1、项目二项目二 薄膜太阳电池制造工艺薄膜太阳电池制造工艺l项目导入项目导入 利用薄膜技术制备太阳电池，被认为是未来大幅度降低太阳能电利用薄膜技术制备太阳电池，被认为是未来大幅度降低太阳能电池成本的根本出路，薄膜太阳电池将成为太阳电池研发和制造的重点方池成本的根本出路，薄膜太阳电池将成为太阳电池研发和制造的重点方向和主流。向和主流。l知识目标知识目标 1.掌握硅基薄膜太阳电池的主要类别及制造工艺掌握硅基薄膜太阳电池的主要类别及制造工艺2.掌握碲化镉薄膜太阳电池的制造工艺及可持续发展掌握碲化镉薄膜太阳电池的制造工艺及可持续发展3.掌握铜铟镓硒薄膜太阳电池的制造工艺掌握铜铟镓硒薄膜太阳电池的制造工艺l
2、技能目标技能目标 1.掌握薄膜的主要制备技术掌握薄膜的主要制备技术2.掌握硅基、碲化镉、铜铟镓硒薄膜太阳电池制造工艺掌握硅基、碲化镉、铜铟镓硒薄膜太阳电池制造工艺3.掌握薄膜太阳电池封装工艺铜铟镓硒薄膜太阳电池的制造工艺掌握薄膜太阳电池封装工艺铜铟镓硒薄膜太阳电池的制造工艺任务一任务一 硅基薄膜材料及其制备硅基薄膜材料及其制备l任务分析任务分析 在光伏电池领域在光伏电池领域,硅基薄膜太阳电池因其原材料储量硅基薄膜太阳电池因其原材料储量丰富、无污染、制备工艺简单、便于大面积连续化生产等丰富、无污染、制备工艺简单、便于大面积连续化生产等优点优点,受到国内外专家的广泛关注。硅基薄膜作为光电转受到国内
3、外专家的广泛关注。硅基薄膜作为光电转化层，其制备技术对太阳电池的性能影响至关重要。化层，其制备技术对太阳电池的性能影响至关重要。l任务目的任务目的 1.了解硅基薄膜的分类及性质了解硅基薄膜的分类及性质2.熟悉硅基薄膜材料的制备方法熟悉硅基薄膜材料的制备方法知识应用知识应用一、硅基薄膜的物性及分类一、硅基薄膜的物性及分类 硅基薄膜就是在衬底上沉积硅元素制成的硅薄膜材料。通常硅基薄膜太阳电池分为非晶硅、微晶硅、多晶硅和单晶硅薄膜电池。特点如下:l非晶硅中硅原子呈现无序排列，相应的薄膜中存在悬挂键。l微晶硅中纳米量级的硅晶粒(小于1m)镶嵌在非晶硅中，晶粒边界处的原子呈无序态。l多晶硅主要由大晶粒(
4、1m1mm)构成，并且没有非晶相存在。l单晶硅具有完整的晶体结构，是理想的半导体材料，但其制备成本也最高。知识应用知识应用单晶硅、多晶硅、非晶硅结构示意图单晶硅、多晶硅、非晶硅结构示意图知识应用知识应用硅基薄膜的制备方法硅基薄膜的制备方法物理气相沉积（物理气相沉积（PVD）化学气相沉积（化学气相沉积（CVD）磁控溅射（磁控溅射（MS）分子束外延（分子束外延（MBE）等离子体增强化学气相沉积（等离子体增强化学气相沉积（PECVD）热丝化学气相沉积（热丝化学气相沉积（HWCVD）射频等离子体增强化学气相沉积（射频等离子体增强化学气相沉积（RF-PECVD）二、硅基薄膜的制备方法二、硅基薄膜的制备方
5、法知识应用知识应用 在硅基薄膜的各种直接制备法中，通过调节制备在硅基薄膜的各种直接制备法中，通过调节制备过程中的关键参数，可以制备出非晶硅和多晶硅基薄过程中的关键参数，可以制备出非晶硅和多晶硅基薄膜。多晶薄膜也可以通过非晶薄膜再结晶方法。固相膜。多晶薄膜也可以通过非晶薄膜再结晶方法。固相晶化法，激光诱导退火，金属诱导晶化。晶化法，激光诱导退火，金属诱导晶化。三、多晶硅基薄膜的间接制备法三、多晶硅基薄膜的间接制备法任务二任务二 非晶硅薄膜太阳电池制造工艺非晶硅薄膜太阳电池制造工艺l任务分析任务分析 随着技术的进步，目前主流的非晶硅薄膜电池使用寿命已随着技术的进步，目前主流的非晶硅薄膜电池使用寿命
6、已在在10年以上。这使得非晶硅薄膜电池成为目前最被看好的薄年以上。这使得非晶硅薄膜电池成为目前最被看好的薄膜电池技术之一。膜电池技术之一。l任务目的任务目的 1.掌握非晶硅薄膜制备技术及其太阳电池结构掌握非晶硅薄膜制备技术及其太阳电池结构2.掌握非晶硅太阳电池制造工艺掌握非晶硅太阳电池制造工艺3.熟悉非晶硅太阳电池的封装工艺熟悉非晶硅太阳电池的封装工艺4.了解非晶硅薄膜太阳电池的光致衰减效应了解非晶硅薄膜太阳电池的光致衰减效应知识应用知识应用一、非晶硅薄膜的制备一、非晶硅薄膜的制备 由非晶态合金的制备知道，要获得非晶态，需要有高的由非晶态合金的制备知道，要获得非晶态，需要有高的冷却速率，而对冷
