透 过率的影响是至关重要的。1.2 燃烧气氛玻璃窑炉生产过程中燃烧气氛有氧化气氛和还 原气氛，在光伏压

8、延玻璃生产中一般情况下采取的 都是氧化气氛。窑炉燃烧气氛一方面可以通过测量 燃烧废气中的氧含量来判断，另一方面通过redox（氧化还原程度的系数）来判断，一般以feo的量 占fe2o3总量的百分比表示，百分比越小，t 值越 大，相反百分比越大，t 值越低，可用分光光度计 测试相关数据并通过相应的软件进行计算。另外通过玻璃的颜色也可以大致对燃烧气氛进 行判断，玻璃发白或稍发黄的燃烧气氛控制较好， 玻璃发蓝或发绿的燃烧气氛控制稍差。1.3 产品花型光伏压延目前花型主要为菱型、正六边型、非 规则六边型、方形凸起等，综合现有专利技术及目前 应用花型，正六棱锥型、正四棱锥型和正六棱台型是24在图1中，当

9、光线从下板入射光伏玻璃板时，以0入射角入射到下板凹坑中心顶部，为垂直入射， 根据上述表中数据，光线的折射角为0，反射的能 量仅为4.7%，即几乎没有反射，全部透射过去。此 时光线垂直入射透过率最高。当光线偏离中心顶部 时，入射角逐渐增大，如图a光线以68的入射角入 射到下板凹坑侧壁，根据玻璃的折射性质，得出折 射角为38，折射光线继续通过上板面进行折射、离子价数配位状态吸收峰位置/nm吸收系数fe3+四面体3801.274200.354350.34fe2+八面体10509.1co2+四面体53031.859047.764545.3ni2+八面体45041.8四面体9302.856056305入

10、射角i /0303939.54050折射角r /051798290反射的能量/%4.706.803647100100综论与探讨反射，得反射角为30，折射角为51，此时其反射的能量为6.8%。当光线更加偏离下板凹坑中心顶 部，到达凹坑侧壁下部时，入射角继续增大，如图 b光线以72的入射角入射到下板凹坑侧壁，我们得 出折射角为32，折射光线继续通过上板面进行折 射、反射，根据几何光学性质，得出二次入射角为40，二次反射角为40，此时，光线已经具备全 反射的条件，不再进行折射，即光线已经透射不过 玻璃板。在图2中，当光线从下板入射光伏玻璃板时， 以0入射角入射到下板凹坑中心顶部，也为垂直 入射，与图

11、1类似，几乎全部透射过去。当光线偏 离 中 心 顶 部 时 ， 入 射 角 逐 渐 增 大 ， 如 图c光 线 以24的入射角入射到下板凹坑弧形顶面，根据玻 璃的折射性质，得出折射角为9，折射光线继续 通过上板面进行折射、反射，得出反射角为14， 折射角为30，此时其反射的能量为5.0%。当光 线更加偏离下板凹坑中心顶部，到达凹坑斜侧壁 时，入射角增大，如图d光线以75的入射角入射 到下板凹坑斜侧壁，我们得出折射角为20，折射 光线继续通过上板面进行反射，根据几何光学性 质，得出二次入射角为55，二次反射角为55， 此时，光线已经具备全反射的条件，不再进行折 射，即光线已经透射不过玻璃板。因此

12、在此种下 板凹坑呈突兀尖锐的样冲形时，只有小部分顶部 的弧面能透过光线，大部分侧壁发生全反射，光 线不能透过。根据以上的分析，我们可以得出，光伏玻璃板 的透光率，与其下板凹坑具有密切的关系，凹坑的 形状对透光率具有决定性的作用。如果下板凹坑的 形状曲线平滑、饱满、深度较浅，则入射的光线绝 大部分都能经过二次折射透射过玻璃上板进入空气 中，而且反射能量会很小。入射光线仅仅在凹坑的 底部侧壁会发生全反射，此时，透过率会达到非常 理想的状态。如果玻璃下板凹坑的形状曲线突兀、 尖锐、深度较深，则只有凹坑顶部相对较少入射光 线能够经过二次折射透射过玻璃上板进入空气中， 而且反射能量会较大，入射光线发生全

