1、項目二項目二 薄膜太陽電池制造工藝薄膜太陽電池制造工藝l項目導入項目導入 利用薄膜技術制備太陽電池，被認為是未來大幅度降低太陽能電利用薄膜技術制備太陽電池，被認為是未來大幅度降低太陽能電池成本的根本出路，薄膜太陽電池將成為太陽電池研發和制造的重點方池成本的根本出路，薄膜太陽電池將成為太陽電池研發和制造的重點方向和主流。向和主流。l知識目標知識目標 l掌握硅基薄膜太陽電池的主要類別及制造工藝掌握硅基薄膜太陽電池的主要類別及制造工藝l掌握碲化鎘薄膜太陽電池的制造工藝及可持續發展掌握碲化鎘薄膜太陽電池的制造工藝及可持續發展l掌握銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制造工藝掌握銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制造工藝l技能目

2、標技能目標 l掌握薄膜的主要制備技術掌握薄膜的主要制備技術l掌握硅基、碲化鎘、銅銦鎵硒薄膜太陽電池制造工藝掌握硅基、碲化鎘、銅銦鎵硒薄膜太陽電池制造工藝1.掌握薄膜太陽電池封裝工藝銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制造工藝掌握薄膜太陽電池封裝工藝銅銦鎵硒薄膜太陽電池的制造工藝任務一任務一 硅基薄膜材料及其制備硅基薄膜材料及其制備l任務分析任務分析 在光伏電池領域在光伏電池領域, 硅基薄膜太陽電池因其原材料儲量硅基薄膜太陽電池因其原材料儲量豐富、無污染、制備工藝簡單、便于大面積連續化生產等豐富、無污染、制備工藝簡單、便于大面積連續化生產等優點優點, 受到國內外專家的廣泛關注。硅基薄膜作為光電轉受到國內外專家

3、的廣泛關注。硅基薄膜作為光電轉化層，其制備技術對太陽電池的性能影響至關重要。化層，其制備技術對太陽電池的性能影響至關重要。 l任務目的任務目的 l了解硅基薄膜的分類及性質了解硅基薄膜的分類及性質1.熟悉硅基薄膜材料的制備方法熟悉硅基薄膜材料的制備方法知識應用知識應用一、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。特點如下:l非晶硅中硅原子呈現無序排列，相應的薄膜中存在懸掛鍵。l微晶硅中納米量級的硅晶粒(小于1m)鑲嵌在非晶硅中，晶粒邊界處的原子呈無序態。l多晶硅主要由大晶粒(1m1

4、mm)構成，并且沒有非晶相存在。l單晶硅具有完整的晶體結構，是理想的半導體材料，但其制備成本也最高。 知識應用知識應用單晶硅、多晶硅、非晶硅結構示意圖單晶硅、多晶硅、非晶硅結構示意圖知識應用知識應用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）化學氣相沉積（化學氣相沉積（CVD）磁控濺射（磁控濺射（MS ）分子束外延（分子束外延（MBE）等離子體增強化學氣相沉積（等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）熱絲化學氣相沉積（熱絲化學氣相沉積（HWCVD）射頻等離子體增強化學氣相沉積（射頻等離子體增強化學氣相沉積（RF-PECVD）二、硅基薄膜的制備方法二、硅基薄膜的制備方法

5、知識應用知識應用 在硅基薄膜的各種直接制備法中，通過調節制備在硅基薄膜的各種直接制備法中，通過調節制備過程中的關鍵參數，可以制備出非晶硅和多晶硅基薄過程中的關鍵參數，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晶方法。固相膜。多晶薄膜也可以通過非晶薄膜再結晶方法。固相晶化法，激光誘導退火，金屬誘導晶化。晶化法，激光誘導退火，金屬誘導晶化。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任務二任務二 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l任務分析任務分析 隨著技術的進步，目前主流的非晶硅薄膜電池使用壽命已隨著技術的進步，目前主流的非晶硅薄膜電池使用壽命已

6、在在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之一。膜電池技術之一。l任務目的任務目的 l掌握非晶硅薄膜制備技術及其太陽電池結構掌握非晶硅薄膜制備技術及其太陽電池結構l掌握非晶硅太陽電池制造工藝掌握非晶硅太陽電池制造工藝l熟悉非晶硅太陽電池的封裝工藝熟悉非晶硅太陽電池的封裝工藝1.了解非晶硅薄膜太陽電池的光致衰減效應了解非晶硅薄膜太陽電池的光致衰減效應知識應用知識應用一、非晶硅薄膜的制備一、非晶硅薄膜的制備 由非晶態合金的制備知道，要獲得非晶態，需要有高的由非晶態合金的制備知道，要獲得非晶態，需要有高的冷卻速率，而對冷卻速率的

7、具體要求隨材料而定。硅要求冷卻速率，而對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，用液態快速淬火的方法目前還無法得有極高的冷卻速率，用液態快速淬火的方法目前還無法得到非晶態。到非晶態。v氣相淀積非晶硅薄膜的技術氣相淀積非晶硅薄膜的技術 真空蒸發真空蒸發 輝光放電輝光放電 反應濺射反應濺射 化學氣相淀積等化學氣相淀積等知識應用知識應用l一般所用的主要原料是單硅烷（一般所用的主要原料是單硅烷（SiH4）、二硅烷（）、二硅烷（Si2H6）、）、四氟化硅（四氟化硅（SiF4）等，純度要求很高。非晶硅膜的結構和）等，純度要求很高。非晶硅膜的結構和性質與制備工藝的關系非常密切，目前認為以性質與

