Le verre TCO (transparent conductiltoxide), c'est-à-dire le verre à revêtement d'oxyde conducteur transparent, est d'enduire uniformément une couche de film d'oxyde conducteur transparent sur la surface du verre plat par des méthodes de revêtement physique ou chimique, notamment les oxydes d'in, Sn, Zn et CD et leurs matériaux composites à film d'oxyde multi-composants.
Le verre TCO a été utilisé pour la première fois dans les écrans plats. Désormais, le verre conducteur de type ITO reste le produit d'électrode en verre courant dans l'industrie de l'affichage à écran plat. Ces dernières années, la hausse du prix du silicium cristallin a grandement favorisé le développement des cellules solaires à couche mince. Actuellement, les cellules solaires à couche mince représentent plus de 10% du marché mondial de l'énergie photovoltaïque. Le verre TCO est utilisé comme composant nécessaire de l'électrode frontale des cellules photovoltaïques, et la demande du marché est en pleine croissance, devenant un produit en verre à revêtement haute technologie chaud.
1, caractéristiques et types de verre revêtu TCO
Dans les cellules solaires, les électrodes des cellules de silicium cristallin sont des fils soudés sur la surface du silicium, et le verre de la couverture avant a seulement besoin d'obtenir une transmission de lumière élevée. Les cellules solaires à couche mince sont recouvertes d'un film semi-conducteur p-i-n sur le film conducteur sur la surface en verre, puis plaquées avec une électrode arrière.
Il existe de nombreux matériaux de revêtement et processus d'oxyde conducteur transparent, qui sont continuellement soumis à un dépistage par la recherche scientifique. Actuellement, il existe principalement les trois types de verre TCO suivants qui répondent aux exigences de performance des cellules photovoltaïques.
Le verre revêtu d'ITO est un produit très mature, qui a les caractéristiques d'une transmission élevée, d'un film ferme, d'une bonne conductivité et ainsi de suite. Il a été utilisé dans l'électrode avant des cellules photovoltaïques au début. Cependant, avec l'amélioration des exigences de performance d'absorption de la lumière, le verre TCO doit avoir la capacité d'améliorer la diffusion de la lumière, ce qui est difficile pour le revêtement ITO, et les performances de gravure laser sont également faibles. L'indium est un élément rare, qui a un faible stockage dans la nature et un prix élevé. L'ITO n'est pas stable dans le plasma lorsqu'il est appliqué aux cellules solaires, de sorte que le revêtement ITO n'est pas le verre électrode principal des cellules photovoltaïques à l'heure actuelle.
Le revêtement SnO2, également appelé FTO, est actuellement principalement utilisé pour produire du verre Low-E pour la construction. Sa conductivité est légèrement pire que celle de l'ITO, mais elle présente les avantages d'un coût relativement faible, d'une gravure au laser facile et de propriétés optiques adaptées. Grâce à la mise à niveau et à l'amélioration de la technologie de production du Low-E ordinaire, des produits avec une meilleure conductivité et une meilleure brume que le Low-E ordinaire sont fabriqués. Le verre TCO produit par cette technologie est devenu le produit courant des cellules photovoltaïques à couche mince.
Les progrès de la recherche sur les films minces à base d'oxyde de zinc sont rapides et les propriétés des matériaux sont comparables à celles de l'ITO. La structure est une wurtzite hexagonale. Parmi eux, les films d'oxyde de zinc dopés en aluminium sont largement étudiés. Ses avantages exceptionnels sont la disponibilité facile des matières premières, le faible coût de fabrication, non toxique, le dopage facile et une bonne stabilité dans le plasma. Il devrait bientôt devenir un nouveau type de produit photovoltaïque TCO. Actuellement, le problème principal est le problème technique du revêtement industrialisé de grandes surfaces.
2, exigences de performance des cellules photovoltaïques pour le verre revêtu TCO
1. Transmittance spectrale
Pour utiliser pleinement la lumière du soleil, le verre revêtu de TCO doit maintenir une transmittance relativement élevée. Actuellement, la plus grande production de batteries à couche mince est les batteries à double jonction en silicium amorphe, et a commencé à se transformer en batteries composites amorphes / microcristallines. Par conséquent, les stratifiés composites amorphes / microcristallins peuvent absorber et utiliser plus de lumière du soleil et améliorer l'efficacité de conversion, et deviendront bientôt les produits courants des batteries à couche mince.
2. Conductivité
Le principe conducteur du film conducteur TCO est d'ajouter d'autres éléments traces dans le semi-conducteur intrinsèque à faible conductivité, ce qui modifiera de manière significative la conductivité du semi-conducteur. Ces oligo-éléments sont appelés impuretés, et les semi-conducteurs dopés sont appelés semi-conducteurs impureté. Le verre conducteur transparent à l'oxyde d'étain (ITO) est d'ajouter l'élément d'étain dans l'oxyde d'indium pour améliorer la conductivité. Sa conductivité est la meilleure actuellement, avec la résistivité la plus faible de 10-5 Ω cm.
3. Haze
Afin d'accroître la capacité de la couche de semi-conducteurs des cellules à couche mince d'absorber la lumière, le verre TCO pour le photovoltaïque doit améliorer la capacité de diffusion de la lumière transmise, qui est exprimée par la brume. La brume désigne l'apparition de nuages ou de turbidité causée par la diffusion de la lumière à l'intérieur ou à la surface de matériaux transparents ou translucides. Exprimé en pourcentage du rapport du flux lumineux diffus au flux lumineux du matériau émetteur.
