tn玻璃需要点银浆吗（谈谈TCO玻璃那些事儿）

■刘起英

TCO是Transparent Conductive Oxide（透明导电氧化物）的简称，是透明导电薄膜的一大分类，也是最重要的类别。除了TCO，透明导电薄膜还包括透明导电金属薄膜、非氧化物半导体薄膜、碳基薄膜、含有分散导电粒子的交联体薄膜等。透明导电氧化物薄膜是半导体材料家族中的重要一员，具有光学带隙宽、可见光透过率高、红外反射率高、导电性好、机械强度高、化学稳定性好等特点，因此光电子领域采用的透明导电薄膜多数都是TCO材料。常见的TCO材料包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料。

TCO玻璃就是镀有透明导电氧化物薄膜的玻璃材料，在平板显示器件电极、薄膜太阳能电池大流量套餐电极、智能变色玻璃电极、隔热节能视窗、加热防雾玻璃、电磁屏蔽视窗、气敏元件等领域具有广泛应用。从物理概念上讲，广义的TCO玻璃包含所有透明导电氧化物薄膜，但在产业中，由于历史原因，通常将薄膜太阳能电池前电极用的透明导电氧化物膜玻璃直接称为TCO玻璃，实际上是使用了一个大范围的概念。

相信随着CdTe电池产业的进一步发展，特别是钙钛矿电池的产业化实施，国内TCO行业会迎来新的爆发式发展。

薄膜太阳能电池对TCO玻璃有哪些要求？

TCO玻璃是薄膜电池的前电极，也是电池的支撑材料和窗口材料，主要用于碲化镉（CdTe）电池和钙钛矿电池。在功能上，TCO玻璃一是为电池的多层膜材料结构提供物理上的机械支撑；二是大流量套餐让太阳光透过，并被光伏材料吸收转换为电能；三是作为电极材料成为光伏器件的基本组成单元。对TCO的性能要求，主要有以下几方面：

1.光伏透射比。即在太阳能电池光谱响应范围内的太阳光透射比，对薄膜电池来说，一般是指300~1000nm波段，这一点跟普通建筑玻璃有所不同，一般建筑玻璃关心的是可见光波段，即380~780nm，两者在测试方法和适用标准上都不相同。TCO玻璃应让尽可能多的太阳光透过，一般要求光伏透射比至少在82%以上。

2.电导率。一般用方块电阻来表示。方块电阻越低，表示导电性越强，意味着电阻损失越小，因此电池要求电阻尽可能小。一般TCO玻璃要求方块电阻要小于12Ω/□。

3.雾度。表示薄膜散大流量套餐射光线的能力。以CdTe电池为例，为避免光学损失，要求TCO雾度低于2%，即要求TCO薄膜表面平整度要非常高，粗糙度要低。

4.激光刻蚀性能。为了克服薄膜材料的不均匀性问题，减少横向电流损失，薄膜太阳能电池会将大面积薄膜用激光刻画成若干电池条，单个电池条宽度一般小于10mm，通过内部电路连接制成大面积光伏组件。要求TCO膜层的激光刻蚀性能好，不得有薄膜刻不断，或刻伤玻璃本体等缺陷。

5.高温稳定性。CdTe电池制作过程中，需要经历530°C以上高温过程，因此要求TCO玻璃要有很好的高温稳定性。在加热过程中，薄膜的化学成分、光伏透射比、方块电阻都不能有明显变化。为此，TCO玻璃在导电层跟玻璃基体之间大流量套餐设有阻挡层，防止玻璃基体中的钠离子溢出，使导电层功能劣化。另外，在加热时，玻璃不得产生明显机械变形，否则会影响光伏吸收层镀膜的均匀性，及激光刻线的稳定性。

6.大面积均匀性。光伏透射比和方块电阻的均匀性是保障电池输出电压、电流平衡稳定的基本要求，从而保证大面积组件高的转换效率。建筑光伏一体化（BIPV）是薄膜太阳能电池的重要应用场合，对颜色均匀性提出更高要求，不得有干涉条纹、膜层云朵等缺陷。

7.低成本。光伏产品最终的竞争力评价以单位发电量的综合成本来衡量，比如现在晶硅电池组件售价在2元/瓦左右，薄膜电池要跟晶硅电池形成竞争，成本必须不高于晶硅电池。而TCO玻璃是薄膜电池原材料成本中最高的部分，因大流量套餐此必须降低TCO玻璃的制造成本。

经过多年技术发展，氟掺杂氧化锡薄膜（F- doped Tin Oxide）成为符合以上各方面条件、性价比最优的选择，其化学式为SnO₂:F，简称FTO。因此现在薄膜太阳能电池领域一般讲的TCO玻璃实际上就是指FTO玻璃。目前TCO玻璃的性能瓶颈，也就是技术难点主要表现在：TCO表面织构的调控；电荷输运特性与电池器件能带结构的适配性；大面积镀膜的均匀性。