13、反射的就会相对很多，透过率就要受到影响降低。1.4产品厚度当光线通过玻璃时，部分光被玻璃表面反射， 部分光被玻璃本身吸收，剩下大部分光透过玻璃， 玻璃对光的反射、吸收和透过可用反射率r、吸收 率a和透过率t 来衡量，这3个性质可以用百分数表 示 ， 若 以 入 射 光 的 强 度 为100%， 则r%+a%+t %=100%。当光线通过玻璃时，光强度i 随着玻璃的厚 度d 而减弱，并存在下列关系：e（-ad）i = i（2）0式中：i0 开始进入玻璃时光的强度；d “光程长度（厚度）”；i 在光程长度为d处的光的强度；a 玻璃的吸收系数。 从透过率的公式可以看出，产品厚度d 越大，理论透过率越

14、低，相反产品厚度d 越小，理论透过 率越高。这与经验公式（1）中厚度的影响结论是 一样的。我公司不同产品厚度的光伏玻璃透过率要求见 表3。表3 光伏玻璃可见光透射比标准（波长380780 nm）1.5减反膜透过率对产品镀膜的影响：镀膜玻璃是在玻璃 表面涂镀一层或多层金属、合金或金属化合物薄膜， 以改变玻璃的光学性能，满足某种特定的要求。从能量守恒的角度对减反膜的原理进行定性分 析，一般情况下，当光入射到玻璃表面时，在不考 虑吸收、散射等其它因素时，入射光的能量等于透 射光和反射光的总能量，即满足能量守恒定律。当 玻璃表面镀膜后，减少了光的反射，造成了反射光 和透射光的能量的重新分配。目前的压延

15、镀膜玻璃生产过程中，镀膜一般有 提拉法和辊涂法，辊涂法中又有钢化前镀膜和钢化 后镀膜两种生产工艺，目前采用比较多的是钢化前 辊涂生产工艺。镀膜层的厚度一般上控制在l/4，理25厚度/mm22.533.245681012透射比/%91.791.691.591.591.391.190.890.490.089.5图3各线3月18日透过率趋势全国性建材科技期刊玻璃2013年第12期总第267期论上透过率最高。2对策措施2.1 减少铁含量减少铁含量的措施如下：（1） 严 格 控 制 原 材 料 石 英 砂 中 铁 的 含 量 在70106以下。（2）做好生产过程中碎玻璃清洁监控管理： 包括送料车的车斗等

16、加装内衬板，减少铁斗的磨损 等；加强对玻璃生产的冷端废弃玻璃的管理，禁止 使用铁楸等工具铲运玻璃，严禁含铁物质掉入碎玻 璃落板料仓等。（3）配合料传输过程中对铁的控制，即所谓 的除铁，在配合料输送的各个部位，多增加除铁装 置，尤其是电磁除铁装置效果更好，并定期安排专 人确认设备的除铁状况和除铁数量，做好记录。在 溜 管 等 关 键 位 置 ， 内 部 增 加 内 衬 ， 减 少 铁 的 磨 损等。（4）配料维修人员在日常设备维护保养过程 中，严格控制电焊渣、电焊条、螺栓、螺母等金属 物掉入原料仓或传送带等。（5）窑炉喷枪燃烧的金属氧化物有可能掉入 玻璃中，需要组织窑炉热保人员定期对喷枪进行 清

17、灰。（6）退火炉氧化层的脱落，进入碎玻璃中， 都是不可避免的，严格控制以免进入冷端碎玻璃料 仓，包括安装吹扫风管或风道，或者安排专门工艺 人员定期确认氧化物脱落状况并清理等。2.2 窑炉燃烧气氛（redox）的控制（1） 案 例 分 析 ： 我 公 司 的 某 座 玻 璃 窑 炉 在2012年进行了限产，2013年3月生产恢复后出现了 透过率明显降低的问题。2013年3月7日开始，各线透过率t 值整体有下降 趋势，其中y1线为91.7%91.58%，y2线为91.65%91.5%， y3线 为 91.64%91.56%， y4线 为 91.66%91.56%。以下是3月18日的各线透过率t 值

