第6章 薄膜太陽電池制造技術(shù)

1、第6章 薄膜太陽電池制造技術(shù)6.1 硅基薄膜材料及其制備硅基薄膜材料及其制備6.2 非晶硅薄膜太陽電池制造工藝非晶硅薄膜太陽電池制造工藝6.3 非晶硅非晶硅/微晶硅薄膜太陽電池制造工藝微晶硅薄膜太陽電池制造工藝6.4 碲化鎘薄膜太陽電池制造工藝碲化鎘薄膜太陽電池制造工藝6.5 銅銦鎵硒薄膜太陽電池制造工藝銅銦鎵硒薄膜太陽電池制造工藝一、硅基薄膜的物性及分類一、硅基薄膜的物性及分類 硅基薄膜就是在襯底上沉積硅元素制成的硅薄膜材料。通常硅基薄膜太陽電池分為非晶硅、微晶硅、多晶硅和單晶硅薄膜電池。非晶硅中硅原子呈現(xiàn)無序排列，相應(yīng)的薄膜中存在懸掛鍵。微晶硅中納米量級(jí)的硅晶粒(小于1m)鑲嵌在非晶硅中，

2、晶粒邊界處的原子呈無序態(tài)。多晶硅主要由大晶粒(1m1mm)構(gòu)成，并且沒有非晶相存在。單晶硅具有完整的晶體結(jié)構(gòu)，是理想的半導(dǎo)體材料，但其制備成本也最高。 6.1 硅基薄膜材料及其制備硅基薄膜材料及其制備單晶硅、多晶硅、非晶硅結(jié)構(gòu)示意圖單晶硅、多晶硅、非晶硅結(jié)構(gòu)示意圖硅基薄膜的制備方法硅基薄膜的制備方法物理氣相沉積（物理氣相沉積（PVD）化學(xué)氣相沉積（化學(xué)氣相沉積（CVD）磁控濺射（磁控濺射（MS ）分子束外延（分子束外延（MBE）等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）熱絲化學(xué)氣相沉積（熱絲化學(xué)氣相沉積（HWCVD）射頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（射頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉

3、積（RF-PECVD）二、硅基薄膜的制備方法二、硅基薄膜的制備方法 在硅基薄膜的各種直接制備法中，通過調(diào)節(jié)制備過程中的關(guān)鍵參數(shù)，可以制備出非晶硅和多晶硅基薄膜。多晶薄膜也可以通過非晶薄膜再結(jié)晶方法。固相晶化法，激光誘導(dǎo)退火，金屬誘導(dǎo)晶化。三、多晶硅基薄膜的間接制備法三、多晶硅基薄膜的間接制備法6.2 非晶硅薄膜太陽電池制造工藝非晶硅薄膜太陽電池制造工藝 隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前主流的非晶硅薄膜電池使用壽命已在10年以上。這使得非晶硅薄膜電池成為目前最被看好的薄膜電池技術(shù)之一。1.非晶硅薄膜制備技術(shù)及其太陽電池結(jié)構(gòu)2.非晶硅太陽電池制造工藝3.非晶硅太陽電池的封裝工藝4.了解非晶硅薄膜太陽電池的光致

4、衰減效應(yīng)一、非晶硅薄膜的制備一、非晶硅薄膜的制備 由由非晶態(tài)合金的制備知道，要獲得非晶態(tài)，需要有高的冷卻速率，而非晶態(tài)合金的制備知道，要獲得非晶態(tài)，需要有高的冷卻速率，而對(duì)冷卻速率的具體要求隨材料而定。硅要求有極高的冷卻速率，用液對(duì)冷卻速率的具體要求隨材料而定。硅要求有極高的冷卻速率，用液態(tài)快速淬火的方法目前還無法得到非晶態(tài)。態(tài)快速淬火的方法目前還無法得到非晶態(tài)。v 氣相淀積非晶硅薄膜的技術(shù)氣相淀積非晶硅薄膜的技術(shù) 真空蒸發(fā)真空蒸發(fā) 輝光放電輝光放電 反應(yīng)濺射反應(yīng)濺射 化學(xué)氣相淀積等化學(xué)氣相淀積等一般所用的主要原料是單硅烷（SiH4）、二硅烷（Si2H6）、四氟化硅（SiF4）等，純度要求很高