8、制備工藝的關系非常密切，目前認為以輝光放電法輝光放電法制備的非晶硅膜質量最好，設備也并不復雜。制備的非晶硅膜質量最好，設備也并不復雜。1.主要原料主要原料知識應用知識應用l非晶硅非晶硅(a-Si)太陽電池是在玻璃襯底上沉積透明導電膜太陽電池是在玻璃襯底上沉積透明導電膜(TCO)，然后依次用等離子體反應沉積然后依次用等離子體反應沉積p型、型、i型、型、n型三層型三層a-Si，接著，接著再蒸鍍金屬電極鋁再蒸鍍金屬電極鋁(Al)。l光從玻璃面入射，電池電流從透明導電膜和鋁引出，其結構光從玻璃面入射，電池電流從透明導電膜和鋁引出，其結構可表示為可表示為glass/TCO/pin/Al，還可以用不銹鋼片

9、、塑料等作，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。襯底制備非晶硅柔性太陽電池。2.非晶硅太陽能電池構造非晶硅太陽能電池構造知識應用知識應用 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-+-+透明導電膜p型 a-Si:H絨面絨面TCO透光導電減反射電池載體電池載體非晶硅太陽能電池結構圖非晶硅太陽能電池結構圖知識應用知識應用l由于由于a-Si(非晶硅非晶硅)多缺陷的特點，多缺陷的特點，a-Si的的p-n結是不穩定的，而結是不穩定的，而且光照時光電導不明顯，幾乎沒有有效的電荷收集。所以，且光照時光電導不明顯，幾乎沒有有效的電荷收集。所以，a

10、-Si太陽能電池基本結構不是太陽能電池基本結構不是p-n結而是結而是p-i-n結。結。l摻硼形成摻硼形成P區，摻磷形成區，摻磷形成n區，區，i為非雜質或輕摻雜的本征層為非雜質或輕摻雜的本征層(因因為非摻雜的為非摻雜的a-Si是弱是弱n型型)。重摻雜的。重摻雜的p、n區在電池內部形成內區在電池內部形成內建電場，以收集電荷。同時兩者可與導電電極形成歐姆接觸，建電場，以收集電荷。同時兩者可與導電電極形成歐姆接觸，為外部提供電功率。為外部提供電功率。i區是光敏區，此區中光生電子、空穴是光區是光敏區，此區中光生電子、空穴是光伏電力的源泉。伏電力的源泉。2.P-I-N 結結知識應用知識應用l非晶硅薄膜太陽

11、電池的生產線主要包括如下設備：導電玻璃磨非晶硅薄膜太陽電池的生產線主要包括如下設備：導電玻璃磨邊設備，導電玻璃清洗設備，大型非晶硅薄膜邊設備，導電玻璃清洗設備，大型非晶硅薄膜PECVD生產設生產設備（包括輔助設備），紅外激光、綠激光刻劃設備，大型磁控備（包括輔助設備），紅外激光、綠激光刻劃設備，大型磁控濺射生產設備，組件測試設備。濺射生產設備，組件測試設備。3.主要生產設備主要生產設備知識應用知識應用l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）在導電玻璃上低溫成膜，通過磁控濺射制作鋁電極氫等氣體）在導電玻璃上低溫成膜，

12、通過磁控濺射制作鋁電極連接背電極。最后，用防護玻璃罩密封連接背電極。最后，用防護玻璃罩密封EVA箔形成太陽能電池箔形成太陽能電池組件。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知識應用知識應用透明導電膜（透明導電膜（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試測試-電法修復電法修復-退火退火封裝封裝-安裝端子盒安裝端子盒

13、-成品測試分揀成品測試分揀工藝流程工藝流程知識應用知識應用l導電玻璃清洗：將外購的標準透明導電玻璃板和玻璃背板放入專用清導電玻璃清洗：將外購的標準透明導電玻璃板和玻璃背板放入專用清洗機進行自動清洗。清洗液為電阻率洗機進行自動清洗。清洗液為電阻率10M以上的去離子純水。以上的去離子純水。l導電玻璃劃線：根據生產線預定的線距，導電玻璃劃線：根據生產線預定的線距， 用專用激光劃線機對透明導用專用激光劃線機對透明導電玻璃板進行激光劃線（刻蝕），將透明導電玻璃板上的透明導電層電玻璃板進行激光劃線（刻蝕），將透明導電玻璃板上的透明導電層劃線分割，目的是將整板分為若干塊，作為若干個單體電池的電極。劃線分割，

14、目的是將整板分為若干塊，作為若干個單體電池的電極。lPECVD：將清洗潔凈的：將清洗潔凈的SnO2透明導電玻璃裝入透明導電玻璃裝入“ 沉積夾具沉積夾具”，推入，推入烘爐進行預熱。預熱后將其轉移入烘爐進行預熱。預熱后將其轉移入PECVD 沉積爐，進行沉積爐，進行pin/pin 沉積。沉積。工藝流程簡述工藝流程簡述知識應用知識應用l綠激光刻劃綠激光刻劃a- Si 膜：根據生產預定的線寬以及與膜：根據生產預定的線寬以及與SnO2切割線的線間距，切割線的線間距， 用綠激光將用綠激光將a- Si膜刻劃穿，目的是讓背電極（金屬鋁）膜刻劃穿，目的是讓背電極（金屬鋁） 通過與前電極通過與前電極（SnO2導電膜