TCO玻璃的市场需求

TCO玻璃主要应用于CdTe电池和钙钛矿电池。美国First Solar是世界上最大的CdTe薄膜电池制造商，产能超过10GW，2021年的出货量为7.7GW，消耗TCO玻璃约5000万平方米。大流量套餐其TCO玻璃供应商主要是日本NSG公司，NSG与First Solar有长期合作关系，无论技术开发还是市场合作，都关系密切，几乎形成了一对一的专供模式。配合First Solar的CdTe电池产业布局，NSG在美国俄亥俄州、越南、马来西亚等地都建有TCO玻璃生产线。

国内主要的CdTe薄膜电池制造商包括中建材、杭州龙焱、中山瑞科等，产能接近1GW。中建材正在大规模扩张建设，在建及规划产能超过10GW，增长势头明显。

钙钛矿电池目前还没有完全实现产业化，但发展势头强劲。单结钙钛矿电池实验室效率已达25.7%，居各类薄膜电池之首，逼近单晶硅的水平，理论转换效率超过33%，仍有很大上升空间，有望成为新一大流量套餐代太阳能电池的主力军。我国在钙钛矿电池研究与产业化推进方面都位居世界前列，国内已经建成数条百MW级的钙钛矿电池中试线，开始实现生产与电站应用。

光伏产业已经成为我国重要的战略新兴行业，我国在整个光伏领域的技术水平和产业规模都居世界领先地位，2021年全国光伏组件总出货量为182GW，仍然以晶硅为主，随着钙钛矿电池技术的迅速发展与产业化进程推进，对TCO玻璃的需求将逐步释放显现。如果钙钛矿电池产量达到晶硅电池一半，TCO玻璃的年需求量将达到6亿平方米，接近1亿重量箱。

TCO玻璃的制备技术

常见的薄膜沉积技术，如化学气相沉积、磁控溅射、溶胶凝胶、真空蒸发、分子束外延等常，都可用于制备SnO₂薄膜，能满大流量套餐足薄膜太阳能电池用TCO玻璃的需求。其中常压化学气相沉积（APCVD）无需真空环境，设备简单，可以与浮法玻璃工艺兼容，具有生产效率高、能耗低、生产成本低、耐候性好等优势，成为生产TCO透明导电玻璃的主流方法。

从TCO玻璃的技术层次和市场规模上看，NSG在世界范围内仍具有一定垄断地位，不过国内的中国玻璃控股有限公司、艾杰旭特种玻璃（大连）有限公司（AGC旭硝子）、金晶（集团）有限公司等企业也都具备生产TCO玻璃的能力，市场规模主要是受下游薄膜电池产业的影响未能扩大，但在技术水平上跟NSG并没有明显差距。

跟其他技术来源不同，中国玻璃控股有限公司的技术完全是自主开发成功的。公司长期稳定从事浮法在线镀大流量套餐膜玻璃的研发工作与生产应用，针对世界三大浮法玻璃生产技术之一的中国“洛阳浮法”工艺特点，原创性地提出在退火窑内制备氧化物功能薄膜的技术路线，历经十余年攻关，一举解决锡槽内制备镀膜玻璃干扰成形工艺、现有生产线技改难度大、投资高、受国外专利限制等问题，打破国际上对浮法退火窑不适合作为镀膜工艺区间的论断，形成了拥有自主知识产权的成套技术体系，实现了中国特色功能镀膜玻璃产业化技术和关键装备的重大突破，开发出在线低辐射镀膜玻璃（在线Low-E）、TCO玻璃等系列产品，相关成果获得2020年度国家技术发明奖二等奖。其主要技术特色如下：

1.通过强化薄流层气相反应过程的爆发性形核，实现SnO₂基微纳结构氧化物大流量套餐功能薄膜的高效制备，薄膜沉积速率高，可调节范围宽，与浮法生产线兼容匹配能力强，适应薄板TCO玻璃的生产需求。

2.利用浮法在线原位掺杂和多层复合调控技术，解决了膜层干涉着色的技术难题，TCO膜层颜色均匀性、一致性好，有利于发挥薄膜太阳能电池色泽柔和、美观大方的特点，适合BIPV应用。

3.TCO的阻挡层在锡槽内沉积，导电功能层在退火窑A0区沉积，并设有成套的镀膜环境调节保障措施，利用锡槽和退火窑的气氛环境，分区镀膜，工艺过程稳定易控。

4.镀膜装备为线性多进多排结构，模块化设计、组装，镀膜效率高，操作维护方便，对生产线影响小，建设成本低。

5.配有独特的镀膜主原料冷凝回收与废气处理技术，实现环保绿色生大流量套餐产，通过回收再生，主原料利综合利用率达80%以上，生产运行成本低。

6.镀膜参数自动控制，TCO薄膜光学参数热端、冷端实时检测，实现闭环自洽，充分利用最新智能生产技术，生产过程稳定可靠，镀膜率高、周期稳定。

（作者单位：中国玻璃控股有限公司）

本文原载于《中国建材报》9月19日9版

责编：丁涛

校对：和新龙

监审：韩凤凤