柔性薄膜太阳能电池的制备.ppt

,薄膜太阳能电池,姓名： 日期：2011.05. 13,longsun,薄膜太阳能电池的种类,longsun,柔性太阳能电池的种类,1.非晶硅薄膜太阳能电池 2. cigs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 5.有机薄膜太阳能电池,longsun,非晶硅薄膜太阳能电池,longsun,1.非晶硅太阳能电池的结构（柔性衬底）,flexible substrate,多结结构,longsun,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 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,longsun,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 备,glass or pi,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,longsun,吸收层的制备（非晶硅）,此膜层是通过rfpecvd来完成 的，使用rf-pecvd设备,glass or pi,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。,longsun,吸收层设备示意图,longsun,unisolar 的镀膜装置,longsun,窗口层ito,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,glass or pi,导电减反层ito涂层，有助于收集光电流,longsun,栅线的制作,采用丝网印刷的办法制作栅线，使用 丝网印刷机来完成,glass or pi,收集电流用的金属栅线,栅线,longsun,电池片的切割以及连接,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,longsun,longsun,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 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.,longsun,pi柔性衬底所用的设备,longsun,cigs柔性薄膜太阳能电池,longsun,1.cigs的电池结构,longsun,2.电池结构主体的制备背电极mo的制备,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,此膜通过直流溅射来完成,longsun,吸收层cigs的制备,cigs：是用来俘获光子，将能量转化为电能的吸收层,此膜通过共蒸发来完成,longsun,cigs的晶胞图,cu in se,金刚石结构,闪锌矿结构,黄铜矿结构,longsun,共蒸发工艺的方法一步法,一步法是在基板温度为450550 时, 全部元素同时蒸发。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, 要提高in 的沉积量, 以保证薄膜表面富in。整个过程一步完成, 由于涉及的工艺参数调整 比较复杂, 整个制备过程比较难以控制。,longsun,共蒸发工艺的方法二步法,第一步是在衬底温度350 时, 沉积第一层富铜(cu/in1) 的cis 薄膜, 该薄膜为低电阻p 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cigs 薄膜, 衬底温度为550 ) 下沉积贫铜的cis 薄膜, 该薄膜为中等偏高电阻的n 型半导体, 通过两层间扩散, 形成梯度p 型半导体,longsun,共蒸发工艺的方法三步法,第一步, 基底温度较低的情况下( 400 ) 蒸发in、ga、se 形成一层in- ga- se 预置层, 其中控制原子比例in: ga=0.70.3, in+ga/se=23; 第二步, 升高基底温度到570 , 蒸发cu、se, 其目的是为了借助低熔点的cu2- xse 在高温下具有液相般的特性来促进晶粒生长, 得到大尺寸且致密的膜层, 这两层复合可转化为稍微富铜的cigs; 第三步, 保持第二步的基底温度, 蒸发in、ga、se, 使多余的cu2- xse 转化成等化学计量比的cigs, 继续蒸发少量的in、ga、se, 可得到稍微贫铜的cigs p 型黄铜矿结构, 并控制cu/in+ga 的比例在0.880.92 这个狭小的范围内。样品随后在蒸发se 的同时冷却到400 , 关闭se 再冷却到室温,longsun,cigs的其它制备方法,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( 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。,longsun,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,longsun,缓冲层cds的制备,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,此膜通过化学水浴来制备,longsun,窗口层azo和zno的制备,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,此膜通过化学水浴来制备,longsun,增透膜mgf2的制备以及栅电极的制备,mgf2薄膜是用来增加光的入射,mgf2薄膜通过蒸发或溅射镀膜来实现,栅电极用来收集电流，电极热蒸发电极,longsun,电池的整个生产流程,longsun,电池片的封装,和非晶硅薄膜电池片的封装类似,longsun,cdte薄膜太阳能电池,longsun,碲化镉（cdte）太阳能电池的结构,形成欧姆接触，收集光生电流,longsun,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sn共溅射 4）zno：al：大于550会丧失掺杂性,longsun,cds的制备,1）真空淀积升华/凝结 2）电沉积 3）丝网印刷,longsun,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,longsun,背电极的制备,由于cdte为宽带隙低掺杂p型半导体，形成电极接触不容易。直接淀积金属膜形成的背电极效果不好，不稳定，需要采用以下手段来完成： 1.形成积累层，采用适合的方法刻蚀cdte，产生富te的表面 2.淀积一种p型的窄带隙的具有化学惰性的半导体或者半金属（过渡层） 3.淀积金属膜作为低电阻电流收集,longsun,染料敏化薄膜太阳能电池,longsun,染料敏化电池的基本结构（dyesensitized solar cell）,光电转换机理: (1) 太阳光(h)照射到电池上, 基态染料分子(s)吸收太阳光能量被激发, 染料分子中的电子受激跃迁到激发态(s* ) ; (2) 激发态的电子快速注入到tio2 导带中; (3) 电子在tio2 膜中迅速传输, 在导电基片上富集, 通过外电路流向对 电极; (4) 处于氧化态的染料分子(s* )与电解质溶液中的电子供体( i- )发生氧化还原反应而回到基态, 染料分子得以再生; (5) 在对电极附近,电解质溶液得到电子而还原。,longsun,有机薄膜太阳能电池,longsun,有机太阳能电池的结构,体相异质结型,longsun,有机膜层的制备,分子膜层的制备 如果有机层为小分子，可以使用： 1.真空蒸发的工艺将其蒸发到基底上 2.有机气相淀积（ovpd）：高温气流携带分子凝聚到低温衬底上,longsun,有机太阳能电池的原理,光电转化的实质 有机异质结型太阳能电池中光电转化的实质，就是给体分子（d）在光激发下被受体分子（a）氧化。 整个光电转化过程可分为三步： 1）