(57)【要約】【課題】ＣＩＧＳ膜の成膜温度を低下させても、アルカリイオンの拡散を適正化し得るガラスを創案することにより、ＣＩＧＳ膜の結晶品位やｐｎ接合を適正化し、ＣＩＧＳ系太陽電池の光電変換効率を高めること。【解決手段】本発明の太陽電池用ガラスは、ガラス組成として、モル％で、ＳｉＯ２  ６７〜７５％、Ａｌ２Ｏ３  ０．５〜１０％、Ｂ２Ｏ３  ０〜５％、ＭｇＯ  ０〜１０％、ＣａＯ  ０〜１０％、ＳｒＯ  ０〜８％、ＢａＯ  ０〜５％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜１％、Ｎａ２Ｏ  ３〜２０％、Ｋ２Ｏ  ０〜１０％、ＺｒＯ２  ０〜５％を含有することを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス組成として、モル％で、ＳｉＯ２  ６７〜７５％、Ａｌ２Ｏ３  ０．５〜１０％、Ｂ２Ｏ３  ０〜５％、ＭｇＯ  ０〜１０％、ＣａＯ  ０〜１０％、ＳｒＯ  ０〜８％、ＢａＯ  ０〜５％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜１％、Ｎａ２Ｏ  ３〜２０％、Ｋ２Ｏ  ０〜１０％、ＺｒＯ２  ０〜５％を含有することを特徴とする太陽電池用ガラス。
【請求項２】
歪点が５１０〜６００℃であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用ガラス。
【請求項３】
熱膨張係数が７０×１０−７〜１１０×１０−７／℃であることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池用ガラス。
【請求項４】
１０４．０ｄＰａ・ｓにおける温度が１２９０℃以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の太陽電池用ガラス。
【請求項５】
液相粘度が１０３．９ｄＰａ・ｓ以上であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の太陽電池用ガラス。
【請求項６】
イオン交換による表面圧縮応力層を有していないことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の太陽電池用ガラス。
【請求項７】
イオン交換による表面圧縮応力層を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の太陽電池用ガラス。
【請求項８】
ＣＩＳ系太陽電池又はＣＩＧＳ系太陽電池の基材に用いることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の太陽電池用ガラス。
【請求項９】
ＣｄＴｅ系太陽電池、薄膜太陽電池、色素増感太陽電池の基材に用いることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の太陽電池用ガラス。
【請求項１０】
太陽電池のカバーガラスに用いることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の太陽電池用ガラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池用ガラスに関し、特にＣＩＳ系太陽電池、ＣＩＧＳ系太陽電池に代表されるカルコパイライト系太陽電池、ＣＺＴＳ系太陽電池に代表されるケステライト系太陽電池、ＣｄＴｅ系太陽電池、色素増感太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池等の基材又はカバーガラスに好適な太陽電池用ガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜太陽電池、例えばＣＩＧＳ系太陽電池では、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅからなるカルコパイライト型化合物半導体、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ２が光電変換膜としてガラス基材上に形成される。
【０００３】
カルコパイライト型化合物は、ガラス基材上に多元蒸着法、セレン化法等によりＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅを塗布して、５００℃程度以上の熱処理を行うことにより形成される。
