CIGS太陽能電池薄膜生產線制造技術

本實用新型專利技術公開了CIGS太陽能電池薄膜生產線，所述CIGS太陽能電池薄膜生產線為立式生產線，包括多個鍍膜子線，各子線依次獨立地對薄膜進行立式鍍膜，每一子線沿薄膜展開方向至少包括放卷室、鍍膜室和收卷室，主驅動輥設于放卷室和收卷室內，多個傳動輥設于子線各腔室內，張力檢測輥、張力調節輥設于子線至少一個腔室內；其中：張力檢測輥與張力調節輥為相鄰設置的，張力調節輥根據張力檢測輥的反饋調節自身轉速以調節薄膜于各腔室內傳動速度，薄膜經過張力檢測輥與進過張力調節輥的展開軌跡為非直線軌跡。本實用新型專利技術提供的CIGS太陽能電池薄膜生產線元素擴散路徑短，無中間產物，無元素蒸發，薄膜效率高，特別適合大面積規模工業化生產。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及CIGS太陽能電池薄膜生產線，屬于新能源制造領域。
技術介紹
CIGS太陽能電池，由Cu(銅)、In(銦)、Ga(鎵)、Se(硒)四種元素構成最佳比例的黃銅礦結晶薄膜太陽能電池，CIGS太陽能電池具有層狀結構，吸收材料屬于I-III-VI族化合物，其襯底一般采用不銹鋼、玻璃或柔性薄膜襯底，是組成電池板的關鍵技術。該產品具有光吸收能力強，發電穩定性好、轉化效率高，白天發電時間長、發電量高、生產成本低以及能源回收周期短等諸多優勢。CIGS太陽能電池一般采用真空濺射、蒸發或者其他非真空的方法分別沉積多層薄膜，形成P-N結而構成光電轉換器件。從光入射層開始，各層分別為：金屬柵狀電極、減反射膜、窗口層(ZnO)、過渡層(CdS)、光吸收層(CIGS)、金屬背電極(Mo)、玻璃或柔性薄膜襯底。CIGS太陽能電池的底電極Mo和上電極n-ZnO一般采用磁控濺射的方法，工藝路線較為成熟。吸收層的制備具有許多不同的方法，這些沉積制備方法包括：蒸發法、濺射后硒化法、電化學沉積法、噴涂熱解法和絲網印刷法等。其中蒸發法與濺射后硒化法屬于真空方法，已被產業界廣泛采用。CIGS太陽能電池板的現有成熟技術為在玻璃基板上進行膜層制備，基于玻璃基板的CIGS太陽能電池板的生產設備已在全球廣泛使用。但隨著太陽能電池使用環境的多元化，使用如玻璃基板的剛性基材限制了太陽能電池的使用環境，因此CIGS薄膜太陽能電池應運而生。目前市場上的透明導電薄膜主要有ITO(In2O3:Sn)、FTO(SnO2:F)、AZO(ZnO:Al)三種。各自有自己的優缺點，如ITO電阻率比較低，成本較高；FTO成本較低，成膜溫度高，氫等離子體環境穩定性差；AZO在氫等離子體環境中穩定性好，成本低廉，電學性能不如ITO。不同吸收層的薄膜太陽能電池需選擇適合的透明導電薄膜，以獲得最佳界面效果。摻鋁氧化鋅(AZO)薄膜以其優異的導電性能、可見光透過性能、良好的氫等離子體穩定性能、以及價格低廉、資源豐富等優點將可能成為非晶硅/微晶硅薄膜太陽能電池、CIGS薄膜太陽能電池的透明導電薄膜材料。國外對ZnO基薄膜的研究始于20世紀8O年代，主要工作集中在薄膜制備工藝、導電機理以及微量摻雜等三方面。ZnO基薄膜制備工藝主要有磁控濺射(MS)、化學氣相沉積(CVD)、脈沖激光沉積(PLD)、溶膠-凝膠(Sol-Gel)、噴霧熱分解(Spraypyrolysis)等。