非晶硅薄膜太陽能電池及制造工藝

1、非晶硅薄膜太陽能電池及制造工藝鄭澤文2008年11月內(nèi)容提綱一、非晶硅薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)、制造技術(shù)簡介二、非晶硅太陽能電池制造工藝三、非晶硅電池封裝工藝一.非晶硅薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu).制造技術(shù)簡介1、電池結(jié)構(gòu)分為：單結(jié)、雙結(jié)、三結(jié)2、制造技術(shù)三種類型： 單室，多片玻璃襯底制造技術(shù)該技術(shù)主要以美國Chronar. APS、EPV公司為代表 多室，雙片（或多片）玻璃襯底制造技 該技術(shù)主要以日本KANEKA公司為代表 卷繞柔性襯底制造技術(shù)（襯底：不銹鋼、聚酰亞胺） 該技術(shù)主要以美國Uni-Solar公司為代表所謂“單室，多片玻璃襯底制造技術(shù)”就是指在一個(gè)真空 室內(nèi)，完成P、I、N三層非晶硅的沉積方法。

2、作為工業(yè)生產(chǎn)的設(shè) 備，重點(diǎn)考慮生產(chǎn)效率問題，因此，工業(yè)生產(chǎn)用的“單室，多片 玻璃襯底制造技術(shù)”的非晶硅沉積，其配置可以由X個(gè)真空室組 成（X為1的正整數(shù)），每個(gè)真空室可以放Y個(gè)沉積夾具（Y為 的正整數(shù)）,例如： 1986年哈爾濱哈克公司、1988年深圳宇康公司從美國Chronar公司引進(jìn)的內(nèi)聯(lián)式非晶硅太陽能電池生產(chǎn)線中非晶硅沉積 用6個(gè)真空室，每個(gè)真空室裝1個(gè)分立夾具，每1個(gè)分立夾具裝4片 基片，即生產(chǎn)線一批次沉積6x1x4 = 24片基片，每片基片面積 305mm x 915mmo 1990年美國APS公司生產(chǎn)線非晶硅沉積用1個(gè)真空室，該沉積 室可裝1個(gè)集成夾具，該集成夾具可裝48片基片，即

3、生產(chǎn)線一批次 沉積1 x 48 = 48片基片，每片基片面積760mm x 1520mm。 本世紀(jì)初我國天津津能公司、泰國曼谷太陽公司(BangKok Solar Corp )、泰國光伏公司(Thai Photovoltaic Ltd ).分別 引進(jìn)美國EPV技術(shù)生產(chǎn)線，非晶硅沉積也是1個(gè)真空室，真空室可 裝1個(gè)集成夾具，集成夾具可裝48片基片，即生產(chǎn)線一批次沉積1 x 48 = 48片基片，每片基片面積635mm x 1250mmo 國內(nèi)有許多國產(chǎn)化設(shè)備的生產(chǎn)廠家，每條生產(chǎn)線非晶硅沉積 有只用1個(gè)真空室，真空室可裝2個(gè)沉積夾具，或3個(gè)沉積夾具，或 4個(gè)沉積夾具；也有每條生產(chǎn)線非晶硅沉積有2個(gè)

4、真空室或3個(gè)真空 室，而每個(gè)真空室可裝2個(gè)沉積夾具，或3個(gè)沉積夾具。總之目前國內(nèi)主要非晶硅電池生產(chǎn)線不管是進(jìn)口還是國產(chǎn)均主要是用單室，多片玻璃襯底制造技術(shù)，下面就該技術(shù)的生產(chǎn)制造工藝作簡單介紹。二.非晶硅太陽能電池制造工藝£1.內(nèi)部結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)制造工藝流程下圖是以美國Chrona 1公司技術(shù)為代表的內(nèi)聯(lián)式單結(jié)非 晶硅電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖：正扱負(fù)極/?111玻璃襯底弘也導(dǎo)電膜P層I層n層ajJ 傑護(hù)層圖1、內(nèi)聯(lián)式單結(jié)非晶硅電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖非晶硅太陽能電池制造工藝生產(chǎn)制造工藝流程:xxxr老化=測試=丿JJ掩膜鍍鋁a-Si切割= 冷卻Sn()2導(dǎo)電玻璃 => Sn()2膜切割 =&g

5、t; 清洗=> 預(yù)熱 =>a-Si沉積(PIN) 一J丿J丿J丿J測試2 => UV保護(hù)層=> 封裝=> 成品測試=> 分類包裝yy-z非晶硅太陽能電池制造工藝下圖是以美國EPV公司技術(shù)為代表的內(nèi)聯(lián)式雙結(jié)非晶硅電 池內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖：負(fù)極正極圖2、內(nèi)聯(lián)式雙結(jié)非晶硅電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖非晶硅太陽能電池制造工藝它的生產(chǎn)制造工藝流程為:SnO2導(dǎo)電玻璃SnO2膜切割清洗0預(yù)熱a-Si沉積(PIN/PIN)測試1 = A1切割 =老化測試2封裝=成品測試=分類包裝濺射鍍鋁=a-Si切割內(nèi)聯(lián)式非晶硅電池生產(chǎn)工藝過程內(nèi)聯(lián)式非晶硅電池生產(chǎn)工藝過程2、內(nèi)聯(lián)式非晶硅電池生產(chǎn)工藝過