7、却速率的具体要求随材料而定。硅要求冷却速率，而对冷却速率的具体要求随材料而定。硅要求有极高的冷却速率，用液态快速淬火的方法目前还无法得有极高的冷却速率，用液态快速淬火的方法目前还无法得到非晶态。到非晶态。v 气相淀积非晶硅薄膜的技术气相淀积非晶硅薄膜的技术 真空蒸发真空蒸发 辉光放电辉光放电 反应溅射反应溅射 化学气相淀积等化学气相淀积等知识应用知识应用l一般所用的主要原料是单硅烷（一般所用的主要原料是单硅烷（SiH4）、二硅烷（）、二硅烷（Si2H6）、）、四氟化硅（四氟化硅（SiF4）等，纯度要求很高。非晶硅膜的结构和）等，纯度要求很高。非晶硅膜的结构和性质与制备工艺的关系非常密切，目前认
8、为以性质与制备工艺的关系非常密切，目前认为以辉光放电法辉光放电法制备的非晶硅膜质量最好，设备也并不复杂。制备的非晶硅膜质量最好，设备也并不复杂。1.主要原料主要原料知识应用知识应用l非晶硅非晶硅(a-Si)太阳电池是在玻璃衬底上沉积透明导电膜太阳电池是在玻璃衬底上沉积透明导电膜(TCO)，然后依次用等离子体反应沉积然后依次用等离子体反应沉积p型、型、i型、型、n型三层型三层a-Si，接着，接着再蒸镀金属电极铝再蒸镀金属电极铝(Al)。l光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，其结构光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，其结构可表示为可表示为glass/TCO/pin/Al，还可以
9、用不锈钢片、塑料等作，还可以用不锈钢片、塑料等作衬底制备非晶硅柔性太阳电池。衬底制备非晶硅柔性太阳电池。2.非晶硅太阳能电池构造非晶硅太阳能电池构造知识应用知识应用 玻璃TCOi 层 a-Si:Hn 型a-Si:H氧化锌或二氧化锡铝或银P型a-Si：H-+-+透明导电膜p型 a-Si:H绒面绒面TCO透光导电减反射电池载体电池载体非晶硅太阳能电池结构图非晶硅太阳能电池结构图知识应用知识应用l由于由于a-Si(非晶硅非晶硅)多缺陷的特点，多缺陷的特点，a-Si的的p-n结是不稳定的，而结是不稳定的，而且光照时光电导不明显，几乎没有有效的电荷收集。所以，且光照时光电导不明显，几乎没有有效的电荷收集
10、。所以，a-Si太阳能电池基本结构不是太阳能电池基本结构不是p-n结而是结而是p-i-n结。结。l掺硼形成掺硼形成P区，掺磷形成区，掺磷形成n区，区，i为非杂质或轻掺杂的本征层为非杂质或轻掺杂的本征层(因因为非掺杂的为非掺杂的a-Si是弱是弱n型型)。重掺杂的。重掺杂的p、n区在电池内部形成内区在电池内部形成内建电场，以收集电荷。同时两者可与导电电极形成欧姆接触，建电场，以收集电荷。同时两者可与导电电极形成欧姆接触，为外部提供电功率。为外部提供电功率。i区是光敏区，此区中光生电子、空穴是光区是光敏区，此区中光生电子、空穴是光伏电力的源泉。伏电力的源泉。2.P-I-N 结结知识应用知识应用l非晶
11、硅薄膜太阳电池的生产线主要包括如下设备：导电玻璃磨非晶硅薄膜太阳电池的生产线主要包括如下设备：导电玻璃磨边设备，导电玻璃清洗设备，大型非晶硅薄膜边设备，导电玻璃清洗设备，大型非晶硅薄膜PECVD生产设生产设备（包括辅助设备），红外激光、绿激光刻划设备，大型磁控备（包括辅助设备），红外激光、绿激光刻划设备，大型磁控溅射生产设备，组件测试设备。溅射生产设备，组件测试设备。3.主要生产设备主要生产设备知识应用知识应用l采用硅烷等离子体分解法，将硅烷（掺杂少量的乙硼烷或磷化采用硅烷等离子体分解法，将硅烷（掺杂少量的乙硼烷或磷化氢等气体）在导电玻璃上低温成膜，通过磁控溅射制作铝电极氢等气体）在导电玻璃上
12、低温成膜，通过磁控溅射制作铝电极连接背电极。最后，用防护玻璃罩密封连接背电极。最后，用防护玻璃罩密封EVA箔形成太阳能电池箔形成太阳能电池组件。组件。二、非晶硅薄膜太阳电池制造工艺二、非晶硅薄膜太阳电池制造工艺知识应用知识应用透明导电膜（透明导电膜（FTO)玻璃磨边清洗玻璃磨边清洗背玻璃磨孔清洗背玻璃磨孔清洗红外激光红外激光TCO刻槽刻槽磁控溅射磁控溅射PVD镀镀AZO-铝背电极膜系铝背电极膜系绿激光背电极刻槽绿激光背电极刻槽绿激光非晶硅膜系刻槽绿激光非晶硅膜系刻槽PECVD非晶硅膜系沉积非晶硅膜系沉积超声焊接铝箔汇流带超声焊接铝箔汇流带测试测试-电法修复电法修复-退火退火封装封装-安装端子盒
