TCO光伏玻璃光电性能分析与检测.pdf

中国建材报/2010年/6月/1日/第019版
2010中国玻璃年度特刊

TCO光伏玻璃光电性能分析与检测

王威黄达泉北京奥博泰科技有限公司工程师

王威，毕业于北京理工大学光学工程系，北京奥博泰科技有限公司工程师，从事在线光学检
测仪器的开发及市场推广工作。
黄达泉，毕业于东南大学仪器科学与工程系，北京奥博泰科技有限公司工程师，从事光学检
测仪器研发，自1999年开始研究薄膜光学性能在线检测及光学膜厚监控。
TCO镀膜玻璃，即透明导电氧化物镀膜玻璃，是在超白平板玻璃表面通过物理或化学方法均
匀地镀上一层透明的导电氧化物薄膜，是薄膜太阳能电池不可或缺的重要组成部分。TCO镀膜玻
璃的光谱透过率、光谱雾度及表面电阻直接影响薄膜太阳能电池最终的发电效率，通过对这些重
要性能参数的分析和检测，能有效控制TCO镀膜玻璃在大规模制作过程中产品的稳定性和一致
性。
TCO镀膜玻璃的特性及种类
目前TCO镀膜玻璃生产方式主要有两种:化学气相沉积法(APCVD)和磁控溅射法(PVD)。化
学气相沉积法又分为在线化学气相沉积法和离线化学气相沉积法及低压化学气相沉积法，磁控溅
射法是目前最热门的研究方向。
在线化学气相沉积法是在浮法生产过程中进行的在线高温沉积SnO2:F，是目前光伏TCO镀
膜的主要生产方式，代表厂商AGC。其产品特点是生产过程中直接产生雾度，可以生产大尺寸的
玻璃，膜层稳定性最好，耐酸碱性能突出，易于存储运输，但透光性能和导电性能相对较差。
离线化学气相沉积法是在超白浮法玻璃生产后加热，再进行化学气相沉积得到光伏TCO镀
膜玻璃。这种生产方式适宜深加工企业发展，投入低，但过于耗能，产品特性类似于在线CVD
方式。
低压化学气相沉积法类似于离线化学气相沉积法，但沉积温度低，并且可以镀前电极或者背
电极，是一种有前途的生产方法。
磁控溅射法镀膜的氧化锌基薄膜研究进展迅速，材料性能已经能与ITO相比拟，其中铝掺杂
的氧化锌(AZO)薄膜研究较为广泛，突出优势是原料易得、制造成本低廉、无毒、易于实现掺杂，
且在等离子体内稳定性好，预计会很快成为新型的光伏TCO产品。目前主要还存在工业化大面
积镀膜的技术问题，由于膜层厚度较大，边缘效应问题突出，并且在后继的刻蚀工序中，光谱雾
度是另一个重要控制指标。
光伏电池对TCO镀膜玻璃的性能要求
1.有效透射光谱
为了能够充分利用太阳光，TCO镀膜玻璃一定要保持相对较高的透射率。目前产量最多的薄
膜电池是双结非晶硅电池，并且已经开始向非晶/微晶复合电池转化，非晶硅半导体层的吸收范围
在400～700nm的可见光范围，而微晶硅半导体的吸收在600～1000nm，扩展到了近红外波段。
因此非晶/微晶复合叠层能够吸收利用更多的太阳光，提高转换效率，将会成为薄膜电池的主流产
品。
为了适应非晶/微晶硅层的光谱吸收范围，TCO玻璃必须在可见和近红外波段上都保持良好
的光线透过性能。TCO镀膜玻璃的有效透过率与电池的光电转换光谱响应曲线(响应波长范围)、
照射光源有直接关联。在建筑镀膜玻璃及平板玻璃分析与检测中，一般以可见光透射比表征这种
玻璃的品质，如式1:

其中:.τv为可见光透射比，λ为波长，τ(λ)为可见光透射比光谱，D(λ)为标准光源分布曲
线，V(λ)为标准观察者光谱响应曲线。
由式1可见，对于TCO镀膜玻璃，可见光透射比的概念在此已不适应，可见光透射比不能
有效表征TCO镀膜玻璃透过率的好坏，因为电池的光电转换光谱响应波长范围已经超过了380～
780nm，且电池的光电转换光谱响应曲线与标准观察者光谱响应曲线完全不同。若以可见光透射
比来表征TCO镀膜玻璃透过率的好坏，会导致可见光透射比相同的情况下实际发电效率的不一
致。为此，北京奥博泰科技有限公司提出有效透过率的概念，如式2:

其中:Te为有效透射比，λs为电池的光电转换有效起始波长，λe为电池的光电转换有效结
束波长，τ(λ)为透射比光谱，S(λ)为太阳光谱分布曲线，C(λ)为电池的光谱响应曲线。
由式2可见，Te与太阳光谱分布曲线和电池的光谱响应曲线及其响应波长范围有直接关系，
Te可有效表征TCO镀膜玻璃透过率的好坏。对于不同形式的薄膜电池结构，其有效响应波长、
电池的光谱响应曲线是有很大差别的。这也意味着相同的TCO镀膜玻璃，若后继工序不一致(电
池结构不一致)，就会有不同的有效透射比。
目前，国内TCO镀膜玻璃还处于发展阶段，如何科学分析与检测TCO镀膜玻璃的相关指标
具有重要的意义。在实际在线或实验室仪器选用过程中，应意识到可见光透过率或某一指定波长
透过率对于TCO镀膜玻璃不是科学的表征方法，应采用有效透射比的概念。
2.导电性能
TCO导电薄膜的导电原理是在原本导电能力很弱的