[发明专利]一种大型太阳能薄膜电池片组件生产工艺及设备

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种大型太阳能薄膜电池片组件的生产工艺及设备。

背景技术

传统的太阳能电池分为晶硅电池和薄膜电池，其中晶硅电池分为单晶硅和多晶硅电池，单晶硅光伏组件的光电转换效率为15-18%，多晶硅光伏组件的光电转换效率为14-17%。薄膜电池分为非晶硅薄膜电池、CdTe 电池(碲化镉薄膜太阳能电池)和CIGS电池(铜铟镓硒薄膜太阳能电池)。在上述三种薄膜太阳能电池中，CIGS电池在薄膜电池中转化效率最高，增加少量的镓可增加它的光吸收能带，使之更贴近太阳光谱，改善电池的电压和效率。

一、CIGS薄膜电池的优点。

1、综合来讲，由于CIGS薄膜电池特有的结构，相较于晶硅电池，在光伏使用技术领域，有以下特点：

1）无硅原材料消耗，降低了材料成本。

目前，主流的光伏组件产品仍以硅为主要原材料，仅仅按照硅原材料的消耗计算，生产1兆瓦晶体硅太阳能电池，需要10-12吨高纯硅，但是如果采用铜铟镓硒薄膜电池就无需消耗硅，且薄膜太阳能电池仅6年的投资回收期，更加体现了其在制造过程中对能源的节约。

2）更强的弱光相应。

由于铜铟镓硒薄膜材料原子排列的无序性，其电子跃迁不再遵守传统的“选择定则”的限制，因此，它的光吸收性远远超过单晶硅材料。

3）更优异的高温性能。

在户外较高温的环境下，铜铟镓硒薄膜电池性能较之单晶硅或者多晶硅更不易受到温度影响。

4）最适合BIPV的应用。

采用双层玻璃封装的刚性薄膜太阳能电池组件，可以根据需要，制作成不同的透光率，部分代替玻璃幕墙，而不锈钢和聚合物衬底的柔性薄膜太阳能电池适用于建筑屋顶等需要造型的部分。将薄膜太阳能电池应用于城市大量的既有和待开发的建筑外立面和屋顶，避免了现有玻璃幕墙的光污染问题，在代替建材的同时发电又节能，将成为未来城市利用光伏发电的主要方向。

2、CIGS薄膜电池相较于其他薄膜电池，具有性能稳定的特点。硅基薄膜电池的不稳定性集中体现在其能量转换效率随辐照时间的延长而变化，直到数百或数千小时后才稳定。光照会提高铜铟镓硒薄膜太阳电池的转换效率，因此此类太阳能电池的工作寿命长。无衰退是铜铟镓硒薄膜太阳电池最为关注的性能指标，单结非晶硅薄膜电池的衰退达到 25%，非晶微晶叠层薄膜电池的衰退为 10%左右。CIGS薄膜电池没有光致衰退效应，只可能出现由于不良封装技术导致的不到10%的衰退影响，这一特点和晶硅电池相同。

二、传统CIGS电池的制备方法。

CIGS薄膜电池制备方法有：多元共蒸发法、硒化法及磁控溅射法。具体的说，在国内外制备CIGS电池的多层膜结构这种，通常包括基片/背电极/吸收法/缓冲层/窗口层/减反射层/上电极。其中背电极多沉积钼层作为背电极，吸收层多采用多元共蒸发法、硒化法或者磁控溅射法，这些方法各自存在缺点和不足：

1、多元共蒸发法：被沉积合金组分控制困难，光转化效率不高。目前多元共蒸发法是沉积铜铟镓硒薄膜使用最广泛的方法。该法使用了铜（Cu）、铟（In）、镓（Ga）和硒（Se）蒸发源提供成膜时所需要的四种元素并实时监测薄膜厚度及蒸发源的蒸发速率等参数，对薄膜生长进行了必要的监控，另在化学计量与晶体结构方面，铜铟镓硒【CU（In，Ga）Se₂，CIGS】在很大程度上可以自己产生，并进一步形成P型材料。然而，不同材料的蒸汽压不同，这个限制使得想控制被沉积合金的最后组分具有任意精度变得十分困难。

2、硒化法：该法是在已沉积好的钼（Mo）背电极薄膜上沉积铜铟镓（Cu-In-Ga）合金预制层，然后通入硒化氢（H₂Se）对铜铟镓（Cu-In-Ga）合金预制层进行后处理；业界普遍使用的硒化法，工艺非常复杂，硒化温度高（550℃以上），能耗大，生产安全性低，薄膜生成后多余的硒化氢（H₂Se）气体难以处理，投资成本高，生产成本亦高。

 3、磁控溅射工艺：是利用气体高温放电产生离子，其中正离子在电场作用下高速轰击已建立好的跑道磁场的阴极靶体，将被轰击出的阴极靶体原子或分子以很高的速度飞向基片表面，并在基片上沉积成薄膜。该工艺除了耗能的缺陷外，国内普遍钠钙玻璃在450℃以上表面会呈微熔状态，而在550℃以上玻璃基片会产生形变，不利于薄膜生长进行，因此，将已镀有膜层的基片进行退火处理极不利于产业化生产。