15、）相聯接，實現整板由若干個單體電池內部串聯而成。導電膜）相聯接，實現整板由若干個單體電池內部串聯而成。l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光的吸濺射鍍鋁：鍍鋁的目的是形成電池的背電極，以增加太陽能電池對光的吸收。在真空反應室中放鍍膜所需的金屬構成的靶材，并將靶材接地；然后收。在真空反應室中放鍍膜所需的金屬構成的靶材，并將靶材接地；然后將氬氣充入反應室內，電離成電荷。帶正電荷的氬離子被不帶電的靶材吸將氬氣充入反應室內，電離成電荷。帶正電荷的氬離子被不帶電的靶材吸引，加速沖向靶。在加速過程中這些離子受到引力作用，獲得動量，轟擊引，加速沖向靶。在加速過程中這些離子受到引力作用

16、，獲得動量，轟擊靶材。這樣一來，靶材中的原子或分子就會散布在反應室中，其中一部分靶材。這樣一來，靶材中的原子或分子就會散布在反應室中，其中一部分漸漸地停落在產品表面。漸漸地停落在產品表面。工藝流程簡述工藝流程簡述知識應用知識應用l綠激光刻鋁：根據預定的線寬以及與綠激光刻鋁：根據預定的線寬以及與a- Si 切割線的線間距，切割線的線間距， 用綠激用綠激光將鋁膜刻劃成相互獨立的部分，光將鋁膜刻劃成相互獨立的部分， 目的是將整個鋁膜分成若干個單體目的是將整個鋁膜分成若干個單體電池的背電極，進而實現整板若干個電池的內部串聯。電池的背電極，進而實現整板若干個電池的內部串聯。lIV 測試：通過上述各道工序

17、，非晶硅電池芯板已形成，需進行測試：通過上述各道工序，非晶硅電池芯板已形成，需進行IV 測測試，以獲得電池板的各個性能參數，來判斷某道工序是否出現問題，試，以獲得電池板的各個性能參數，來判斷某道工序是否出現問題，便于提高電池的質量。便于提高電池的質量。工藝流程簡述工藝流程簡述知識應用l薄膜非晶硅電池的封裝方法多種多樣，如何選擇，是要根據其薄膜非晶硅電池的封裝方法多種多樣，如何選擇，是要根據其使用的區域，場合和具體要求而確定。不同的封裝方法，其封使用的區域，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，相應的制造成本和售價也不同。裝材料、制造工藝是不同的，相應的制造成本和售

18、價也不同。以下介紹目前常用的幾種封裝方法。以下介紹目前常用的幾種封裝方法。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知識應用1 1、電池、電池/UV/UV光固膠光固膠 適用：電池芯板儲存適用：電池芯板儲存 制造工藝流程：電池芯板制造工藝流程：電池芯板 覆涂覆涂UVUV膠膠 紫外光固紫外光固 分類儲存分類儲存2 2、電池、電池/PVC/PVC膜膜 適用：小型太陽能應用產品，且應用產品上有對太陽能電池板進行密封保護，如風適用：小型太陽能應用產品，且應用產品上有對太陽能電池板進行密封保護，如風帽、收音機、草坪燈、庭院燈、工藝品、小型電源等帽、收音機、草坪燈、庭院燈、工藝品、小型電源

19、等 制造工藝流程：電池芯板制造工藝流程：電池芯板 貼貼PVCPVC膜膜 切割切割 邊緣處理邊緣處理 焊線焊線 焊點保護焊點保護 檢測檢測 包裝包裝注：邊緣處理目的是防止短路，處理的方法有化學腐蝕法、激光刻劃等。注：邊緣處理目的是防止短路，處理的方法有化學腐蝕法、激光刻劃等。封裝工藝封裝工藝知識應用3 3、組件封裝、組件封裝（1 1）電池）電池/PVC/PVC膜膜 適用：一般太陽能應用產品，如應急燈，要求不高的小型戶用電源（幾十適用：一般太陽能應用產品，如應急燈，要求不高的小型戶用電源（幾十瓦以下）等瓦以下）等 制造工藝流程：電池芯板（或芯板切割制造工藝流程：電池芯板（或芯板切割 邊緣處理）邊緣

20、處理） 貼貼PVCPVC膜膜 焊線焊線 焊焊點保護點保護 檢測檢測 裝邊框（電池四周加套防震橡膠）裝邊框（電池四周加套防震橡膠） 裝插座裝插座 檢測檢測 包裝包裝 該方法制造的組件特點：制造工藝簡單、成本低，但防水性、防腐性、可該方法制造的組件特點：制造工藝簡單、成本低，但防水性、防腐性、可靠性差。靠性差。封裝工藝封裝工藝知識應用（2） 電池/EVA/PET（或TPT） 適用：一般太陽能應用產品，如應急燈，戶用發電系統等 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EVA/PET層壓檢測裝邊框（邊框四周注電子硅膠）裝接線盒（或裝插頭）連接線夾檢測包裝 該方法制造的組件特點：防水性、

