非晶硅薄膜太阳能电池关键生产设备工作原理研究.pdf

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1、非晶硅薄膜太阳能电池关键生产设备工作原理研究曾高平信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司四川成都610000摘要：太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生清洁能源。大阳能电池技术是近些年来发展最快、最受瞩目的项目之一，其生产设备是决定其品质与性能的关键。关键词：薄膜、太阳能、设备、PECVD、激光划刻系统、磁控溅射系统Abstract:solarenergyisthehumantheinexhaustiblerenewablecleanenergy.Sunarisestobatterytech

2、nologyinrecentyearsisthefastestgrowingandmostnotablyoneoftheproject,theproductionequipmentisthequalityandperformanceofthedecisiontokey.Keywords:film,solarenergy,equipment,PECVD,laserrowmomentsystem,magnetronsputteringsystem中图分类号：TK511文献标识码：A文章编号：非晶硅太阳能

3、电池具有较高的转换效率和较低的成本及重量轻等特点，它主要是以非晶硅薄膜为基础，通过掺杂、沉积得到N形或P形掺杂的非晶硅薄膜，其主要生产设备包括：PIN层沉积系统、激光划刻系统、磁控溅射系统、清洗机、汇流电极装备、叠层装置系统、辊压机、层压机、接线盒安装设备、在线模拟测试设备等。其中以PIN层沉积系统、激光划刻系统、磁控溅射系统最为关键。PIN层沉积系统（PECVD）PECVD反应室中通入反应气体，并在两极板之间加上激励电压时，在系统的两个电极之间就会产生放电现象，形成放电电流。辉光放电区域由发光部分

4、和暗区部分组成。辉光区可分为许多辉光度及其密度差别很大的小区域。由于从阴极发射出的电子能量非常低，很难对气体分子发生作用，因此在非常靠近阴极的地方形成阿斯顿暗区，从阴极发射出的电子，在穿过阿斯顿暗区的过程中，被在放电电压中占大部分的阴极电压降产生的电场加速，获得了足够的能量，当它们与气体分子作用时，就会使气体分子激发而发光，形成阴极辉光区。与气体分子没有发生作用的电子，穿过阴极辉光区后被进一步加速，由于此时电子的能量超过了分子激发所需能量的最大值，再与气体分子作用时，就会使其分解、电离，从而产生大量

5、的离子和低速电子，发光变弱，形成阴极暗区。阴极暗区中形成的大量的低速电子受到加速后，进而激励气体分子，使其发光，这就是负辉光区。在负辉光区，由于电子密度变大，电场急剧减弱，电子能量的减小使得分子最有效地激发。随后，电子能量降到很小，与离子再复合而发光变弱，形成法拉第暗区。此后由于电场逐渐增强，形成正柱区，该区内的场强一样，电子和正离子基本上满足电中发生器条件，即处于等离子体状态。而在阳极附近，电子被阳极吸引，离子被阳极排斥而形成阳极暗区，由于阳极的气体被加速了的电子激发，阳极便被阳极辉光所覆盖。对于

6、高频电源激励条件下的辉光放电过程而言，只有质量很小的电子才能够跟得上电场的变化，质量远大于电子的离子基本上不动，于是，正离子被积累在阴极暗区一侧，使电极呈现出一个负的自偏压。所以，在高频电源激励产生的辉光放电等离子体中，主要的能量转换过程通过电子在电场中的加速以及电子与气体分子的相互碰撞来实现。激光划刻系统薄膜太阳能电池是在玻璃基板上镀上几层纳米或微米厚的导电材料和半导体材料制成的。考虑电池结构、工艺和成本的需求，要将整块电池板分割成若干的小电池，以提高电池的输出电压和减少因局部质量问题对整体电池的

7、影响。其原理是将一定比例的Al2O3、Y2O3和NdO3在单晶炉中熔化结晶而成，成为Nd:YAG。Nd:YAG属四能级系统，量子效率高，受激辐射面积大，所以它的阈值比红宝石和钕玻璃低得多。又由于Nd：YAG晶体具有优良的热学性能，因此非常适合制成连续和重频器件。它是目前唯一能在室温下连续工作的固体物质，在中小功率脉冲器件中，目前应用Nd：YAG的量远远超过其他工作物质。磁控溅镀设备在沉积完P、I、N后，太阳能电池可实现光电转换功能，即在阳光照射下可将正负电子按一定的顺序进行排列，但此时还需另一导电体

8、将P、I、N所产生的光电效应中的电子串接起来。因此需要对已沉积完P、I、N层的电池基板再进行背电极的溅镀工作。磁控溅射的工作原理为：电子在电场E作用下，在飞向基板过程中与氩原子发生碰撞，使其电离出Ar+和一个新的电子，电子飞向基片，Ar+在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子则淀积在基片上形成薄膜。二次电子e1一旦离开靶面，就同时受到电场和磁场的作用。二次电子在阴极暗区，只受电场作用；在负辉区就只受磁场作用。