柔性薄膜太阳能电池的制备

多结结构 www.longsun.asia
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2.电池发电主体的制备 背电极的制备
此膜层主要采 用直流磁控溅 射的工艺进行 制备，使用磁 磁 控溅射设备
GLASS or PI
背电极：Ag主要形 成良好的欧姆接 触，用来收集电 流，作为电池的电 极使用
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共蒸发工艺的方法——三步法
第一步, 基底温度较低的情况下( 第一步 基底温度较低的情况下 400 ℃) 蒸 预置层, 发In、Ga、Se 形成一层 、 、 形成一层In- Ga- Se 预置层 其中控制原子比例In: 其中控制原子比例 Ga=0.7∶0.3, ∶ In+Ga/Se=2∶3; 第二步 升高基底温度到 ∶ 第二步, 570 ℃, 蒸发 、Se, 其目的是为了借助低 蒸发Cu、 熔点的Cu2- xSe 在高温下具有液相般的特 熔点的 性来促进晶粒生长, 性来促进晶粒生长 得到大尺寸且致密的膜 这两层复合可转化为稍微富铜的CIGS; 层, 这两层复合可转化为稍微富铜的 第三步, 保持第二步的基底温度, 蒸发In、 第三步 保持第二步的基底温度 蒸发 、 Ga、Se, 使多余的 使多余的Cu2- xSe 转化成等化学 、 计量比的CIGS, 继续蒸发少量的 、Ga、 继续蒸发少量的In、 、 计量比的 Se, 可得到稍微贫铜的 可得到稍微贫铜的CIGS p 型黄铜矿结 并控制Cu/In+Ga 的比例在 的比例在0.88~0.92 这 构, 并控制 个狭小的范围内。样品随后在蒸发Se 的同 个狭小的范围内。样品随后在蒸发 时冷却到400 ℃, 关闭 关闭Se 再冷却到室温 时冷却到 www.longsun.asia
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CIGS的其它制备方法
反应溅射： 反应溅射： 反应溅射( reactive sputtering) 是在Ar- H2Se 气氛下溅射Cu、In 等 混合溅射： 混合溅射 混合溅射( hybrid sputtering, 即溅射与蒸发混合) 是在蒸发Se( 或In) 源的同 时溅射Cu( 或In) 等。 Cu( In)
增透膜MgF2的制备以及栅电极的制备
栅电极用来收集电流，电极热蒸 发电极
MgF2薄膜通过蒸发或溅射镀膜来实现 薄膜通过蒸发或溅射镀膜来实现
MgF2薄膜是用来增加光的入射
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电池的整个生产流程
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PI柔性衬底所用的设备
序号 设备名称 1 2 3 4 5 6 7 溅射设备 RF-PECVD设备 激光划线机 丝网印刷机 激光焊接或超声键合 层压机 测试仪器 作用 制作背电极AG；制作接触层AZO；制作窗口层ITO 制作吸收层N-I-P层 背电极、AZO、α-si、ITO激光划线 填涂绝缘层（将互联区域隔开）、制备栅线 用于栅线和背电极之间的相互链接 使用EVA或Tedlar将电池片将其层压封装 台阶仪、椭偏仪、XRF、四探针方块电阻仪
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电池片的封装
和非晶硅薄膜电池片的封装类似
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CdTe薄膜太阳能电池 薄膜太阳能电池
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CdS的制备
1）真空淀积——升华/凝结 2）电沉积 3）丝网印刷
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CdTe的制备
1）真空淀积——升华/凝结 2）电沉积 3）化学雾化 4）丝网印刷
GLASS or PI
此膜层是通过RF—PECVD来完成 来完成 此膜层是通过 的，使用RF-PECVD设备 设备
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吸收层设备示意图
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2.电池结构主体的制备——背电极Mo的制备
此膜通过直流溅射来完成
MO：形成良好的欧姆 接触，收集电流，作 为电池的电极。且与 CIGS的晶格匹配较 好，热膨胀系数与 CIGS相近 www.longsun.asia
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缓冲层CdS的制备
此膜通过化学水浴来制备 CdS：称之为缓冲层，是因为 CIGS能带在1.0到1.4ev之间，而 ZnO和AZO达到了3.3ev，而 CdS为2.4ev用作过渡层；而且 CdS与CIGS的晶格失配比较 低；在溅射淀积ZnO的时候可以 起到保护CIGS的作用
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窗口层AZO和ZnO的制备
此膜通过化学水浴来制备 ZnO和AZO是电池的窗口层： ZnO是用来增加电池的开路电压 的。AZO是透明度导电膜，收集 光电流
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CIGS的其它制备方法
硒化 硒化工艺一般分为两步: 第一步是在基板温度低于200 ℃下将Cu- In 或者Cu- In- Ga 等预制层沉积 在基板上; 第二步是在H2Se/H2S+Ar 或Se/S 气氛中对前驱体进行热处理。 常见的有：溅射后硒化 丝网印刷后硒化 化学水浴后硒化
碲化镉（CdTe）太阳能电池的结构