18、的一个变 化趋势，经过一系列的对策，19日之后已经达到正 常水平，见图3。26（2）采取的主要措施：3月713日提高部分小炉空气燃烧比，其中3#小炉提高0.3%（11.5%提高到11.8%） ， 4#小 炉 提 高 0.4%（ 13.5%提 高 到 13.9%） ， 5#小 炉 提 高 0.5%（ 12.0%提 高 到 12.5%） ，6#小炉提高0.8%（11.7%提高到12.5%）。（3）废气含氧量测量：2013年3月7日、8日、9日、10日对燃烧废气含氧量进行了多次测量，表4是其中氧气含量的一组具体数据表格（只比较4#、5#小炉）。表4 各小炉废气含氧量/%从表4可以看出，经过燃烧状态调

19、整后，4#、5#小炉氧气的含量整体是升高的趋势，同时随着后 部空燃比的提高，1#3#小炉氧含量略有升高。经过1周以上时间的稳定，3月18日各线的透过率有了明显提高，基本恢复至正常水平。2.3 压延辊花型的控制案例：2012年11月14日某线更换压延辊，更换 后 测 量 透 过 率 明 显 升 高 ， 由 之 前 的 91.55%91.70%，升高至91.80%左右，显然，透过率和压延 辊花型有很大关系。更换不同厂家的压延辊后，透 过率发生的变化见表5。表5 压延辊花型变化对透光率的影响/%类型11月8日11月9日11月10日11月11日11月12日11月13日11月14日压延辊-191.629

20、1.6591.6491.5991.5991.5991.62压延辊-291.8091.8191.7791.7791.8091.8291.811#小炉2#小炉3#小炉4#小炉5#小炉6#小炉2013-03-075.835.565.332.232.116.712013-03-085.865.675.452.343.567.242013-03-095.905.755.562.983.827.432013-03-176.015.885.773.344.088.34综论与探讨2.4玻璃厚度的影响案例说明：光伏玻璃产品中目前主要以4.0 mm中，尽量少用还原剂，比如略微增加芒硝，并相应降低铝粉或纯碱等，但需

21、要慎重，因为氢氧化铝 al（oh）3中含有34.6%的h2o，其放出的水汽可以 调节配合料的气体率，有助于玻璃的均化。（3）改善镀膜的工艺技术，采用多层镀膜技 术。 常用的l/4膜层厚度，实际测量过程中并没有 使透射光的光强达到最大，也就是说没有使反射光 达到最弱。这主要是因为入射光是有一定的频宽， 而对于一个增透膜只对某一波长的单色光有完全的 增透作用。因此可以采用多层镀膜技术来改善增透 效果，同时也增加透射光的线宽dl，也就是频宽。和3.2 mm为主流，个别用户生产双玻组件时使用2.0mm玻璃，在测量其透过率是有一些差别的，表6是2012年10月3111月5日的某两条生产线4.0 mm和3

22、.2 mm产品的透过率的一组数据，从其中可以得到一些 佐证。表6 玻璃厚度对透光率的影响变化/%4结语2013年9月份我公司批量生产了2.0 mm压延玻璃，生产过程中透过率91.8。通过对影响光伏压延玻璃透过率的因素分析，从影响机理和实际生产案例中的解决，为同行提供 了一定的指导意义。在压延玻璃的实际生产过程 中，在铁含量稳定的前提下，通过控制窑炉的燃烧 气氛、采取不同的镀膜液工艺一定程度上可以提高 光伏压延玻璃的透过率。3提高玻璃透过率的其它方法（1）增加原材料中的脱色剂用量和氧化剂用量。玻璃脱色通常分为化学脱色和物理脱色两种。 对于化学脱色，一般是加入氧化剂，如硝酸钾、硝 酸钠、氧化砷、氧化锑等，主要目的是使玻璃中着 色能力较强的fe2+氧化成着色能力较弱的fe3+，从而 减少光的吸收，还有是加入氟化物，使铁形成无色参考文献1赵彦钊, 殷海荣, 主编. 玻璃工艺学m. 北京化工