6、程介紹：ZSn（）2透明導(dǎo)電玻璃（或AZO透明導(dǎo)電玻璃規(guī)格尺寸：305 mm x 915 mm x 3 mm、635 mm x 1245 mm x 3 等要求：方塊電阻：68O/口、810。/口、10120/口、12 140/口、1416Q/口等 透過率：80%膜牢固、平整，玻璃4個(gè)角、8個(gè)棱磨光（目的是減少玻璃應(yīng)力以及防止操作人員受傷）Se（2）紅激光刻劃S11O2膜根據(jù)生產(chǎn)線預(yù)定的線距，用紅激光（波長1064nm）將SnO2導(dǎo)電膜刻劃成相互獨(dú)立的部分，目的是將整板分為若干塊，作為若干個(gè)單體電池的電極。 激光刻劃時(shí)SnO2導(dǎo)電膜朝上（也可朝下） 線距：單結(jié)電池一般是10mm或5mm,雙結(jié)電池

7、一般20mm 刻線要求：絕緣電阻2MQ線寬（光斑直經(jīng)）100um線速 > 500mm/S清洗將刻劃好的Sn()2導(dǎo)電玻璃進(jìn)行自動(dòng)清洗，確保Sn()2導(dǎo)電 膜的潔凈。內(nèi)聯(lián)式非晶硅電池生產(chǎn)工藝過程£(4)裝基片將清洗潔凈的Sn()2透明導(dǎo)電玻璃裝入“沉積夾具" 基片數(shù)量：對于美國Chronar公司技術(shù)，每個(gè)沉積夾具 裝4片305 mm x 915 mm x 3 mm的基片、每批次(爐)產(chǎn)出 6x4 = 2 4 片對于美國EPV技術(shù)，每個(gè)沉積夾具裝48片635 mm x 1245 mm x 3 mm的基片,即每批次(爐)產(chǎn)出1 x 48 = 48片內(nèi)聯(lián)式非晶硅電池生產(chǎn)工藝過

8、程基片預(yù)熱將Sn()2導(dǎo)電玻璃裝入夾具后推入烘爐進(jìn)行預(yù)熱。£(6) aSi 沉積基本預(yù)熱后將其轉(zhuǎn)移入PECVD沉積爐，進(jìn)行PIN （或PIN/PIN） 沉積。 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求控制：沉積爐真空度，沉積溫度，各種工 作氣體流量，沉積壓力，沉積時(shí)間，射頻電源放電功率等工藝參 數(shù)，確保非晶硅薄膜沉積質(zhì)量。沉積P、I、N層的工作氣體P層：硅烷（Si%）、硼烷行2比）、甲烷（CHG、高 純氮（Ar ）、高純氫（H2 ）I層：硅烷（SiH4）.高純氫（呦）N層：硅烷（SiH4）、磷烷（PH3）、高純氮（Ar）、高 純氫（H?） 各種工作氣體配比 有兩種方法：第一種：P型混合氣體，N型混合氣體由國

9、內(nèi)專業(yè)特種氣 體廠家配制提供。第二種：PECVD系統(tǒng)在線根據(jù)工藝要求調(diào)節(jié)各種氣體流量 配制。冷卻a-Si完成沉積后，將基片裝載夾具取出，放入冷卻室慢速降 溫。（8）綠激光刻劃a-Si膜才艮據(jù)生產(chǎn)預(yù)定的線寬以及與Sn（）2切割線的線間距，用綠激 光（波長532nm）將a-Si膜刻劃穿，目的是讓背電極（金屬鋁） 通過與前電極（SnO2導(dǎo)電膜）相聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)整板由若干個(gè)單體 電池內(nèi)部串聯(lián)而成。激光刻劃時(shí)a-Si膜朝下 刻劃要求：線寬（光斑直經(jīng)）100um 與Sn（）2刻劃線的線距100um 直線度線速 50 Omni/SSe(9) 鍍鋁鍍鋁的目的是形成電池的背電極，它既是各單體電池的負(fù)極，又是 各子電

