Solar不锈钢柔性衬底三结叠层硅基薄膜太阳电池

1）概述［1，25，26］

第一代的卷对卷连续沉积实验设备始建于20世纪80年代初。在1982—1983年间，建成了第二代卷对卷连续沉积中试设备。该设备有5个分离室，包括一个装卷室、三个沉积室和一个出卷室。三个沉积室分别沉积p层，i层和n层。各反应室间用气阀（gas gate）隔离。第一个大型生产线于1997年建成，年产能5MWp。该生产线包括卷对卷连续衬底清洗设备、卷对卷连续背反射膜沉积设备、大型非晶硅和非晶锗硅合金三结电池沉积设备、上电极透明导电膜卷对卷连续沉积设备和一套电池的封装设备。2002年，新一代大型30MWp卷对卷非晶硅太阳电池设备在美国密西根建成投产。随后又建成了多套类似的生产线，到2007年底，联合太阳能公司具有了118MWp的生产能力。在卷对卷连续沉积方面，ECD和其子公司联合太阳能公司一直处于国际领先地位。到目前为止，采用不锈钢衬底，能够大规模商业化生产三结非晶硅太阳电池的只有美国能源转换器件公司和其子公司联合太阳能公司。

2）不锈钢衬底a－Si：H／a－SiGe：H／a－SiGe：H三结太阳电池制造工艺步骤［25～28］

（1）不锈钢带的清洗。

将成卷不锈钢带装入专用清洗机中，采用卷对卷方式进行钢带传送，对钢带两个表面同时进行清洗、干燥。清洗、干燥后的不锈钢带重新卷起，在卷起的同时，在要制作电池的一面加入表面保护膜，以免在操作过程中损伤不锈钢带表面。

（2）背反射器沉积。

在要制作电池的不锈钢带的那一面连续沉积Ag（为降低成本，也可以用Al代替）和ZnO，组成双层复合膜。在这里，双层复合膜充当非晶硅太阳电池背反射器的角色。由于上电极的ITO较薄，不可能具有绒面结构，所以光的散射效应主要来自衬底的绒面结构。

（3）硅基薄膜沉积。

在已经做好的背反射器的表面连续沉积九层硅基薄膜，它们分别是：p1层、i1层、n1层；p2层、i2层、n2层；p3层、i3层、n3层。三结硅基薄膜电池的九层材料是在不同的反应室中依次沉积在不锈钢衬底上的。

（4）抗反射膜沉积。

九层硅基薄膜沉积后，在电池顶部沉积ITO，作为入射光的减反射层，使入射光更多地进入太阳电池内部。为了使ITO起到抗反射的作用，ITO的厚度一般取最佳光谱区光波长的四分之一。对于非晶硅基薄膜太阳电池，ITO的厚度一般为70nm。

（5）电池片和样片的切割。

使用自动或半自动机器，将做完减反射层的不锈钢带，按照要求切割成9．4in× 14in（不锈钢带宽度）的电池片和若干3．8in×14in的样片。样片用来作离线的QA／QC（品质保证／品质控制，quality assurance／quality control）评价。合格的样片也作为正式电池片进行电池组件的组装。

（6）电池片的钝化与分辨。

在电池片上施加一定的电压，电池内产生一定的电流，该电流会使电池片中阻值小的电阻或短路点烧掉，以提高电池片的性能和合格率。随后，对电池片进行QA／QC评价，以便获得钝化效果信息以及电池片质量参数。

（7）电池片电极接合。

布置电池片栅线，连接栅线并布置电池片的引出线。(www.xing528.com)

（8）电池片切割。

在电池片完成布置栅线，连接栅线以及引出线后，将电池片多余的边缘切掉，并按照用户要求，将电池片切割成合适大小。然后再次进行QA／QC评价。

（9）电池片互连。

根据用户要求的电流、电压参数，将一定面积、一定数量的电池片进行适当的串、并联焊接。对于大面积的电池组件，需要加焊旁路二极管，如图7．31所示。

图7．31　不锈钢柔性衬底、三结电池片互联示意图

（10）电池组件的封装。

电池片互连完成后即可进入电池组件层压封装工序。使用专用层压机，在规定的工艺条件下，将具有合适性能、厚度的EVA胶膜层压在电池两面和四周，同时，根据消费者对产品的要求，加装合适的底衬材料。

（11）电池框架和接线盒的安装。

对于非柔性衬底封装的电池组件，根据用户的不同需要，选择合适的框架（塑料框架或金属框架），进行电池组件的框架安装以及接线盒安装。

（12）电池组件的高电位试验。

电池组件封装完成后，需要进行高电位试验，以了解电池组件中电池片外部结构的绝缘强度，从而确定电池组件的使用条件以及是否满足国际或区域的相关“标准”要求。

（13）电池组件的测试、分类、包装、归档、入库。

电池组件的高电位试验完成后，还需要进行电池组件的最后的测试。然后进行电池组件的分类、包装、归档、入库。该技术生产的三种产品如图7．32所示。

图7．32　不锈钢柔性衬底三结叠层电池组件不同封装形式（a）硬衬封装，背面为彩钢板　（b）柔性封装　（c）瓦状电池