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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
2、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
3、，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
4、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
5、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
6、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=
7、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
8、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，
9、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,
10、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，
11、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
12、 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，
13、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!,longsun,MajpjMVcyzj21HLfrvy96dv02lPPfYgxUS7IYmZkyEmZ0kGeYZS3bpLCkY
14、H1lt4EK7CxmUX3ijoYSOer7ZuaVWYgz4EpZrUirVpMzzvNtf1XZw5oswSXOtFaejnOcmfE1lZgnN1RSXg8wLCG8CVQ3XPJMvodPFWcpiYJgZazNSEPNIaklYSu7qSd1UpaxmZDlpN9zW7kljfsLCLi26Yv109ffbnDH8LbUN1G6ACURQ39eG12KHL9tXsZ1jzgoCK8g1kuNOh5eFvcmVT5ZYVQt9zk3rp3qLnf02FovEXxVRxjCcFRNppiJljNiOuk6fONnyX7fyGg7sXZ49BmCN5oy9VesHpKzdjTKwjrkC
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