專利名稱：柔性薄膜太陽能光電池連續(xù)自動化生產(chǎn)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型柔性化合物薄膜太陽能光電池大規(guī) 模工業(yè)化生產(chǎn)用的連續(xù)化自動化生產(chǎn)設(shè)備，特別涉及一種以銅銦鎵硒(CIGS)、銅銦鋁硒 (CIAS)、銅銦鎵硫硒(CIGSS)作為光吸收層半導(dǎo)體材料的化合物光電池大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備。
背景技術(shù)：
以銅銦鎵硒(CIGS)為代表的，以其化合物半導(dǎo)體為光吸收層的薄膜太陽能光電 池，具有制造成本低，光電轉(zhuǎn)換率高，使用壽命長，抗幅射性強和弱光發(fā)電性能好，可卷曲的 優(yōu)良特性被國際上公認為最有發(fā)展前景的第三代太陽能光電池。目前正處在大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化 的前期。鑒于是前沿科技，目前只有少數(shù)國家掌握其技術(shù)，保密性很強，有關(guān)專利和文獻比 較少，特別是大規(guī)模工業(yè)化連續(xù)化自動化生產(chǎn)設(shè)備的報導(dǎo)更少。當(dāng)前世界上多以研究和生 產(chǎn)硬性玻璃基材的為主，采用柔性基材(如金屬箔，工程塑料薄膜)，由卷到卷(即由原材料 金屬箔卷通過整體連續(xù)生產(chǎn)線到光電池成品卷)。連續(xù)化自動化生產(chǎn)報導(dǎo)很少，只有德國萊 寶公司生產(chǎn)的“web750Sp分段的鍍膜生產(chǎn)線”和美國專利(038254433)報導(dǎo)的“把多個轉(zhuǎn) 鼓式鍍膜機串起來的結(jié)構(gòu)形式”。這兩種生產(chǎn)線在使用中都存較大的缺點(一)前者是分段生產(chǎn)的，其中CIGS吸收層要求很高，是在真空充氬的條件下磁控 濺射成膜的.其膜層具有很高的活性和結(jié)晶，分段式生產(chǎn)避免不了把活性表面暴露在空氣 中而生成氧化相雜質(zhì)，嚴(yán)重影響光電轉(zhuǎn)換率。(二)前兩者都是采用轉(zhuǎn)鼓式真空鍍膜機首先，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)各真空濺射室之間難于很 好封閉隔離，這就會造成物料互串；其次，鍍層活性面接觸轉(zhuǎn)向?qū)L，使結(jié)晶受到破壞，轉(zhuǎn)換 率降低。(三)缺少固態(tài)硒化設(shè)備單元，使整個生產(chǎn)線不連續(xù)。
實用新型內(nèi)容為了解決上述背景技術(shù)存在的問題，本實用新型提出以下技術(shù)方案一種柔性薄 膜太陽能光電池連續(xù)自動化生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備是一條由基材金屬箔卷到光 電池成品卷的完全連續(xù)化自動化密閉真空生產(chǎn)線，所述設(shè)備從一側(cè)到另一側(cè)各真空濺射室 依次為基材金屬箔卷進料室、基材輝光放電等離子凈化室、氧化鈦絕緣層真空鍍膜室、背 電極銅鉬鈉合金真空鍍膜室、反射層鋁真空鍍膜室、吸收層P型半導(dǎo)體真空鍍膜室、固態(tài)硒 化硫化室、降溫室、窗口層硫化鋅N型半導(dǎo)體真空鍍膜室、隔離層i-Si02真空鍍膜室、上電 極氧化鋅鋁真空鍍膜室、減反射膜真空鍍膜室、助焊層餳真空鍍膜窒.冷卻降溫室、光電池 成品收卷室，所述各個真空濺射室之間通過狹縫隔離閥固定連接。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述各真空濺射室采用的材質(zhì)為硬質(zhì)不銹鋼，且真 空度要求為1. 6X10_4Pa。作為本發(fā)明的又一種優(yōu)選方案，所述進料室和所述出料室為真空狀態(tài)或者常壓狀 態(tài)。