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1、,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
2、,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：
3、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
4、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
5、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,CuInSe,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,
6、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
7、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
8、)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
9、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）SnO
10、2：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
11、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
12、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）给体分子吸收光子能量；2）通过扩散把能量传递到异质结界而上的给体分子上；3）界面上高能量的给体分子把电子转移给受体分子，完成氧化还原反应。,longsun,有机膜层的制备,聚合物薄膜的制备如果有机层为聚合物，可以使用：1.手术刀或线刀2.丝网印刷3.喷墨印刷,longsun,www.longsun.asia,Thank you for your attention!,
