非晶硅薄膜太阳能电池及制造工艺

08 电科 2 班 林振明 6008202305 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①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②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③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≥1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 6 1 4＝ 24 片基片，每片基片面积 305mm 915mm。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 48＝ 48 片基片，每片基片面积 760mm 1520mm。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 Photovoltaic 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 1 48＝ 48 片基片，每片基片面积 635mm 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08 电科 2 班 林振明 6008202305 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⑴ SnO2透明导电玻璃（或 AZO透明导电玻璃）规格尺寸 305 mm 915 mm 3 mm、 635 mm 1245 mm 3 等要求方块电阻 6～ 8Ω / □、 8～ 10Ω / □、 10～ 12Ω / □、 12～ 14Ω / □、 14～16Ω / □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）⑵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≥ 2MΩ线宽（光斑直经）＜ 100um 线速＞ 500mm/S ⑶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。⑷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 mm 915 mm 3 mm的基片，每批次（炉）产出 6 4＝ 24 片对于美国 EPV技术，每个沉积夹具装 48 片 635 mm 1245 mm 3 mm的基片，即每批次（炉）产出 1 48＝ 48 片⑸基片预热将 SnO2导电玻璃装入夹具后推入烘炉进行预热。⑹ a-Si 沉积08 电科 2 班 林振明 6008202305 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。⑺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。⑻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）＜ 100um与 SnO2刻划线的线距＜ 100um 直线度线速＞ 500mm/S ⑼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。⑽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）＜ 100um 与 a-Si 刻划线的线距＜ 100um 直线度线速＞ 500mm/S ⑾ 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， 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。⑿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℃ /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。08 电科 2 班 林振明 6008202305 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→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、水泵、充电器、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， 边缘处理的方法有化学腐蚀法、 激光刻划法等）3、组件封装⑴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→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。⑵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→边缘处理）→焊涂锡带→检测→ EVA/PET层压→检测→装边框（边框四周注电子硅胶） →装接线盒 （或装插头） →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。⑶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。⑷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→电池四周喷砂或激光处理 （ 10mm） →超声焊接→检测→层压 （钢化玻璃 /EVA/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 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。