薄膜太阳能生产工艺流程.ppt

薄膜太阳能电池生产流程及工艺,国电太阳能（江苏）有限公司,2019/11/18,培训内容,非晶硅薄膜电池生产流程模组生产流程各主要生产机台的基本工艺、水电气、原材料和基本参数,2019/11/18,目录,太阳能电池基本原理（PN结1）太阳能电池基本原理（PN结2）太阳能电池基本原理（光电效应）薄膜太阳能电池生产流水线总图薄膜太阳能电池生产流程图薄膜太阳能电池结构薄膜太阳能电池结构（续）薄膜太阳能电池电路图薄膜太阳能电池的连接薄膜太阳能电池生产流程(E01-E03)薄膜太阳能电池生产流程(E04-E07)薄膜太阳能电池生产流程(E08-E11)薄膜太阳能电池生产流程(E12-E15)薄膜太阳能电池生产流程(E16-E18)薄膜太阳能电池生产流程(E19-E23),2019/11/18,太阳能电池基本原理（PN结1）,PN结是太阳能电池的基础。PN结的基本材料是半导体。半导体：介于导体和绝缘体之间，如Si、P、B、Ga晶体：原子的排列具有长程周期性和旋转对称性（单晶、多晶）；非晶体：原子无序排列，没有旋转对称性，但短程有序。N型半导体：Si中掺杂5价的P，P作为施主杂质能够提供自由移动的电子，电子是多数载流子。P型半导体：Si中掺杂3价的B，B作为受主杂质，产生空穴，能够接受电子，空穴是多数载流子。,硅原子的共价健结构,硅中掺杂P形成电子（N型）,硅中掺杂B形成空穴（P型）,自由电子,空穴,2019/11/18,5,太阳能电池基本原理（PN结2）,内电场,PN结的形成把P型半导体和N型半导体结合起来。物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。P区和N区的多数载流子由于浓度差向对方扩散。扩散的结果在P区一侧留下带负电的离子，在N区一侧留下带正电的离子，这就形成了一层很薄的空间电荷区，又称耗尽层和PN结。由耗尽层产生的内电场一方面阻止多子的继续扩散，另一方面又促使少数载流子向对方漂移，当扩散和漂移相等时，PN结处于动态平衡。PIN：I层能增加耗尽层的厚度，减少a-Si缺限。增加载流子的寿命，提高光电转换效率。,P区（掺B）,N区（掺P）,动态平衡,2019/11/18,6,Eg,内电场,太阳能电池基本原理（光电效应）,能级：原子中电子的的运动状态分不同的能级，原子核外围的电子受原子核作用弱，能量坐标上能量愈高，反之原子核内围的电子能量愈低。低能吸的电子吸收一定能量的光子后就会跃迁到高能吸。半导体的能带结构：按量子力学方法研究固体内部电子运动的理论，固体材料的结构由多条能带组成。能带分为价带、导带和禁带，导带和价带间的空隙称为禁带宽度（Eg）。半导体的禁带宽度Eg很窄（0.3-4eV),当光照能量hvEg时，可激发电子从价带跃迁到导带中去，同时在价带中形成空穴。电子和空穴总是成对出现。在内电场的作用下，带负电的电子逆向内电场向N区移动，带正电的空穴顺内电场向P区移动。薄膜太阳能电池在光照后，从P区前电极流出正电，从N区背电极流出负电。,2019/11/18,7,薄膜太阳能电池生产流水线总图,PROCESSFLOW产品流,2019/11/18,8,薄膜太阳能电池生产流程图,2019/11/18,9,薄膜太阳能电池结构,2019/11/18,10,薄膜太阳能电池结构（续）,MODULE模组,2019/11/18,11,薄膜太阳能电池电路图,CURRENTFLOW电流方向,2019/11/18,12,薄膜太阳能电池的连接,整块做为电池，阻抗大，通过划线后，由很多电池串联，可提高光电转换效率。8个激光头，划线19次，划线152条。每个电池的宽度7mm每个电池的面积127x0.7=88.9cm2,VOC=0.9VX150=135VISC=13.5mA/cm2X88.9cm2=1.2APMAX=Voc*Isc*FF=VPMxIPM,2019/11/18,13,薄膜太阳能电池生产流程(E01-E03),-Loadingbytheglassloaderontothecassette-MovingtoIDmarkerusingATMrobot.