非晶硅薄膜太阳能电池工艺-PECVD

薄膜太阳能电池(非晶硅)非晶硅薄膜电池生产超声波玻璃清洗机（重要设备）（镀膜前清洗）•工艺：洗的是膜表面上的污垢和灰尘及一种高分子材料•要求：导电玻璃,不在生产线上用，速度越快越好；离线使用，单面清洗；导电玻璃最初清洗的材料是一种高分子材料（类似塑料），清洗液可能是水，也可能是四氢呋喃THF。激光划线机1（重要设备）•工艺：这一步主要是划刻氧化锡，使用的1064纳米波长的红外激光器•要求：刻蚀速度、激光源寿命、操作系统是否简单且方便操作、Deadarea无用区域大小（三条刻膜线总线宽）、划刻线宽、系统产能（MW/年）预热炉•工艺：加热导电玻璃PECVD真空沉积系统，即等离子体增强化学沉积(主要设备)•工艺：非晶硅p-i-n镀膜•要求：电池转换率6%、生产效率、玻璃基片型号资料、价格冷却炉•工艺：对导电玻璃降温激光划线机2（重要设备）•工艺：这一步主要是划刻非晶硅a-Si，使用的532纳米波长的绿激光器•要求：刻蚀速度、激光源寿命、操作系统是否简单且方便操作、Deadarea无用区域大小（三条刻膜线总线宽）、划刻线宽、系统产能（MW/年）磁控溅射系统（主要设备）•工艺：主要是透明氧化物TCO镀膜，金属（银或铝）背电极镀膜激光划线机3（重要设备）•工艺：这一步主要是划刻铝或者银以及氧化锌膜，使用的532纳米波长的绿激光器•要求：刻蚀速度、激光源寿命、操作系统是否简单且方便操作、Deadarea无用区域大小（三条刻膜线总线宽）、划刻线宽、系统产能（MW/年）TCO•TCO（Transparentconductingoxide）玻璃，即透明导电氧化物镀膜玻璃，是在平板玻璃表面通过物理或者化学镀膜的方法均匀镀上一层透明的导电氧化物薄膜，主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料。•TCO玻璃首先被应用于平板显示器中，现在ITO类型的导电玻璃仍是平板显示器行业的主流玻璃电极产品。近几年，晶体硅价格的上涨极大地推动了薄膜太阳能电池的发展，目前薄膜太阳能电池占世界光伏市场份额已超过10％，光伏用TCO玻璃作为电池前电极的必要构件，市场需求迅速增长，成为了一个炙手可热的高科技镀膜玻璃产品。TCO镀膜玻璃的特性及种类•在太阳能电池中，晶体硅片类电池的电极是焊接在硅片表面的导线，前盖板玻璃仅需达到高透光率就可以了。薄膜太阳能电池是在玻璃表面的导电薄膜上镀制p-i-n半导体膜，再镀制背电极。•透明导电氧化物的镀膜原料和工艺很多，通过科学研究进行不断的筛选，目前主要有以下三种TCO玻璃与光伏电池的性能要求相匹配。ITO•ITO镀膜玻璃是一种非常成熟的产品，具有透过率高，膜层牢固，导电性好等特点，初期曾应用于光伏电池的前电极。但随着光吸收性能要求的提高，TCO玻璃必须具备提高光散射的能力，而ITO镀膜很难做到这一点，并且激光刻蚀性能也较差。铟为稀有元素，在自然界中贮存量少，价格较高。ITO应用于太阳能电池时在等离子体中不够稳定，因此目前ITO镀膜已非光伏电池主流的电极玻璃。FTO•SnO2镀膜也简称FTO，目前主要是用于生产建筑用Low-E玻璃。其导电性能比ITO略差，但具有成本相对较低，激光刻蚀容易，光学性能适宜等优点。通过对普通Low-E的生产技术进行升级改进，制造出了导电性比普通Low-E好，并且带有雾度的产品。利用这一技术生产的TCO玻璃已经成为薄膜光伏电池的主流产品。TCO•氧化锌基薄膜的研究进展迅速，材料性能已可与ITO相比拟，结构为六方纤锌矿型。其中铝掺杂的氧化锌薄膜研究较为广泛，它的突出优势是原料易得，制造成本低廉，无毒，易于实现掺杂，且在等离子体中稳定性好。预计会很快成为新型的光伏TCO产品。目前主要存在的问题是工业化大面积镀膜时的技术问题。光伏电池对TCO镀膜玻璃的性能要求•1.光谱透过率•2.导电性能•3.雾度•4.激光刻蚀性能•5.耐气候性与耐久性光谱透过率•为了能够充分地利用太阳光，TCO镀膜玻璃一定要保持相对较高的透过率。目前，产量最多的薄膜电池是双结非晶硅电池，并且已经开始向非晶/微晶复合电池转化。