第6章 薄膜太阳电池制造技术

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1、第6章 薄膜太阳电池制造技术6.1 硅基薄膜材料及其制备硅基薄膜材料及其制备6.2 非晶硅薄膜太阳电池制造工艺非晶硅薄膜太阳电池制造工艺6.3 非晶硅非晶硅/微晶硅薄膜太阳电池制造工艺微晶硅薄膜太阳电池制造工艺6.4 碲化镉薄膜太阳电池制造工艺碲化镉薄膜太阳电池制造工艺6.5 铜铟镓硒薄膜太阳电池制造工艺铜铟镓硒薄膜太阳电池制造工艺一、硅基薄膜的物性及一、硅基薄膜的物性及分类分类 硅基薄膜就是在衬底上沉积硅元素制成的硅薄膜材料。通常硅基薄膜太阳电池分为非晶硅、微晶硅、多晶硅和单晶硅薄膜电池。非晶硅中硅原子呈现无序排列，相应的薄膜中存在悬挂键。微晶硅中纳米量级的硅晶粒(小于1m)镶嵌在非晶硅中，

2、晶粒边界处的原子呈无序态。多晶硅主要由大晶粒(1m1mm)构成，并且没有非晶相存在。单晶硅具有完整的晶体结构，是理想的半导体材料，但其制备成本也最高。 6.1 硅基薄膜材料及其制备硅基薄膜材料及其制备单晶硅、多晶硅、非晶硅结构示意图单晶硅、多晶硅、非晶硅结构示意图硅基薄膜的制备方法硅基薄膜的制备方法物理气相沉积（物理气相沉积（PVD）化学气相沉积（化学气相沉积（CVD）磁控溅射（磁控溅射（MS ）分子束外延（分子束外延（MBE）等离子体增强化学气相沉积（等离子体增强化学气相沉积（PECVD）热丝化学气相沉积（热丝化学气相沉积（HWCVD）射频等离子体增强化学气相沉积（射频等离子体增强化学气相沉

3、积（RF-PECVD）二、硅基薄膜的制备方法二、硅基薄膜的制备方法 在硅基薄膜的各种直接制备法中，通过调节制备过程中的关键参数，可以制备出非晶硅和多晶硅基薄膜。多晶薄膜也可以通过非晶薄膜再结晶方法。固相晶化法，激光诱导退火，金属诱导晶化。三、多晶硅基薄膜的间接制备法三、多晶硅基薄膜的间接制备法6.2 非晶硅非晶硅薄膜太阳电池制造工艺薄膜太阳电池制造工艺 随着技术的进步，目前主流的非晶硅薄膜电池使用寿命已在10年以上。这使得非晶硅薄膜电池成为目前最被看好的薄膜电池技术之一。1.非晶硅薄膜制备技术及其太阳电池结构2.非晶硅太阳电池制造工艺3.非晶硅太阳电池的封装工艺4.了解非晶硅薄膜太阳电池的光致

4、衰减效应一、非晶硅薄膜的制备一、非晶硅薄膜的制备 由由非晶态合金的制备知道，要获得非晶态，需要有高的冷却速率，而非晶态合金的制备知道，要获得非晶态，需要有高的冷却速率，而对冷却速率的具体要求随材料而定。硅要求有极高的冷却速率，用液对冷却速率的具体要求随材料而定。硅要求有极高的冷却速率，用液态快速淬火的方法目前还无法得到非晶态。态快速淬火的方法目前还无法得到非晶态。v 气相淀积非晶硅薄膜的技术气相淀积非晶硅薄膜的技术 真空蒸发真空蒸发 辉光放电辉光放电 反应溅射反应溅射 化学气相淀积等化学气相淀积等一般所用的主要原料是单硅烷（SiH4）、二硅烷（Si2H6）、四氟化硅（SiF4）等，纯度要求很高

5、。非晶硅膜的结构和性质与制备工艺的关系非常密切，目前认为以辉光放电法制备的非晶硅膜质量最好，设备也并不复杂。1. 主要主要原料原料2. 非晶硅非晶硅太阳能电池构造太阳能电池构造非晶硅(a-Si)太阳电池是在玻璃衬底上沉积透明导电膜(TCO)，然后依次用等离子体反应沉积p型、i型、n型三层a-Si，接着再蒸镀金属电极铝(Al)。光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，其结构可表示为glass/TCO/pin/Al，还可以用不锈钢片、塑料等作衬底制备非晶硅柔性太阳电池。 玻璃TCOi 层 a-Si:Hn 型a-Si:H氧化锌或二氧化锡铝或银P型a-Si：H-+-+透明导电膜p型 a-Si:H