[0009]作為本發(fā)明的再一種優(yōu)選方案，所述基材輝光放電等離子凈化室、所述氧化鈦絕 緣層真空鍍膜室、所述背電極銅鉬鈉合金真空鍍膜室、所述反射層鋁真空鍍膜室、所述吸收 層、所述P型半導(dǎo)體真空鍍膜室、所述固態(tài)硒化硫化室、所述降溫室、所述窗口層硫化鋅N型 半導(dǎo)體真空鍍膜室、所述隔離層i-Sih真空鍍膜室、所述上電極氧化鋅鋁真空鍍膜室、所述 減反射膜真空鍍室、所述助焊層餳真空鍍膜室和所述冷卻降溫室為充氬氣或者氮氣介質(zhì)的 真空室，真空度為6. 2Pa。本實用新型所帶來的有益效果是1.實現(xiàn)了生產(chǎn)的完全連續(xù)化自動化，提高了生產(chǎn)效率；2.克服了現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備活性結(jié)晶鍍膜層接觸導(dǎo)滾從而受破壞和分段生產(chǎn)接觸空 氣被氧化而使質(zhì)量下降的向題；3.提高了產(chǎn)品質(zhì)量和光電轉(zhuǎn)換效率；4.生產(chǎn)線設(shè)有在線自動檢測閉環(huán)垃制系統(tǒng)，能適時檢測膜厚，結(jié)晶度，組成成份等 各種指標(biāo)。出現(xiàn)問題能及時糾正，從而保證質(zhì)量，不出廢品；5.用此設(shè)備生產(chǎn)出的柔性薄膜光電池質(zhì)量好，轉(zhuǎn)換率高。6.生產(chǎn)線設(shè)計中加入了固態(tài)硒化單元，使整個生產(chǎn)過程達剄完全的連續(xù)化自動 化。

圖1本實用新型原理圖；圖2本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號為01-進料室011--放料卷[0021]012-除塵器013--焊接機[0022]014.-狹縫隔離閥02-輝光放電等離子凈化室[0023]021-輝光等離子凈化器03-絕緣層磁控濺射室[0024]031-冷卻器04-真空背電極濺射室[0025]041.-柵格042--平面導(dǎo)軌[0026]05-反射層真空濺射室06-吸收層銅銦鎵硒成膜室[0027]061-探頭062--銅銦鎵硒四元合金靶[0028]07-硒化室071--保溫反射板[0029]072.-冷卻套073--硒化爐[0030]074.-加熱器075--氣體導(dǎo)管[0031]076-冷卻真空室08-硫化鋅脈沖濺射室[0032]09-隔離層濺射室091--I-SiO2旋轉(zhuǎn)靶[0033]10-上電極濺射室11-激光劃線室[0034]12-減反射膜真空鍍室13-餳真空濺射室[0035]14-出料室141--捲卷[0036]142.-襯紙卷具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的較佳實施例進行詳細闡述，以使本實用新型的優(yōu)點 和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本實用新型的保護范圍做出更為清楚明確 的界定。如圖1所示的一種柔性薄膜太陽能光電池連續(xù)自動化生產(chǎn)設(shè)備原理圖，由圖中可 以看到是一臺連續(xù)完整的真空生產(chǎn)系統(tǒng)，基材從進料室01中的放料卷011開始，通過導(dǎo)向 滾順序前進，經(jīng)過除塵器012除塵，焊接器013焊接后，通過狹縫隔離閥014進入輝光放電 等離子凈化室02，輝光放電等離子凈化室02中的輝光等離子凈化器021對基材進行凈化， 基材凈化后進入絕緣層磁控濺射室03采用氧化鈦旋轉(zhuǎn)靶進行濺射，基材絕緣層濺射完成 后經(jīng)過冷卻器031，基材冷卻后進入真空背電極濺射室04，在真空背電極濺射室04中安裝 有柵格041，基材經(jīng)過銅鉬鈉旋轉(zhuǎn)合金靶完成背電極濺射后在表面形成激光劃線的劃線， 接著基材通過平面導(dǎo)軌042送入反射層真空濺射室05，通過直流磁控濺射成鋁反射層，完 成反射層濺射后進入吸收層銅銦鎵硒成膜室06，吸收層銅銦鎵硒成膜室06通過銅銦鎵硒 四元合金062完成吸收層成膜，在吸收層銅銦鎵硒成膜室06中安裝有在線監(jiān)測探頭061。 