【０００４】
従来、ＣＩＧＳ系太陽電池等では、ガラス基材として、ソーダ石灰ガラスが用いられていた。しかし、ソーダ石灰ガラスは、５００℃程度以上の熱処理工程で熱変形や熱収縮を発生させる。この問題を解決するために、例えば、特許文献１には、５５０℃以上の高温で光電変換膜を成膜するために、高歪点ガラスを用いることが記載されている。特許文献２には、歪点が６００℃超の高歪点ガラスが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１３５８１９号公報
【特許文献２】特開２０１３−０１８６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＣＩＧＳ系太陽電池を作製する際、高温でＣＩＧＳ膜を成膜すると、アルカリイオンが基材からＣＩＧＳ膜に拡散するため、ＣＩＧＳ膜の結晶品位が改善されて、光電変換効率が向上すると考えられる。しかし、特許文献１、２に記載の高歪点ガラスは、歪点が不当に高く、そのために原料、溶融及び成形に過大なコストが掛かる。また、歪点が不当に高いと、アルカリイオンの拡散に５５０℃以上の高温が必要になる。結果として、特許文献１、２に記載の高歪点ガラスは、ＣＩＧＳ系太陽電池のコストを高騰させてしまう。
【０００７】
また、ＣＩＧＳ系太陽電池において、膜構成元素、特にＩｎ，Ｇａ元素の深さ方向の組成プロファイルを最適化すると、ＣＩＧＳ膜中の深さ方向のバンドギャップ構造を最適化することができる。深さ方向の組成プロファイルを最適化するためには、セレン化法ではプリカーサ膜を多層化し、多元蒸着法では各蒸着源からの蒸着量を厳密に管理することになる。
【０００８】
しかし、ＣＩＧＳ膜の成膜温度が不当に高い場合、膜成分が、熱拡散によりＣＩＧＳ膜内を移動し易くなる。このため、ＣＩＧＳ膜中の深さ方向のバンドギャップ構造を最適化し難くなる。また、ＣｕＳｅ２に代表される低抵抗相が形成されて、ＣＩＧＳ膜のシャントが発生する確率も高まる。結果として、ＣＩＧＳ膜を高温で成膜すると、ＣＩＧＳ系太陽電池の光電変換効率が低下する虞がある。
【０００９】
一方、ＣＩＧＳ膜の成膜温度を低下させると、成膜装置の低コスト化、成膜工程の短時間化、成膜後のＣＩＧＳ膜の蒸発又は揮発の防止、ＣＩＧＳ膜の深さ方向バンドギャップ構造の最適化、ｐｎ接合の改善を図ることができると考えられる。
【００１０】
しかし、特許文献１、２に記載の高歪点ガラスを基材に用いる場合、ＣＩＧＳ膜の成膜温度を低下させると、アルカリイオンの拡散が不十分になり、ＣＩＧＳ膜の結晶品位の改善効果やｐｎ接合の改善効果を享受できなくなる。
【００１１】
汎用のソーダ石灰ガラスは、歪点が５１０℃程度と低いが、ナトリウム成分が過多であるため、高品位なＣＩＧＳ結晶を形成することが困難である。またアルカリイオンの過剰拡散により、ＣＩＧＳ膜の剥離を招来させる虞もある。更にカリウム成分が過少であるため、ＣＩＧＳ膜へのカリウム拡散性が低くなる。よって、汎用のソーダ石灰ガラスは、ＣＩＧＳ膜の結晶品位やｐｎ接合が不適になり易い。なお、汎用のソーダ石灰ガラスは、低温（例えば５５０℃未満）の熱処理でも、熱変形や熱収縮バラツキが大きく、パターニング不良を招来させる虞もある。
【００１２】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その技術的課題は、ＣＩＧＳ膜の成膜温度を低下させても、アルカリイオンの拡散を適正化し得るガラスを創案することにより、ＣＩＧＳ膜の結晶品位やｐｎ接合を適正化し、ＣＩＧＳ系太陽電池の光電変換効率を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、鋭意検討した結果、ガラス組成範囲を厳密に規制することにより、上記技術的課題を解決し得ることを見出し、本発明として提案するものである。すなわち、本発明の太陽電池用ガラスは、ガラス組成として、モル％で、ＳｉＯ２  ６７〜７５％、Ａｌ２Ｏ３  ０．５〜１０％、Ｂ２Ｏ３  ０〜５％、ＭｇＯ  ０〜１０％、ＣａＯ  ０〜１０％、ＳｒＯ  ０〜８％、ＢａＯ  ０〜５％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜１％、Ｎａ２Ｏ  ３〜２０％、Ｋ２Ｏ  ０〜１０％、ＺｒＯ２  ０〜５％を含有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の太陽電池用ガラスは、上記のようにガラス組成範囲を規制している。このようにすれば、ＣＩＧＳ膜の成膜温度を低下させても、アルカリイオンの拡散を適正化することができる。更に１０４．０ｄＰａ・ｓにおける温度を低下させつつ、液相粘度を高め易くなる。