5、。非晶硅膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與制備工藝的關(guān)系非常密切，目前認(rèn)為以輝光放電法制備的非晶硅膜質(zhì)量最好，設(shè)備也并不復(fù)雜。1. 主要主要原料原料2. 非晶硅非晶硅太陽能電池構(gòu)造太陽能電池構(gòu)造非晶硅(a-Si)太陽電池是在玻璃襯底上沉積透明導(dǎo)電膜(TCO)，然后依次用等離子體反應(yīng)沉積p型、i型、n型三層a-Si，接著再蒸鍍金屬電極鋁(Al)。光從玻璃面入射，電池電流從透明導(dǎo)電膜和鋁引出，其結(jié)構(gòu)可表示為glass/TCO/pin/Al，還可以用不銹鋼片、塑料等作襯底制備非晶硅柔性太陽電池。 玻璃TCOi 層 a-Si:Hn 型a-Si:H氧化鋅或二氧化錫鋁或銀P型a-Si：H-+-+透明導(dǎo)電膜p型 a-Si:H

6、絨面絨面TCO透光導(dǎo)電減反射電池載體電池載體非晶硅太陽能電池結(jié)構(gòu)圖非晶硅太陽能電池結(jié)構(gòu)圖由于a-Si(非晶硅)多缺陷的特點(diǎn)，a-Si的p-n結(jié)是不穩(wěn)定的，而且光照時(shí)光電導(dǎo)不明顯，幾乎沒有有效的電荷收集。所以，a-Si太陽能電池基本結(jié)構(gòu)不是p-n結(jié)而是p-i-n結(jié)。摻硼形成P區(qū)，摻磷形成n區(qū)，i為非雜質(zhì)或輕摻雜的本征層(因?yàn)榉菗诫s的a-Si是弱n型)。重?fù)诫s的p、n區(qū)在電池內(nèi)部形成內(nèi)建電場(chǎng)，以收集電荷。同時(shí)兩者可與導(dǎo)電電極形成歐姆接觸，為外部提供電功率。i區(qū)是光敏區(qū)，此區(qū)中光生電子、空穴是光伏電力的源泉。3. p-i-n 結(jié)結(jié)非晶硅薄膜太陽電池的生產(chǎn)線主要包括如下設(shè)備：導(dǎo)電玻璃磨邊設(shè)備，導(dǎo)電玻璃

7、清洗設(shè)備，大型非晶硅薄膜PECVD生產(chǎn)設(shè)備（包括輔助設(shè)備），紅外激光、綠激光刻劃設(shè)備，大型磁控濺射生產(chǎn)設(shè)備，組件測(cè)試設(shè)備。4. 主要主要生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)設(shè)備采用硅烷等離子體分解法，將硅烷（摻雜少量的乙硼烷或磷化氫等氣體）在導(dǎo)電玻璃上低溫成膜，通過磁控濺射制作鋁電極連接背電極。最后，用防護(hù)玻璃罩密封EVA箔形成太陽能電池組件。二、非晶硅薄膜太陽電池制造工藝二、非晶硅薄膜太陽電池制造工藝透明導(dǎo)電膜（透明導(dǎo)電膜（FTO)玻璃磨邊清洗玻璃磨邊清洗背玻璃磨孔清洗背玻璃磨孔清洗紅外激光紅外激光TCO刻槽刻槽磁控濺射磁控濺射PVD鍍鍍AZO-鋁背電極膜系鋁背電極膜系綠激光背電極刻槽綠激光背電極刻槽綠激光非晶硅膜

