非晶硅薄膜太阳能电池及生产设备技术发展现状与趋势

本文由 tyektz2863 贡献 本文由【娱乐圈】贡献 pdf 文档可能在 WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。 科技情报开发与经济 文章编号１００５６０３３（２００９）３４一０１３６０２ ＳＣＩＴＥＣＨ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭ Ｙ ２００９年第１９卷第３４期 收稿日期２００９１０２４ 非晶硅薄膜太阳能电池及生产设备 技术发展现状与趋势 赵志明 （中国电子科技集团公司第二研究所， 山西太原， ０３００２４） 摘要 介绍了非晶硅 薄膜太阳能电池和支撑设备的技术发展现状和市场情况， 针对 我国薄膜太阳能电池产业的需 求情况， 探讨了发展薄膜太阳能电池产业的途径。 关键词 非晶硅薄膜太阳能电池； 制备技 术； 工艺流程 中图分类号 ＴＫ５１９ 文献标识码 Ａ 未掺杂的ｉ层， 然后再沉积一层掺 硼的Ｐ型非晶硅， 最后用电子 束蒸发一层减反射膜， 并蒸镀银电极。 该制作工艺可采用一连 串 沉积室，在生产中形成连续程序，以实现大批量生产。同时，非品 硅光伏电池很薄，可 以制成叠层式， 或采用集成电路的方法制 造， 在一个平面上， 用适当的掩模工艺， 一次制作 多个串联电池， 以获得较高的电压。 １ 太阳能光伏发电技术作为太阳能利用中最具意义的技术， 成为世界各国竞相研究应用的 热点。 最近１０年以每年平均３０％ 的速度递增。 目前， 光伏电池仍然是以晶体硅光伏电池 为主，市 场份额达９０％，其次是非晶硅薄膜太阳能电池发展迅速，市场份 额占到６％～ ７％。 非晶硅薄膜光伏电池的特点和应用 。非晶硅光伏电池是薄膜光伏电池中最成熟的产品，非品硅 因为普通晶体硅光伏电池单个只有０．５ Ｖ左右的电压，现在 非品硅串联太阳电池可 达２．４ Ｖ。由于沉积分解温度低，可在玻 璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上沉积薄 膜，易于大面积生 产，成本较低。 在玻璃衬底上制备的非品硅基光伏电池的结构为Ｇｌａ ｓｓ／ ＴＣＯ／ｐａＳｉＣ Ｈ／ｉａ－Ｓｊ Ｈ／ｎａＳｉ Ｈ／Ａ１； 在不 锈钢衬底上制备的 非品硅基光伏电池的结构为ＳＳ／ＺｎＯ／ｎａＳｊ Ｈ／ｉａ Ｓｉ（Ｇｅ） Ｈ／ｐ ｎａＳｉＨ／ＩＴＯ／Ａｌ。 光伏电池虽然在转换效率方面略逊于晶体硅光伏电池， 但其制 造成本低廉、 能耗小， 这 是晶体硅光伏电池所不能比的。 １．１非晶硅薄膜光伏电池的特点 。一是材料和制造工艺 成本低。这是因为衬底材料（如玻璃、 不锈钢、塑料等）价格低廉。硅薄膜厚度不到１ Ｉ ｘｍ， 昂贵的纯硅材 料用量很少。 制作工艺为低温工艺 （１００℃～３００ ｏＣ） ， 生产过 程巾 耗电量小，能量回收时间短。 二是易于形成大规模生产能力。这是因为核心工艺适合 制 作特大面积无结构缺陷的ａｓｉ合金薄膜；只需改变气相成分或 者气体流量便可实现 ｐｎ结以及相应的迭层结构；生产过程可实 现全流程自动化。 三是品种多，用途广。薄膜 的ａｓｊ太阳电池易于实现集成 化， 器件功率、 输出电压、 输出电流都可自由设计． 可以 较方便地 制作出适合不同需求的品种较多的产品。 １． ２非晶硅薄膜光伏电池的应用 由于 非晶硅薄膜光伏电池制造成本低， 非品硅薄膜光伏电 池非常适合用于建筑光伏一体化 （＇ Ｂ ＩＰＶ）以及大型太阳能并网发 ２． １非晶硅薄膜光伏电池片生产工艺 生产线以硅烷、 磷烷等气体为原料采用等离子增 强化气相 沉积（ＰＥＣＶＤ）系统做成大面积光伏电池板，生产线能生产单结和 双结薄膜 光伏电池板， 单结电池板需要一套ＰＥＣＶＤ系统， 对于双 结光伏电池板， 还需要额外配有 两个ＰＥＣＶＤ系统。 