【００１５】
第二に、本発明の太陽電池用ガラスは、歪点が５１０〜６００℃であることが好ましい。このようにすれば、ＣＩＧＳ膜の成膜温度を低下させた場合に、アルカリイオンの拡散を適正化し易くなる。結果として、太陽電池の光電変換効率を高めることが可能になる。更に熱処理時に熱変形や熱収縮が生じ難くなり、熱収縮量のバラツキも小さくなる。ここで、「歪点」は、ＡＳＴＭ  Ｃ３３６−７１に基づいて測定した値を指す。
【００１６】
第三に、本発明の太陽電池用ガラスは、熱膨張係数が７０×１０−７〜１１０×１０−７／℃であることが好ましい。ここで、「熱膨張係数」は、ディラトメーターにより３０〜３８０℃における平均熱膨張係数を測定した値を指す。
【００１７】
第四に、本発明の太陽電池用ガラスは、１０４．０ｄＰａ・ｓにおける温度が１２９０℃以下であることが好ましい。ここで、「１０４．０ｄＰａ・ｓにおける温度」は、白金球引き上げ法で測定した値を指す。
【００１８】
第五に、本発明の太陽電池用ガラスは、液相粘度が１０３．９ｄＰａ・ｓ以上であることが好ましい。ここで、「液相粘度」は、液相温度におけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値を指す。「液相温度」は、標準篩３０メッシュ（５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れた後、この白金ボートを温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶が析出する温度を測定した値を指す。
【００１９】
第六に、本発明の太陽電池用ガラスは、イオン交換による表面圧縮応力層を有していないことが好ましい。
【００２０】
第七に、本発明の太陽電池用ガラスは、イオン交換による表面圧縮応力層を有することが好ましい。
【００２１】
第八に、本発明の太陽電池用ガラスは、ＣＩＳ系太陽電池又はＣＩＧＳ系太陽電池の基材に用いることが好ましい。
【００２２】
第九に、本発明の太陽電池用ガラスは、薄膜太陽電池又は色素増感太陽電池の基材に用いることが好ましい。ＣｄＴｅ系太陽電池、色素増感太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池等の薄膜太陽電池において、汎用のソーダ石灰ガラスを用いると、アルカリイオンが光電変換膜や透明導電膜に拡散して、光電変換効率を低下させる原因となる。また、ＣｄＴｅ系太陽電池では、高温成膜により基材の熱変形や熱収縮や熱収縮のバラツキが大きくなり、パターニング不良が発生する虞がある。更に、色素増感太陽電池では、高温封止により基材の熱変形や熱収縮のバラツキが大きくなり、基材間の封止不良が発生する虞がある。一方、本発明の太陽電池用ガラスは、上記太陽電池にも好適に使用可能である。
【００２３】
第十に、本発明の太陽電池用ガラスは、太陽電池のカバーガラスに用いることが好ましい。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の太陽電池用ガラスは、ガラス組成として、モル％で、ＳｉＯ２  ６７〜７５％、Ａｌ２Ｏ３  ０．５〜１０％、Ｂ２Ｏ３  ０〜５％、ＭｇＯ  ０〜１０％、ＣａＯ  ０〜１０％、ＳｒＯ  ０〜８％、ＢａＯ  ０〜５％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜１％、Ｎａ２Ｏ  ３〜２０％、Ｋ２Ｏ  ０〜１０％、ＺｒＯ２  ０〜５％を含有することを特徴とする。上記のように、各成分の含有量を規制した理由を下記に示す。
【００２５】
ＳｉＯ２は、ガラスネットワークを形成する成分である。その含有量は６７〜７５％である。ＳｉＯ２の含有量が多過ぎると、高温粘度が不当に高くなり、溶融性や成形性が低下し易くなることに加えて、熱膨張係数が低くなり過ぎて、ＣＩＧＳ系太陽電池の電極膜、ＣＩＧＳ膜の熱膨張係数に整合させ難くなる。一方、ＳｉＯ２の含有量が少な過ぎると、耐失透性が低下し易くなる。また原料コストが高い他成分の含有量が増加するため、原料コストが高騰する。更に熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下し易くなり、結果として、成膜工程で、ガラスに割れが発生し易くなる。したがって、ＳｉＯ２の好適な下限範囲は６８％以上、６９％以上、特に７０％以上であり、好適な上限範囲は７４％以下、７３％以下、７２．５％以下、特に７２％以下である。