21、防腐性、可靠性好，成本高。（3）電池/EVA/普通玻璃 適用：發電系統等 制造工藝流程：電池芯板電池四周噴砂或激光處理（10mm）超聲焊接檢測層壓（電池/EVA/經鉆孔的普通玻璃）裝邊框（或不裝框）裝接線盒連接線夾檢測包裝 該方法制造的組件特點：防水性、防腐性、可靠性好，成本高。封裝工藝封裝工藝知識應用知識應用Staebler-Wronski 效應效應l1977 年，年，D.L.Staebler 和和C.R.Wronski 發現非晶硅樣品在經過長時發現非晶硅樣品在經過長時間光照后，其光電導和暗電導都顯著減小，將照樣品放在間光照后，其光電導和暗電導都顯著減小，將照樣品放在150度下退度下退火火3

22、0分鐘，再冷卻到室溫，樣品又恢復原來狀態。這一現象被稱為分鐘，再冷卻到室溫，樣品又恢復原來狀態。這一現象被稱為Staebler-Wronski 效應，簡稱效應，簡稱S-W效應。研究表明在光照后非晶硅效應。研究表明在光照后非晶硅中缺陷密度明顯增加。中缺陷密度明顯增加。四、效率及性能四、效率及性能知識應用知識應用l盡管非晶硅是一種很好的太陽能電池材料，但由于其光學帶盡管非晶硅是一種很好的太陽能電池材料，但由于其光學帶隙為隙為1.7eV，使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區域不敏感，使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區域不敏感，這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池的轉換效率。這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池

23、的轉換效率。l光電轉換效率會隨著光照時間的延續而衰減，即所謂的光致光電轉換效率會隨著光照時間的延續而衰減，即所謂的光致衰退衰退S-W效應，使得電池性能不穩定。效應，使得電池性能不穩定。l解決問題的途徑：制備疊層太陽能電池，即在制備的解決問題的途徑：制備疊層太陽能電池，即在制備的p-i-n單單結太陽能電池上再沉積一個或多個結太陽能電池上再沉積一個或多個p-i-n子電池制得。子電池制得。性能限制性能限制知識應用知識應用l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，在全球范圍內掀起了一股投資熱潮。大尺寸玻璃基板穎而出，在全球范圍

24、內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，必將極大地加速光伏建筑一體化、屋薄膜太陽電池投入市場，必將極大地加速光伏建筑一體化、屋頂并網發電系統以及光伏電站等的推廣和普及。頂并網發電系統以及光伏電站等的推廣和普及。l非晶硅薄膜電池在高氣溫條件下衰減微弱，所以也適合高溫、非晶硅薄膜電池在高氣溫條件下衰減微弱，所以也適合高溫、荒漠地區建設電站。荒漠地區建設電站。應用應用知識應用知識應用保定天威薄膜光伏有限公司非晶硅薄膜組件保定天威薄膜光伏有限公司非晶硅薄膜組件五、產品實例五、產品實例任務三任務三 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l 任務分析任務分析

25、由于非晶硅具有光致衰減效應（由于非晶硅具有光致衰減效應（S-W效應）等缺點，故新一代效應）等缺點，故新一代的硅基薄膜太陽電池技術通常使用雙結或多結疊層技術，堆疊其它的硅基薄膜太陽電池技術通常使用雙結或多結疊層技術，堆疊其它具有較高光吸收系數的光吸收層，以減少光能損耗并提高電池轉換具有較高光吸收系數的光吸收層，以減少光能損耗并提高電池轉換效率。國內以正泰太陽能的薄膜非晶硅效率。國內以正泰太陽能的薄膜非晶硅/微晶硅疊層電池為代表微晶硅疊層電池為代表, 即即以非晶硅為頂電池以非晶硅為頂電池, 以微晶硅為底電池的疊層電池以微晶硅為底電池的疊層電池, 是目前獲得高效是目前獲得高效率高穩定性硅基薄膜太陽電

26、池的最佳途徑。率高穩定性硅基薄膜太陽電池的最佳途徑。 l任務目的任務目的l掌握非晶硅掌握非晶硅/微晶硅薄膜太陽電池結構微晶硅薄膜太陽電池結構 1. 熟悉非晶硅熟悉非晶硅/微晶硅太陽電池制造工藝微晶硅太陽電池制造工藝知識應用知識應用 微晶硅材料是微晶粒、晶粒間界和非晶相共存的混合相材料微晶硅材料是微晶粒、晶粒間界和非晶相共存的混合相材料, ,一般都存一般都存在微空洞在微空洞, ,其帶隙隨著晶相比的不同其帶隙隨著晶相比的不同, ,由由1.2eV1.2eV到到1.7eV1.7eV連續可調連續可調, ,而且幾乎而且幾乎沒有光致衰退效應。薄膜非晶硅沒有光致衰退效應。薄膜非晶硅/ /微晶硅疊層電池微晶硅疊

27、層電池, , 即以非晶硅為頂電池即以非晶硅為頂電池, , 以微晶硅為底電池的疊層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定性硅基薄膜太陽是目前獲得高效率高穩定性硅基薄膜太陽電池的最佳途徑。這是因為電池的最佳途徑。這是因為, , 疊層電池的非晶硅子電池的本征吸收層較原疊層電池的非晶硅子電池的本征吸收層較原來的單結電池的吸收層薄來的單結電池的吸收層薄, , 可以抑制光致衰減效應可以抑制光致衰減效應, , 大大提高電池的穩定大大提高電池的穩定性性; ; 以微晶硅為底電池可以將硅基薄膜太陽電池的紅光響應邊由非晶硅電以微晶硅為底電池可以將硅基薄膜太陽電池的紅光響應邊由非晶硅電池的池的7