13、安装端子盒-成品测试分拣成品测试分拣工艺流程工艺流程知识应用知识应用1.导电玻璃清洗：将外购的标准透明导电玻璃板和玻璃背板放入专用清导电玻璃清洗：将外购的标准透明导电玻璃板和玻璃背板放入专用清洗机进行自动清洗。清洗液为电阻率洗机进行自动清洗。清洗液为电阻率10M以上的去离子纯水。以上的去离子纯水。2.导电玻璃划线：根据生产线预定的线距，导电玻璃划线：根据生产线预定的线距，用专用激光划线机对透明导用专用激光划线机对透明导电玻璃板进行激光划线（刻蚀），将透明导电玻璃板上的透明导电层电玻璃板进行激光划线（刻蚀），将透明导电玻璃板上的透明导电层划线分割，目的是将整板分为若干块，作为若干个单体电池的电极
14、。划线分割，目的是将整板分为若干块，作为若干个单体电池的电极。3.PECVD：将清洗洁净的：将清洗洁净的SnO2透明导电玻璃装入透明导电玻璃装入“沉积夹具沉积夹具”，推入，推入烘炉进行预热。预热后将其转移入烘炉进行预热。预热后将其转移入PECVD 沉积炉，进行沉积炉，进行pin/pin 沉积。沉积。工艺流程简述工艺流程简述知识应用知识应用4.绿激光刻划绿激光刻划a-Si 膜：根据生产预定的线宽以及与膜：根据生产预定的线宽以及与SnO2切割线的线间距，切割线的线间距，用绿激光将用绿激光将a-Si膜刻划穿，目的是让背电极（金属铝）膜刻划穿，目的是让背电极（金属铝）通过与前电极通过与前电极（SnO2
15、导电膜）相联接，实现整板由若干个单体电池内部串联而成。导电膜）相联接，实现整板由若干个单体电池内部串联而成。5.溅射镀铝：镀铝的目的是形成电池的背电极，以增加太阳能电池对光的吸溅射镀铝：镀铝的目的是形成电池的背电极，以增加太阳能电池对光的吸收。在真空反应室中放镀膜所需的金属构成的靶材，并将靶材接地；然后收。在真空反应室中放镀膜所需的金属构成的靶材，并将靶材接地；然后将氩气充入反应室内，电离成电荷。带正电荷的氩离子被不带电的靶材吸将氩气充入反应室内，电离成电荷。带正电荷的氩离子被不带电的靶材吸引，加速冲向靶。在加速过程中这些离子受到引力作用，获得动量，轰击引，加速冲向靶。在加速过程中这些离子受到
16、引力作用，获得动量，轰击靶材。这样一来，靶材中的原子或分子就会散布在反应室中，其中一部分靶材。这样一来，靶材中的原子或分子就会散布在反应室中，其中一部分渐渐地停落在产品表面。渐渐地停落在产品表面。工艺流程简述工艺流程简述知识应用知识应用6.绿激光刻铝：根据预定的线宽以及与绿激光刻铝：根据预定的线宽以及与a-Si 切割线的线间距，切割线的线间距，用绿激用绿激光将铝膜刻划成相互独立的部分，光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。电池的背电极，进而实现整板若干个电池的内部串联。7.IV 测试：通过上述各
17、道工序，非晶硅电池芯板已形成，需进行测试：通过上述各道工序，非晶硅电池芯板已形成，需进行IV 测测试，以获得电池板的各个性能参数，来判断某道工序是否出现问题，试，以获得电池板的各个性能参数，来判断某道工序是否出现问题，便于提高电池的质量。便于提高电池的质量。工艺流程简述工艺流程简述知识应用l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。装材料、制造工艺是不同的，相应的制造成
18、本和售价也不同。以下介绍目前常用的几种封装方法。以下介绍目前常用的几种封装方法。三、非晶硅薄膜太阳电池封装工艺三、非晶硅薄膜太阳电池封装工艺知识应用1 1、电池、电池/UV/UV光固胶光固胶 适用：电池芯板储存适用：电池芯板储存 制造工艺流程：电池芯板制造工艺流程：电池芯板 覆涂覆涂UVUV胶胶 紫外光固紫外光固 分类储存分类储存2 2、电池、电池/PVC/PVC膜膜 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、小型电源等帽、收音机、草坪灯、庭院灯、工艺品、小
19、型电源等 制造工艺流程：电池芯板制造工艺流程：电池芯板 贴贴PVCPVC膜膜 切割切割 边缘处理边缘处理 焊线焊线 焊点保护焊点保护 检测检测 包装包装注：边缘处理目的是防止短路，处理的方法有化学腐蚀法、激光刻划等。注：边缘处理目的是防止短路，处理的方法有化学腐蚀法、激光刻划等。封装工艺封装工艺知识应用3 3、组件封装、组件封装（1 1）电池）电池/PVC/PVC膜膜 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）等瓦以下）等 制造工艺流程：电池芯板（或芯板切割制造工艺流程：电池芯板（或芯板切割 边缘处理