基材完成吸收層濺射后進入硒化室07，硒化室07中具有保溫反射板071、冷卻套072以 及傳輸帶有硒蒸汽和硫蒸汽的氬氣導(dǎo)管75，硒化室07外側(cè)連接有硒化爐073和加熱器 074，硒化爐073的硒經(jīng)過加熱后進入硒化室07，基材在硒化室07中進行硒化，基材經(jīng)過在 350-550°C的溫度下完成固態(tài)硒化和重結(jié)晶后經(jīng)過冷卻真空室076冷卻后進入硫化鋅脈沖 賤射室08進行硫化鋅層鍍膜，基材在硫化鋅鍍膜室08采用脈沖濺射法硫化鋅旋轉(zhuǎn)靶制成 硫化膜層，基材完成硫化鋅鍍膜后進入隔離層濺射室09，通過旋轉(zhuǎn)靶進行濺射形成 隔離層，完成隔離層濺射后，基材進入上電極濺射室10，在上電極濺射室10中采用氟化鎂 旋轉(zhuǎn)靶通過交流中頻磁控濺射法制成上電極，基材完成上電極濺射后進入激光劃線室11、 激光劃線室11中安裝的多個激光劃線機頭對基材進行劃線，將經(jīng)過多次濺射成膜一層一 層疊加起來的大片光電池橫向劃線，分割成內(nèi)部串聯(lián)的許多小電池，接著基材進入減反射 膜真空鍍室12，在減反射膜真空鍍室12中設(shè)有加熱和冷卻機構(gòu)以及氟化鎂靶材，在減反射 真空鍍室12中采用交流中頻磁控濺射法制備減反射層，基材完成減反射層濺射后進入餳 真空濺射室13，在餳真空濺射室13采用直流磁控濺射法制成基材背面的金屬餳膜層，至此 整個光電池制程完成，光電池制程完成后進入出料室14，在出料室14中采用捲卷機141進 行光電池的成卷收集，同時通過襯紙卷142同步輸送襯紙，使得收集成卷的光電池上貼有 保護膜襯紙。
以下結(jié)合附圖2作進一步說明圖由中部向左為進料室Li，金屬箔基片通過狹縫 隔離閥進入Wl張力調(diào)整真空室，然后進入輝光放電等離子凈化室P1，基材經(jīng)雙面凈化后經(jīng) 過狹縫隔離閥進入P2轉(zhuǎn)鼓式鍍膜機。鍍膜機內(nèi)設(shè)多個真空磁控濺射室，基材撓轉(zhuǎn)鼓面前 行。雙園柱旋轉(zhuǎn)靶向基材的朝下面濺射成膜。首先在第一真空室采用含2%氟化鈉的銅鉬 合金靶，直流磁控濺射背電極，接著在第二真空室直流磁控濺鋁，形成15nm(納米)的反射 層。接著基材向前進入張力，糾偏調(diào)整室W2基材進行調(diào)整后，通過狹縫隔離閥進入P3轉(zhuǎn)鼓 鍍膜機。機內(nèi)有四個真空濺射室，采用雙旋轉(zhuǎn)靶直流磁控濺射生成2 μ m(微米)厚的銅銦 鎵硒膜層，鍍膜機內(nèi)設(shè)有加熱單元，冷卻是靠雙層轉(zhuǎn)鼓夾層里通冷卻介質(zhì)冷卻、調(diào)溫?；?金屬箔沿轉(zhuǎn)鼓的切線方向垂直向上通過狹縫隔離閥進入硒化室，這樣就避勉了銅銦鎵硒活性結(jié)晶面與導(dǎo)滾接觸。硒化室內(nèi)設(shè)置有加熱器和光催化裝置，以及硒、硫蒸氣通入導(dǎo)管，用 氬氣從旁設(shè)的硒化爐帶入，在550°C溫度下進一步硒化重結(jié)晶20-30分鐘完成硒化。 基材繼續(xù)前行經(jīng)狹逢隔離閥進入P4捲繞鍍膜機，機內(nèi)設(shè)三個真空鍍膜室，在完成 硒化后旳銅銦鎵硒吸收層膜層上以用平面靶脈沖濺射硫化鋅，形成N型半導(dǎo)體窗口層?；?材繼續(xù)向前，進入張力，糾偏室W3進行運行狀態(tài)調(diào)整后再經(jīng)狹縫隔離閥進入了轉(zhuǎn)鼓式真空 鍍膜機P5。機內(nèi)設(shè)四個真空濺射室第一濺射室和第二室濺射室濺射i_Si02阻擋層，膜厚 150nm，使用平面陶瓷靶通過交流中頻磁控濺射法進行濺射。第三真空濺射室鍍制上電極 層，采用氧化鋅鋁雙園柱旋轉(zhuǎn)靶，交流中頻磁控濺射制成0.3μπι的膜層作為導(dǎo)電電極。第 四真空室采用雙園柱旋轉(zhuǎn)靶交流磁控濺射在電極層上制成0. 5 μ m的減反射保護膜層?；?材繼續(xù)前行，通過狹縫隔離閥進入真空室P6，在此室內(nèi)完成在基材金屬箔另一面濺鍍一層 餳層的任務(wù)，其目的是為了便于以后的焊接。室內(nèi)設(shè)置雙園柱旋轉(zhuǎn)靶，直流磁控濺射制成 0. 8 μ m的餳膜?；睦^續(xù)向前進入W4張力和糾偏調(diào)整真空室，進行調(diào)整后，向前經(jīng)狹縫隔 離閥進入成品收卷室L2，在此室內(nèi)有兩個收卷支架一個是產(chǎn)品收卷，另一個是保護光電 池鍍層所用襯紙的支架。