28、00nm700nm擴展到微晶電池的擴展到微晶電池的1100nm, 1100nm, 大大提高電池對太陽光的光譜收集大大提高電池對太陽光的光譜收集范圍。因此，薄膜非晶硅范圍。因此，薄膜非晶硅/ /微晶硅疊層電池微晶硅疊層電池, , 是目前國內外研究和制造的是目前國內外研究和制造的熱點方向。熱點方向。、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知識應用知識應用二、非晶硅二、非晶硅/微晶硅薄膜太陽電池結構微晶硅薄膜太陽電池結構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部結構示意圖高效薄膜太陽能電池內部結構示意圖玻璃透明電極非晶硅 p-i-n微晶硅 p-i-

29、n背電極背接觸背反射PVB玻璃知識應用知識應用第第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知識應用知識應用第第8步：激光刻劃步：激光刻劃3第第10步：產生電流步：產生電流第第9步：步：P&N 接觸接觸第第7步：背接觸步：背接觸工藝步驟工藝步驟 知識應用知識應用非晶硅非晶硅/微晶硅疊層電池的主要制備步驟簡述如下微晶硅疊層電池的主要制備步驟簡述如下：1、沉積透明導電膜（、沉積透明

30、導電膜（ITO、AZO或或FTO）在玻璃襯底上，使用激光光刻機對透）在玻璃襯底上，使用激光光刻機對透明導電膜進行光刻分塊，形成大規模集成的前電極塊與塊之間相互絕緣的隔明導電膜進行光刻分塊，形成大規模集成的前電極塊與塊之間相互絕緣的隔離溝槽；離溝槽；2、采用、采用PECVD或或VHF-PECVD來沉積頂電池，沉積壓力為來沉積頂電池，沉積壓力為50-1000Pa，襯底溫，襯底溫度為度為150-250，在透明導電膜上依次沉積，在透明導電膜上依次沉積p型非晶硅摻雜層、型非晶硅摻雜層、i本征非晶硅本征非晶硅層和層和n型非晶硅摻雜層，制備出頂電池；型非晶硅摻雜層，制備出頂電池；3、預熱已沉積的器件，溫度為

31、、預熱已沉積的器件，溫度為180-250，沉積壓力為，沉積壓力為130-1000Pa，在真空，在真空室中用室中用PECVD或或VHF-PECVD法，在中間透明反射層背面沉積微晶硅薄膜底法，在中間透明反射層背面沉積微晶硅薄膜底電池；電池；工藝簡述工藝簡述知識應用知識應用4、使用激光光刻機穿透頂電池和底電池各膜層，形成一條與穿透厚度、使用激光光刻機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；相同的隔離溝道；5、使用磁控濺射在底電池的、使用磁控濺射在底電池的N層上沉積一層透明導電膜；層上沉積一層透明導電膜；6、采用磁控濺射或真空蒸發，在底電池的透明導電膜上沉積金屬鋁膜、采用磁控濺射或

32、真空蒸發，在底電池的透明導電膜上沉積金屬鋁膜作為背電極；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、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，制成串聯電池厚度相同的隔離溝道，該隔離溝道將各電池單元分割，制成串聯電池組件組件工藝簡述工藝簡述知識應用知識應用正泰太陽能非晶硅正泰太陽能非晶硅/微晶硅薄膜光伏組件微晶硅薄膜光伏組件四、產品實例四、產品實例任務四任務四 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l 任務分析任務分析 碲化鎘薄膜太陽能電池在工業規模上成本大大優于晶體硅和其他碲化鎘薄膜太

33、陽能電池在工業規模上成本大大優于晶體硅和其他材料的太陽能電池技術，并且與太陽的光譜最一致，可吸收材料的太陽能電池技術，并且與太陽的光譜最一致，可吸收95%以上以上的陽光。工藝相對簡單，標準工藝，低能耗，無污染，生命周期結束的陽光。工藝相對簡單，標準工藝，低能耗，無污染，生命周期結束后，可回收，強弱光均可發電，溫度越高表現越好。后，可回收，強弱光均可發電，溫度越高表現越好。l 任務目的任務目的 l掌握碲化鎘的性質及晶體結構掌握碲化鎘的性質及晶體結構l了解碲化鎘太陽電池概況了解碲化鎘太陽電池概況l熟悉碲化鎘太陽電池結構及制造工藝熟悉碲化鎘太陽電池結構及制造工藝1.了解碲化鎘太陽電池可持續發展的可能

34、了解碲化鎘太陽電池可持續發展的可能知識應用知識應用lCdTe是一種化合物半導體，在太陽能電池中一般作吸收是一種化合物半導體，在太陽能電池中一般作吸收層。由于它的直接帶隙為層。由于它的直接帶隙為1.45eV1.45eV，最適合于光電能量轉，最適合于光電能量轉換，因此使得約換，因此使得約2 2 mm厚的厚的CdTeCdTe吸收層在其帶隙以上的光吸收層在其帶隙以上的光學吸收率達到學吸收率達到90%90%成為可能，允許的最高理論轉換效率成為可能，允許的最高理論轉換效率在大氣質量在大氣質量AM1.5AM1.5條件下高達條件下高達28%28%。一、碲化鎘的性質及晶體結構一、碲化鎘的性質及晶體結構知識應用知