非晶硅光伏电池的生产工艺流程如下 导电玻璃精细处理（Ｗａｓ ｈｉｎｇ ｏｆＧｌａｓｓ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）一镭射切割 （Ｌａｓｅｒ Ｓｃｒｉｂｉｎｇ）＿超声波清洗（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｃｌｅａｎ ｉｎｇ）＿ＰＥＣｖ Ｄ＿镭 射切割（Ｌａｓｅｒ Ｓｃｒｉｂｉｎｇ）－－－’＿真空溅射（Ｖａｃｕｕｍ Ｓｐｕ ｔｔｅｒｉｎｇ）＿＋镭射切 割（Ｌａｓｅｒ Ｓｃｒｉｂｉｎｇ）＿超声波焊接（Ｃｏｎ ｎｅｃｔｉｏｎ） －＋初检测 （Ｐｒｅｔｅｓｔ） ＿层压封装 （Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉ ｏｎ）＿接线盒安装（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ （Ｐａｃｋｉｎｇ／Ｓｔｏｒｉｎｇ） 。 ｂｏｘ 电系统。 、由于非晶硅薄膜光伏电池光吸收系数高，晴电导很低， 适合制作用于室内的微低功耗电源， 如手表电池、 计算器电池 等。 同时， 非品硅薄膜光 伏电池对太阳光适应范围较广。 非最佳 角度阳光下它的工作情况好于其他光伏电池， 因此容 易用于玻 璃幕墙，特别适合在新建建筑上使用，符合我国目前的建筑节能 政策。 Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ） ＿检测 （Ｔｅｓｔ） ＿＋后整理 （Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ） ＿包装入库 ２．２非晶硅薄膜光伏电池片整套生产线 非晶硅薄膜光伏电池片整套生产线由 物料搬运系统和合成 设备组成。 合成设备包括玻璃上线机器人、预清洗机、玻璃清洗机、 光 刻机、激光画线机、ＰＥＣＶＤ系统，ＰＶＤ沉积柜机、镀膜机器人、待 处理储存柜、 玻璃对缝除边机、组件切割机、镀膜后清洗机、ＰＶＢ 节割机、基板玻璃清洗机、层压机、 高压处理器、太阳能模拟器、 接线封装机、恒温湿空调系统。 物料搬运系统包括ＰＥＣＶ Ｄ玻璃负荷机、玻璃负荷机、搬运 机、传送平台、旋转平台、起重机、蓄能器。 该生产线 还包括分析检验巾心和一系列品质监测设备。 以 确保生产出高品质、 低成本的产品。 除了主 生产线外，还配套有 ２硅基薄膜光伏电池的制备技术和工艺流程 目前， 非晶硅薄光伏电池的制备技术包括反应溅射法、 ＰＥＣＶＤ法、 ＬＰＣＶＤ法等， 制成的非品硅薄膜经过不同的电池工 艺过程可分别制得单结电池和叠层光伏电池。 ■Ｊｔ 不同的非晶硅光伏电池的结构不同， 其中ＰｉＮ电池的结构 较好， 它是在衬底上先沉积 一层掺磷的Ｎ型非晶硅，再沉积一层 １３６ 万方数据 科技情报开发与经济 文章编号１００５６０３３（２００９）３４０１３７０４ ＳＣＩＴＥＣＨ ＩＭ’０ＲＭＡ＇ｌＩＯＮＤＥ、 ，ＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ ２００９年第１９卷第３４期 收稿日期２００９一１０－２３ 基于子模型技术的叶轮轴孔三维 裂纹应力强度因子有限元仿真 李宁，赵俊生 （１．山西泰诺招标代理有限公司，山西太原，０３０００６；２．