8、系刻槽綠激光非晶硅膜系刻槽PECVD非晶硅膜系沉積非晶硅膜系沉積超聲焊接鋁箔匯流帶超聲焊接鋁箔匯流帶測(cè)試測(cè)試-電法修復(fù)電法修復(fù)-退火退火封裝封裝-安裝端子盒安裝端子盒-成品測(cè)試分揀成品測(cè)試分揀1.導(dǎo)電玻璃清洗：將外購(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)透明導(dǎo)電玻璃板和玻璃背板放入專用清洗機(jī)進(jìn)行自動(dòng)清洗。清洗液為電阻率10M以上的去離子純水。2.導(dǎo)電玻璃劃線：根據(jù)生產(chǎn)線預(yù)定的線距， 用專用激光劃線機(jī)對(duì)透明導(dǎo)電玻璃板進(jìn)行激光劃線（刻蝕），將透明導(dǎo)電玻璃板上的透明導(dǎo)電層劃線分割，目的是將整板分為若干塊，作為若干個(gè)單體電池的電極。3.PECVD：將清洗潔凈的SnO2透明導(dǎo)電玻璃裝入“ 沉積夾具”，推入烘爐進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱后將其轉(zhuǎn)移入

9、PECVD 沉積爐，進(jìn)行pin/pin 沉積。4.綠激光刻劃a- Si 膜：根據(jù)生產(chǎn)預(yù)定的線寬以及與SnO2切割線的線間距， 用綠激光將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。工藝流程簡(jiǎn)述工藝流程簡(jiǎn)述4.濺射鍍鋁：鍍鋁的目的是形成電池的背電極，以增加太陽能電池對(duì)光的吸收。在真空反應(yīng)室中放鍍膜所需的金屬構(gòu)成的靶材，并將靶材接地；然后將氬氣充入反應(yīng)室內(nèi)，電離成電荷。帶正電荷的氬離子被不帶電的靶材吸引，加速?zèng)_向靶。在加速過程中這些離子受到引力作用，獲得動(dòng)量，轟擊靶材。這樣一來，靶材中的原子或分子就會(huì)散布在反應(yīng)室中，其中

10、一部分漸漸地停落在產(chǎn)品表面。6.綠激光刻鋁：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)。7.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)，來判斷某道工序是否出現(xiàn)問題，便于提高電池的質(zhì)量。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(chǎng)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。三、非晶硅薄膜太陽電池封裝工藝三、非晶硅薄膜太陽電池封裝工藝1、電池/UV光固

11、膠 適用：電池芯板儲(chǔ)存 制造工藝流程：電池芯板覆涂UV膠紫外光固分類儲(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、小型電源等 制造工藝流程：電池芯板貼PVC膜切割邊緣處理焊線焊點(diǎn)保護(hù)檢測(cè)包裝注：邊緣處理目的是防止短路，處理的方法有化學(xué)腐蝕法、激光刻劃等。注：邊緣處理目的是防止短路，處理的方法有化學(xué)腐蝕法、激光刻劃等。3、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)檢測(cè)裝邊框（電池四周加套防震橡膠）

12、裝插座檢測(cè)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。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。（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（或芯板切割邊緣處理）焊涂錫帶檢測(cè)EVA/PET層壓檢測(cè)裝邊框（邊框四周注電子硅膠）裝接線盒（或裝插頭）連接線夾檢測(cè)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。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 適用：發(fā)電系統(tǒng)等 制造工藝流程：電池芯板電池四周噴砂或激光處

13、理（10mm）超聲焊接檢測(cè)層壓（電池/EVA/經(jīng)鉆孔的普通玻璃）裝邊框（或不裝框）裝接線盒連接線夾檢測(cè)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。該方法制造的組件特點(diǎn)：防水性、防腐性、可靠性好，成本高。Staebler-Wronski 效應(yīng)1977 年，D.L.Staebler 和C.R.Wronski 發(fā)現(xiàn)非晶硅樣品在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間光照后，其光電導(dǎo)和暗電導(dǎo)都顯著減小，將照樣品放在150度下退火30分鐘，再冷卻到室溫，樣品又恢復(fù)原來狀態(tài)。這一現(xiàn)象被稱為Staebler-Wronski 效應(yīng)，簡(jiǎn)稱S-W效應(yīng)。研究表明在光照后非晶硅中缺陷密度明顯增加。四、效率及性能四、效率及性能盡管