35、識應用分子式分子式CdTe （Cadmium telluride）摩爾質量摩爾質量240.01 g mol1 密度密度5.85 g/cm3熔點熔點1092 沸點沸點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）化學性質化學性質能與能與HCl和和HBr等酸反應等酸反應, 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碲化鎘的性質知識應用知識應用 - -族化合物中最高的平均原子數，最低的熔點，最大的晶族化合物中最高的平均原子數，最低的熔點，最大的晶格常數和最大的離子性。格常數和最

36、大的離子性。CdTeCdTe具有閃鋅礦（具有閃鋅礦（ZnSZnS）結構，鍵長度）結構，鍵長度2.8062.806，晶格常數，晶格常數6.4816.481。碲化鎘的晶體結構碲化鎘的晶體結構知識應用知識應用金屬層金屬層緩沖層緩沖層p-CdTe玻璃基板玻璃基板TCOn-CdS+-電池結構圖電池結構圖二、碲化鎘太陽電池結構二、碲化鎘太陽電池結構知識應用知識應用 基片清洗基片清洗透明導電膜處理透明導電膜處理激光刻劃激光刻劃襯底清洗襯底清洗沉積硫化鎘沉積硫化鎘沉積碲化鎘沉積碲化鎘熱處理熱處理制備背接觸制備背接觸激光刻劃激光刻劃沉積背電極沉積背電極電聯電聯結結初測初測封裝封裝檢測檢測其中的關鍵工藝為：其中的

37、關鍵工藝為：l沉積硫化鎘：化學浴沉積。用氯化鎘、硫脲、氯化銨、胺水等，在沉積硫化鎘：化學浴沉積。用氯化鎘、硫脲、氯化銨、胺水等，在80-90的溫度下進行。的溫度下進行。l沉積碲化鎘：近空間升華法沉積（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）。采用碲化鎘粉作源材料，用氬氣保護，在保護，在560左右下進行。左右下進行。l制備背接觸：用共蒸發沉積碲化鋅作背接觸層，源材料分別為銅和碲化鋅粉，制備背接觸：用共蒸發沉積碲化鋅作背接觸層，源材料分別為銅和碲化鋅粉，在室溫下進行真空蒸發。在室溫下進行真空蒸發。l背電極：用電子束蒸發鍍鎳作背電極。背電極：用電子束蒸發鍍鎳作背電極。三

38、、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工藝流程圖碲化鎘薄膜太陽電池生產工藝流程圖知識應用知識應用知識應用知識應用Firstsolar碲化鎘薄膜光伏組件碲化鎘薄膜光伏組件四、產品實例四、產品實例知識應用知識應用1. 碲化鎘環境影響分析碲化鎘環境影響分析 鎘與碲均屬稀有元素，世界鎘儲量有鎘與碲均屬稀有元素，世界鎘儲量有180多萬噸，碲儲量有多萬噸，碲儲量有4-5萬噸。碲萬噸。碲化鎘是半導體材料，而碲化鎘薄膜太陽能電池的研究及應用是當今光伏領化鎘是半導體材料，而碲化鎘薄膜太陽能電池的研究及應用是當今光伏領域的熱點。碲原料稀缺，無法保證碲化

39、鎘太陽能電池的不斷增產的需求。域的熱點。碲原料稀缺，無法保證碲化鎘太陽能電池的不斷增產的需求。鎘作為重金屬是有毒的。碲化鎘太陽能電池在生產和使用過程中的萬一有鎘作為重金屬是有毒的。碲化鎘太陽能電池在生產和使用過程中的萬一有排放和污染，會影響環境。排放和污染，會影響環境。 研究證明，研究證明，CdTe組件不會在火災中造成危害：組件不會在火災中造成危害：CdTe的蒸汽壓極低，熔的蒸汽壓極低，熔點和沸點很高，在遇火時幾乎可以被熔化的玻璃完全包裹住。將點和沸點很高，在遇火時幾乎可以被熔化的玻璃完全包裹住。將CdTe光伏光伏組件置于組件置于760-1100火焰中的實驗證明，火焰中的實驗證明，CdTe會擴

40、散至玻璃當中，而不會會擴散至玻璃當中，而不會進入大氣，更高的溫度只會導致進入大氣，更高的溫度只會導致CdTe進一步擴散至玻璃中。在火災發生時，進一步擴散至玻璃中。在火災發生時，每每100萬千瓦釋放的鎘總量極限為萬千瓦釋放的鎘總量極限為0.01克。目前的火力發電廠排放的鎘大大克。目前的火力發電廠排放的鎘大大高于碲化鎘電池。高于碲化鎘電池。五、碲化鎘環境影響分析及可持續發展五、碲化鎘環境影響分析及可持續發展知識應用l美國不僅是生產碲化鎘基薄膜電池的創始者，也是該領域的領導者。美國不僅是生產碲化鎘基薄膜電池的創始者，也是該領域的領導者。First Solar公司是從事優質碲化鎘基電池生產的第一家公司