20、）边缘处理）贴贴PVCPVC膜膜 焊线焊线 焊焊点保护点保护 检测检测 装边框（电池四周加套防震橡胶）装边框（电池四周加套防震橡胶）装插座装插座 检测检测 包装包装 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。靠性差。封装工艺封装工艺知识应用（2）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
21、腐性、可靠性好，成本高。（3）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。封装工艺封装工艺知识应用知识应用Staebler-Wronski 效应效应l1977 年，年，D.L.Staebler 和和C.R.Wronski 发现非晶硅样品在经过长时发现非晶硅样品在经过长时间光照后，其光电导和暗电导都显著减小，将照样品放在间光照后，其光电导和暗电导都显著减小，将照样品放在150度下退度下退火火30
22、分钟，再冷却到室温，样品又恢复原来状态。这一现象被称为分钟，再冷却到室温，样品又恢复原来状态。这一现象被称为Staebler-Wronski 效应，简称效应，简称S-W效应。研究表明在光照后非晶硅效应。研究表明在光照后非晶硅中缺陷密度明显增加。中缺陷密度明显增加。四、效率及性能四、效率及性能知识应用知识应用l尽管非晶硅是一种很好的太阳能电池材料，但由于其光学带尽管非晶硅是一种很好的太阳能电池材料，但由于其光学带隙为隙为1.7eV，使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的
23、转换效率。l光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减，即所谓的光致光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减，即所谓的光致衰退衰退S-W效应，使得电池性能不稳定。效应，使得电池性能不稳定。l解决问题的途径：制备叠层太阳能电池，即在制备的解决问题的途径：制备叠层太阳能电池，即在制备的p-i-n单单结太阳能电池上再沉积一个或多个结太阳能电池上再沉积一个或多个p-i-n子电池制得。子电池制得。性能限制性能限制知识应用知识应用l近年来，非晶硅薄膜太阳电池逐渐从各种类型的太阳电池中脱近年来，非晶硅薄膜太阳电池逐渐从各种类型的太阳电池中脱颖而出，在全球范围内掀起了一股投资热潮。大尺寸玻璃基板颖而出，在全球范围内
24、掀起了一股投资热潮。大尺寸玻璃基板薄膜太阳电池投入市场，必将极大地加速光伏建筑一体化、屋薄膜太阳电池投入市场，必将极大地加速光伏建筑一体化、屋顶并网发电系统以及光伏电站等的推广和普及。顶并网发电系统以及光伏电站等的推广和普及。l非晶硅薄膜电池在高气温条件下衰减微弱，所以也适合高温、非晶硅薄膜电池在高气温条件下衰减微弱，所以也适合高温、荒漠地区建设电站。荒漠地区建设电站。应用应用知识应用知识应用保定天威薄膜光伏有限公司非晶硅薄膜组件保定天威薄膜光伏有限公司非晶硅薄膜组件五、产品实例五、产品实例任务三任务三 非晶硅非晶硅/微晶硅薄膜太阳电池制造工艺微晶硅薄膜太阳电池制造工艺l 任务分析任务分析 由
25、于非晶硅具有光致衰减效应（由于非晶硅具有光致衰减效应（S-W效应）等缺点，故新一代效应）等缺点，故新一代的硅基薄膜太阳电池技术通常使用双结或多结叠层技术，堆叠其它的硅基薄膜太阳电池技术通常使用双结或多结叠层技术，堆叠其它具有较高光吸收系数的光吸收层，以减少光能损耗并提高电池转换具有较高光吸收系数的光吸收层，以减少光能损耗并提高电池转换效率。国内以正泰太阳能的薄膜非晶硅效率。国内以正泰太阳能的薄膜非晶硅/微晶硅叠层电池为代表微晶硅叠层电池为代表,即即以非晶硅为顶电池以非晶硅为顶电池,以微晶硅为底电池的叠层电池以微晶硅为底电池的叠层电池,是目前获得高效是目前获得高效率高稳定性硅基薄膜太阳电池的最佳