6、绒面绒面TCO透光导电减反射电池载体电池载体非晶硅太阳能电池结构图非晶硅太阳能电池结构图由于a-Si(非晶硅)多缺陷的特点，a-Si的p-n结是不稳定的，而且光照时光电导不明显，几乎没有有效的电荷收集。所以，a-Si太阳能电池基本结构不是p-n结而是p-i-n结。掺硼形成P区，掺磷形成n区，i为非杂质或轻掺杂的本征层(因为非掺杂的a-Si是弱n型)。重掺杂的p、n区在电池内部形成内建电场，以收集电荷。同时两者可与导电电极形成欧姆接触，为外部提供电功率。i区是光敏区，此区中光生电子、空穴是光伏电力的源泉。3. p-i-n 结结非晶硅薄膜太阳电池的生产线主要包括如下设备：导电玻璃磨边设备，导电玻璃

7、清洗设备，大型非晶硅薄膜PECVD生产设备（包括辅助设备），红外激光、绿激光刻划设备，大型磁控溅射生产设备，组件测试设备。4. 主要主要生产设备生产设备采用硅烷等离子体分解法，将硅烷（掺杂少量的乙硼烷或磷化氢等气体）在导电玻璃上低温成膜，通过磁控溅射制作铝电极连接背电极。最后，用防护玻璃罩密封EVA箔形成太阳能电池组件。二、非晶硅薄膜太阳电池制造工艺二、非晶硅薄膜太阳电池制造工艺透明导电膜（透明导电膜（FTO)玻璃磨边清洗玻璃磨边清洗背玻璃磨孔清洗背玻璃磨孔清洗红外激光红外激光TCO刻槽刻槽磁控溅射磁控溅射PVD镀镀AZO-铝背电极膜系铝背电极膜系绿激光背电极刻槽绿激光背电极刻槽绿激光非晶硅膜

8、系刻槽绿激光非晶硅膜系刻槽PECVD非晶硅膜系沉积非晶硅膜系沉积超声焊接铝箔汇流带超声焊接铝箔汇流带测试测试-电法修复电法修复-退火退火封装封装-安装端子盒安装端子盒-成品测试分拣成品测试分拣1.导电玻璃清洗：将外购的标准透明导电玻璃板和玻璃背板放入专用清洗机进行自动清洗。清洗液为电阻率10M以上的去离子纯水。2.导电玻璃划线：根据生产线预定的线距， 用专用激光划线机对透明导电玻璃板进行激光划线（刻蚀），将透明导电玻璃板上的透明导电层划线分割，目的是将整板分为若干块，作为若干个单体电池的电极。3.PECVD：将清洗洁净的SnO2透明导电玻璃装入“ 沉积夹具”，推入烘炉进行预热。预热后将其转移入

9、PECVD 沉积炉，进行pin/pin 沉积。4.绿激光刻划a- Si 膜：根据生产预定的线宽以及与SnO2切割线的线间距， 用绿激光将a- Si膜刻划穿，目的是让背电极（金属铝） 通过与前电极（SnO2导电膜）相联接，实现整板由若干个单体电池内部串联而成。工艺流程简述工艺流程简述4.溅射镀铝：镀铝的目的是形成电池的背电极，以增加太阳能电池对光的吸收。在真空反应室中放镀膜所需的金属构成的靶材，并将靶材接地；然后将氩气充入反应室内，电离成电荷。带正电荷的氩离子被不带电的靶材吸引，加速冲向靶。在加速过程中这些离子受到引力作用，获得动量，轰击靶材。这样一来，靶材中的原子或分子就会散布在反应室中，其中

10、一部分渐渐地停落在产品表面。6.绿激光刻铝：根据预定的线宽以及与a- Si 切割线的线间距， 用绿激光将铝膜刻划成相互独立的部分， 目的是将整个铝膜分成若干个单体电池的背电极，进而实现整板若干个电池的内部串联。7.IV 测试：通过上述各道工序，非晶硅电池芯板已形成，需进行IV 测试，以获得电池板的各个性能参数，来判断某道工序是否出现问题，便于提高电池的质量。薄膜非晶硅电池的封装方法多种多样，如何选择，是要根据其使用的区域，场合和具体要求而确定。不同的封装方法，其封装材料、制造工艺是不同的，相应的制造成本和售价也不同。三、非晶硅薄膜太阳电池封装工艺三、非晶硅薄膜太阳电池封装工艺1、电池/UV光固

11、胶 适用：电池芯板储存 制造工艺流程：电池芯板覆涂UV胶紫外光固分类储存2、电池/PVC膜 适用：小型太阳能应用产品，且应用产品上有对太阳能电池板进行密封保护，如风帽、收音机、草坪灯、庭院灯、工艺品、小型电源等 制造工艺流程：电池芯板贴PVC膜切割边缘处理焊线焊点保护检测包装注：边缘处理目的是防止短路，处理的方法有化学腐蚀法、激光刻划等。注：边缘处理目的是防止短路，处理的方法有化学腐蚀法、激光刻划等。3、组件封装（1）电池/PVC膜 适用：一般太阳能应用产品，如应急灯，要求不高的小型户用电源等 制造工艺流程：电池芯板（或芯板切割边缘处理）贴PVC膜焊线焊点保护检测装边框（电池四周加套防震橡胶）