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一、非晶硅薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)、制造技術(shù)簡(jiǎn)介1、電池結(jié)構(gòu)分為：?jiǎn)谓Y(jié)、雙結(jié)、三結(jié)2、制造技術(shù)單室，多片玻璃襯底制造技術(shù)。主要以美國(guó)Chronar、APS EPV公司為代表多室，雙片（或多片）玻璃襯底制造技。主要以日本KANEK繪司為代表卷繞柔性襯底制造技術(shù)（襯底：不銹鋼、聚酰亞胺）。主要以美國(guó)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。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為學(xué)

2、1的正整數(shù)），每個(gè)真空室可以放 Y個(gè)沉積夾具（Y為1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(guó)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305mrK 915mm?1990年美國(guó)AP鏤司生產(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，即生產(chǎn)線一批次沉積1X48= 48片基片，每 片基片面積760m佛1520mm?本世紀(jì)初我國(guó)天津津能公司、泰國(guó)曼谷太陽公司（ BangKok S

3、olar Corp ）、泰 國(guó)光伏公司（Thai Photovoltaic Ltd ）、分別引進(jìn)美國(guó)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1X48= 48片基片，每片基片面積635m由1250mm?國(guó)內(nèi)有許多國(guó)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)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?？傊壳皣?guó)內(nèi)主要非晶硅電池生產(chǎn)線不管是進(jìn)口還是國(guó)產(chǎn)均主要是 用單室，多片玻璃襯底制造技術(shù)，下面就該

4、技術(shù)的生產(chǎn)制造工藝作簡(jiǎn)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美國(guó)Chronar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： 圖1、內(nèi)聯(lián)式單結(jié)非晶硅電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖正極玻璃村底導(dǎo)電膜P層Ijg N層A曜俁護(hù)層生產(chǎn)制造工藝流程：SnO2導(dǎo)電玻璃-SnO2膜切割-清洗-預(yù)熱-a-Si沉積（PIN）-冷卻-a-Si切割-掩膜鍍鋁-測(cè)試1-老化-測(cè)試2-UV保護(hù)層-封裝-成品測(cè)試-分類包裝下圖是以美國(guó)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：圖2、內(nèi)聯(lián)式雙結(jié)非晶硅電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖它的生產(chǎn)制造工藝流程為：SnO2導(dǎo)電玻璃-SnO2膜切割-清洗-

5、預(yù)熱-a-Si沉積（PIN/PIN）-冷卻-a-Si切割-濺射鍍鋁-Al切割-測(cè)試1-老化-測(cè)試2-封裝-成品測(cè)試-分類包裝2、內(nèi)聯(lián)式非晶硅電池生產(chǎn)工藝過程介紹：SnO2s明導(dǎo)電玻璃（或AZOS明導(dǎo)電玻璃）規(guī)格尺寸：305 mrrX 915 mnX 3 mm 635 mnX 1245 mnX 3 等?要求：方塊電阻：68。/口、810。/口、1012。/口、1214。/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）紅激光刻劃SnO21根據(jù)生產(chǎn)線預(yù)定的線距，用紅激光（波長(zhǎng) 1064nm將SnO2導(dǎo)電膜刻劃成相互獨(dú)立的部分，目的是

6、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）儂距：?jiǎn)谓Y(jié)電池一般是10mrm£ 5mm雙結(jié)電池一般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SnO2導(dǎo)電玻璃進(jìn)行自動(dòng)清洗，確保 SnO2導(dǎo)電膜的潔凈。裝基片將清洗潔凈的SnO2s明導(dǎo)電玻璃裝入“沉積夾具”基片數(shù)量：對(duì)于美國(guó)Chronar公司技術(shù)，每個(gè)沉積夾具裝4片305 mim 915 mim 3mm勺基片，每批次（爐）產(chǎn)出6X4= 24片對(duì)于美國(guó)EPVft術(shù)，每個(gè)沉積夾具裝 48片635 mmK 1245 mmK 3 mm的基片，即每批次（爐

7、）產(chǎn)出1X48= 48片基片預(yù)熱將SnO2導(dǎo)電玻璃裝入夾具后推入烘爐進(jìn)行預(yù)熱。a-Si沉積基本預(yù)熱后將其轉(zhuǎn)移入PECVDC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（SiH4）、硼烷（B2H6、甲烷（CH4、 高純氮（Ar）、高純氫（H2） I層：硅烷（SiH4）、高純氫（H2） N層：硅烷（SiH4）、 磷烷（PH3、高Z氮（Ar）、高純氫（H2?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(guó)內(nèi)專

8、 業(yè)特種氣體廠家配制提供。第二種：PECV陳統(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。綠激光刻劃a-Si膜根據(jù)生產(chǎn)預(yù)定的線寬以及與 SnO型割線的線間距，用綠激光（波長(zhǎng) 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SnO2J劃線的線距 100um直線度線速500mm/S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，又是各子電池串聯(lián) 的導(dǎo)電通道，它還能反射透過 a-Si膜

9、層的部分光線，以增加太陽能電池對(duì)光的 吸收。?鍍鋁有2種方法：一是蒸發(fā)鍍鋁：工藝簡(jiǎn)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，也適用于蒸發(fā)鍍鋁。綠激光刻鋁（掩膜蒸發(fā)鍍鋁，沒有該工序）對(duì)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-Si切割線的線間距，用綠激光（波長(zhǎng) 532nm將鋁膜刻劃成相互獨(dú)立 的部分，目的是

10、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-Si刻劃線的線距 100um直線度線速500mm/S（11） IV 測(cè)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(cè)試，以獲得電池板的 各個(gè)性能參數(shù)，通過對(duì)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。熱老化：將經(jīng)IV測(cè)試合格的電池芯板置于熱老化爐內(nèi)，進(jìn)行 110c/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

11、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(chǎng)合 和具體要求而確定。不同的封裝方法，具封裝材料、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：1、電池/UV光固膠適用：電池芯板儲(chǔ)存制造工藝流程：電池芯板一覆涂UV膠一紫外光周一分類儲(chǔ)存2、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(duì)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：電池芯板一貼PVC 膜一切割一邊緣處理一焊線一焊點(diǎn)保護(hù)一檢測(cè)一包裝（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）3、組件封裝電池/PVC膜

12、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（或芯板切割一邊緣處理）一貼PVC!一焊線一焊點(diǎn)保 護(hù)一檢測(cè)一裝邊框（電池四周加套防震橡膠）一裝插座一檢測(cè)一包裝。該方法制造的組件特點(diǎn)：制造工藝簡(jiǎn)單、成本低，但防水性、防腐性、可靠性差。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（或芯板切割一邊緣處理）一焊涂錫帶一檢測(cè)一 EVA/PET層壓一檢測(cè)一裝邊框（邊框四周注電子硅膠）一裝接線盒（或裝插頭）一連接線夾一檢測(cè)一包裝該方 法制造的組件特點(diǎn)：防水性、防腐性、可靠性好，成本高。電池/EVA/普通玻璃適用：發(fā)電系統(tǒng)等制造工藝流程：電池芯板一電池四周噴砂或激光處理 （10mm 一超聲焊接一檢測(cè) 一層壓（電池/EVA/經(jīng)鉆孔的普通玻璃）一裝邊框（或不裝框）一裝接線盒一連 接線夾一檢測(cè)一包裝該方法制造的組件特點(diǎn)：