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薄膜太阳能电池姓名:李余强日期:2011.05.13Thinfilmsolarcell非晶硅太阳能电池的结构(柔性衬底)Flexiblesubstrate多结结构Thinfilmsolarcell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GLASSorPI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Thinfilmsolarcell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GLASSorPI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Thinfilmsolarcell吸收层的制备(非晶硅)此膜层是通过RF—PECVD来完成的,使用RF-PECVD设备GLASSorPIThetop:顶电池用1.8eV带隙的非晶硅a-Si,吸收蓝光。Themiddle: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: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。Thinfilmsolarcell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GLASSorPI导电减反层ITO涂层,有助于收集光电流Thinfilmsolarcell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GLASSorPI收集电流用的金属栅线栅线Thinfilmsolarcell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)、以及激光焊接或超声键合Thinfilmsolarcell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.Thinfilmsolarcell;制作接触层AZO;制作窗口层ITO2RF-PECVD设备制作吸收层N-I-P层3激光划线机背电极、AZO、α-si、ITO激光划线4丝网印刷机填涂绝缘层(将互联区域隔开)、制备栅线5激光焊接或超声键合用于栅线和背电极之间的相互链接6层压机使用EVA或Tedlar将电池片将其层压封装7测试仪器台阶仪、椭偏仪、XRF、四探针方块电阻仪Thinfilmsolarcell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的晶格匹配较好,热膨胀系数与CIGS相近此膜通过直流溅射来完成Thinfilmsolarcell: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Thinfilmsolarcell共蒸发工艺的方法——一步法一步法是在基板温度为450~550℃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。Thinfilmsolarcell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Thinfilmsolarcell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=0.7∶0.3,In+Ga/Se=2∶3;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CIGSp型黄铜矿结构,并控制Cu/In+Ga的比例在0.88~0.92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Thinfilmsolarcell的其它制备方法反应溅射:反应溅射(reactivesputtering)是在Ar-H2Se气氛下溅射Cu、In等混合溅射:混合溅射(hybridsputtering,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。Thinfilmsolarcell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Thinfilmsolarcell: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的作用此膜通过化学水浴来制备Thinfilmsolarcell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Thinfilmsolarcell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Thinfilmsolarcell碲化镉(CdTe)太阳能电池的结构形成欧姆接触,收集光生电流Thinfilmsolarcell)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Thinfilmsolarcell)真空淀积——升华/凝结2)电沉积3)丝网印刷Thinfilmsolarcell)真空淀积——升华/凝结2)电沉积3)化学雾化4)丝网印刷Thinfilmsolarcell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.淀积金属膜作为低电阻电流收集Thinfilmsolarcell染料敏化电池的基本结构(dye—sensitizedsolarcell)光电转换机理:(1)太阳光(hν)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。Thinfilmsolarcell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Thinfilmsolarcell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。Thinfilm
本文标题:柔性薄膜太阳能电池的制备
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