【００２６】
Ａｌ２Ｏ３は、歪点を高める成分であると共に、耐候性、化学的耐久性を高める成分であり、更にはガラスの表面硬度を高める成分である。またアルカリイオンの拡散性を高める成分である。Ａｌ２Ｏ３の含有量は０．５〜１０％である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、高温粘度が不当に高くなり、溶融性や成形性が低下し易くなる。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が少な過ぎると、歪点が低下し易くなる。なお、ガラスの表面硬度が高いと、ＣＩＧＳ系太陽電池のパターニングにおいて、ＣＩＧＳ膜を除去する工程で、ガラスが破損し難くなる。Ａｌ２Ｏ３の好適な下限範囲は１％以上、２％以上、特に２．５％以上であり、好適な上限範囲は８％以下、７％以下、特に６％以下である。
【００２７】
Ｂ２Ｏ３は、高温粘度を低下させて、溶融温度、成形温度を低下させる成分であるが、歪点を低下させる成分であり、また溶融時の成分蒸発に伴い、炉耐火物材料を消耗させる成分である。よって、Ｂ２Ｏ３は任意成分であり、その含有量は０〜５％であり、好ましくは０〜１％、より好ましくは０〜０．２％である。
【００２８】
ＭｇＯは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。また、ＭｇＯは、アルカリ土類酸化物の中では、ガラスを割れ難くする効果が大きい成分である。しかし、ＭｇＯは、液相粘度を低下させ易い成分である。またＣａＯと共存する場合に、ＣａＭｇＳｉＯ系の失透結晶を析出させ易い成分である。よって、ＭｇＯは任意成分であり、その含有量は０〜１０％であり、好適な下限範囲は０．１％以上、１％以上、２％以上、特に３％以上であり、好適な上限範囲は９．５％以下、９％以下、８％以下、特に７．９％以下である。
【００２９】
ＣａＯは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。また、アルカリ土類成分の内、最も安価に導入し得る成分である。ＣａＯの含有量は０〜１０％である。ＣａＯの含有量が多過ぎると、耐失透性が低下し易くなり、ガラス板に成形し難くなる。ＣａＯの好適な下限範囲は１％以上、２％以上、特に３．５％以上であり、好適な上限範囲は９％以下、８％以下、特に７．５％以下である。
【００３０】
ＭｇＯ＋ＣａＯは、アルカリ土類金属酸化物の中では、高温粘度を低下させることにより、ガラス溶解窯内の上昇流、下降流、バッチ投入口方向への後退流の移動速度を高めて、ガラスを均質化させる成分である。また、ＭｇＯ＋ＣａＯは、アルカリ土類金属酸化物の中では、ガラスの割れ難さを最も維持し得ると共に、密度を最も低下させる２成分の総和である。密度を低下させると、太陽電池の支持部材のコストを低廉化することができる。ＭｇＯ＋ＣａＯの含有量は０〜１５％、３〜１４％、５〜１３．５％、特に７．２〜１３％が好ましい。ＭｇＯ＋ＣａＯの含有量が多過ぎると、耐失透性、特にＺｒＯ２系の失透結晶が析出し易くなる。なお、ＭｇＯ＋ＣａＯの含有量が少な過ぎると、ガラス溶解窯内でのガラス融液の移動速度が低下して、ガラス融液が均質化されず、結果として、溶融性や成形性が低下する傾向がある。またガラスが割れ易くなり、更には密度が増大して、太陽電池の支持部材のコストが高騰し易くなる。なお、「ＭｇＯ＋ＣａＯ」は、ＭｇＯとＣａＯの合量である。
【００３１】
ＳｒＯは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。また、ＣＩＧＳ膜へのアルカリイオンの拡散量を調整し得る成分である。ＳｒＯは、ＺｒＯ２と共存する場合に、ＺｒＯ２系の失透結晶を析出し難くする成分である。ＳｒＯの含有量は０〜８％である。ＳｒＯの含有量が多過ぎると、長石族の失透結晶が析出し易くなり、また密度が増大して、太陽電池の支持部材のコストが高騰し易くなる。更に原料コストが高騰する。ＳｒＯの好適な下限範囲は０．５％以上、１％以上、１．５％以上、特に２％以上であり、好適な上限範囲は７％以下、６％以下、５％以下、特に４％以下である。
