一种薄膜太阳能电池吸收层制备工艺控制方法技术

本发明专利技术公开了一种薄膜太阳能电池吸收层制备工艺控制方法，所述工艺控制方法通过输入装置、信号采集装置、信号反馈控制装置实现工艺控制，所述工艺控制方法包括以下步骤：S1，根据生产参数要求，输入装置上设置输入控制变量和标定量；S2，设置信号采集装置采集输入装置的光学信号并传输至信号反馈控制装置；S3，信号反馈控制装置将光学信号转换成输出控制变量与标定量对比，判断并形成模拟信号指令传输至输入装置；S4，输入装置根据模拟信号指令判断调整输入控制变量，并重复步骤S2、S3。本发明专利技术提供的工艺控制方法实现闭环控制生产过程，实时自动调整参数，响应速度高，实现吸收层均匀性的控制，保证工艺稳定性和精确性，提高电池芯片的良品率。

A process control method for the preparation of absorption layer of thin film solar cells

The invention discloses an absorbing layer of thin film solar cell preparation process control method, the process control method through an input device, a signal acquisition device, signal feedback control device to realize the process control, the process control method comprises the following steps: S1, according to the requirements of production parameters, the input device is arranged on the input control variables and standard S2; set signal acquisition device input device and optical signal transmission to the signal feedback control device; S3 signal feedback control device for optical signal into a comparison of variables and quantitative output control, judgment and the formation of the analog signal is transmitted to the instruction input device; S4, analog signal input device according to the instructions to adjust the input control variable judgment repeat steps S2, S3, and. The process control method provided by the invention realizes closed-loop control production process, automatically adjusts parameters in real time, and has high response speed, achieves the control of the uniformity of the absorption layer, ensures the stability and accuracy of the process, and improves the yield rate of the battery chip.

