非晶硅薄膜太阳能电池及制造工艺

非晶硅薄膜太阳能电池及制造工艺一、非晶硅薄膜太阳能电池结构、制造技术简介1、电池结构 分为：单结、双结、三结2、制造技术 单室，多片玻璃衬底制造技术。主要以美国Chronar、APS、EPV公司为代表 多室，双片（或多片）玻璃衬底制造技。主要以日本KANEKA公司为代表 卷绕柔性衬底制造技术（衬底：不锈钢、聚酰亚胺）。主要以美国Uni-Solar 公司为代表。所谓“单室，多片玻璃衬底制造技术”就是指在一个真空室内，完成 P、 I、 N 三层非晶硅的沉积方法。作为工业生产的设备，重点考虑生产效率问题，因此，工业生产用的“单室，多 片玻璃衬底制造技术”的非晶硅沉积，其配置可以由X个真空室组成（X为 的正整数），每个真空室可以放Y个沉积夹具（Y为$1的正整数），例如： 1986年哈尔滨哈克公司、1988年深圳宇康公司从美国Chronar公司引进的内联 式非晶硅太阳能电池生产线中非晶硅沉积用 6 个真空室，每个真空室装 1 个分立 夹具，每1个分立夹具装4片基片，即生产线一批次沉积6X1X4 = 24片基片， 每片基片面积305mmX915mm。1990年美国APS公司生产线非晶硅沉积用1个真空室，该沉积室可装1个集成 夹具，该集成夹具可装48片基片，即生产线一批次沉积1 X48 = 48片基片，每 片基片面积 760mmX1520mm。本世纪初我国天津津能公司、泰国曼谷太阳公司（BangKok Solar Corp）、泰 国光伏公司（Thai Pho tovol taic Ltd）、分别引进美国EPV技术生产线，非晶 硅沉积也是1个真空室，真空室可装1个集成夹具，集成夹具可装48片基片， 即生产线一批次沉积1X48 = 48片基片，每片基片面积635mmX 1250mm。国内有许多国产化设备的生产厂家，每条生产线非晶硅沉积有只用1个真空室， 真空室可装2个沉积夹具，或3个沉积夹具，或4个沉积夹具；也有每条生产线 非晶硅沉积有2个真空室或3个真空室，而每个真空室可装2个沉积夹具，或3 个沉积夹具。总之目前国内主要非晶硅电池生产线不管是进口还是国产均主要是 用单室，多片玻璃衬底制造技术，下面就该技术的生产制造工艺作简单介绍。二、非晶硅太阳能电池制造工艺1、内部结构及生产制造工艺流程下图是美国Chronar公司技术为代表的内联式单结非晶硅电池内部结构示意图： 图 1、内联式单结非晶硅电池内部结构示意图破即扌底乞业导电膜F层遐N层A1K 保护层正极生产制造工艺流程：SnO2导电玻璃-SnO2膜切割-清洗-预热-a-Si沉积（PIN）-冷却-a-Si切割-掩膜 镀铝-测试1-老化-测试2-UV保护层-封装-成品测试-分类包装下图是以美国EPV公司技术为代表的内联式双结非晶硅电池内部结构示意图： 图 2、内联式双结非晶硅电池内部结构示意图它的生产制造工艺流程为：SnO2导电玻璃-SnO2膜切割-清洗-预热-a-Si沉积（PIN/PIN）-冷却-a-Si切割- 溅射镀铝-Al切割-测试1-老化-测试2-封装-成品测试-分类包装 2、内联式非晶硅电池生产工艺过程介绍：Sn02透明导电玻璃（或AZO透明导电玻璃）规格尺寸：305 mmX915 mmX3 mm、635 mmX1245 mmX3 等要求：方块电阻：68Q/、810Q/、1012Q/、1214Q/、14 16Q/等透过率：$80%膜牢固、平整，玻璃4个角、8个棱磨光（目的是减 少玻璃应力以及防止操作人员受伤）红激光刻划SnO2膜根据生产线预定的线距，用红激光（波长1064nm）将SnO2导电膜刻划成相互独 立的部分，目的是将整板分为若干块，作为若干个单体电池的电极。激光刻划时SnO2导电膜朝上（也可朝下）线距：单结电池一般是10mm或5mm,双结电池一般20mm 刻线要求：绝缘电阻22MQ 线宽（光斑直经）V100um线速 >500mm/S清洗将刻划好的SnO2导电玻璃进行自动清洗，确保SnO2导电膜的洁净。 装基片将清洗洁净的 SnO2 透明导电玻璃装入“沉积夹具”基片数量：对于美国Chronar公司技术，每个沉积夹具装4片305 mmX915 mmX3 mm的基片，每批次（炉）产出6X4 = 24片对于美国EPV技术，每个沉积夹具装48片635 mmX1245 mmX3 mm的基片，即 每批次（炉）产出1X48 = 48片基片预热将 SnO2 导电玻璃装入夹具后推入烘炉进行预热。a-Si沉积基本预热后将其转移入PECVD沉积炉，进行PIN （或PIN/PIN）沉积。根据生产工艺要求控制：沉积炉真空度，沉积温度，各种工作气体流量，沉积 压力，沉积时间，射频电源放电功率等工艺参数，确保非晶硅薄膜沉积质量。