10、池串聯(lián)的導(dǎo)電通道，它還能反射透過a-Si膜層的部分光線，以增 加太陽能電池對光的吸收。鍍鋁有2種方法：一是蒸發(fā)鍍鋁：工藝簡單，設(shè)備投入小，運(yùn)行成本低，但膜層均勻性 差，牢固度不好，掩膜效果難保證，操作多耗人工，僅適用小面積鍍鋁。二是磁控濺射鍍鋁：膜層均勻性好，牢固，質(zhì)量保證，適應(yīng)小面積鍍 鋁，更適應(yīng)大面積鍍鋁，但設(shè)備投資大，運(yùn)行成本稍高。每節(jié)電池鋁膜分隔有2種方法：一是掩膜法：僅適用于小面積蒸發(fā)鍍鋁二是綠激光刻劃法:既適用于磁控濺射鍍鋁,£（10）綠激光刻鋁（掩膜蒸發(fā)鍍鋁，沒有該工序）對于蒸發(fā)鍍鋁，以及磁控鍍鋁要根據(jù)預(yù)定的線寬以及與a-s i切割 線的線間距，用綠激光（波長532nm

11、）將鋁膜刻劃成相互獨(dú)立的部分, 目的是將整個(gè)鋁膜分成若干個(gè)單體電池的背電極，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整板若干個(gè)電池的內(nèi)部串聯(lián)。 激光刻劃時(shí)鋁膜朝下 刻劃要求：線寬（光斑直經(jīng)）100um與a-S i刻劃線的線距 100um直線度線速500mm/S(11) IV測試:通過上述各道工序，非晶硅電池芯板已形成，需進(jìn)行IV測試, 以獲得電池板的各個(gè)性能參數(shù)，通過對各參數(shù)的分析，來判斷莫 道工序是否出現(xiàn)問題，便于提高電池的質(zhì)量。內(nèi)聯(lián)式非晶硅電池生產(chǎn)工藝過程Q(12)熱老化：將經(jīng)IV測試合格的電池芯板置于熱老化爐內(nèi)，進(jìn)行110°C/12h 熱老化，熱老化的目的是使鋁膜與非晶硅層結(jié)合得更加緊密，減小 串聯(lián)電阻，消除

12、由于工作溫度高所引起的電性能熱衰減現(xiàn)象。三.非晶硅電池封裝工藝薄膜非晶硅電池的封裝方法多種多樣，如何選擇，是要根 據(jù)其使用的區(qū)域，場合和具體要求而確定。不同的封裝方法， 其封裝材料、制造工藝是不同的，相應(yīng)的制造成本和售價(jià)也不 同。下面介紹目前幾種封裝方法：非晶硅電池封裝工藝£1、電池/UV光固膠適用：電池芯板儲存制造工藝流程：電池芯板T覆涂UV膠T紫外光固T分類儲存Q2、電池/PVC膜適用：小型太陽能應(yīng)用產(chǎn)品，且應(yīng)用產(chǎn)品上有對太陽 能電池板進(jìn)行密封保護(hù)，如風(fēng)帽、收音機(jī)、草坪燈、庭院 燈、工藝品、水泵、充電器、小型電源等制造工藝流程：電池芯板T貼PVC膜T切割T邊緣處理T焊線T焊點(diǎn)保

13、護(hù)-檢測-包裝（注：邊緣處理目的是防止短路，邊緣處理的方法有 化學(xué)腐蝕法、激光刻劃法等）rQ3、組件封裝（1）電池/PVC膜適用：一般太陽能應(yīng)用產(chǎn)品，如應(yīng)急燈，要求不高的小型戶用電源 （幾十瓦以下）等制造工藝流程： 電池芯板（或芯板切割-邊緣處理）-貼PVC膜焊線焊點(diǎn)保護(hù)T檢測T裝邊框（電池四周加套防震橡膠）-裝插座-檢測-包裝該方法制造的組件特點(diǎn):制造工藝簡單、成本低，但防水性、防腐非晶硅電池封裝工藝非晶硅電池封裝工藝性、可靠性差。非晶硅電池封裝工藝ZX(2)電池/EVA/PET (或TPT)/適用：一般太陽能應(yīng)用產(chǎn)品，如應(yīng)急燈，戶用發(fā)電系統(tǒng) 等制造工藝流程:電池芯板（或芯板切割T邊緣處理）-焊涂錫帶-檢測 -EVA/PET層壓T檢測T裝邊框（邊框四周注電子硅膠）T 裝接線盒（或裝插頭）I連接線夾T檢測包裝該方法制造的組件特點(diǎn)：防水性、防腐性、可靠性好，成本高。（3）電池/EVA/普通玻璃Z適用：發(fā)電系統(tǒng)等制造工藝流程：電池芯板f電池四周噴砂或激光處理（10mm） f超聲焊接f檢測f 層壓（電池/EVA/經(jīng)鉆孔的普通玻璃）-裝邊框（或不裝框）-裝接線盒 T連接線夾T檢測T包裝該方法制造的組件特點(diǎn)：防水