【００３２】
ＢａＯは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。また、ＣＩＧＳ膜へのアルカリイオンの拡散量を調整し得る成分である。ＢａＯの含有量は０〜５％である。ＢａＯの含有量が多過ぎると、バリウム長石族の失透結晶が析出し易くなり、また原料コストが高騰する。更に、密度が増大して、太陽電池の支持部材のコストが高騰し易くなる。なお、ＢａＯの含有量が少な過ぎると、高温粘度が高くなり、溶融性や成形性が低下する傾向がある。ＢａＯの好適な下限範囲は０．１％以上、０．５％以上、１％以上、特に２％以上であり、好適な上限範囲は４％以下、３．５％以下、３％以下、特に２．５％以下である。
【００３３】
Ｌｉ２Ｏは、熱膨張係数を調整し得る成分であり、また高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。また、Ｌｉ２Ｏは、ＣＩＧＳ系太陽電池において、ＣＩＧＳ結晶の成長に効果的な成分である。しかし、Ｌｉ２Ｏは、原料コストが高いことに加えて、歪点を大幅に低下させる成分である。よって、Ｌｉ２Ｏは任意成分であり、その含有量は０〜１０％、０〜２％、０〜１％、特に０〜０．１％未満が好ましい。
【００３４】
Ｎａ２Ｏは、熱膨張係数を調整し得る成分であり、また高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。また、Ｎａ２Ｏは、ＣＩＧＳ系太陽電池において、ＣＩＧＳ結晶の成長に効果的な成分であり、光電変換効率を高めるために重要な成分である。Ｎａ２Ｏの含有量は３〜２０％である。Ｎａ２Ｏの含有量が多過ぎると、高品位なＣＩＧＳ結晶を形成することが困難になる。またアルカリイオンの過剰拡散により、ＣＩＧＳ膜の剥離を招来させる虞が生じる。更に歪点が低下し易くなることに加えて、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下し易くなる。結果として、成膜工程で、ガラスに熱収縮や熱変形が生じたり、割れが発生し易くなる。Ｎａ２Ｏの好適な下限範囲は３．５％以上、特に６％以上であり、好適な上限範囲は１２％未満、１０％以下、特に８％以下である。
【００３５】
Ｋ２Ｏは、熱膨張係数を調整し得る成分であり、また高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。また、Ｋ２Ｏは、ＣＩＧＳ系太陽電池において、ＣＩＧＳ結晶の成長に効果的な成分であり、光電変換効率を高めるために重要な成分である。またＫイオンをＣＩＧＳ膜に拡散させると、ｐｎ接合を改善することができる。しかし、Ａｌ２Ｏ３を多く含むガラス系において、Ｋ２Ｏの含有量が多過ぎると、ＫＡｌＳｉＯ系の失透結晶が析出し易くなる。また、Ｋ２Ｏの含有量が多過ぎると、歪点が低下し易くなり、また熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下し易くなる。結果として、成膜工程で、ガラスに熱収縮や熱変形が生じたり、割れが発生し易くなる。よって、Ｋ２Ｏの含有量は０〜１０％であり、好適な下限範囲は１．５％以上、２％以上、特に２．５％以上であり、好適な上限範囲は８．５％未満、８％以下、６．９％以下、特に６％未満である。
【００３６】
Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量は５〜２０％、６〜１５％、特に７〜１３％が好ましい。Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量が多過ぎると、歪点が低下し易くなることに加えて、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下し易くなる。結果として、成膜工程で、ガラスに熱収縮や熱変形が生じたり、割れが発生し易くなる。一方、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量が少な過ぎると、光電変換効率を高める効果を享受し難くなる。なお、「Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ」は、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合量である。