沉积P、I、N层的工作气体P层：硅烷（SiH4）、硼烷（B2H6）、甲烷（CH4）、 高纯氩（Ar）、高纯氢（H2）I层：硅烷（SiH4）、高纯氢（H2） N层：硅烷（SiH4）、 磷烷（PH3）、高纯氩（Ar）、高纯氢（H2）各种工作气体配比有两种方法：第一种： P 型混合气体， N 型混合气体由国内专 业特种气体厂家配制提供。第二种： PECVD 系统在线根据工艺要求调节各种气体 流量配制。冷却a- Si 完成沉积后，将基片装载夹具取出，放入冷却室慢速降温。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（波长532nm）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。激光刻划时 a-Si 膜朝下刻划要求：线宽（光斑直经）VlOOum与SnO2刻划线的线距VlOOum直线度线速500mm/S镀铝镀铝的目的是形成电池的背电极，它既是各单体电池的负极，又是各子电池串联 的导电通道，它还能反射透过a-Si膜层的部分光线，以增加太阳能电池对光的 吸收。镀铝有2种方法：一是蒸发镀铝：工艺简单，设备投入小，运行成本低，但膜 层均匀性差，牢固度不好，掩膜效果难保证，操作多耗人工，仅适用小面积镀铝。 二是磁控溅射镀铝：膜层均匀性好，牢固，质量保证，适应小面积镀铝，更适应 大面积镀铝，但设备投资大，运行成本稍高。每节电池铝膜分隔有2种方法：一是掩膜法：仅适用于小面积蒸发镀铝二是绿 激光刻划法：既适用于磁控溅射镀铝，也适用于蒸发镀铝。绿激光刻铝（掩膜蒸发镀铝，没有该工序）对于蒸发镀铝，以及磁控镀铝要根据预定的线宽 以及与a-Si切割线的线间距，用绿激光（波长532nm）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。激光刻划时铝膜朝下刻划要求：线宽（光斑直经）V100um与a-Si刻划线的线距V100um直线度线速500mm/S（1DIV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，通过对各参数的分析，来判断莫道工序是否出现问题，便于提高 电池的质量。（12）热老化：将经IV测试合格的电池芯板置于热老化炉内，进行110°C/12h热老化，热老化 的目的是使铝膜与非晶硅层结合得更加紧密，减小串联电阻，消除由于工作温度 高所引起的电性能热衰减现象。三、非晶硅电池封装工艺 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。下面介绍目前几种封装方法：1、电池/UV光固胶适用：电池芯板储存制造工艺流程：电池芯板f覆涂UV胶一紫外光固f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、水泵、充电器、小型电源等 制造工艺流程：电池芯板f贴PVC膜f切割f边缘处理f焊线f焊点保护f检测f包装 （注：边缘处理目的是防止短路，边缘处理的方法有化学腐蚀法、激光刻划法等）3、组件封装电池/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（几十瓦以下） 等。制造工艺流程：电池芯板（或芯板切割f边缘处理）f贴PVC膜f焊线f焊点保 护f检测f装边框（电池四周加套防震橡胶）f装插座f检测f包装。 该方法制造的组件特点：制造工艺简单、成本低，但防水性、防腐性、可靠性差。 电池/EVA/PET （或 TPT）适用：一般太阳能应用产品，如应急灯，户用发电系统等制造工艺流程：电池芯 板（或芯板切割f边缘处理）f焊涂锡带f检测fEVA/PET层压f检测f装边框（边框四周注电子硅胶）f装接线盒（或装插头）f连接线夹f检测f包装该方 法制造的组件特点：防水性、防腐性、可靠性好，成本高。电池/EVA/普通玻璃 适用：发电系统等 制造工艺流程：电池芯板f电池四周喷砂或激光处理（10mm） f超声焊接f检测 f层压（电池/EVA/经钻孔的普通玻璃）f装边框（或不装框）f装接线盒f连 接线夹f检测f包装 该方法制造的组件特点：防水性、防腐性、可靠性好，成本高。钢化玻璃/EVA/电池/EVA/普通玻璃 适用：光伏发电站等制造工艺流程：电池芯板f电池四周喷砂或激光处理（10mm） f超声焊接f检测f层压（钢化玻 璃/EVA/电池/EVA/经钻孔的普通玻璃）f装边框（或不装框）f装接线盒f连接 线夹f检测f包装该方法制造的组件特点：稳定性和可靠性好，具有抗冰雹、抗台风、抗水汽渗入、 耐腐蚀、不漏电等优点，但造价高。