-Aftermarkingprocess,performEdgegrindingusinglogisticsline.CleaningusingDIandadetergent.,2019/11/18,14,薄膜太阳能电池生产流程(E04-E07),次品,2019/11/18,15,薄膜太阳能电池生产流程(E08-E11),次品,2019/11/18,16,薄膜太阳能电池生产流程(E12-E15),预留二期(TANDEMCELL),2019/11/18,薄膜太阳能电池生产流程(E16-E18),2019/11/18,18,薄膜太阳能电池生产流程(E19-E23),MODULE,模组生产流程,2019/11/18,目录,模组生产总图薄膜太阳能电池膜组生产流程图模组结构图模组结构图（续）模组电路图模组生产流程图(M1-1toM2-4)模组生产流程图(M2-5toM4-1)模组生产流程图(M4-2toM6-11)模组生产流程图(M7-1toM12-2)模组生产流程图（M13-1toM15-2)太阳能光伏发电系统,2019/11/18,21,模组生产总图,2019/11/18,薄膜太阳能电池膜组生产流程图,2019/11/18,23,模组结构图,2019/11/18,24,模组结构图（续）,2019/11/18,25,模组电路图,+,-,2019/11/18,26,模组生产流程图(M1-1toM2-4),次品,2019/11/18,27,可编辑,2019/11/18,28,模组生产流程图(M2-5toM4-1),次品,2019/11/18,29,膜组生产流程图(M4-2toM6-11),2019/11/18,30,模组生产流程图(M7-1toM12-2),次品,2019/11/18,31,模组生产流程图（M13-1toM15-2),2019/11/18,太阳能光伏发电系统,切换器,太阳能电池方阵：将光能转换成电能充放电控制器：能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备蓄电池组：是储存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电逆变器：是将直流电转换成交流电的设备,太阳能电池方阵,控制器,逆变器,负载,蓄电池组,电网,各生产工序工艺、水电气、原材料和主要数,2019/11/18,CONTENT,IDMARKER(E01)INITIALCLEANER（E03）AOI（E04）MOCVDINLINE（E05）PATTERN1（E06）DIWETCLEANER（E07）RMS（E08）PECVD-PIN（E09-E10）MOCVDBACKZnO（E11）PATTERN2(E16)DRYCLEANER(E17)SPUTTER(E18)PATTERN3(E19)PATTERN4(E20),2019/11/18,CONTENT,EDGEDELETION(E22)MODULE（M1-1toM1-4-1）MODULE（M2-1toM2-6)MODULE(M2-7toM3-5)MODULE(M4-1toM7-3)MODULE(M8-1toM12-2)MODULE(M13-1toM13-4),2019/11/18,IDMARKER身份标识（E01）,基本原理ID=IDENTIFICATION(身份证，标识符）用Laser光线在Glass内部刻印一串号码/文字/条形码。LaserHead安装在ConveyorSystem下部采用背面刻印。ScannerHead安装在ConveyorSystem上部，用于监控刻印。所需原材料GLASS所需UTILITYPOWERCDA主要参数RECIPEWAVELENGTH:355NMLensfocallength50mmMarkingfield20mm20mmWARMUPTIME:20MINCOOLINGWATER-AIR:+15TO+40,Glass的定位,Loading,Marking,Scanner,Data传送,Unloading,2019/11/18,INITIALCLEANER初次清洗（E03）,基本原理DETROLLBRUSH:用毛刷配合清洗剂来除去玻璃板表面比较大的Particle。BJa-SiC:H,1020nmI-Layer：Absorber;a-Si:H,200300nmN-Layer：P-doped;a-Si:H/uc-Si:H,3050nm在a-Si材料中，包含有大量的悬浮键、空位等缺陷，提供了电子和空穴复合的场所，造成太阳能光电率降低，在a-Si太阳电池制程中，薄膜含有一定量的H可以使许多断键、悬浮键被氢化，大大降低材料的缺陷P:SiH4,H2,B2H6,CH4I:SiH4,H2N:SiH4,H2,PH3所需原材料N2,Ar,H2,NF3,CH4,0.5%B2H6/H2,SiH4,1%PH3/H2所需UTILITYPOWERN2，Ar，H2，PCW，CDA，CityWater,GenaralExhaust,Toxic(AcidExhaust),AcidDrain,NF3,CH4,0.5%B2H6/H2,SiH4,1%PH3/H2主要参数RECIPE,P,P/I,I,I,I,I/N,N,LL/PH,2019/11/18,NF3的作用,RPSC就是RemotePlasmasourceclean,远程等离子清洗源，就是使用高频电源（一般是13.6M）使清洗气体（一般是NF3或CF4)电离，产生F离子，与SIN发生反应，这样固态的SIN就生成气态的SIF4，Pump后就可以把SIF4抽走，这样就可以达到清洗的目的。