41、。公司是從事優質碲化鎘基電池生產的第一家公司。First Solar擁有供擁有供給給3400兆瓦太陽能電池的長期合同，與中國政府簽訂了建設總功率約兆瓦太陽能電池的長期合同，與中國政府簽訂了建設總功率約2000兆瓦太陽能電站建設的備忘錄。兆瓦太陽能電站建設的備忘錄。l當當First Solar每賣出一套產品，就提取一定比例的收入作為回收基金，由每賣出一套產品，就提取一定比例的收入作為回收基金，由獨立的第三方機構所管理，當產品達到使用壽命年限之后，由獨立運作基獨立的第三方機構所管理，當產品達到使用壽命年限之后，由獨立運作基金成立的回收公司會將產品回收。因為是獨立運作，且不會因為金成立的回收公司會將

42、產品回收。因為是獨立運作，且不會因為First Solar營運狀況的好壞而受到影響，可保證產品全部回收，不會在產品超過營運狀況的好壞而受到影響，可保證產品全部回收，不會在產品超過使用壽命年限后被任意丟棄。使用壽命年限后被任意丟棄。lFirst Solar的再利用工藝能夠循環利用的再利用工藝能夠循環利用95%的半導體材料和的半導體材料和90%的玻璃，的玻璃，可部分解決一些稀有材料如碲元素的料源問題。可部分解決一些稀有材料如碲元素的料源問題。2.First Solar 產品回收機制產品回收機制任務五任務五 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l 任務分析任務分析 在光學領域，銅

43、銦鎵硒在光學領域，銅銦鎵硒(CuInGaSe，CIGS)薄膜太陽電池由于由于轉薄膜太陽電池由于由于轉換效率較高、制作成本較低、沒有性能衰減等優良特性而日益受到人們的換效率較高、制作成本較低、沒有性能衰減等優良特性而日益受到人們的廣泛關注。銅銦鎵硒薄膜太陽電池是在廣泛關注。銅銦鎵硒薄膜太陽電池是在20世紀世紀80年代后期開發出來的新型年代后期開發出來的新型太陽電池，是各種薄膜太陽電池中效率最高、最有發展前途的薄膜太陽電太陽電池，是各種薄膜太陽電池中效率最高、最有發展前途的薄膜太陽電池之一。池之一。l 任務目的任務目的 l了解銅銦鎵硒太陽電池的研究歷程了解銅銦鎵硒太陽電池的研究歷程l掌握銅銦鎵硒晶

44、體結構掌握銅銦鎵硒晶體結構l熟悉熟悉CIGS太陽電池組件結構太陽電池組件結構1.了解了解卷對卷技術的卷對卷技術的CIGSCIGS太陽能電池太陽能電池知識應用知識應用l銅銦鎵硒（銅銦鎵硒（CIGS）屬于化合物半導體，）屬于化合物半導體，CIGS隨著銦鎵含量的隨著銦鎵含量的不同，其光吸收范圍可從不同，其光吸收范圍可從1.04eV至至1.67eV。若是利用聚光裝置。若是利用聚光裝置的輔助，目前轉換效率已經可達的輔助，目前轉換效率已經可達30%，標準環境測試下組件轉，標準環境測試下組件轉換效換效19.5%。一、銅銦鎵硒晶體結構及吸收特性一、銅銦鎵硒晶體結構及吸收特性知識應用知識應用v直接帶隙半導體，其

45、光吸收系數高達直接帶隙半導體，其光吸收系數高達10105 5量級量級vGaGa的摻入會改變晶體的晶格常數，的摻入會改變晶體的晶格常數，改變原子之間的作用力，最終實現材改變原子之間的作用力，最終實現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范圍內可以根據設計調整，以達到最范圍內可以根據設計調整，以達到最高的轉換效率高的轉換效率v一般一般GaGa替代約替代約2525 3030的的InIn原子原子時可形成高效時可形成高效CIGSCIGS太陽電池太陽電池CIGS晶體結構晶體結構知識應用知識應用2. 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

46、過調節第一，通過調節Ga替代替代In的比率，可以使半導體禁帶能隙在的比率，可以使半導體禁帶能隙在1.041.67 eV之間之間變化，非常適合調整和優化材料的能隙寬度來增強對太陽光譜的響應。變化，非常適合調整和優化材料的能隙寬度來增強對太陽光譜的響應。第二，作為直接帶隙半導體，是已知的半導體材料中光吸收系數最高的，達到第二，作為直接帶隙半導體，是已知的半導體材料中光吸收系數最高的，達到105/cm第三，黃銅礦相結構第三，黃銅礦相結構CIGS吸收層與具有閃鋅礦結構的吸收層與具有閃鋅礦結構的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系半導體沒有光致

47、衰退這一硅系太陽電池很難克服的效應，并且抗系半導體沒有光致衰退這一硅系太陽電池很難克服的效應，并且抗輻射能力強，壽命高于單晶硅輻射能力強，壽命高于單晶硅第五，第五，CIGS薄膜的制備具有一定的環境寬容性，使得薄膜的制備具有一定的環境寬容性，使得CIS系太陽電池在襯底選擇系太陽電池在襯底選擇上擁有較大的空間上擁有較大的空間知識應用知識應用二、銅銦鎵硒薄膜太陽電池結構二、銅銦鎵硒薄膜太陽電池結構知識應用知識應用通常使用鈉玻璃通常使用鈉玻璃(Soda-lime) (Soda-lime) 基板，鈉玻璃除了價格便宜外，熱膨基板，鈉玻璃除了價格便宜外，熱膨脹系數與脹系數與CIGSCIGS吸收層薄膜相當接近

