CIGS太阳能电池薄膜生产线制造技术

本发明专利技术公开了CIGS太阳能电池薄膜生产线，包括多个镀膜子线，各子线依次独立地对薄膜进行立式镀膜，每一子线沿薄膜展开方向至少包括放卷室、镀膜室和收卷室，主驱动辊设于放卷室和收卷室内，多个传动辊设于子线各腔室内，张力检测辊、张力调节辊设于子线至少一个腔室内；其中：张力检测辊与张力调节辊为相邻设置的，张力检测辊用于实时监测薄膜张力，张力调节辊根据张力检测辊的反馈调节自身转速以调节薄膜于各腔室内传动速度，张力调节辊为非传动辊，薄膜经过张力检测辊与进过张力调节辊的展开轨迹为非直线轨迹。本发明专利技术提供的CIGS太阳能电池薄膜生产线元素扩散路径短，无中间产物，无元素蒸发，薄膜效率高，特别适合大面积规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及CIGS太阳能电池薄膜生产线，属于新能源制造领域。
技术介绍
CIGS太阳能电池，由Cu(铜)、In(铟)、Ga(镓)、Se(硒)四种元素构成最佳比例的黄铜矿结晶薄膜太阳能电池，CIGS太阳能电池具有层状结构，吸收材料属于I-III-VI族化合物，其衬底一般采用不锈钢、玻璃或柔性薄膜衬底，是组成电池板的关键技术。该产品具有光吸收能力强，发电稳定性好、转化效率高，白天发电时间长、发电量高、生产成本低以及能源回收周期短等诸多优势。CIGS太阳能电池一般采用真空溅射、蒸发或者其他非真空的方法分别沉积多层薄膜，形成P-N结而构成光电转换器件。从光入射层开始，各层分别为：金属栅状电极、减反射膜、窗口层(ZnO)、过渡层(CdS)、光吸收层(CIGS)、金属背电极(Mo)、玻璃或柔性薄膜衬底。CIGS太阳能电池的底电极Mo和上电极n-ZnO一般采用磁控溅射的方法，工艺路线较为成熟。吸收层的制备具有许多不同的方法，这些沉积制备方法包括：蒸发法、溅射后硒化法、电化学沉积法、喷涂热解法和丝网印刷法等。其中蒸发法与溅射后硒化法属于真空方法，已被产业界广泛采用。CIGS太阳能电池板的现有成熟技术为在玻璃基板上进行膜层制备，基于玻璃基板的CIGS太阳能电池板的生产设备已在全球广泛使用。但随着太阳能电池使用环境的多元化，使用如玻璃基板的刚性基材限制了太阳能电池的使用环境，因此CIGS薄膜太阳能电池应运而生。目前市场上的透明导电薄膜主要有ITO(In2O3:Sn)、FTO(SnO2:F)、AZO(ZnO:Al)三种。各自有自己的优缺点，如ITO电阻率比较低，成本较高；FTO成本较低，成膜温度高，氢等离子体环境稳定性差；AZO在氢等离子体环境中稳定性好，成本低廉，电学性能不如ITO。不同吸收层的薄膜太阳能电池需选择适合的透明导电薄膜，以获得最佳界面效果。掺铝氧化锌(AZO)薄膜以其优异的导电性能、可见光透过性能、良好的氢等离子体稳定性能、以及价格低廉、资源丰富等优点将可能成为非晶硅/微晶硅薄膜太阳能电池、CIGS薄膜太阳能电池的透明导电薄膜材料。国外对ZnO基薄膜的研究始于20世纪8O年代，主要工作集中在薄膜制备工艺、导电机理以及微量掺杂等三方面。ZnO基薄膜制备工艺主要有磁控溅射(MS)、化学气相沉积(CVD)、脉冲激光沉积(PLD)、溶胶-凝胶(Sol-Gel)、喷雾热分解(Spraypyrolysis)等。研究结果表明，采用PVD工艺制备的AZO电阻率相对比较小，透过率比较高，采用RF磁控溅射技术可以获得目前最好的光学、电学性能，但RF磁控溅射沉积速率低、成本高，不适合大规模生产。采用溶胶凝胶工艺制备的AZO电阻率比较高，透过率也比较低。目前大部分工艺还停留在工艺开发研究阶段，只有少数工艺目前可以实现工业化生产。瑞士欧瑞康太阳能分部及瑞士微技术研究所(IMT)采用LPCVD工艺开发了BZO(ZnO:B)in-line生产线，并与非晶/微晶硅电池生产线一起销售，提供Turnkey的非晶/微晶硅薄膜太阳能电池制造技术。LPCVD技术生长的BZO表面具有绒面效果，不需要进行后处理就可以实现捕光效应(light-trap)；但LPCVD设备及原材料昂贵，工艺过程中浪费较大，因此BZO成本较高。德国Juelich的光伏研究所(IPV)采用MF磁控溅射技术制备AZO薄膜，然后采用酸刻蚀工艺制备绒面，达到光捕获效果。该工艺设备简单，成本相对较低，膜的质量(如：方阻、透过率、方阻均匀性等)与磁控溅射的阴极设计、溅射参数及电源类型等有很大的关系。总之，TCO薄膜具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等共同光电特性，在太阳能电池、平面显示、特殊功能窗口涂层及其他光电器件领域具有广阔的应用前景。TCO薄膜制造成本低于ITO、无毒、易光刻加工、在氢气氛中的化学稳定性比ITO膜好，有可能替代ITO产品，尤其在太阳能电池透明电极领域。而20世纪80年代兴起的ZnO：Al(简称AZO)透明导电薄膜中的Zn源价格便宜(有关金属材料的市场价格以每千克人民币元计算大致是：铝15.2、锌14.4、锡152、铟3200)，来源丰富，无毒，并且在氢等离子体中稳定性要优于ITO薄膜，同时具有可与ITO薄膜相比拟的光电特性。所以，AZO薄膜目前己成为TCO薄膜领域的研究热点并广为应用。薄膜太阳能电池的制备工艺主要包括磁控溅射及真空蒸镀。磁控溅射是利用荷能粒子轰击固体靶材，使靶材原子或分子被溅射出来并沉积到衬底表面的一种工艺。靶材可选用金属靶和陶瓷靶。磁控溅射制备法具有沉积速率高、基片温度低、成膜黏附性好、易控制、成本低、适合大面积制膜的优点，仍是目前研究最多、最成熟、应用最广泛的AZO薄膜制备技术。真空蒸镀就是将需要制成薄膜的物质放于真空中进行蒸发或升华，使之在基片表面上析出。真空蒸镀的装置比较简单，工艺参数较少，易控制薄膜的生长，薄膜中杂质含量低。但真空度的高低直接影响薄膜的结构和性能，真空度低，材料受残余气体分子污染严重，薄膜性能变差，提高衬底温度有利于气体分子的解吸。CIGS薄膜太阳能电池板以柔性的薄膜作为基材，不仅具有自重轻、使用性强、适用范围广的使用优势，同时也带来了生产工艺的难度提高，薄膜在高温环境下的热胀冷缩现象非常严重，薄膜柔软质轻，容易在生产线上发生折叠或其他机械损耗，并且由于高温环境对其内部分子运动影响，薄膜有可能易碎或薄厚不均，因此其生产过程中的技术要点发生了改变，因此相对应的生产设备就要进行相对应的改进。CIGS薄膜电池光电效率高、原材料用量不到晶硅的1％，具有极大的低成本潜力。但迄今为止，这个潜力没有得到充分显现，最根本的原因在于，传统的CIGS薄膜电池技术(“共蒸发”和“后硒化”)存在固有缺陷，工艺过于复杂，电池良品率普遍低于60％，无法体现其低成本优势。现有技术中对于CIGS薄膜太阳能电池的生产为沿用玻璃基材的生产设备，这样的设备集成度低且无法克服薄膜本身性质带来的技术难点。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提供可立式镀膜的CIGS太阳能电池薄膜生产线。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的目的在于提供CIGS太阳能电池薄膜生产线，包括：包括多个镀膜子线，各子线依次独立地对薄膜进行立式镀膜，每一子线沿薄膜展开方向至少包括放卷室、镀膜室和收卷室，主驱动辊设于放卷室和收卷室内，多个传动辊设于子线各腔室内，张力检测辊、张力调节辊设于子线至少一个腔室内；其中：张力检测辊与张力调节辊为相邻设置的，张力检测辊用于实时监测薄膜张力，张力调节辊根据张力检测辊的反馈调节自身转速以调节薄膜于各腔室内传动速度，张力调节辊为非传动辊，薄膜经过张力检测辊与进过张力调节辊的展开轨迹为非直线轨迹。优选的，张力调节辊与薄膜的接触面积大于等于张力检测辊及传动辊与薄膜的接触面积。优选的，薄膜展开时，薄膜依次经过张力检测辊及相邻的张力调节辊。优选的，辊轴沿垂直方向的末端设有万向轴承。优选的，Mo子线沿薄膜的展开方向依次包括放卷室、第一溅射室、过渡室、第二溅射室及收卷室。更优选的，第一溅射室及第二溅射室内各设有至少一个单旋转阴极，单旋转阴极在溅射室内的设置位置可根据需要进行调整。作为一种优选的实施方式，薄膜在本文档来自技高网...