因此，非晶/微晶复合叠层能够吸收利用更多的太阳光，提高转换效率，即将成为薄膜电池的主流产品。导电性能•TCO导电薄膜的导电原理是在原本导电能力很弱的本征半导体中掺入微量的其他元素，使半导体的导电性能发生显著变化。这些微量元素被称为杂质，掺杂后的半导体称为杂质半导体。氧化铟锡（ITO）透明导电玻璃就是将锡元素掺入到氧化铟中，提高导电率，它的导电性能在目前是最好的，最低电阻率达10-5Ωcm量级。雾度•为了增加薄膜电池半导体层吸收光的能力，光伏用TCO玻璃需要提高对透射光的散射能力，这一能力用（Haze）来表示。雾度即为透明或半透明材料的内部或表面由于光漫射造成的云雾状或混浊的外观。以漫射的光通量与透过材料的光通量之比的百分率表示。一般情况下，普通镀膜玻璃要求膜层表面越光滑越好，雾度越小越好，但光伏用TCO玻璃则要求有一定的光散射能力。目前，雾度控制比较好的商业化TCO玻璃是AFG的PV-TCO玻璃，雾度值一般为11％～15％。其中不包含散射时的直接透过率曲线。激光刻蚀性能•薄膜电池在制作过程中，需要将表面划分成多个长条状的电池组，这些电池组被串联起来用以提高输出能效。因此，TCO玻璃在镀半导体膜之前，必须要对表面的导电膜进行刻划，被刻蚀掉的部分必须完全除去氧化物导电膜层，以保持绝缘。刻蚀方法目前有化学刻蚀和激光刻蚀两种，但由于刻蚀的线条要求很细，一般为几十微米的宽度，而激光刻蚀具有沟槽均匀，剔除干净，生产效率快的特点。耐气候性与耐久性•TCO镀膜一般都使用“硬膜”镀制工艺，膜层具有良好的耐磨性、耐酸碱性。光伏电池在安装上以后，尤其是光伏一体化建筑安装在房顶和幕墙上时，不适宜进行经常性的维修与更换，这就要求光伏电池具有良好的耐久性，目前，行业内通用的保质期是二十年以上。因此，TCO玻璃的保质期也必须达到二十年以上。非晶硅薄膜厚度均匀性对其透射光谱的影响•非晶硅薄膜是一种重要的光电材料，在廉价太阳能电池、薄膜场效应管和光敏器件中都有广泛的应用．通过测量透射光谱，人们可以获得折射率、色散关系、膜厚以及光学能隙这些重要的光学参量．但在测量时，我们注意到样品由于制备条件的限制，厚度难以保证理想均匀，而且考虑到光衍射、仪器灵敏度等方面的原因，采用的光栏或狭缝一般不会太细，有一定的照射面积．因此在分析薄膜的透射谱时，应该顾及膜厚均匀性的影响．已有文献报道在利用光透射谱或反射谱测定膜厚和吸收时考虑到这个问题，并提出了合理的解决方法来测定薄膜正确的光学参量计算过程介绍结论•综上所述，薄膜厚度的均匀性严重影响着光透射谱的形状，使它与均匀厚度样品的透射谱有较大差异，主要发生在薄膜的无吸收区和弱吸收区，对强吸收区影响不大．这种差异表现在峰一峰值变小和振荡周期畸变上，随着厚度不均匀度增大而越加明显，但是减小照射面积可有效地降低这种影响．•参考文献：•陈冶明．非晶半导体材料和器件EM]．北京：科学出版社，1991．166～415．•YingXuantong，FeldmanA，FarabaughEN．FittingoftranmissiondatafordeterminingtheopticalconstantsandthicknessesofopticalfilmsEJ']．J．App1．Phys．，1990，67(4)：2056．NIP型非晶硅薄膜太阳能电池•在NIP太阳能电池中,采用适当晶化的晶化硅薄膜作为P型窗口层,晶化硅薄膜高的电导可以提高NIP结的内建电势,改善TCO膜和P型窗口层间的N/P界面隧穿特性,降低电池的串联电阻;另外,适当晶化的P型晶化硅薄膜可以提高窗口层的光学带隙,得到高的开路电压和短路电流,从而得到高的光电转换效率。但是,在非晶硅(a-Si)层表面生长P型晶化硅薄层非常困难,即使在很高的H稀释率下,在a-Si层表面生长的P型晶化硅薄层仍然极有可能是非晶结构。如何处理好I/P界面,在a-Si表面生长出合适的P型晶化硅薄膜,是制备优质的NIP型a-Si电池的关键问题之一。•在NIP型a-Si太阳能电池的研究中,使用晶化硅薄膜作为电池窗口层,显著提高了电池的开路电压和转换效率;国内在该领域也取得了相当的进展,但由于制备工艺复杂和对设备性能的高要求,目前还没有制备出高效率NIP电池的报导.实验