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜太阳能电池吸收层制备工艺控制方法
本专利技术涉及薄膜太阳能电池领域，涉及一种多元化合物薄膜太阳能电池吸收层制备工艺控制方法。
技术介绍
薄膜太阳能电池，因其绿色环保，作为第二代太阳能技术替代传统晶硅电池，有广阔的市场前景。薄膜太阳能电池技术，一般采用多元化合物半导体作为吸收层，如CIGSSe（铜铟镓硫硒）、CIGS（铜铟镓硒）、CZTS（铜锌锡硫）、CZTSe（铜锌锡硒）等。此类薄膜太阳能电池吸收层规模制备的关键在于：1、吸收层各元素原子配比及梯度分布的实现；2、吸收层各元素原子配比及梯度分布的精确自动控制。现有工业化的吸收层成膜制备工艺中，主流技术路线为多元共蒸发发和溅射硒化法。其吸收层各元素原子配比及梯度分布的实现和控制原理为：根据吸收层膜层厚度及元素原子配比和梯度分布要求，按照仿真模型预置各分布层的不同比例金属溅射或者蒸发源。控制各输入变量实际值在设定值附近，按照一定的频率取样离线探测各元素在总的吸收层上的量比和其在基底上的分布均匀性。目前成膜制备工艺的本质是在线控制和调整的均是输入控制变量，而实际膜层的元素原子配比及在各膜层的梯度分布这一输出控制变量并没有得到实时的检测和调节，而仅仅是通过一定频率的离线探测才能获得，但目前通用的如X射线荧光光谱探测方法仅仅只能获得各元素在总的吸收层上的量比，无法测得在吸收层各分布膜层的元素量比，从而无法获得精确的梯度分布，也无法对均匀性进行调节，是一种不完善、响应慢的控制方法。因此寻求一种能够在线实时检测吸收层各分布膜层的元素原子配比和梯度分布等输出控制变量，实时反馈并调节各溅射源或者蒸发源的溅射功率、蒸发速率等输入控制变量来精确控制吸收层厚度方向上各元素原子配比及梯度分布的闭环控制方法对于薄膜太阳能电池吸收层规模制备极具意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种薄膜太阳能电池吸收层制备工艺控制方法，解决在线实时检测并同步精准控制的闭环控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一种薄膜太阳能电池吸收层制备工艺控制方法，所述工艺控制方法通过输入装置、信号采集装置和信号反馈控制装置实现对太阳能电池吸收层制备工艺的控制，所述工艺控制方法包括以下步骤：S1，所述输入装置包括金属源和非金属源，根据薄膜太阳能电池吸收层膜层厚度及元素梯度分布要求，分别设置各分布层金属源和非金属源的输入控制变量，并设置各分布层输出控制变量标定值；S2，所述信号采集装置包括纵向光学检测器和横向光学检测器，所述纵向光学检测器采集分布层金属源的金属元素和非金属源的非金属元素的光学信号，所述横向光学检测器采集各分布层累积非金属元素和金属元素的光学信号，并将所述光学信号传输至信号反馈控制装置；S3，所述信号反馈控制装置设置有信号转换及反馈单元和控制单元，所述信号转换及反馈单元将接收到的光学信号通过计算处理转换为输出控制变量，并将输出控制变量传递给控制单元，控制单元判断与输入装置设置的输出控制变量标定值比对，并判断输出控制变量值与输出控制变量标定值的偏差大小，信号转换及反馈单元将判断结果转换为模拟信号指令传输至输入装置；S4，若步骤S3判断输出控制变量值与输出控制变量标定值的偏差在工艺允许偏差范围内，则输出模拟信号指令保持输入控制变量不变，否则输入装置根据模拟信号指令重置输入控制变量，重复步骤S2、S3至输出控制变量值与输出控制变量标定值的偏差在工艺允许偏差范围内。本专利技术中信号采集装置包括但不限于各类基于原子吸收光谱、原子发射光谱原理的检测器；本专利技术通过输入装置设置太阳能电池吸收层制备的输入控制变量，信号采集装置不间断监测太阳能电池吸收层上金属元素和非金属元素的含量及非金属元素的均匀度，信号采集装置输出的光学强度信号传输至信号反馈装置，信号反馈装置将输出的光强模拟信号转换为输出控制变量与标定值比对，根据比对结果形成模拟信号指令传输至输入装置从而调节输入控制变量，使输入装置、信号采集装置、信号转换及反馈装置形成一个闭环监控系统，实现在线实时监测和输入控制变量的调整，无需取样离线探测，提高生产效率和生产质量。进一步地，所述金属源包括金属溅射源和金属蒸发源，所述非金属源包括非金属蒸发源。本专利技术采用一般太阳能电池吸收层制备装置，适用于同类产品的生产使用。再进一步地，所述非金属源设置有纵向输入单元，所述横向光学检测器采集纵向输入单元的非金属元素的光学信号。在非金属源上设置纵向输入单元扩大了非金属元素在太阳能电池吸收层表面的喷射范围，有利于提高非金属元素在吸收层上的分布均匀度，同时通过横向光学检测器监测实时反馈各分布层金属元素和非金属元素的分布情况，且纵向输入单元和非金属源的窗口或角位移控制器包括但不限于一般的步进电机和伺服电机。再进一步地，所述横向光学检测器设置3个检测探头，分别对应监测纵向输入单元的上部、中部和下部。横向光学检测器用于监测非金属元素的分布均匀度，由于非金属元素以蒸汽形态进入镀膜腔室，吸收层上中下的温度不均匀容易造成非金属元素分布不均匀，因此设置3个检测探头对应检测纵向输入单元的上部、中部和下部，保证监测结果的准确度，提高产品的质量。再进一步地，所述金属源的输入控制变量定义为各分布层不同金属比例的溅射功率或蒸发速率，所述非金属源的输入控制变量定义为各分布层的阀门开度，所述纵向输入单元的输入控制变量定义为各分布层开口窗开口度。再进一步地，所述信号反馈控制装置包括信号反馈控制装置α和信号反馈控制装置β，所述信号反馈控制装置α接收纵向光学检测器采集的光学信号，并将光学信号通过计算处理转换为输出控制变量，所述输出控制变量定义为Rp（k）=，所述公式中W为非金属元素i的光学信号值，Wm为金属元素j的光学信号值，Rp(k)为非金属元素和金属元素的光学信号比值。再进一步地，所述信号反馈控制装置β接收横向光学检测器采集的光学信号，并将光学信号通过计算处理转换为输出控制变量，所述输出控制变量定义为∆TB=Wt-Wb，∆CE=Wm-(Wt+Wb)，所述公式中∆TB为纵向输出装置两端非金属元素信号强度偏差，∆CE为纵向输出装置中部与两端的非金属元素信号强度偏差，Wt为纵向输出装置顶部的非金属元素光学信号值，Wb为纵向输出装置底部的非金属元素光学信号值，Wm为纵向输出装置中部的非金属元素光学信号值。再进一步地，所述信号反馈控制装置α将纵向光学检测器采集的光学信号值计算转换为实际输出控制变量Rp（k）与标定值进行比对，并将比对结果转换为模拟信号指令反馈给金属源调节溅射功率或蒸发速率，非金属蒸发源调节阀门开度，所述信号反馈控制装置β将横向光学检测器采集的光学强度信号值计算转换为实际输出控制变量∆TB和∆CE分别与输出控制变量标定值进行比对，并将比对结果转换为模拟信号指令反馈给纵向输入单元，调节控制开口窗开口度的均匀性。再进一步地，所述信号反馈控制装置α和信号反馈控制装置β设置有控制单元，所述控制单元控制信号反馈控制装置α和信号反馈控制装置β在反馈调节过程中产生的信号传输偏差。控制单元通过设置增益阈值、积分和取样周期，对信号反馈单元α和信号反馈单元β调节过程中的波动进行PI控制，提高响应速度，消除稳态误差。所述信号反馈单元α、信号反馈单元β和控制单元包括但不限于单片机、AD/DA数据采集转换器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜太阳能电池吸收层制备工艺控制方法，其特征在于：所述工艺控制方法通过输入装置、信号采集装置和信号反馈控制装置实现对太阳能电池吸收层制备工艺的控制，所述工艺控制方法包括以下步骤：S1，所述输入装置包括金属源（11）和非金属源（12），根据薄膜太阳能电池吸收层膜层厚度及元素梯度分布要求，分别设置各分布层金属源（11）和非金属源（12）的输入控制变量，并设置各分布层输出控制变量标定值；S2，所述信号采集装置包括纵向光学检测器（21）和横向光学检测器（22），所述纵向光学检测器（21）采集分布层金属源（11）的金属元素和非金属源（12）的非金属元素的光学信号，所述横向光学检测器（22）采集各分布层累积非金属元素和金属元素的光学信号，并将所述光学信号传输至信号反馈控制装置；S3，所述信号反馈控制装置设置有信号转换及反馈单元和控制单元，所述信号转换及反馈单元将接收到的光学信号通过计算处理转换为输出控制变量，并将输出控制变量传递给控制单元，控制单元判断与输入装置设置的输出控制变量标定值比对，并判断输出控制变量值与输出控制变量标定值的偏差大小，信号转换及反馈单元将判断结果转换为模拟信号指令传输至输入装置； S4，若步骤S3判断输出控制变量值与输出控制变量标定值的偏差在工艺允许偏差范围内，则输出模拟信号指令保持输入控制变量不变，否则输入装置根据模拟信号指令重置输入控制变量，重复步骤S2、S3至输出控制变量值与输出控制变量标定值的偏差在工艺允许偏差范围内。...

