太阳能电池生产工艺(20180723121520)

非晶硅太阳能电池制造工艺内部结构及生产制造工艺流程下图是以美国 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。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。碲化镉薄膜太阳能电池碲化镉薄膜太阳能电池简称 CdTe电池， 它是一种以 p 型 CdTe和 n 型 Cd的异质结为基础的薄膜太阳能电池。碲化镉薄膜太阳能电池生产工艺流程图成都中光电阿波罗太阳能有限公司碲化镉薄膜太阳能电池的优点理想的禁带宽度CdTe的禁带宽度一般为 1.45eV ， CdTe的光谱响应和太阳光谱非常匹配。高光吸收率CdTe的吸收系数在可见光范围高达 104cm-1 以上， 95的光子可在 1μ m厚的吸收层内被吸收。转换效率 高碲化镉薄膜太阳能电池的理论光电转换效率约为 28。电池性能稳定一般的碲化镉薄膜太阳能电池的设计使用时间为 20 年。电池结构简单制造成本低，容易实现规模化生产。碲化镉薄膜太阳能电池的结构碲化镉薄膜太阳能电池是在玻璃或是其它柔性衬底上依次沉积多层薄膜而构成的光伏器件。一般标准的碲化镉薄膜太阳能电池由五层结构组成 碲化镉薄膜太阳能电池结构示意图玻璃衬底主要对电池起支架、防止污染和入射太阳光的作用。TCO层即透明导电氧化层。主要起的是透光和导电的作用。CdS窗口层 n 型半导体，与 p 型 CdTe组成 p-n 结。CdTe吸收层它是电池的主体吸光层， 与 n 型的 CdS窗口层形成的 p-n 结是整个电池最核心的部分。背接触层和背电极为了降低 CdTe 和金属电极的接触势垒，引出电流，使金属电极与 CdTe形成欧姆接触。国外碲化镉薄膜太阳能电池产业状况及趋势碲化镉薄膜太阳能电池是薄膜太阳电池中发展较快的一种光伏器件。美国南佛罗里达大学于 1993 年用升华法在 1cm2面积上做出转换效率为 15.8的太阳电池；随后，日本 Matsushita Battery 研究的 CdTe小面积电池在实验室里的最高转换效率为 16， 成为当时碲化镉薄膜太阳能电池的最高纪录。近年来 , 太阳电池的研究方向是高转换效率、低成本和高稳定性。因此 ,以碲化镉薄膜太阳能电池为代表的薄膜太阳电池倍受关注，许多组织和公司都开始了研究和测试。西门子开发的面积为 3600cm2的碲化镉薄膜太阳能电池转换效率达到 11.1的水平；美国国家可再生能源实验室公布了 Solar Cells 公司的面积为 6879cm2 的碲化镉薄膜太阳能电池的测试结果，其转换效率达到 7.7； Bp Solar 的碲化镉薄膜太阳能电池面积为 4540cm2，转换效率为 8.4，面积为 706cm2，转换效率达到 10.1； Goldan Photon 的碲化镉薄膜太阳能电池，面积为 3528cm2，转换效率为 7.7。详细情况见下表 小面积单体电池研究机构面积 /cm2 开路电压 /V 转换效率 / Matsushita 1.0 / 16 USF 0.928 0.845 15.8 SCI 0.27 0.839 13.3 CSM 0.10 0.778 12.9 NREL 0.69 0.823 12.8 大面积单体电池研究机构面积 /cm2 功率 /W 转换效率 / BP Solar 4540 38.2 8.4 SCI 6728 61 9.1 GP 3528 27.2 7.7 Matsushita 1200 10 8.7 人们认为，碲化镉薄膜太阳能电池是太阳能电池中最容易制造的 , 因而它向商品化进展最快。 