研究結果表明，采用PVD工藝制備的AZO電阻率相對比較小，透過率比較高，采用RF磁控濺射技術可以獲得目前最好的光學、電學性能，但RF磁控濺射沉積速率低、成本高，不適合大規模生產。采用溶膠凝膠工藝制備的AZO電阻率比較高，透過率也比較低。目前大部分工藝還停留在工藝開發研究階段，只有少數工藝目前可以實現工業化生產。瑞士歐瑞康太陽能分部及瑞士微技術研究所(IMT)采用LPCVD工藝開發了BZO(ZnO:B)in-line生產線，并與非晶/微晶硅電池生產線一起銷售，提供Turnkey的非晶/微晶硅薄膜太陽能電池制造技術。LPCVD技術生長的BZO表面具有絨面效果，不需要進行后處理就可以實現捕光效應(light-trap)；但LPCVD設備及原材料昂貴，工藝過程中浪費較大，因此BZO成本較高。德國Juelich的光伏研究所(IPV)采用MF磁控濺射技術制備AZO薄膜，然后采用酸刻蝕工藝制備絨面，達到光捕獲效果。該工藝設備簡單，成本相對較低，膜的質量(如：方阻、透過率、方阻均勻性等)與磁控濺射的陰極設計、濺射參數及電源類型等有很大的關系。總之，TCO薄膜具有禁帶寬、可見光譜區光透射率高和電阻率低等共同光電特性，在太陽能電池、平面顯示、特殊功能窗口涂層及其他光電器件領域具有廣闊的應用前景。TCO薄膜制造成本低于ITO、無毒、易光刻加工、在氫氣氛中的化學穩定性比ITO膜好，有可能替代ITO產品，尤其在太陽能電池透明電極領域。而20世紀80年代興起的ZnO：Al(簡稱AZO)透明導電薄膜中的Zn源價格便宜(有關金屬材料的市場價格以每千克人民幣元計算大致是：鋁15.2、鋅14.4、錫152、銦3200)，來源豐富，無毒，并且在氫等離子體中穩定性要優于ITO薄膜，同時具有可與ITO薄膜相比擬的光電特性。所以，AZO薄膜目前己成為TCO薄膜領域的研究熱點并廣為應用。薄膜太陽能電池的制備工藝主要包括磁控濺射及真空蒸鍍。磁控濺射是利用荷能粒子轟擊固體靶材，使靶材原子或分子被濺射出來并沉積到襯底表面的一種工藝。靶材可選用金屬靶和陶瓷靶。磁控濺射制備法具有沉積速率高、基片溫度低、成膜黏附性好、易控制、成本低、適合大面積制膜的優點，仍是目前研究最多、最成熟、應用最廣泛的AZO薄膜制備技術。真空蒸鍍就是將需要制成薄膜的物質放于真空中進行蒸發或升華，使之在基片表面上析出。真空蒸鍍的裝置比較簡單，工藝參數較少，易控制薄膜的生長，薄膜中雜質含量低。但真空度的高低直接影響薄膜的結構和性能，真空度低，材料受殘余氣體分子污染嚴重，薄膜性能變差，提高襯底溫度有利于氣體分子的解吸。CIGS薄膜太陽能電池板以柔性的薄膜作為基材，不僅具有自重輕、使用性強、適用范圍廣的使用優勢，同時也帶來了生產工藝的難度提高，薄膜在高溫環境下的熱脹冷縮現象非常嚴重，薄膜柔軟質輕，容易在生產線上發生折疊或其他機械損耗，并且由于高溫環境對其內部分子運動影響，薄膜有可能易碎或薄厚不均，因此其生產過程中的技術要點發生了改變，因此相對應的生產設備就要進行相對應的改進。CIGS薄膜電池光電效率高、原材料用量不到晶硅的1％，具有極大的低成本潛力。但迄今為止，這個潛力沒有得到充分顯現，最根本的原因在于，傳統的CIGS薄膜電池技術(“共蒸發”和“后硒化”)存在固有缺陷，工藝過于復雜，電池良品率普遍低于60％，無法體現其低成本優勢。現有技術中對于CIGS薄膜太陽能電池的生產為沿用玻璃基材的生產設備，這樣的設備集成度低且無法克服薄膜本身性質帶來的技術難點。
