第6章 薄膜太阳电池制造技术.pptx

第6章 薄膜太阳电池制造技术;一、硅基薄膜的物性及分类 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1μm)镶嵌在非晶硅中，晶粒边界处的原子呈无序态。 多晶硅主要由大晶粒(1μm—1mm)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。 ;单晶硅、多晶硅、非晶硅结构示意图;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。;6.2 非晶硅薄膜太阳电池制造工艺;一、非晶硅薄膜的制备;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。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。; 玻璃;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。;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。;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。;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10MΩ以上的去离子纯水。 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。 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PECVD 沉积炉，进行pin/pin 沉积。 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。;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，其中一部分渐渐地停落在产品表面。 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。 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。;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）→装插座→检测→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。;（3）电池/EVA/普通玻璃 适用：发电系统等 制造工艺流程：电池芯板→电池四周喷砂或激光处理（10mm）→超声焊接→检测→层压（电池/EVA/经钻孔的普通玻璃）→装边框（或不装框）→装接线盒→连接线夹→检测→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。;Staebler-Wronski 效应 1977 年，D.L.Staebler 和C