權(quán)利要求1.一種柔性薄膜太陽能光電池連續(xù)自動化生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備是一條由 基材金屬箔卷到光電池成品卷的完全連續(xù)化自動化密閉真空生產(chǎn)線，所述設(shè)備從一側(cè)到另 一側(cè)各真空濺射室依次為基材金屬箔卷進料室、基材輝光放電等離子凈化室、氧化鈦絕緣 層真空鍍膜室、背電極銅鉬鈉合金真空鍍膜室、反射層鋁真空鍍膜室、吸收層P型半導(dǎo)體真 空鍍膜室、固態(tài)硒化硫化室、降溫室、窗口層硫化鋅N型半導(dǎo)體真空鍍膜室、隔離層i_Si02 真空鍍膜室、上電極氧化鋅鋁真空鍍膜室、減反射膜真空鍍室、助焊層真空鍍膜室、冷卻降 溫室、光電池成品收卷室，所述各個真空濺射室之間通過狹縫隔離閥固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性薄膜太陽能光電池連續(xù)自動化生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于 所述各真空濺射室采用的材質(zhì)為硬質(zhì)不銹鋼，且真空度要求為1. 6X10_Va。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性薄膜太陽能光電池連續(xù)自動化生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于 所述進料室和所述出料室為真空狀態(tài)或者常壓狀態(tài)，兩者可以互換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性薄膜太陽能光電池生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于所述基材輝 光放電等離子凈化室、所述氧化鈦絕緣層真空鍍膜室、所述背電極銅鉬鈉合金真空鍍膜室、 所述反射層鋁真空鍍膜室、所述吸收層銅銦鎵硒P型半導(dǎo)體真空鍍膜室、所述固態(tài)硒化硫 化室、所述降溫室、所述窗口層硫化鋅N型半導(dǎo)體真空鍍膜室、所述隔離層i_Si02真空鍍膜 室、所述上電極氧化鋅鋁真空鍍膜室、助焊層餳真空鍍膜室、所述減反射膜真空鍍室和所述 冷卻降溫室為充氬氣或者氮氣介質(zhì)的真空室。
專利摘要本實用新型提供了一種新型柔性化合物薄膜太陽能光電池大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)用的連續(xù)化自動化生產(chǎn)設(shè)備，一種柔性薄膜太陽能光電池生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備是一條由基材金屬箔卷到光電池成品卷的完全連續(xù)化自動化密閉真空生產(chǎn)線，所述設(shè)備從一側(cè)到另一側(cè)由多個真空濺射室通過狹縫隔離閥固定連接。本實用新型實現(xiàn)了生產(chǎn)的完全連續(xù)化自動化，提高了生產(chǎn)效率；克服了現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備活性結(jié)晶鍍膜層接觸導(dǎo)滾從而受破壞和分段生產(chǎn)接觸空氣被氧化而使質(zhì)量下降的向題，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H01L31/18GK201887059SQ20102058971
公開日2011年6月29日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者張錚震 申請人:蘇州新區(qū)科興威爾電子有限公司