26、途径。率高稳定性硅基薄膜太阳电池的最佳途径。l任务目的任务目的1.掌握非晶硅掌握非晶硅/微晶硅薄膜太阳电池结构微晶硅薄膜太阳电池结构 2.熟悉非晶硅熟悉非晶硅/微晶硅太阳电池制造工艺微晶硅太阳电池制造工艺知识应用知识应用 微晶硅材料是微晶粒、晶粒间界和非晶相共存的混合相材料微晶硅材料是微晶粒、晶粒间界和非晶相共存的混合相材料,一般都存一般都存在微空洞在微空洞,其带隙随着晶相比的不同其带隙随着晶相比的不同,由由1.2eV1.2eV到到1.7eV1.7eV连续可调连续可调,而且几乎而且几乎没有光致衰退效应。薄膜非晶硅没有光致衰退效应。薄膜非晶硅/微晶硅叠层电池微晶硅叠层电池,即以非晶硅为顶电池即以
27、非晶硅为顶电池,以微晶硅为底电池的叠层电池以微晶硅为底电池的叠层电池,是目前获得高效率高稳定性硅基薄膜太阳是目前获得高效率高稳定性硅基薄膜太阳电池的最佳途径。这是因为电池的最佳途径。这是因为,叠层电池的非晶硅子电池的本征吸收层较原叠层电池的非晶硅子电池的本征吸收层较原来的单结电池的吸收层薄来的单结电池的吸收层薄,可以抑制光致衰减效应可以抑制光致衰减效应,大大提高电池的稳定大大提高电池的稳定性性;以微晶硅为底电池可以将硅基薄膜太阳电池的红光响应边由非晶硅电以微晶硅为底电池可以将硅基薄膜太阳电池的红光响应边由非晶硅电池的池的700nm700nm扩展到微晶电池的扩展到微晶电池的1100nm,1100
28、nm,大大提高电池对太阳光的光谱收集大大提高电池对太阳光的光谱收集范围。因此，薄膜非晶硅范围。因此，薄膜非晶硅/微晶硅叠层电池微晶硅叠层电池,是目前国内外研究和制造的是目前国内外研究和制造的热点方向。热点方向。1、非晶硅、非晶硅/微晶硅薄膜太阳电池概况微晶硅薄膜太阳电池概况知识应用知识应用二、非晶硅二、非晶硅/微晶硅薄膜太阳电池结构微晶硅薄膜太阳电池结构正泰太阳能公司正泰太阳能公司“非晶非晶/微晶微晶”高效薄膜太阳能电池内部结构示意图高效薄膜太阳能电池内部结构示意图玻璃透明电极非晶硅 p-i-n微晶硅 p-i-n背电极背接触背反射PVB玻璃知识应用知识应用第第1步：衬底玻璃步：衬底玻璃第第3步
29、：激光刻划步：激光刻划1第第4步：步：a-Si 沉积沉积第第2步：前接触步：前接触第第5步：步：c-Si 沉积沉积第第6步：激光刻划步：激光刻划2三、非晶硅三、非晶硅/微晶硅薄膜太阳电池制造工艺微晶硅薄膜太阳电池制造工艺知识应用知识应用第第8步：激光刻划步：激光刻划3第第10步：产生电流步：产生电流第第9步：步：P&N 接触接触第第7步：背接触步：背接触工艺步骤工艺步骤 知识应用知识应用非晶硅非晶硅/微晶硅叠层电池的主要制备步骤简述如下微晶硅叠层电池的主要制备步骤简述如下：1、沉积透明导电膜（、沉积透明导电膜（ITO、AZO或或FTO）在玻璃衬底上，使用激光光刻机对透）在玻璃衬底上，使用激光光
30、刻机对透明导电膜进行光刻分块，形成大规模集成的前电极块与块之间相互绝缘的隔明导电膜进行光刻分块，形成大规模集成的前电极块与块之间相互绝缘的隔离沟槽；离沟槽；2、采用、采用PECVD或或VHF-PECVD来沉积顶电池，沉积压力为来沉积顶电池，沉积压力为50-1000Pa，衬底温，衬底温度为度为150-250，在透明导电膜上依次沉积，在透明导电膜上依次沉积p型非晶硅掺杂层、型非晶硅掺杂层、i本征非晶硅本征非晶硅层和层和n型非晶硅掺杂层，制备出顶电池；型非晶硅掺杂层，制备出顶电池；3、预热已沉积的器件，温度为、预热已沉积的器件，温度为180-250，沉积压力为，沉积压力为130-1000Pa，在真空
31、，在真空室中用室中用PECVD或或VHF-PECVD法，在中间透明反射层背面沉积微晶硅薄膜底法，在中间透明反射层背面沉积微晶硅薄膜底电池；电池；工艺简述工艺简述知识应用知识应用4、使用激光光刻机穿透顶电池和底电池各膜层，形成一条与穿透厚度、使用激光光刻机穿透顶电池和底电池各膜层，形成一条与穿透厚度相同的隔离沟道；相同的隔离沟道；5、使用磁控溅射在底电池的、使用磁控溅射在底电池的N层上沉积一层透明导电膜；层上沉积一层透明导电膜；6、采用磁控溅射或真空蒸发，在底电池的透明导电膜上沉积金属铝膜、采用磁控溅射或真空蒸发，在底电池的透明导电膜上沉积金属铝膜作为背电极；作为背电极；7、使用激光刻透玻璃衬底
32、上除前电极外所有的膜层，形成一条与穿透、使用激光刻透玻璃衬底上除前电极外所有的膜层，形成一条与穿透厚度相同的隔离沟道，该隔离沟道将各电池单元分割，制成串联电池厚度相同的隔离沟道，该隔离沟道将各电池单元分割，制成串联电池组件组件工艺简述工艺简述知识应用知识应用正泰太阳能非晶硅正泰太阳能非晶硅/微晶硅薄膜光伏组件微晶硅薄膜光伏组件四、产品实例四、产品实例任务四任务四 碲化镉薄膜太阳电池制造工艺碲化镉薄膜太阳电池制造工艺l 任务分析任务分析 碲化镉薄膜太阳能电池在工业规模上成本大大优于晶体硅和其他碲化镉薄膜太阳能电池在工业规模上成本大大优于晶体硅和其他材料的太阳能电池技术，并且与太阳的光谱最一致，可