48、吸收層薄膜相當接近。在成長薄膜時，因基板溫度接近鈉玻璃的玻璃軟化溫度，所以鈉離在成長薄膜時，因基板溫度接近鈉玻璃的玻璃軟化溫度，所以鈉離子將會經過鉬金屬薄膜層擴散至吸收層。子將會經過鉬金屬薄膜層擴散至吸收層。當鈉離子跑至當鈉離子跑至CIGSCIGS薄膜時，會使薄膜的薄膜時，會使薄膜的晶粒變大，且增加導電性，晶粒變大，且增加導電性，降低串聯電阻。降低串聯電阻。1. 襯底襯底知識應用知識應用用直用直濺鍍或者電子束蒸鍍的方式沉積一層鉬濺鍍或者電子束蒸鍍的方式沉積一層鉬(Mo)(Mo)當作背電極，接當作背電極，接正極。正極。鉬金屬與鉬金屬與CIGSCIGS薄膜具有良好之歐姆接觸特性，此外鉬金屬薄膜具有

49、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高度的光反射性、低電阻。光反射性、低電阻。2. Mo (0.51.5m)知識應用知識應用吸收層吸收層CIGSCIGS本身具黃銅礦結構本身具黃銅礦結構(Chal(Chalc copyrite)opyrite)，可以藉由化學組成的調節直接，可以藉由化學組成的調節直接得到得到P-typeP-type或者是或者是N-typeN-type 。 真空方式真空方式 (1) (1) 共蒸鍍共蒸鍍(Co-evaporation)(Co-evaporation) (2) (2) 濺鍍濺鍍(Sputtering )(Sputtering )非真空方式非真空方式 (

50、1) (1) 電鍍電鍍(Electro-deposition)(Electro-deposition) (2) (2) 涂布制程涂布制程(Coating Process)(Coating Process)3. CIGS (1.52m)知識應用知識應用緩沖層硫化鎘可用來降低緩沖層硫化鎘可用來降低ZnOZnO與與CIGSCIGS間之能帶上的連續間之能帶上的連續(band (band discontinuity)discontinuity)。使用使用化學水浴沉積法化學水浴沉積法(chemical bath deposition(chemical bath deposition，簡稱，簡稱CBD)CB

51、D)成長可提成長可提供供CIGSCIGS上表面平整的均勻覆蓋。上表面平整的均勻覆蓋。緩沖層要求高透光率緩沖層要求高透光率，以便能使入射光順利進入主吸收層材料被有效，以便能使入射光順利進入主吸收層材料被有效的吸收。的吸收。4. CdS(0.05 m)知識應用知識應用化學水浴沉積法化學水浴沉積法(Chemical bath (Chemical bath deposition)deposition)是一種制備半導體薄是一種制備半導體薄膜的技術，方法是將基板浸入含膜的技術，方法是將基板浸入含有金屬離子有金屬離子及及OHOH- -、S S2- 2- 或或SeSe2- 2- 離離子的水溶液中，子的水溶液中

52、，通過控制水溶液通過控制水溶液的溫度及的溫度及pHpH值值，使金屬離子與，使金屬離子與OHOH- -、S S2- 2- 或或SeSe2-2-離子離子產生化學反產生化學反應應，形成化合物半導體沉積在基形成化合物半導體沉積在基板上板上。化學水浴沉積法知識應用知識應用透明導電膜透明導電膜(TCO)(TCO)要低電阻、高透光率，但要低電阻、高透光率，但ZnOZnO本身是高電阻材料，因本身是高電阻材料，因此外加鋁重摻雜氧化鋅此外加鋁重摻雜氧化鋅(ZnO: Al)(ZnO: Al) 改善其電性，但是會降低透光率，因此改善其電性，但是會降低透光率，因此須在此找到最適合的摻雜濃度須在此找到最適合的摻雜濃度 。

53、多半多半用用RFRF濺鍍法濺鍍法(RF sputter)(RF sputter)達成鍍膜達成鍍膜。蒸鍍上鎳蒸鍍上鎳/ /鋁鋁(Ni/Al)(Ni/Al)層當作頂層電極，接負極。層當作頂層電極，接負極。5. 導電層導電層知識應用知識應用 CIGS光電轉化層的制備技術主要有蒸鍍法，硒化法，濺射法，絲光電轉化層的制備技術主要有蒸鍍法，硒化法，濺射法，絲網印刷法，化學氣相沉積法，分子束外延法，噴涂熱解法，涂布燒結網印刷法，化學氣相沉積法，分子束外延法，噴涂熱解法，涂布燒結法等，其中以多元共蒸發法和硒化法比較成熟。法等，其中以多元共蒸發法和硒化法比較成熟。 共蒸發法特點是薄膜質量好，容易實現元素的梯度分布，電池轉共蒸發法特點是薄膜質量好，容易實現元素的梯度分布，電池轉換效率高，但是該方法對設備要求嚴格，蒸發過程不容易控制，大面換效率高，但是該方法對設備要求嚴格，蒸發