14、非晶硅是一種很好的太陽能電池材料，但由于其光學(xué)帶隙為1.7eV，使得材料本身對(duì)太陽輻射光譜的長(zhǎng)波區(qū)域不敏感，這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)隨著光照時(shí)間的延續(xù)而衰減，即所謂的光致衰退S-W效應(yīng)，使得電池性能不穩(wěn)定。解決問題的途徑：制備疊層太陽能電池，即在制備的p-i-n單結(jié)太陽能電池上再沉積一個(gè)或多個(gè)p-i-n子電池制得。性能限制性能限制近年來，非晶硅薄膜太陽電池逐漸從各種類型的太陽電池中脫穎而出，在全球范圍內(nèi)掀起了一股投資熱潮。大尺寸玻璃基板薄膜太陽電池投入市場(chǎng)，必將極大地加速光伏建筑一體化、屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)以及光伏電站等的推廣和普及。非晶硅薄膜電池在高氣溫條件下衰

15、減微弱，所以也適合高溫、荒漠地區(qū)建設(shè)電站。應(yīng)用應(yīng)用保定天威薄膜光伏有限公司非晶硅薄膜組件五、產(chǎn)品實(shí)例五、產(chǎn)品實(shí)例6.3 非晶硅非晶硅/微晶硅薄膜太陽電池制造工藝微晶硅薄膜太陽電池制造工藝由于非晶硅具有光致衰減效應(yīng)（S-W效應(yīng)）等缺點(diǎn)，故新一代的硅基薄膜太陽電池技術(shù)通常使用雙結(jié)或多結(jié)疊層技術(shù)，堆疊其它具有較高光吸收系數(shù)的光吸收層，以減少光能損耗并提高電池轉(zhuǎn)換效率。國(guó)內(nèi)以正泰太陽能的薄膜非晶硅/微晶硅疊層電池為代表, 即以非晶硅為頂電池, 以微晶硅為底電池的疊層電池, 是目前獲得高效率高穩(wěn)定性硅基薄膜太陽電池的最佳途徑。1.非晶硅/微晶硅薄膜太陽電池結(jié)構(gòu) 2.非晶硅/微晶硅太陽電池制造工藝 微晶硅

16、材料是微晶粒、晶粒間界和非晶相共存的混合相材料,一般都存在微空洞,其帶隙隨著晶相比的不同,由1.2eV到1.7eV連續(xù)可調(diào),而且?guī)缀鯖]有光致衰退效應(yīng)。薄膜非晶硅/微晶硅疊層電池, 即以非晶硅為頂電池, 以微晶硅為底電池的疊層電池, 是目前獲得高效率高穩(wěn)定性硅基薄膜太陽電池的最佳途徑。 疊層電池的非晶硅子電池的本征吸收層較原來的單結(jié)電池的吸收層薄, 可以抑制光致衰減效應(yīng), 大大提高電池的穩(wěn)定性; 以微晶硅為底電池可以將硅基薄膜太陽電池的紅光響應(yīng)邊由非晶硅電池的700nm擴(kuò)展到微晶電池的1100nm, 大大提高電池對(duì)太陽光的光譜收集范圍。因此，薄膜非晶硅/微晶硅疊層電池, 是目前國(guó)內(nèi)外研究和制造的

17、熱點(diǎn)方向。一一、非晶硅、非晶硅/微晶硅薄膜太陽電池概況微晶硅薄膜太陽電池概況二、非晶硅二、非晶硅/微晶硅薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)微晶硅薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)正泰太陽能公司正泰太陽能公司“非晶非晶/微晶微晶”高效薄膜太陽能電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖高效薄膜太陽能電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖玻璃透明電極非晶硅 p-i-n微晶硅 p-i-n背電極背接觸背反射PVB玻璃第第1步：襯底玻璃步：襯底玻璃第第3步：激光刻劃步：激光刻劃1第第4步：步：a-Si 沉積沉積第第2步：前接觸步：前接觸第第5步：步：c-Si 沉積沉積第第6步：激光刻劃步：激光刻劃2三、非晶硅三、非晶硅/微晶硅薄膜太陽電池制造工藝微晶硅薄膜太陽電池制造工藝第第8步：