En général, le verre couché ordinaire exige que la surface du film soit plus lisse, meilleure est, et plus la brume est petite, meilleure est. Cependant, le verre TCO pour photovoltaïque doit avoir une certaine capacité de diffusion de la lumière. Actuellement, le verre TCO commercial avec un bon contrôle de la brume est le verre PV-tco AFG, et la valeur de la brume est généralement de 11 à 15 %. Elle n'inclut pas la courbe de transmittance directe lors de la diffusion.
4. Performances de gravure laser
Dans le processus de fabrication des batteries à couche mince, la surface doit être divisée en plusieurs blocs de batteries en forme de bande longue, qui sont connectés en série pour améliorer l'efficacité énergétique de sortie. Par conséquent, avant de plaquage du film de semi-conducteur sur le verre TCO, le film conducteur sur la surface doit être gravé et la partie gravée doit être complètement retirée du film conducteur d'oxyde pour maintenir l'isolation. Il existe actuellement deux types de méthodes de gravure : la gravure chimique et la gravure au laser. Cependant, en raison des exigences des lignes de gravure fines, qui sont généralement des dizaines de microns de large, la gravure au laser a les caractéristiques de rainures uniformes, d'enlèvement propre et d'efficacité de production rapide.
5. Résistance aux intempéries et durabilité
Le revêtement TCO utilise généralement le processus de placage « dur », et le film présente une bonne résistance à l'usure, aux acides et aux alcalis. Après l'installation de cellules photovoltaïques, en particulier lorsque le bâtiment intégré photovoltaïque est installé sur le toit et le mur-rideau, il n'est pas adapté à l'entretien et au remplacement réguliers, ce qui exige que les cellules photovoltaïques ont une bonne durabilité. Actuellement, le période de garantie général dans l'industrie est de plus de 20 ans. Par conséquent, la durée de conservation du verre TCO doit également dépasser 20 ans.
3, perspective de développement du verre TCO pour le photovoltaïque
Lorsque l'industrie photovoltaïque se développe à un rythme de près de 40% pendant cinq années consécutives, il y a une pénurie sans précédent de polysilicium, la matière première en amont des cellules solaires de silicium cristallin, le produit courant dominant. Le prix du polysilicium est passé de 24 $ / kg en 2003 au prix courant de plus de 300 $ / kg. Par rapport aux cellules solaires en silicium cristallin, les cellules solaires à couche mince ont les caractéristiques d'une forte application de lumière faible et d'une forte plasticité de forme. La hausse du prix du silicium cristallin a pratiquement favorisé le développement des cellules solaires à couche mince. Actuellement, les cellules solaires à couche mince représentent plus de 10% du marché mondial de l'énergie photovoltaïque. Avec la hausse du prix du polysilicium, le développement des cellules solaires à couche mince devrait s'accélérer encore.
En 2006, la production statistique de cellules solaires à couche mince dans le monde était d'environ 190 mégawatts. En 2007, le capacité de production des cellules solaires à couche mince s'est développé rapidement, atteignant 350 mégawatts sous la condition d'une production insuffisante causée par la hausse du prix des matières premières polysilicium. Les batteries à couche mince en Chine sont principalement des batteries à couche mince en silicium amorphe, avec une puissance d'environ 29 MW en 2007.
En raison de l'efficacité de conversion différente des batteries à couche mince, nous prenons le silicium amorphe principal comme base de calcul, et la puissance nominale de la batterie par mètre carré est de 50 watts, c'est-à-dire, chaque batterie de 50 watts utilisera 1 mètre carré de verre TCO. Sur cette base, on peut calculer que la demande de verre de l'industrie photovoltaïque dans le monde en 2007 était de 7 millions de mètres carrés. Ce chiffre semble faible, mais en raison de la technologie de production haut de gamme du verre TCO, il n'existe que deux fournisseurs majeurs dans le monde à l'heure actuelle. Avec un taux de croissance annuel de plus de 50 % dans l'industrie des cellules solaires, les produits ont commencé à diminuer en deçà de la demande. Le prix au mètre carré a atteint plus de 20 $.
Selon des prévisions qui font autorité, les cellules solaires à couche mince continueront à maintenir une croissance rapide. Actuellement, de nombreux fabricants et institutions de recherche sont en train d'industrialiser le verre TCO, la production continuera à augmenter et de nouveaux produits haute performance continueront d'être introduits.
On peut constater que, grâce au développement rapide des cellules solaires à couche mince, le marché actuel du verre de TCO pour le photovoltaïque est devenu très serré. Dans le domaine du verre conducteur, le verre photovoltaïque TCO a des exigences de performance uniques, qui sont étroitement liées aux caractéristiques de sortie des cellules solaires. On peut dire que le développement des cellules solaires à couche mince dépendra dans une certaine mesure de l'amélioration du coût total de possession photovoltaïque. La pénurie d'énergie a favorisé le développement de l'industrie photovoltaïque et favorisera également la promotion des produits en verre photovoltaïques TCO pour devenir une nouvelle étoile brillante dans l'industrie du verre.
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