【技术保护点】
CIGS太阳能电池薄膜生产线，其特征在于：包括多个镀膜子线，各子线依次独立地对薄膜进行立式镀膜，每一子线沿薄膜展开方向至少包括放卷室、镀膜室和收卷室，主驱动辊设于放卷室和收卷室内，多个传动辊设于子线各腔室内，张力检测辊、张力调节辊设于子线至少一个腔室内；其中：张力检测辊与张力调节辊为相邻设置的，张力检测辊用于实时监测薄膜张力，张力调节辊根据张力检测辊的反馈调节自身转速以调节薄膜于各腔室内传动速度，张力调节辊为非传动辊，薄膜经过张力检测辊与进过张力调节辊的展开轨迹为非直线轨迹。

【技术特征摘要】
1.CIGS太阳能电池薄膜生产线，其特征在于：包括多个镀膜子线，各子线依次独立地对薄膜进行立式镀膜，每一子线沿薄膜展开方向至少包括放卷室、镀膜室和收卷室，主驱动辊设于放卷室和收卷室内，多个传动辊设于子线各腔室内，张力检测辊、张力调节辊设于子线至少一个腔室内；其中：张力检测辊与张力调节辊为相邻设置的，张力检测辊用于实时监测薄膜张力，张力调节辊根据张力检测辊的反馈调节自身转速以调节薄膜于各腔室内传动速度，张力调节辊为非传动辊，薄膜经过张力检测辊与进过张力调节辊的展开轨迹为非直线轨迹。2.根据权利要求1所述的CIGS太阳能电池薄膜生产线，其特征在于：Mo子线沿薄膜的展开方向依次包括放卷室、第一溅射室、过渡室、第二溅射室及收卷室。3.根据权利要求1所述的CIGS太阳能电池薄膜生产线，其特征在于：环形CIGS子线沿柔性薄膜基材的展开方向依次包括放卷室、预热室、过渡室、蒸镀室、冷却室及收卷室，其中蒸镀室与过渡室交替设置，蒸镀室的两侧均设有过渡室。...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄乐，祝海生，黄国兴，孙桂红，黄夏，
申请(专利权)人：湘潭宏大真空技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43