18、激光刻劃步：激光刻劃3第第10步：產(chǎn)生電流步：產(chǎn)生電流第第9步：步：P&N 接觸接觸第第7步：背接觸步：背接觸非晶硅/微晶硅疊層電池的主要制備步驟：1、沉積透明導(dǎo)電膜（ITO、AZO或FTO）在玻璃襯底上，使用激光光刻機(jī)對(duì)透明導(dǎo)電膜進(jìn)行光刻分塊，形成大規(guī)模集成的前電極塊與塊之間相互絕緣的隔離溝槽；2、采用PECVD或VHF-PECVD來沉積頂電池，沉積壓力為50-1000Pa，襯底溫度為150-250，在透明導(dǎo)電膜上依次沉積p型非晶硅摻雜層、i本征非晶硅層和n型非晶硅摻雜層，制備出頂電池；3、預(yù)熱已沉積的器件，溫度為180-250，沉積壓力為130-1000Pa，在真空室中用PECVD

19、或VHF-PECVD法，在中間透明反射層背面沉積微晶硅薄膜底電池；工藝簡(jiǎn)述工藝簡(jiǎn)述4、使用激光光刻機(jī)穿透頂電池和底電池各膜層，形成一條與穿透厚度相同的隔離溝道；5、使用磁控濺射在底電池的N層上沉積一層透明導(dǎo)電膜；6、采用磁控濺射或真空蒸發(fā)，在底電池的透明導(dǎo)電膜上沉積金屬鋁膜作為背電極；7、使用激光刻透玻璃襯底上除前電極外所有的膜層，形成一條與穿透厚度相同的隔離溝道，該隔離溝道將各電池單元分割，制成串聯(lián)電池組件正泰太陽能非晶硅/微晶硅薄膜光伏組件四、產(chǎn)品實(shí)例四、產(chǎn)品實(shí)例6.4 碲化鎘薄膜太陽電池制造工藝碲化鎘薄膜太陽電池制造工藝碲化鎘薄膜太陽能電池在工業(yè)規(guī)模上成本大大優(yōu)于晶體硅和其他材料的太陽能

20、電池技術(shù)，并且與太陽的光譜最一致，可吸收95%以上的陽光。工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，標(biāo)準(zhǔn)工藝，低能耗，無污染，生命周期結(jié)束后，可回收，強(qiáng)弱光均可發(fā)電，溫度越高表現(xiàn)越好。1. 碲化鎘的性質(zhì)及晶體結(jié)構(gòu)2. 碲化鎘太陽電池概況3. 碲化鎘太陽電池結(jié)構(gòu)及制造工藝4. 碲化鎘太陽電池可持續(xù)發(fā)展的可能 CdTe是一種化合物半導(dǎo)體，在太陽能電池中一般作吸收層。由于它的直接帶隙為1.45eV，最適合于光電能量轉(zhuǎn)換，因此使得約2m厚的CdTe吸收層在其帶隙以上的光學(xué)吸收率達(dá)到90%成為可能，允許的最高理論轉(zhuǎn)換效率在大氣質(zhì)量AM1.5條件下高達(dá)28%。一、碲化鎘的性質(zhì)及晶體結(jié)構(gòu)一、碲化鎘的性質(zhì)及晶體結(jié)構(gòu)分子式分子式CdTe