【００３７】
ＺｒＯ２は、高温粘度を上げずに、歪点を高める成分である。しかし、ＺｒＯ２の含有量が多過ぎると、密度が高くなり易く、またガラスが割れ易くなり、更にはＺｒＯ２系の失透結晶が析出し易くなり、ガラス板に成形し難くなる。よって、ＺｒＯ２は任意成分であり、その含有量は０〜５％であり、０〜２．４％、特に０〜１．５％が好ましい。
【００３８】
上記成分以外にも、例えば、以下の成分を導入してもよい。
【００３９】
ガラス中のＦｅはＦｅ２＋又はＦｅ３＋の状態で存在するが、特にＦｅ２＋は近赤外領域に強い光吸収特性を有する。このため、Ｆｅ２＋は、大容量のガラス溶解窯において、ガラス溶解窯内の輻射エネルギーを吸収し易く、溶融効率を高める効果を有する。また、Ｆｅ３＋は、鉄の価数変化の際に酸素を放出するため、清澄効果も有する。更に、ガラスの製造コストを低廉化するために、高純度原料（Ｆｅ２Ｏ３の含有量が極めて少ない原料）の使用を制限して、少量のＦｅ２Ｏ３を含む原料を使用することが好ましい。一方、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、太陽光を吸収し易くなるため、太陽電池の表面温度が上昇し易くなり、結果として、光電変換効率が低下する虞がある。また、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、窯の輻射エネルギーが、エネルギー源の近傍で吸収されて、窯の中央部に到達せず、ガラス溶解窯の熱分布にムラが生じ易くなる。よって、Ｆｅ２Ｏ３の含有量は０〜１％、特に０．０１〜１％が好ましい。また、Ｆｅ２Ｏ３の好適な下限範囲は０．０５％超、０．１％超、特に０．２％超である。なお、本発明では、酸化鉄は、Ｆｅの価数に係らず、「Ｆｅ２Ｏ３」に換算して表記するものとする。
【００４０】
ＴｉＯ２は、紫外線による着色を防止すると共に、耐候性を高める成分である。しかし、ＴｉＯ２の含有量が多過ぎると、ガラスが失透したり、ガラスが茶褐色に着色し易くなる。よって、ＴｉＯ２の含有量は０〜１０％、特に０〜０．１％未満が好ましい。
【００４１】
Ｐ２Ｏ５は、耐失透性を高める成分、特にＺｒＯ２系の失透結晶の析出を抑制する成分であり、またガラスを割れ難くする成分である。しかし、Ｐ２Ｏ５の含有量が多過ぎると、ガラスが乳白色に分相し易くなる。よって、Ｐ２Ｏ５の含有量は０〜１０％、０〜０．２％、特に０〜０．１％未満が好ましい。
【００４２】
ＺｎＯは、高温粘度を低下させる成分である。ＺｎＯの含有量が多過ぎると、耐失透性が低下し易くなる。よって、ＺｎＯの含有量は０〜１０％、特に０〜５％が好ましい。
【００４３】
ＳＯ３は、清澄剤として作用する成分であり、その含有量は０〜１％、特に０．０１〜１％が好ましい。なお、フロート法で成形すると、安価にガラス板を大量生産し得るが、この場合、清澄剤として芒硝を用いることが好ましい。
【００４４】
Ｓｂ２Ｏ３は、清澄剤として作用する成分であるが、フロート法でガラス板を成形する場合、ガラスを着色させる成分であり、また環境的負荷が懸念される成分である。Ｓｂ２Ｏ３の含有量は０〜１％、特に０〜０．１％未満が好ましい。
【００４５】
Ａｓ２Ｏ３は、清澄剤として作用する成分であるが、フロート法でガラス板を成形する場合、ガラスを着色させる成分であり、また環境的負荷が懸念される成分である。Ａｓ２Ｏ３の含有量は０〜１％、特に０〜０．１％未満が好ましい。
【００４６】
ＳｎＯ２は、清澄剤として作用する成分であるが、耐失透性を低下させる成分である。ＳｎＯ２の含有量は０〜１％、特に０〜０．１％未満が好ましい。
【００４７】
上記成分以外にも、溶解性、清澄性、成形性を高めるために、Ｆ、Ｃｌ、ＣｅＯ２を各々１％まで添加してもよい。また、化学的耐久性を高めるために、Ｎｂ２Ｏ５、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３を各々３％まで添加してもよい。更に、色調の調整のために、上記以外の希土類酸化物、遷移金属酸化物を合量で２％まで添加してもよい。
【００４８】
本発明の太陽電池用ガラスは、以下の特性を有することが好ましい。
【００４９】
本発明の太陽電池用ガラスにおいて、熱膨張係数は７０×１０−７〜１１０×１０−７／℃、特に８０×１０−７〜９０×１０−７／℃が好ましい。このようにすれば、ＣＩＧＳ系太陽電池の電極膜、ＣＩＧＳ膜等の周辺部材の熱膨張係数に整合させ易くなる。なお、熱膨張係数が高過ぎると、耐熱衝撃性が低下し易くなり、結果として、成膜工程で、ガラスに割れが発生し易くなる。