,2019/11/18,45,BACKMOCVD,基本原理MOCVD=MetalOrganicChemicalVaporDeposition(金属有机物化学气相沉积）化学反应：DEZ+H2OZnO1，DEZ+2H2OZn(OH)2+2C2H62，Zn(OH)2ZnO+H2OZnODopingB:增加导电性ThicknessofTCOlayer：Trade-offbetweentransparencyandconductivityCreaseaveragelightpathintheabsorberlayerHaze=DT/TT(DiffuseTransmission/TotalTransmission)表面金字塔结构，增加光的吸收。所需原材料DEZ(Zn(C2H5)2)，0.5%B2H6/H2,N2，Ar，H2，NF3所需UTILITYPOWERN2，Ar，PCW，CDA，DI，CityWater,GenaralExhaust,Toxic(Acid)Exhaust,AcidDrain,NF3,0.5%B2H6/H2,主要参数RECIPETHICKNESS：About100nm,2019/11/18,46,PATTERN2划线2(E16),基本原理“LASER:LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation”是一种经由StimulatedEmission(激发放射）过程来Amplification(放大）其能量的Light(光线）。特征：单色性，定向性，相干性，聚焦性。SecondscribemarksmadewithlaserisolatesthePIN+ZnOintoindividualcellstoformContactholeGlassturntoback-side所需原材料所需UTILITYPOWERCDA，GenaralExhaust主要参数RECIPEWavelength:532nmKLY-QG10aor30aLaserPower:0.9WFrequency:15kHzProcessingspeed:800mm/sLinewidth:about90umSpacetoP1:110um,2019/11/18,DRYCLEANER,基本原理利用AirKnife的cleanpressureair先破坏基板上的空气层，再用HighSpeed的Vacuum将玻璃表面的微小Particle或异物除去的一种VUVType的DryCleaner.所需原材料所需UTILITYPOWERCDA，GenaralExhaust主要参数RECIPE,VACUUM：-0.9kpaPRSSSURE:1.4kpa,2019/11/18,48,SPUTTER,基本原理MagnetronDCSputtering磁控直流溅镀法直流电场中，Argon原子被电离后，获得极高的速度撞击target,撞击的target原子溅射到substrate.以DC电浆来进行薄膜的溅镀时，所沉积的薄膜材质，将是电的导体，如铝和银等金属，而且薄膜的沉积材质，便是阴电极板的电极材料。我们通常以“靶（Target）”，来表示用在溅镀制程里的阴电极板。所需原材料ALTarget所需UTILITYPOWERN2，Ar,PCW，CDA，DI，GeneralExhaust主要参数RECIPEThickness:about300nm,2019/11/18,49,PATTERN3,基本原理“LASER:LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation”是一种经由StimulatedEmission(激发放射）过程来Amplification(放大）其能量的Light(光线）。特征：单色性，定向性，相干性，聚焦性。SecondscribemarksmadewithlaserisolatesthePIN+ZnO+ALintoindividualcellstoformContactholeGlassturntoback-side所需原材料所需UTILITYPOWERCDA，Ge