21、（Cadmium telluride）摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量240.01 g mol1 密度密度5.85 g/cm3熔點(diǎn)熔點(diǎn)1092 沸點(diǎn)沸點(diǎn)1130 溶解度溶解度insoluble帶隙帶隙1.45 eV （300 K, 直接帶隙）直接帶隙）折射率折射率 (nD)2.67 （10 m）化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)能與能與HCl和和HBr等酸反應(yīng)等酸反應(yīng), 形成有毒氣體碲化氫和有毒鎘鹽形成有毒氣體碲化氫和有毒鎘鹽碲化鎘的性質(zhì)碲化鎘的性質(zhì) -族化合物中最高的平均原子數(shù)，最低的熔點(diǎn)，最大的晶格族化合物中最高的平均原子數(shù)，最低的熔點(diǎn)，最大的晶格常數(shù)和最大的離子性。常數(shù)和最大的離子性。CdTe具有閃鋅礦（具有閃鋅礦（Zn

22、S）結(jié)構(gòu)，鍵長(zhǎng)度）結(jié)構(gòu)，鍵長(zhǎng)度2.806，晶格常數(shù)，晶格常數(shù)6.481。碲化鎘的晶體結(jié)構(gòu)碲化鎘的晶體結(jié)構(gòu)金屬層金屬層緩沖層緩沖層p-CdTe玻璃基板玻璃基板TCOn-CdS+-電池結(jié)構(gòu)圖電池結(jié)構(gòu)圖二、碲化鎘太陽電池結(jié)構(gòu)二、碲化鎘太陽電池結(jié)構(gòu) 基片清洗透明導(dǎo)電膜處理激光刻劃襯底清洗沉積硫化鎘沉積碲化鎘熱處理制備背接觸激光刻劃沉積背電極電聯(lián)結(jié)初測(cè)封裝檢測(cè)其中的關(guān)鍵工藝為：沉積硫化鎘：化學(xué)浴沉積。用氯化鎘、硫脲、氯化銨、胺水等，在80-90的溫度下進(jìn)行。沉積碲化鎘：近空間升華法沉積（CSS）。采用碲化鎘粉作源材料，用氬氣保護(hù)，在560左右下進(jìn)行。制備背接觸：用共蒸發(fā)沉積碲化鋅作背接觸層，源材料分別為

23、銅和碲化鋅粉，在室溫下進(jìn)行真空蒸發(fā)。背電極：用電子束蒸發(fā)鍍鎳作背電極。三、碲化鎘薄膜太陽電池制造工藝三、碲化鎘薄膜太陽電池制造工藝四川阿波羅四川阿波羅碲化鎘薄膜太陽電池生產(chǎn)工藝流程圖碲化鎘薄膜太陽電池生產(chǎn)工藝流程圖Firstsolar碲化鎘薄膜光伏組件四、產(chǎn)品實(shí)例四、產(chǎn)品實(shí)例1. 碲化鎘環(huán)境影響分析 鎘與碲均屬稀有元素，世界鎘儲(chǔ)量有180多萬噸，碲儲(chǔ)量有4-5萬噸。碲化鎘是半導(dǎo)體材料，而碲化鎘薄膜太陽能電池的研究及應(yīng)用是當(dāng)今光伏領(lǐng)域的熱點(diǎn)。碲原料稀缺，無法保證碲化鎘太陽能電池的不斷增產(chǎn)的需求。鎘作為重金屬是有毒的。碲化鎘太陽能電池在生產(chǎn)和使用過程中的萬一有排放和污染，會(huì)影響環(huán)境。 研究證明，C

24、dTe組件不會(huì)在火災(zāi)中造成危害：CdTe的蒸汽壓極低，熔點(diǎn)和沸點(diǎn)很高，在遇火時(shí)幾乎可以被熔化的玻璃完全包裹住。將CdTe光伏組件置于760-1100火焰中的實(shí)驗(yàn)證明，CdTe會(huì)擴(kuò)散至玻璃當(dāng)中，而不會(huì)進(jìn)入大氣，更高的溫度只會(huì)導(dǎo)致CdTe進(jìn)一步擴(kuò)散至玻璃中。在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，每100萬千瓦釋放的鎘總量極限為0.01克。目前的火力發(fā)電廠排放的鎘大大高于碲化鎘電池。五、碲化鎘環(huán)境影響分析及可持續(xù)發(fā)展五、碲化鎘環(huán)境影響分析及可持續(xù)發(fā)展美國(guó)不僅是生產(chǎn)碲化鎘基薄膜電池的創(chuàng)始者，也是該領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。First Solar公司是從事優(yōu)質(zhì)碲化鎘基電池生產(chǎn)的第一家公司。First Solar擁有供給3400兆瓦太陽能電