33、吸收材料的太阳能电池技术，并且与太阳的光谱最一致，可吸收95%以上以上的阳光。工艺相对简单，标准工艺，低能耗，无污染，生命周期结束的阳光。工艺相对简单，标准工艺，低能耗，无污染，生命周期结束后，可回收，强弱光均可发电，温度越高表现越好。后，可回收，强弱光均可发电，温度越高表现越好。l 任务目的任务目的 1.掌握碲化镉的性质及晶体结构掌握碲化镉的性质及晶体结构2.了解碲化镉太阳电池概况了解碲化镉太阳电池概况3.熟悉碲化镉太阳电池结构及制造工艺熟悉碲化镉太阳电池结构及制造工艺4.了解碲化镉太阳电池可持续发展的可能了解碲化镉太阳电池可持续发展的可能知识应用知识应用lCdTe是一种化合物半导体，在太阳
34、能电池中一般作吸收是一种化合物半导体，在太阳能电池中一般作吸收层。由于它的直接带隙为层。由于它的直接带隙为1.45eV1.45eV，最适合于光电能量转，最适合于光电能量转换，因此使得约换，因此使得约2 2 mm厚的厚的CdTeCdTe吸收层在其带隙以上的光吸收层在其带隙以上的光学吸收率达到学吸收率达到90%90%成为可能，允许的最高理论转换效率成为可能，允许的最高理论转换效率在大气质量在大气质量AM1.5AM1.5条件下高达条件下高达28%28%。一、碲化镉的性质及晶体结构一、碲化镉的性质及晶体结构知识应用知识应用分子式分子式CdTe（Cadmium telluride）摩尔质量摩尔质量240
35、.01 g mol1 密度密度5.85 g/cm3熔点熔点1092 沸点沸点1130 溶解度溶解度insoluble带隙带隙1.45 eV（300 K,直接带隙）直接带隙）折射率折射率(nD)2.67（10 m）化学性质化学性质能与能与HCl和和HBr等酸反应等酸反应,形成有毒气体碲化氢和有毒镉盐形成有毒气体碲化氢和有毒镉盐碲化镉的性质碲化镉的性质知识应用知识应用 -族化合物中最高的平均原子数，最低的熔点，最大的晶族化合物中最高的平均原子数，最低的熔点，最大的晶格常数和最大的离子性。格常数和最大的离子性。CdTeCdTe具有闪锌矿（具有闪锌矿（ZnSZnS）结构，键长度）结构，键长度2.806
36、2.806，晶格常数，晶格常数6.4816.481。碲化镉的晶体结构碲化镉的晶体结构知识应用知识应用金属层金属层缓冲层缓冲层p-CdTe玻璃基板玻璃基板TCOn-CdS+-电池结构图电池结构图二、碲化镉太阳电池结构二、碲化镉太阳电池结构知识应用知识应用 基片清洗基片清洗透明导电膜处理透明导电膜处理激光刻划激光刻划衬底清洗衬底清洗沉积硫化镉沉积硫化镉沉积碲化镉沉积碲化镉热处理热处理制备背接触制备背接触激光刻划激光刻划沉积背电极沉积背电极电联电联结结初测初测封装封装检测检测其中的关键工艺为：其中的关键工艺为：l沉积硫化镉：化学浴沉积。用氯化镉、硫脲、氯化铵、胺水等，在沉积硫化镉：化学浴沉积。用氯化
37、镉、硫脲、氯化铵、胺水等，在80-90的温度下进行。的温度下进行。l沉积碲化镉：近空间升华法沉积（沉积碲化镉：近空间升华法沉积（CSS）。采用碲化镉粉作源材料，用氩气）。采用碲化镉粉作源材料，用氩气保护，在保护，在560左右下进行。左右下进行。l制备背接触：用共蒸发沉积碲化锌作背接触层，源材料分别为铜和碲化锌粉，制备背接触：用共蒸发沉积碲化锌作背接触层，源材料分别为铜和碲化锌粉，在室温下进行真空蒸发。在室温下进行真空蒸发。l背电极：用电子束蒸发镀镍作背电极。背电极：用电子束蒸发镀镍作背电极。三、碲化镉薄膜太阳电池制造工艺三、碲化镉薄膜太阳电池制造工艺四川阿波罗四川阿波罗碲化镉薄膜太阳电池生产工
38、艺流程图碲化镉薄膜太阳电池生产工艺流程图知识应用知识应用知识应用知识应用Firstsolar碲化镉薄膜光伏组件碲化镉薄膜光伏组件四、产品实例四、产品实例知识应用知识应用1.碲化镉环境影响分析碲化镉环境影响分析 镉与碲均属稀有元素，世界镉储量有镉与碲均属稀有元素，世界镉储量有180多万吨，碲储量有多万吨，碲储量有4-5万吨。碲万吨。碲化镉是半导体材料，而碲化镉薄膜太阳能电池的研究及应用是当今光伏领化镉是半导体材料，而碲化镉薄膜太阳能电池的研究及应用是当今光伏领域的热点。碲原料稀缺，无法保证碲化镉太阳能电池的不断增产的需求。域的热点。碲原料稀缺，无法保证碲化镉太阳能电池的不断增产的需求。镉作为重金