形成欧姆接触，收集 光生电流
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TCO的制备
1）SnO2：常压下雾化制 备。 2）ITO：ITO靶材溅射或反 映磁控溅射。 3）CdSnO4:Cd的氧化物与 3 CdSnO4:Cd Sn共溅射 4）ZnO：AL：大于550℃ 会丧失掺杂性
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CIGS柔性薄膜太阳能电池 柔性薄膜太阳能电池
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1.CIGS的电池结构 的电池结构
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吸收层的制备（非晶硅）
The top：顶电池用1.8eV 带隙的 非晶硅a-Si，吸收蓝光。 The middle：中间电池用1.6eV 带隙的硅锗合金a-SiGe，吸收绿 光，Ge 的含量为10%-15%。 Bottom：底电池用1.4eV 带隙的 硅锗合金a-SiGe,为40%-50%吸 收红光和红外光，Ge 的含量较 高。
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接触层的制备（AZO）
此膜层主要采 用直流脉冲磁 控溅射的工艺 进行制备，使 用磁控溅射设 磁控溅射设 备
接触层AZO： 1）可以将金属层和吸收层隔 开，避免金属扩散到吸收层中， 影响电池的性能 2）起到背反射作用，将吸收层 未吸收的光发射回吸收层，进行 再次吸收过程
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共蒸发工艺的方法——二步法
第一步是在衬底温度350 ℃时, 沉积第一层 第一步是在衬底温度 富铜(Cu/In>1) 的CIS 薄膜 该薄膜为低电阻 薄膜, 富铜 p 型半导体 占整层厚度的 型半导体( 占整层厚度的50.0%~66.7%) ; 第二层是在高的衬底温度450 ℃( 对于沉积 第二层是在高的衬底温度 CIGS 薄膜, 衬底温度为550 ℃) 下沉积贫铜 薄膜 衬底温度为 的CIS 薄膜, 该薄膜为中等偏高电阻的n 型 薄膜 该薄膜为中等偏高电阻的 半导体, 通过两层间扩散, 形成梯度p 型半导 半导体 通过两层间扩散 形成梯度 体
共蒸发工艺的方法——一步法
一步法是在基板温度为450~550 ℃时, 全部 一步法是在基板温度为 元素同时蒸发。在薄膜沉积过程中, 元素同时蒸发。在薄膜沉积过程中 需要调 整各元素的蒸发速率;在薄膜沉积后期 在薄膜沉积后期, 整各元素的蒸发速率 在薄膜沉积后期 要提 高In 的沉积量, 以保证薄膜表面富In。整个 的沉积量 以保证薄膜表面富 。 过程一步完成, 由于涉及的工艺参数调整 过程一步完成 比较复杂, 整个制备过程比较难以控制。 比较复杂 整个制备过程比较难以控制。
Unisolar 的镀膜装置
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窗口层——ITO
导电减反层ITO涂层，有助于收 集光电流
GLASS or PI
此膜层是通过直流脉冲溅射来完成的 ，使用磁控溅射设备来制备 磁控溅射设备来制备
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薄膜太阳能电池
姓名：李余强 日期：2011.05. 13
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薄膜太阳能电池的种类
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柔性太阳能电池的种类
1.非晶硅薄膜太阳能电池 非晶硅薄膜太阳能电池 2. CIGS薄膜太阳能电池 薄膜太阳能电池 3.CdTe薄膜太阳能电池 3.CdTe薄膜太阳能电池 4.染料敏化薄膜太阳能电池 染料敏化薄膜太阳能电池 5.有机薄膜太阳能电池 有机薄膜太阳能电池
需要用到的设备有：激光划线机（非晶硅切割机、金属银切割机、TCO，ITO切 割机）、以及激光焊接或超声键合
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电池片的分装
电池片切割机：将整块电池切成所需要的尺寸 电池片之间的链接：超声焊接机 层封：将做好的电池衬底（帆布料）经卷压封装机与Tedlar层压封装 Tedlar 安装接线头或接线盒：接线盒主要是用来连出导线的,盒内有装反向二极管, 防止太阳能电池片串与串之间电流的. 再一个也要和太阳能电池相搭配, 既美观又实用,接线方便.
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非晶硅薄膜太阳能电池
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1.非晶硅太阳能电池的结构（柔性衬底） 非晶硅太阳能电池的结构（柔性衬底） 非晶硅太阳能电池的结构
Flexible substrate
吸收层CIGS的制备
此膜通过共蒸发来完成
CIGS：是用来 俘获光子，将能 量转化为电能的 吸收层
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CIGS的晶胞图
闪锌矿结构
Cu In Se
金刚石结构 www.longsun.asia
黄铜矿结构
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栅线的制作
栅线
收集电流用的金属栅线
GLASS or PI
采用丝网印刷的办法制作栅线， 采用丝网印刷的办法制作栅线，使用 丝网印刷机来完成
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电池片的切割以及连接