25、池的長(zhǎng)期合同，與中國(guó)政府簽訂了建設(shè)總功率約2000兆瓦太陽能電站建設(shè)的備忘錄。當(dāng)First Solar每賣出一套產(chǎn)品，就提取一定比例的收入作為回收基金，由獨(dú)立的第三方機(jī)構(gòu)所管理，當(dāng)產(chǎn)品達(dá)到使用壽命年限之后，由獨(dú)立運(yùn)作基金成立的回收公司會(huì)將產(chǎn)品回收。因?yàn)槭仟?dú)立運(yùn)作，且不會(huì)因?yàn)镕irst Solar營(yíng)運(yùn)狀況的好壞而受到影響，可保證產(chǎn)品全部回收，不會(huì)在產(chǎn)品超過使用壽命年限后被任意丟棄。First Solar的再利用工藝能夠循環(huán)利用95%的半導(dǎo)體材料和90%的玻璃，可部分解決一些稀有材料如碲元素的料源問題。2.First Solar 產(chǎn)品回收機(jī)制產(chǎn)品回收機(jī)制6.5 銅銦鎵硒薄膜太陽電池制造工藝銅銦鎵硒

26、薄膜太陽電池制造工藝在光學(xué)領(lǐng)域，銅銦鎵硒(CuInGaSe，CIGS)薄膜太陽電池由于由于轉(zhuǎn)換效率較高、制作成本較低、沒有性能衰減等優(yōu)良特性而日益受到人們的廣泛關(guān)注。銅銦鎵硒薄膜太陽電池是在20世紀(jì)80年代后期開發(fā)出來的新型太陽電池，是各種薄膜太陽電池中效率最高、最有發(fā)展前途的薄膜太陽電池之一。1.銅銦鎵硒太陽電池的研究歷程2.銅銦鎵硒晶體結(jié)構(gòu)3.CIGS太陽電池組件結(jié)構(gòu)4.4.卷對(duì)卷技術(shù)的卷對(duì)卷技術(shù)的CIGSCIGS太陽能電池太陽能電池銅銦鎵硒（CIGS）屬于化合物半導(dǎo)體，CIGS隨著銦鎵含量的不同，其光吸收范圍可從1.04eV至1.67eV。若是利用聚光裝置的輔助，目前轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)可達(dá)30

27、%，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境測(cè)試下組件轉(zhuǎn)換效19.5%。一、銅銦鎵硒晶體結(jié)構(gòu)及吸收特性一、銅銦鎵硒晶體結(jié)構(gòu)及吸收特性v 直接帶隙半導(dǎo)體，其光吸收系數(shù)高達(dá)直接帶隙半導(dǎo)體，其光吸收系數(shù)高達(dá)10105 5量級(jí)量級(jí)v GaGa的摻入會(huì)改變晶體的晶格常數(shù)，的摻入會(huì)改變晶體的晶格常數(shù)，改變?cè)又g的作用力，最終實(shí)現(xiàn)材改變?cè)又g的作用力，最終實(shí)現(xiàn)材料禁帶寬度的改變，在料禁帶寬度的改變，在1.04-1.67eV1.04-1.67eV范圍內(nèi)可以根據(jù)設(shè)計(jì)調(diào)整，以達(dá)到最范圍內(nèi)可以根據(jù)設(shè)計(jì)調(diào)整，以達(dá)到最高的轉(zhuǎn)換效率高的轉(zhuǎn)換效率v 一般一般GaGa替代約替代約2525 3030的的InIn原子原子時(shí)可形成高效時(shí)可形成高效CIGSCI