中北大学机械＿１ 二程与自动化学院，山西太原，０３００５ｌ， ） 摘要 基于断裂力学理论和有限元数值分析方法， 针对压气机叶轮由于铸造缺陷和 疲劳 引起的三维裂纹， 应用子模型技术和ＰａｒａＭｅｓｈ网格随移技术， 给出了计算压气机 叶 轮轴孔三维裂纹前沿应力强度因子的求解方法及途径， 并对压气机叶轮轴孔三维裂 纹的扩展 方向和扩展速率进行了分析， 基于压气机叶轮轴孔三维裂纹应力强度因子求 解结果， 指出叶 轮轴孔三维裂纹前沿应力强度因子随裂纹半径的增加而增加， 裂纹前 沿轴向的应力强度因子 大于径向的应力强度因予，裂纹在轴向的扩展速率大于径向的 扩展速率。 关键词压气机 叶轮；有限元法；应力强度因子；子模型；ＰａｒａＭｅｓｈ 中图分类号ＴＨ４５． 文 献标识码Ａ 致叶轮在工作转速下短时问内发生脆性破裂。 在研究裂纹处有拉应力的构件 （如带初始裂纹的拉伸或弯 曲构件）的低应力脆断规律时，除了裂尖附近的极微小区域外， 材料均处于线弹性状态， 故可按线弹性力学的方法对裂尖附近 区域内的应力、 应变和位移进 行分析。 由于裂纹的力学模型是在 尖端处曲率半径等于零的尖切口， 按线弹性力学方法求得 的裂 尖处应力具有奇异性， 有限元分析时需要采用奇异单元． 从而导 致有限元建模的困难。 本文基于断裂力学理论， 结合子模型与网 艺和设备， 目前通常做法是采用ＴＦＴＬＣＤ工 艺中用于薄膜晶体 管生产的设备来生产薄膜硅光伏电池。主要有美国应用材料公 司、瑞士 欧瑞康公司和日本爱发科ＵＬＶＡＣ公司等３家平板显示 设备供应商，产品规格从５代线 （基板规格ｌ、ｌ ８．５代（基板规格２．２ ＭＷ。 ｍｘ２．６ ｍ１．３ 由于最大应力一般都发生在零件表面， 因此疲劳裂纹常常 从零件表面开始， 而且在零件 表面上缺陷往往也最多【ｌ】 。增压器 涡轮由于在真空条件下浇铸，故一般铸造质量容易得 到保证；相 比之下压气机叶轮的铸造质量问题较多一些，在铸造过程巾不 可避免地产生气 孔、缩孔、夹渣等缺陷［列；此外，由于环境影响， 叶轮在制造、运输或使用过程中也会产 生微小的缺陷和裂纹。 高 速旋转时， 在离心载荷及外界载荷的作用下， 这些孔洞、 缺陷和 裂 纹通常会引起其周围区域（特别是裂纹尖端）的应力集中，导 安全、 高效的气体供应设施以及完整的气体监控除害系统， 以满 足安全运营和环保的要 求。 非品硅薄膜光伏电池所需原料主要有基板玻璃、 ＴＣＯ导电 玻璃以及Ｓｉｌｌ。 、 ＰＨ， 、 ＴＭＢ等特殊气体，使用的其他气体还有Ｎ 、 Ｏ 、Ｈｅ、Ｈ 、Ａｒ、ＮＦ， 、Ｃｂｌ。以 及压缩空气、天然气等。物理气相沉积 （ＰＶＤ）使用的靶材有ＺｎＯ、Ａ１、Ａｇ、Ｎｉ Ｖ等。 ２．３光伏电池（组件）生产工艺 组件线义叫封装线，封装是光伏电池生产中的关 键步骤，没 有良好的封装工艺就生产不出好的组件板。电池的封装可以使 电池的寿命得到 保证，同时还增强了电池的抗击强度。产品的高 ｍ）起步，到 ｍ）生产线，生产规模从２０ ｔａｗ到６０ ４结语 非晶硅薄膜光伏电池所具有的技术特点使其市场前景看 好，国内很多企业准备 上马该项目。但由于薄膜光伏产业发展所 需的大尺寸导电玻璃、主要气体原料以及薄膜电池的生产设备 等都依靠进口且价格昂 贵， 使得项目总投资巨大， 融资压力大。 特别要指ｆｉｊ的是， 由于核心技术都被国外垄断， 具有我国自主知 识产权的技术非常缺乏，导致对外依存度过高，使行业发展面临 瓶颈，成 本居高不下，大量增值利润被拥有技术优势的国家赚 取。 闪此．必须通过掌握核心工艺技 术、 核心装备技术和核心管 理模式来形成核心竞争力， 提高非品硅薄膜光伏电池技术主导 权 和市场话语权， 提高整个产业的长期竞争力． 降低中远期风 险， 占领更大的技术转让、 设备 制造市场。 （责任编辑白尚平） 第一作者简介赵志明，男，１９７４年１１月生，１ ９９９年毕业于 太原理工大学，工程师，中国电子科技集团公司第二研究所，山 两省太原 市和平南路１ １５号，０３００２４． （下转第１４０页） １３７