39、属是有毒的。碲化镉太阳能电池在生产和使用过程中的万一有镉作为重金属是有毒的。碲化镉太阳能电池在生产和使用过程中的万一有排放和污染，会影响环境。排放和污染，会影响环境。研究证明，研究证明，CdTe组件不会在火灾中造成危害：组件不会在火灾中造成危害：CdTe的蒸汽压极低，的蒸汽压极低，熔点和沸点很高，在遇火时几乎可以被熔化的玻璃完全包裹住。将熔点和沸点很高，在遇火时几乎可以被熔化的玻璃完全包裹住。将CdTe光光伏组件置于伏组件置于760-1100火焰中的实验证明，火焰中的实验证明，CdTe会扩散至玻璃当中，而不会扩散至玻璃当中，而不会进入大气，更高的温度只会导致会进入大气，更高的温度只会导致CdT
40、e进一步扩散至玻璃中。在火灾发生进一步扩散至玻璃中。在火灾发生时，每时，每100万千瓦释放的镉总量极限为万千瓦释放的镉总量极限为0.01克。目前的火力发电厂排放的镉克。目前的火力发电厂排放的镉大大高于碲化镉电池。大大高于碲化镉电池。五、碲化镉环境影响分析及可持续发展五、碲化镉环境影响分析及可持续发展知识应用l美国不仅是生产碲化镉基薄膜电池的创始者，也是该领域的领导者。美国不仅是生产碲化镉基薄膜电池的创始者，也是该领域的领导者。First Solar公司是从事优质碲化镉基电池生产的第一家公司。公司是从事优质碲化镉基电池生产的第一家公司。First Solar拥有供拥有供给给3400兆瓦太阳能电池
41、的长期合同，与中国政府签订了建设总功率约兆瓦太阳能电池的长期合同，与中国政府签订了建设总功率约2000兆瓦太阳能电站建设的备忘录。兆瓦太阳能电站建设的备忘录。l当当First Solar每卖出一套产品，就提取一定比例的收入作为回收基金，由每卖出一套产品，就提取一定比例的收入作为回收基金，由独立的第三方机构所管理，当产品达到使用寿命年限之后，由独立运作基独立的第三方机构所管理，当产品达到使用寿命年限之后，由独立运作基金成立的回收公司会将产品回收。因为是独立运作，且不会因为金成立的回收公司会将产品回收。因为是独立运作，且不会因为First Solar营运状况的好坏而受到影响，可保证产品全部回收，不
42、会在产品超过营运状况的好坏而受到影响，可保证产品全部回收，不会在产品超过使用寿命年限后被任意丢弃。使用寿命年限后被任意丢弃。lFirst Solar的再利用工艺能够循环利用的再利用工艺能够循环利用95%的半导体材料和的半导体材料和90%的玻璃，的玻璃，可部分解决一些稀有材料如碲元素的料源问题。可部分解决一些稀有材料如碲元素的料源问题。2.First Solar 产品回收机制产品回收机制任务五任务五 铜铟镓硒薄膜太阳电池制造工艺铜铟镓硒薄膜太阳电池制造工艺l 任务分析任务分析 在光学领域，铜铟镓硒在光学领域，铜铟镓硒(CuInGaSe，CIGS)薄膜太阳电池由于由于转薄膜太阳电池由于由于转换效率
43、较高、制作成本较低、没有性能衰减等优良特性而日益受到人们的换效率较高、制作成本较低、没有性能衰减等优良特性而日益受到人们的广泛关注。铜铟镓硒薄膜太阳电池是在广泛关注。铜铟镓硒薄膜太阳电池是在20世纪世纪80年代后期开发出来的新型年代后期开发出来的新型太阳电池，是各种薄膜太阳电池中效率最高、最有发展前途的薄膜太阳电太阳电池，是各种薄膜太阳电池中效率最高、最有发展前途的薄膜太阳电池之一。池之一。l 任务目的任务目的 1.了解铜铟镓硒太阳电池的研究历程了解铜铟镓硒太阳电池的研究历程2.掌握铜铟镓硒晶体结构掌握铜铟镓硒晶体结构3.熟悉熟悉CIGS太阳电池组件结构太阳电池组件结构4.了解了解卷对卷技术的
44、卷对卷技术的CIGSCIGS太阳能电池太阳能电池知识应用知识应用l铜铟镓硒（铜铟镓硒（CIGS）属于化合物半导体，）属于化合物半导体，CIGS随着铟镓含量的随着铟镓含量的不同，其光吸收范围可从不同，其光吸收范围可从1.04eV至至1.67eV。若是利用聚光装置。若是利用聚光装置的辅助，目前转换效率已经可达的辅助，目前转换效率已经可达30%，标准环境测试下组件转，标准环境测试下组件转换效换效19.5%。一、铜铟镓硒晶体结构及吸收特性一、铜铟镓硒晶体结构及吸收特性知识应用知识应用v 直接带隙半导体，其光吸收系数高达直接带隙半导体，其光吸收系数高达10105 5量级量级v GaGa的掺入会改变晶体的