28、GS太陽電池太陽電池CIGS晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)薄膜太陽電池薄膜太陽電池CIGS吸收層特性吸收層特性第一，通過調(diào)節(jié)Ga替代In的比率，可以使半導(dǎo)體禁帶能隙在1.041.67 eV之間變化，非常適合調(diào)整和優(yōu)化材料的能隙寬度來增強(qiáng)對(duì)太陽光譜的響應(yīng)。第二，作為直接帶隙半導(dǎo)體，是已知的半導(dǎo)體材料中光吸收系數(shù)最高的，達(dá)到105/cm第三，黃銅礦相結(jié)構(gòu)CIGS吸收層與具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)的CdS形成良好的晶格匹配，失配率只有1.2%第四，CIGS系半導(dǎo)體沒有光致衰退這一硅系太陽電池很難克服的效應(yīng)，并且抗輻射能力強(qiáng)，壽命高于單晶硅第五，CIGS薄膜的制備具有一定的環(huán)境寬容性，使得CIS系太陽電池在襯底選擇上擁有較大的

29、空間二、銅銦鎵硒薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)二、銅銦鎵硒薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)通常使用鈉玻璃(Soda-lime) 基板，鈉玻璃除了價(jià)格便宜外，熱膨脹系數(shù)與CIGS吸收層薄膜相當(dāng)接近。在成長(zhǎng)薄膜時(shí)，因基板溫度接近鈉玻璃的玻璃軟化溫度，所以鈉離子將會(huì)經(jīng)過鉬金屬薄膜層擴(kuò)散至吸收層。當(dāng)鈉離子跑至CIGS薄膜時(shí)，會(huì)使薄膜的晶粒變大，且增加導(dǎo)電性，降低串聯(lián)電阻。1. 襯底襯底2. Mo (0.51.5m) 用直濺鍍或者電子束蒸鍍的方式沉積一層鉬(Mo)當(dāng)作背電極，接正極。 鉬金屬與CIGS薄膜具有良好之歐姆接觸特性，此外鉬金屬薄膜具有高度的光反射性、低電阻。 吸收層CIGS本身具黃銅礦結(jié)構(gòu)(Chalcopyrite)，可

30、以藉由化學(xué)組成的調(diào)節(jié)直接得到P-type或者是N-type 。 真空方式 (1) 共蒸鍍(Co-evaporation) (2) 濺鍍(Sputtering ) 非真空方式 (1) 電鍍(Electro-deposition) (2) 涂布制程(Coating Process)3. CIGS (1.52m) 緩沖層硫化鎘可用來降低ZnO與CIGS間之能帶上的連續(xù)(band discontinuity)。 使用化學(xué)水浴沉積法(chemical bath deposition，簡(jiǎn)稱CBD)成長(zhǎng)可提供CIGS上表面平整的均勻覆蓋。 緩沖層要求高透光率，以便能使入射光順利進(jìn)入主吸收層材料被有效的吸收。

31、4. CdS(0.05 m) 化學(xué)水浴沉積法(Chemical bath deposition)是一種制備半導(dǎo)體薄膜的技術(shù)，方法是將基板浸入含有金屬離子及OH-、S2- 或Se2- 離子的水溶液中，通過控制水溶液的溫度及pH值，使金屬離子與OH-、S2- 或Se2-離子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成化合物半導(dǎo)體沉積在基板上?；瘜W(xué)水浴沉積法 透明導(dǎo)電膜(TCO)要低電阻、高透光率，但ZnO本身是高電阻材料，因此外加鋁重?fù)诫s氧化鋅(ZnO: Al) 改善其電性，但是會(huì)降低透光率，因此須在此找到最適合的摻雜濃度 。 多半用RF濺鍍法(RF sputter)達(dá)成鍍膜。 蒸鍍上鎳/鋁(Ni/Al)層當(dāng)作頂層電極，接負(fù)極。5. 導(dǎo)電層導(dǎo)電層 CIGS光電轉(zhuǎn)化層的制備技術(shù)主要有蒸鍍法，硒化法，濺射法，絲網(wǎng)印刷法，化學(xué)氣相