技術實現思路
針對現有技術存在的上述問題，本技術的目的是提供立式的CIGS太陽能電池薄膜生產線。為實現上述專利技術目的，本技術采用的技術方案如下：本技術的目的在于提供CIGS太陽能電池薄膜生產線，包括：所述CIGS太陽能電池薄膜生產線為立式生產線，包括多個鍍膜子線，各子線依次獨立地對薄膜進行立式鍍膜，每一子線沿薄膜展開方向至少包括放卷室、鍍膜室和收卷室，主驅動輥設于放卷室和收卷室內，多個傳動輥設于子線各腔室內，張力檢測輥、張力調節輥設于子線至少一個腔室內；其中：張力檢測輥與張力調節輥為相鄰設置的，張力檢測輥用于實時監測薄膜張力，張力調節輥根據張力檢測輥的反饋調節自身轉速以調節薄膜于各腔室內傳動速度，張力調節輥為非傳動輥，薄膜經過張力檢測輥與進過張力調節輥的展開軌跡為非直線軌跡。優選的，張力調節輥與薄膜的接觸面積大于等于張力檢測輥及傳動輥與薄膜的接觸面積。優選的，薄膜展開時，薄膜依次經過張力檢測輥及相鄰的張力調節輥。優選的，輥軸沿垂直方向的末端設有萬向軸承。優選的，Mo子線沿薄膜的展開方向依次包括放卷室、第一濺射室、過渡室、第二濺射室及收卷室。更優選的，第一濺射室及第二濺射室內各設有至少一個單旋轉陰極，單旋轉陰極在濺射室內的設本文檔來自技高網...

【技術保護點】
CIGS太陽能電池薄膜生產線，其特征在于：所述CIGS太陽能電池薄膜生產線為立式生產線，包括多個鍍膜子線，各子線依次獨立地對薄膜進行立式鍍膜，每一子線沿薄膜展開方向至少包括放卷室、鍍膜室和收卷室，主驅動輥設于放卷室和收卷室內，多個傳動輥設于子線各腔室內，張力檢測輥、張力調節輥設于子線至少一個腔室內；其中：張力檢測輥與張力調節輥為相鄰設置的，張力調節輥根據張力檢測輥的反饋調節自身轉速以調節薄膜于各腔室內傳動速度，張力調節輥為非傳動輥，薄膜經過張力檢測輥與進過張力調節輥的展開軌跡為非直線軌跡。

【技術特征摘要】
1.CIGS太陽能電池薄膜生產線，其特征在于：所述CIGS太陽能電池薄膜生產線為立式生產線，包括多個鍍膜子線，各子線依次獨立地對薄膜進行立式鍍膜，每一子線沿薄膜展開方向至少包括放卷室、鍍膜室和收卷室，主驅動輥設于放卷室和收卷室內，多個傳動輥設于子線各腔室內，張力檢測輥、張力調節輥設于子線至少一個腔室內；其中：張力檢測輥與張力調節輥為相鄰設置的，張力調節輥根據張力檢測輥的反饋調節自身轉速以調節薄膜于各腔室內傳動速度，張力調節輥為非傳動輥，薄膜經過張力檢測輥與進過張力調節輥的展開軌跡為非直線軌跡。2.根據權利要求1所述的CIGS太陽能電池薄膜生產線，其特征在于：Mo子線沿薄膜的展開方向依次包括放卷室、第一濺射室、過渡室、第二濺射室及收卷室。3.根據權利要求1所述的CIGS太陽能電池薄膜生產線，其特征在于：環形CIGS子線沿柔性薄膜基材的展開方向依次包括放卷室、預熱室、過渡室、蒸鍍室、冷卻室及收卷室，其中蒸鍍室與過渡室交替設置，蒸鍍室的兩側均設有過...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃樂，祝海生，黃國興，孫桂紅，黃夏，
申請(專利權)人：湘潭宏大真空技術股份有限公司，
類型：新型
國別省市：湖南;43