45、晶格常数，的掺入会改变晶体的晶格常数，改变原子之间的作用力，最终实现材改变原子之间的作用力，最终实现材料禁带宽度的改变，在料禁带宽度的改变，在1.04-1.67eV1.04-1.67eV范围内可以根据设计调整，以达到最范围内可以根据设计调整，以达到最高的转换效率高的转换效率v 一般一般GaGa替代约替代约2525 3030的的InIn原子原子时可形成高效时可形成高效CIGSCIGS太阳电池太阳电池CIGS晶体结构晶体结构知识应用知识应用2.薄膜太阳电池薄膜太阳电池CIGS吸收层特性吸收层特性第一，通过调节第一，通过调节Ga替代替代In的比率，可以使半导体禁带能隙在的比率，可以使半导体禁带能隙在
46、1.041.67 eV之间之间变化，非常适合调整和优化材料的能隙宽度来增强对太阳光谱的响应。变化，非常适合调整和优化材料的能隙宽度来增强对太阳光谱的响应。第二，作为直接带隙半导体，是已知的半导体材料中光吸收系数最高的，达到第二，作为直接带隙半导体，是已知的半导体材料中光吸收系数最高的，达到105/cm第三，黄铜矿相结构第三，黄铜矿相结构CIGS吸收层与具有闪锌矿结构的吸收层与具有闪锌矿结构的CdS形成良好的晶格匹配，形成良好的晶格匹配，失配率只有失配率只有1.2%第四，第四，CIGS系半导体没有光致衰退这一硅系太阳电池很难克服的效应，并且抗系半导体没有光致衰退这一硅系太阳电池很难克服的效应，并
47、且抗辐射能力强，寿命高于单晶硅辐射能力强，寿命高于单晶硅第五，第五，CIGS薄膜的制备具有一定的环境宽容性，使得薄膜的制备具有一定的环境宽容性，使得CIS系太阳电池在衬底选择系太阳电池在衬底选择上拥有较大的空间上拥有较大的空间知识应用知识应用二、铜铟镓硒薄膜太阳电池结构二、铜铟镓硒薄膜太阳电池结构知识应用知识应用通常使用钠玻璃通常使用钠玻璃(Soda-lime)(Soda-lime)基板，钠玻璃除了价格便宜外，热膨基板，钠玻璃除了价格便宜外，热膨胀系数与胀系数与CIGSCIGS吸收层薄膜相当接近吸收层薄膜相当接近。在成长薄膜时，因基板温度接近钠玻璃的玻璃软化温度，所以钠离在成长薄膜时，因基板温
48、度接近钠玻璃的玻璃软化温度，所以钠离子将会经过钼金属薄膜层扩散至吸收层。子将会经过钼金属薄膜层扩散至吸收层。当钠离子跑至当钠离子跑至CIGSCIGS薄膜时，会使薄膜的薄膜时，会使薄膜的晶粒变大，且增加导电性，晶粒变大，且增加导电性，降低串联电阻。降低串联电阻。1.衬底衬底知识应用知识应用用直用直溅镀或者电子束蒸镀的方式沉积一层钼溅镀或者电子束蒸镀的方式沉积一层钼(Mo)(Mo)当作背电极，接当作背电极，接正极。正极。钼金属与钼金属与CIGSCIGS薄膜具有良好之欧姆接触特性，此外钼金属薄膜具有薄膜具有良好之欧姆接触特性，此外钼金属薄膜具有高度的高度的光反射性、低电阻。光反射性、低电阻。2.Mo
49、(0.51.5m)知识应用知识应用吸收层吸收层CIGSCIGS本身具黄铜矿结构本身具黄铜矿结构(Chal(Chalc copyrite)opyrite)，可以藉由化学组成的调节直接，可以藉由化学组成的调节直接得到得到P-typeP-type或者是或者是N-typeN-type 。真空方式真空方式 (1)(1)共蒸镀共蒸镀(Co-evaporation)(Co-evaporation)(2)(2)溅镀溅镀(Sputtering)(Sputtering)非真空方式非真空方式 (1)(1)电镀电镀(Electro-deposition)(Electro-deposition)(2)(2)涂布制程涂布
50、制程(Coating Process)(Coating Process)3.CIGS(1.52m)知识应用知识应用缓冲层硫化镉可用来降低缓冲层硫化镉可用来降低ZnOZnO与与CIGSCIGS间之能带上的连续间之能带上的连续(band(band discontinuity)discontinuity)。使用使用化学水浴沉积法化学水浴沉积法(chemical bath deposition(chemical bath deposition，简称，简称CBD)CBD)成长可提成长可提供供CIGSCIGS上表面平整的均匀覆盖。上表面平整的均匀覆盖。缓冲层要求高透光率缓冲层要求高透光率，以便能使入射光顺
