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，也是最主要的种别。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主要一员，具有光学带隙宽、可见光透过率高、红外反射率高、导电性好、机器强度高、化学稳定性好等特点，因此光电子领域采取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玻璃便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运用。从物理观点上讲，广义的TCO玻璃包含所有透明导电氧化物薄膜，但在家傍边，由于历史缘故原由，常日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，实际上是利用了一个大范围的观点。
相信随着CdTe电池家当的进一步发展，特殊是钙钛矿电池的家当化履行，海内TCO行业会迎来新的爆发式发展。
薄膜太阳能电池对TCO玻璃有哪些哀求？
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，紧张用于碲化镉（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构造供应物理上的机器支撑；二是让太阳光透过，并被光伏材料接管转换为电能；三是作为电极材料成为光伏器件的基本组成单元。对TCO的性能哀求，紧张有以下几方面：
1.光伏透射比。即在太阳能电池光谱相应范围内的太阳光透射比，对薄膜电池来说，一样平常是指300~1000nm波段，这一点跟普通建筑玻璃有所不同，一样平常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，一样平常哀求光伏透射比至少在82%以上。
2.电导率。一样平常用方块电阻来表示。方块电阻越低，表示导电性越强，意味着电阻丢失越小，因此电池哀求电阻尽可能小。一样平常TCO玻璃哀求方块电阻要小于12Ω/□。
3.雾度。表示薄膜散射光芒的能力。以CdTe电池为例，为避免光学丢失，哀求TCO雾度低于2%，即哀求TCO薄膜表面平整度要非常高，粗糙度要低。
4.激光刻蚀性能。为了战胜薄膜材料的不屈均性问题，减少横向电流丢失，薄膜太阳能电池会将大面积薄膜用激光刻画成多少电池条，单个电池条宽度一样平常小于10mm，通过内部电路连接制成大面积光伏组件。哀求TCO膜层的激光刻蚀性能好，不得有薄膜刻不断，或刻伤玻璃本体等毛病。
5.高温稳定性。CdTe电池制作过程中，须要经历530°C以上高温过程，因此哀求TCO玻璃要有很好的高温稳定性。在加热过程中，薄膜的化学身分、光伏透射比、方块电阻都不能有明显变革。为此，TCO玻璃在导电层跟玻璃基体之间设有阻挡层，防止玻璃基体中的钠离子溢出，使导电层功能劣化。其余，在加热时，玻璃不得产生明显机器变形，否则会影响光伏接管层镀膜的均匀性，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哀求，从而担保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主要运用处所，对颜色均匀性提出更高哀求，不得有干涉条纹、膜层云朵等毛病。
7.低本钱。光伏产品终极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/瓦旁边，薄膜电池要跟晶硅电池形成竞争，本钱必须不高于晶硅电池。而TCO玻璃是薄膜电池原材料本钱中最高的部分，因此必须降落TCO玻璃的制造本钱。
经由多年技能发展，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样平常讲的TCO玻璃实际上便是指FTO玻璃。目前TCO玻璃的性能瓶颈，也便是技能难点紧张表现在：TCO表面织构的调控；电荷输运特性与电池器件能带构造的适配性；大面积镀膜的均匀性。
TCO玻璃的市场需求
TCO玻璃紧张运用于CdTe电池和钙钛矿电池。美国First Solar是天下上最大的CdTe薄膜电池制造商，产能超过10GW，2021年的出货量为7.7GW，花费TCO玻璃约5000万平方米。其TCO玻璃供应商紧张这天本NSG公司，NSG与First Solar有长期互助关系，无论技能开拓还是市场合作，都关系密切，险些形成了一对一的专供模式。合营First Solar的CdTe电池家当布局，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。
海内紧张的CdTe薄膜电池制造商包括中建材、杭州龙焱、中山瑞科等，产能靠近1GW。中建材正在大规模扩展培植，在建及方案产能超过10GW，增长势头明显。
钙钛矿电池目前还没有完备实现家当化，但发展势头强劲。单结钙钛矿电池实验室效率已达25.7%，居各种薄膜电池之首，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，有望成为新一代太阳能电池的主力军。我国在钙钛矿电池研究与家当化推进方面都位居天下前列，海内已经建成数条百MW级的钙钛矿电池中试线，开始实现生产与电站运用。
光伏家当已经成为我国主要的计策新兴行业，我国在全体光伏领域的技能水平和家当规模都居天下领先地位，2021年全国光伏组件总出货量为182GW，仍旧以晶硅为主，随着钙钛矿电池技能的迅速发展与家当化进程推进，对TCO玻璃的需求将逐步开释显现。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，靠近1亿重量箱。
TCO玻璃的制备技能
常见的薄膜沉积技能，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，能知足薄膜太阳能电池用TCO玻璃的需求。个中常压化学气相沉积（APCVD）无需真空环境，设备大略，可以与浮法玻璃工艺兼容，具有生产效率高、能耗低、生产本钱低、耐候性好等上风，成为生产TCO透明导电玻璃的主流方法。
从TCO玻璃的技能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，不过海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，市场规模紧张是受下贱薄膜电池家当的影响未能扩大，但在技能水平上跟NSG并没有明显差距。
跟其他技能来源不同，中国玻璃控股有限公司的技能完备是自主开拓成功的。公司长期稳定从事浮法在线镀膜玻璃的研发事情与生产运用，针对天下三大浮法玻璃生产技能之一的中国“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能路线，历经十余年攻关，一举办理锡槽内制备镀膜玻璃滋扰成形工艺、现有生产线技改难度大、投资高、受国外专利限定等问题，冲破国际上对浮法退火窑不适宜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能体系，实现了中国特色功能镀膜玻璃家当化技能和关键装备的重大打破，开拓出在线低辐射镀膜玻璃（在线Low-E）、TCO玻璃等系列产品，干系成果得到2020年度国家技能发明奖二等奖。其紧张技能特色如下：
1.通过强化薄流层气相反应过程的爆发性形核，实现SnO₂基微纳构造氧化物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能，办理了膜层干涉着色的技能难题，TCO膜层颜色均匀性、同等性好，有利于发挥薄膜太阳能电池光荣柔和、都雅大方的特点，适宜BIPV运用。
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方法，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构造，模块化设计、组装，镀膜效率高，操作掩护方便，对生产线影响小，培植本钱低。
5.配有独特的镀膜主质料冷凝回收与废气处理技能，实现环保绿色生产，通过回收再生，主质料利综合利用率达80%以上，生产运行本钱低。
6.镀膜参数自动掌握，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能，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
校正：和新龙
监审：韩凤凤