【技术特征摘要】
1.一种薄膜太阳能电池吸收层制备工艺控制方法，其特征在于：所述工艺控制方法通过输入装置、信号采集装置和信号反馈控制装置实现对太阳能电池吸收层制备工艺的控制，所述工艺控制方法包括以下步骤：S1，所述输入装置包括金属源（11）和非金属源（12），根据薄膜太阳能电池吸收层膜层厚度及元素梯度分布要求，分别设置各分布层金属源（11）和非金属源（12）的输入控制变量，并设置各分布层输出控制变量标定值；S2，所述信号采集装置包括纵向光学检测器（21）和横向光学检测器（22），所述纵向光学检测器（21）采集分布层金属源（11）的金属元素和非金属源（12）的非金属元素的光学信号，所述横向光学检测器（22）采集各分布层累积非金属元素和金属元素的光学信号，并将所述光学信号传输至信号反馈控制装置；S3，所述信号反馈控制装置设置有信号转换及反馈单元和控制单元，所述信号转换及反馈单元将接收到的光学信号通过计算处理转换为输出控制变量，并将输出控制变量传递给控制单元，控制单元判断与输入装置设置的输出控制变量标定值比对，并判断输出控制变量值与输出控制变量标定值的偏差大小，信号转换及反馈单元将判断结果转换为模拟信号指令传输至输入装置；S4，若步骤S3判断输出控制变量值与输出控制变量标定值的偏差在工艺允许偏差范围内，则输出模拟信号指令保持输入控制变量不变，否则输入装置根据模拟信号指令重置输入控制变量，重复步骤S2、S3至输出控制变量值与输出控制变量标定值的偏差在工艺允许偏差范围内。2.根据权利要求1所述的一种薄膜太阳能电池吸收层制备工艺控制方法，其特征在于：所述金属源（11）包括金属溅射源和金属蒸发源，所述非金属源（12）包括非金属蒸发源。3.根据权利要求1所述的一种薄膜太阳能电池吸收层制备工艺控制方法，其特征在于：所述非金属源（12）设置有纵向输入单元（13），所述横向光学检测器（22）采集纵向输入单元（13）的非金属元素的光学信号。4.根据权利要求1或权利要求3所述的横向光学检测器，其特征在于所述横向光学检测器（22）设置3个检测探头，分别对应监测纵向输入单元（13）的上部、中部和下部。5.根据权利要求1至3任一项权利要求所述的一种薄膜太阳能电池吸收层制备工艺控制方法，其特征在于：所述金属源（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟宇宁，谢小科，于华君，
申请(专利权)人：广东汉能薄膜太阳能有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44