【００５０】
密度は２．６５ｇ／ｃｍ３以下、特に２．６ｇ／ｃｍ３以下が好ましい。このようにすれば、太陽電池の支持部材のコストを低廉化し易くなる。なお、「密度」は、周知のアルキメデス法で測定可能である。
【００５１】
歪点は、５１０℃〜６００℃が好ましく、好適な下限範囲は５１０℃超、５２０℃以上、５３０℃以上、特に５４０℃以上であり、好適な上限範囲は５９０℃以下、５８０℃以下、５７０℃以下、特に５６０℃以下である。このようにすれば、ＣＩＧＳ膜の成膜温度を低下させた場合に、アルカリイオンの拡散を適正化し易くなる。結果として、太陽電池の光電変換効率を十分に高めることが可能になる。更に熱処理時に熱変形や熱収縮が生じ難くなり、熱収縮量のバラツキも小さくなる。
【００５２】
１０４．０ｄＰａ・ｓにおける温度は１２９０℃以下、１２５０℃以下、１２２０℃以下、特に１２００℃以下が好ましい。このようにすれば、低温でガラス板を成形し易くなる。
【００５３】
１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は１６３０℃以下、１５８０℃以下、特に１５５０℃以下が好ましい。このようにすれば、低温でガラス原料を溶解し易くなる。なお、「１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度」は、白金球引き上げ法で測定可能である。
【００５４】
液相温度は１２００℃以下、特に１１５０℃以下が好ましい。液相温度が上昇すると、成形時にガラスが失透し易くなり、成形性が低下し易くなる。
【００５５】
液相粘度は１０３．９ｄＰａ・ｓ以上、１０４．０ｄＰａ・ｓ以上、１０４．１ｄＰａ・ｓ以上、１０４．２ｄＰａ・ｓ以上、特に１０４．３ｄＰa・以上が好ましい。液相粘度が低下すると、成形時にガラスが失透し易くなり、成形性が低下し易くなる。
【００５６】
ヤング率は７０ＧＰａ以上、特に７５ＧＰａ以上が好ましい。また、比ヤング率は２７ＧＰａ／(ｇ／ｃｍ３)以上、特に２８ＧＰａ／(ｇ／ｃｍ３)以上が好ましい。このようにすれば、ガラス板が撓み難くなるため、搬送工程や梱包工程における取り扱いの際にガラス板が大きく揺動して落下したり、他の部材と接触して破損し難くなる。ここで、「ヤング率」は、共振法で測定した値を指す。「比ヤング率」は、ヤング率を密度で割った値である。
【００５７】
本発明の太陽電池用ガラスは、上記のガラス組成範囲になるように、調合したガラス原料を連続溶融炉に投入し、ガラス原料を加熱溶融した後、得られたガラス融液を脱泡した上で、成形装置に供給し、板状に成形、徐冷することにより、作製することができる。
【００５８】
ガラス板の成形方法としては、フロート法、スロットダウンドロー法、オーバーフローダウンドロー法、リドロー法等を例示できるが、安価にガラス板を大量生産する場合、フロート法を採用することが好ましい。
【００５９】
本発明の太陽電池用ガラスは、コストの観点から、イオン交換処理が行われていないことが好ましい。つまりイオン交換による表面圧縮応力層を有していないことが好ましい。化学強化処理を行うと、基材又はカバーガラスのコストは高騰する。また、表面圧縮応力層により、ガラスの切断及び端面処理のコストも増大する。なお、熱処理温度が高いと、表面圧縮応力層が消失し、化学強化処理を行う実益が乏しくなる。
【００６０】
本発明の太陽電池用ガラスは、光電変換効率の観点から、イオン交換処理が行われていることが好ましい。つまりイオン交換による表面圧縮応力層を有することが好ましい。このようにすれば、基材表面のＮａ濃度が過剰である場合に、ガラス表面のＮａイオンが減少するため、ＣＩＧＳ系太陽電池の光電変換効率を改善することができる。またカバーガラスに用いる場合、ガラス表面のＮａイオンが減少するため、太陽電池モジュールに高電圧が印加された際に発生するＰＩＤ現象を緩和することができる。更に基材表面のＫ濃度が過少である場合に、イオン交換処理を行うと、ガラス表面のＫイオンが増加するため、ＣＩＧＳ系太陽電池のｐｎ接合を改善することができる。結果として、光電変換効率を改善することができる。なお、イオン交換により表面圧縮応力層を形成する方法以外にも、ガラスの表面に別途、カリウム供給層を形成することにより、Ｋイオンの拡散性を高めることもできる。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施例は単なる例示である。本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。