提高效率就是 , 适当减薄窗口层 CdS 的厚度， 可减少微晶硅薄膜太阳能电池微晶硅薄膜太阳能电池生产工艺 磁控溅射制备微晶硅薄膜目前在工业上广泛采用的 CVD技术制备硅膜， 工艺和设备复杂， 成本高，且在安全和环保环节上投入巨大。我们在国内首创出了微晶硅薄膜的 PVD法沉积工艺，在温度低于 300 度的条件下，在单晶硅片和普通玻璃片上制备出不同结晶度的微晶硅薄膜和纳米结构硅薄膜，可以得到具有高度 方向取向生长的微晶硅薄膜，并实现了控制工艺的稳定性和可重复性。利用磁控溅射技术成功实现微晶硅薄膜的制备是一项重大突破，从根本上克服了现有技术的缺点，具有绿色、高效、简单等优点。产品主要技术指标制备优良的绒面正面电极， i 层微晶硅薄膜晶化率在 40～ 70之间，光电导率 102～ 103 -1cm-1 ，通过材料、结构、生长技术的优化设计最终使小面积电池样品的初始光电转换效率≥ 10，大面积电池样品的初始光电转换效率≥ 8,光效衰退率≤ 6。主要技术参数1、重量 2500kg 2 、发动机功率 85hp 3、切削滚筒切削长度＞ 566mm，滚筒开口宽度＞ 418mm 4、进料轮直径 508mm，进料口高度 318m 5、进料台长宽 1200 380mm，装料高度 1016mm 8、进料类型输送带（带宽 460mm，输送速度 214m/min ）铜铟镓硒电池片加工工艺 CIGS 铜铟镓硒太阳能电池板的制造用交替溅射的方法制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池预置层。 通过可变占空比的电源控制器实现对 Cu/Ga合金靶以及 In 靶溅射时间的控制，进而实现对最后元素配比的控制。实验中发现，在一个溅射周期中， Cu/Ga合金靶溅射时间对最后成分影响最大，其次是 In 靶溅射时间，非溅射时间的长短对成分也有影响。交替溅射制备的铜铟镓硒预置层经过 XRD检测，合金相主要为 Cu11In9。“溅射金属预制层再硒化、硫化”所生产的 CIGS薄膜太阳电池是目前世界上技术最先进、工业化生产最成熟的第二代光伏产品。 CIGS薄膜是由铜、铟、硒等金属元素组成的直接带隙化合物半导体材料， 其对可见光的吸收系数为所有薄膜电池材料中最高的， 而原材料的消耗却远低于传统晶体硅太阳电池。 与高效率高成本的晶体硅太阳电池和低效率低成本的非晶硅太阳电池相比， CIGS太阳电池具有高效率低成本长寿命的多重优势， 是最有希望降低光伏发电成本的高效薄膜太阳电池， 并且它可以充分利用我国丰富的铟资源， 是真正符合国家法规鼓励条款的适合中国国情的可再生能源技术，具有广阔的发展前景。铜铟镓硒太阳能薄膜电池的构造CIGS薄膜示意图衬底为覆有 Mo层的钠钙玻璃， 一般采用直流磁控溅射法沉积 Mo钼作为支持层。而 CIGS薄膜的生长则采用三步共蒸发。再采用水浴法沉积 CdS薄膜，接着溅射双层的 ZnO薄膜， 再用电子束蒸发制备 Ni/Al 电极， 最后上面再覆盖一层增透膜 MgF2。1. 铜铟镓硒薄膜太阳电池制备工艺铜铟镓硒薄膜太阳电池是在玻璃或其它廉价材料上沉积多层薄膜，薄膜总厚度仅为 3～ 4 微米。该电池成本低，约为晶体硅太阳电池的 1/2 ～ 1/3 左右；性能稳定，没有衰退现象；抗辐射能力强，适合于空间使用；弱光特性好 , 在阴雨天也有较高的输出功率；光电转换效率是所有薄膜电池中最高的。其具体制备工艺流程见图 1。