[发明专利]包含氧化硅和钠的可熔合成形玻璃

说明书

背景

本申请要求2009年7月24日提交的美国临时专利申请第61/228290号、2009年11月24日提交的美国临时专利申请第61/263930号、2010年5月24日提交的美国临时专利申请第61/347589号以及2010年7月21提交的美国临时专利申请第12/840754号的优先权。

技术领域

本发明的实施方式一般涉及含钠玻璃，更具体地涉及包含氧化硅和钠的可熔合成形玻璃，所述玻璃可用于光致变色、电致变色、有机发光二极管(OLED)照明或光伏应用，例如薄膜光伏器件。

背景技术

近来，人们对薄膜光伏器件提供的更高效率十分关注，受此驱动，人们大力开发适合此新兴市场需求的新型玻璃基板和覆板(superstrate)。薄膜光伏器件的制造工艺通常要求基板能够在升高的温度下处理很长的时间而不发生翘曲，这使玻璃特别适合这些应用。另外，一些薄膜光伏器件的工艺(如CIGS)需要钠从玻璃扩散到沉积层，使得含钠玻璃更加适合特定的应用。

现有的玻璃(如钠钙玻璃或显示器玻璃组合物)过去在本领域常常显示出极高的效率，但使用为其它应用设计的任何玻璃时，就会遇到问题。例如，钠钙玻璃可提供廉价、易得的含钠基板，但其低应变点严重妨碍它在温度更高的工艺中的应用，无法使薄膜光伏器件工艺达到其最高效率。

使用为显示应用设计的玻璃满足了高应变点的要求，但这些玻璃的热膨胀系数(CTE)往往太低，因其CTE与光伏薄膜不匹配而无法可靠地制造大光伏面板。另外，为显示应用设计的许多玻璃特意不含碱金属，使它们更不适合用于那些需要钠从玻璃扩散的薄膜光伏应用。

在一些薄膜光伏应用中，如果能够获得具有高应变点和高CTE的含钠玻璃板，那将是有利的。此外，如果含钠玻璃不仅具有高应变点和高CTE，而且可熔合形成，以便加工成具有最佳表面特性的平板，那将是非常有利的。

发明内容

本文描述了可熔合成形、应变点高、含钠的铝硅酸盐和硼铝硅酸盐玻璃的组成范围，所述玻璃可用于薄膜光伏应用。更具体地，这些玻璃是用于二硒化铜铟镓(CIGS)光伏模块的优选材料，在所述模块中，优化电池效率所需的钠来自基板玻璃。目前，CIGS模块基板通常用通过浮法制造的钠钙玻璃板制成。不过，使用应变点更高的玻璃基板可使CIGS能在更高的温度下接受处理，这有望给电池效率带来有利的改进。此外，若熔合成形的玻璃板的表面更加光滑，则可能产生额外的好处，如增强膜的粘合性等。

因此，本文所述含钠玻璃的特征在于，其应变点≥540℃，例如≥570℃，从而提供相对于钠钙玻璃的优点，且/或其液相线粘度≥50,000泊，使其可通过熔合法制造，例如液相线粘度为130000泊或更大。为避免基板与CIGS层之间的热膨胀不匹配，根据一些实施方式，本发明的玻璃的另一个特征在于，其热膨胀系数为8-9ppm/℃。

一个实施方式是一种玻璃，以重量百分数表示，它包含：

50-72％的SiO₂；

大于15％至25％的Al₂O₃；

0-10％的B₂O₃；

共计10-25％的M₂O；以及

共计大于0％至25％的RO；

其中M是选自Na、K、Li、Rb和Cs的碱金属，所述玻璃包含至少9重量％的Na₂O；R是选自Mg、Ca、Ba和Sr的碱土金属。

另一个实施方式是一种玻璃，以重量百分数表示，它包含：

50-72％的SiO₂；

10-25％的Al₂O₃；

0-10％的B₂O₃；

共计10-25％的M₂O；以及

0.5％至小于14％的RO；

其中M是选自Na、K、Li、Rb和Cs的碱金属，所述玻璃包含至少9重量％的Na₂O；R是选自Mg、Ca、Ba和Sr的碱土金属。

另一个实施方式是一种包含玻璃的光伏器件，以重量百分数表示，所述玻璃包含：

50-72％的SiO₂；

10-25％的Al₂O₃；