【００６２】
表１〜６は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜７０）及び比較例（試料Ｎｏ．７１）を示している。なお、試料Ｎｏ．７１は、特許文献２の試料Ｎｏ．２に相当している。
【００６３】
【表１】
2015231936.tif 000002
【００６４】
【表２】
2015231936.tif 000003
【００６５】
【表３】
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【００６６】
【表４】
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【００６７】
【表５】
2015231936.tif 000006
【００６８】
【表６】
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【００６９】
次のようにして、試料Ｎｏ．１〜７１を作製した。まず表中のガラス組成になるように調合したガラスバッチを白金坩堝に入れ、１５５０℃で２時間溶融した。次に、得られたガラス融液をカーボン板上に流し出して、平板形状に成形した後、徐冷した。その後、各測定に応じて、所定の加工を行った。得られた各試料について、熱膨張係数α、密度ｄ、歪点Ｐｓ、徐冷点Ｔａ、軟化点Ｔｓ、１０４．０ｄＰａ・ｓにおける温度、１０３．０ｄＰａ・ｓにおける温度、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度、液相温度ＴＬ、液相粘度ｌｏｇηＴＬを評価した。これらの結果を表１〜６に示す。
【００７０】
熱膨張係数αは、ディラトメーターにより３０〜３８０℃における平均熱膨張係数を測定した値である。なお、測定試料として、直径５．０ｍｍ、長さ２０ｍｍの円柱試料を用いた。
【００７１】
密度ｄは、公知のアルキメデス法で測定した値である。
【００７２】
歪点Ｐｓ、徐冷点Ｔａ、軟化点Ｔｓは、ＡＳＴＭ  Ｃ３３６−７１に基づいて測定した値である。
【００７３】
１０４．０ｄＰａ・ｓにおける温度、１０３．０ｄＰａ・ｓにおける温度、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は、白金球引き上げ法で測定した値である。なお、１０４．０ｄＰａ・ｓにおける温度は、成形温度に相当しており、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は、溶融温度に相当している。
【００７４】
液相温度ＴＬは、標準篩３０メッシュ（５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れた後、この白金ボートを温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶が析出する温度を測定した値である。液相粘度ｌｏｇηＴＬは、液相温度ＴＬにおけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値である。なお、液相温度が低い程、また液相粘度が高い程、耐失透性が向上し、成形時にガラス中に失透結晶が析出し難くなり、結果として、ガラスを安価に作製し易くなる。
【００７５】
表１〜６から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜７０は、ガラス組成が所定範囲に規制されており、歪点が５１５〜６００℃であるため、ＣＩＧＳ膜の成膜温度を低下させた場合、アルカリイオンの拡散を適正化し易くなる。また、試料Ｎｏ．１〜７０は、熱膨張係数が６８×１０−７〜９５×１０−７/℃であるため、ＣＩＧＳ系太陽電池の電極膜、ＣＩＧＳ膜の熱膨張係数に整合させ易い。更に、試料Ｎｏ．１〜７０は、１０４．０ｄＰａ・ｓにおける温度が１２９０℃以下、液相粘度が１０３．９ｄＰａ・ｓ以上であるため、生産性に優れている。
【００７６】
一方、試料Ｎｏ．７１は、歪点が不当に高く、アルカリイオンの拡散に５５０℃以上の高温が必要になるため、ＣＩＧＳ膜中の深さ方向のバンドギャップ構造を最適化し難いものと考えられる。