专利名称：柔性薄膜太阳能光电池连续自动化生产设备的制作方法
技术领域：
本发明属于新能源技术领域，涉及一种新型柔性化合物薄膜太阳能光电池大规 模工业化生产用的连续化自动化生产设备，特别涉及一种以铜铟镓硒(CIGS)、铜铟铝硒 (CIAS)、铜铟镓硫硒(CIGSS)作为光吸收层半导体材料的化合物光电池大规模生产设备。
背景技术：
以铜铟镓硒(CIGS)为代表的，以其化合物半导体为光吸收层的薄膜太阳能光电 池，具有制造成本低，光电转换率高，使用寿命长，抗幅射性强和弱光发电性能好，可卷曲的 优良特性被国际上公认为最有发展前景的第三代太阳能光电池。目前正处在大规模产业化 的前期。鉴于是前沿科技，目前只有少数国家掌握其技术，保密性很强，有关专利和文献比 较少，特别是大规模工业化连续化自动化生产设备的报导更少。当前世界上多以研究和生 产硬性玻璃基材的为主，采用柔性基材(如金属箔，工程塑料薄膜)，由卷到卷(即由原材料 金属箔卷通过整体连续生产线到光电池成品卷)。连续化自动化生产报导很少，只有德国莱 宝公司生产的“web750Sp分段的镀膜生产线”和美国专利(038254433)报导的“把多个转 鼓式镀膜机串起来的结构形式”。这两种生产线在使用中都存较大的缺点(一)前者是分段生产的，其中CIGS吸收层要求很高，是在真空充氩的条件下磁控 溅射成膜的.其膜层具有很高的活性和结晶，分段式生产避免不了把活性表面暴露在空气 中而生成氧化相杂质，严重影响光电转换率。(二)前两者都是采用转鼓式真空镀膜机首先，转鼓内各真空溅射室之间难于很 好封闭隔离，这就会造成物料互串；其次，镀层活性面接触转向导滚，使结晶受到破坏，转换 率降低。(三)缺少固态硒化设备单元，使整个生产线不连续。
实用新型内容为了解决上述背景技术存在的问题，本实用新型提出以下技术方案一种柔性薄 膜太阳能光电池连续自动化生产设备，其特征在于所述设备是一条由基材金属箔卷到光 电池成品卷的完全连续化自动化密闭真空生产线，所述设备从一侧到另一侧各真空溅射室 依次为基材金属箔卷进料室、基材辉光放电等离子净化室、氧化钛绝缘层真空镀膜室、背 电极铜钼钠合金真空镀膜室、反射层铝真空镀膜室、吸收层P型半导体真空镀膜室、固态硒 化硫化室、降温室、窗口层硫化锌N型半导体真空镀膜室、隔离层i-Si02真空镀膜室、上电 极氧化锌铝真空镀膜室、减反射膜真空镀膜室、助焊层饧真空镀膜窒.冷却降温室、光电池 成品收卷室，所述各个真空溅射室之间通过狭縫隔离阀固定连接。作为本发明的一种优选方案，所述各真空溅射室采用的材质为硬质不锈钢，且真 空度要求为1. 6X10_4Pa。作为本发明的又一种优选方案，所述进料室和所述出料室为真空状态或者常压状 态。[0009]作为本发明的再一种优选方案，所述基材辉光放电等离子净化室、所述氧化钛绝 缘层真空镀膜室、所述背电极铜钼钠合金真空镀膜室、所述反射层铝真空镀膜室、所述吸收 层、所述P型半导体真空镀膜室、所述固态硒化硫化室、所述降温室、所述窗口层硫化锌N型 半导体真空镀膜室、所述隔离层i-Sih真空镀膜室、所述上电极氧化锌铝真空镀膜室、所述 减反射膜真空镀室、所述助焊层饧真空镀膜室和所述冷却降温室为充氩气或者氮气介质的 真空室，真空度为6. 2Pa。本实用新型所带来的有益效果是1.实现了生产的完全连续化自动化，提高了生产效率；2.克服了現有技术设备活性结晶镀膜层接触导滚从而受破坏和分段生产接触空 气被氧化而使质量下降的向题；3.提高了产品质量和光电转换效率；4.生产线设有在线自动检测闭环垃制系统，能适时检测膜厚，结晶度，组成成份等 各种指标。出现问题能及时纠正，从而保证质量，不出废品；5.用此设备生产出的柔性薄膜光电池质量好，转换率高。6.生产线设计中加入了固态硒化单元，使整个生产过程达刭完全的连续化自动 化。
图1本实用新型原理图；图2本实用新型结构示意图。图中标号为01-进料室011--放料卷[0021]012-除尘器013--焊接机[0022]014.-狭缝隔离阀02-辉光放电等离子净化室[0023]021-辉光等离子净化器03-绝缘层磁控溅射室[0024]031-冷却器04-真空背电极溅射室[0025]041.-栅格042--平面导轨[0026]05-反射层真空溅射室06-吸收层铜铟镓硒成膜室[0027]061-探头062--铜铟镓硒四元合金靶[0028]07-硒化室071--保温反射板[0029]072.-冷却套073--硒化炉[0030]074.-加热器075--气体导管[0031]076-冷却真空室08-硫化锌脉冲溅射室[0032]09-隔离层溅射室091--I-SiO2旋转靶[0033]10-上电极溅射室11-激光划线室[0034]12-减反射膜真空镀室13-饧真空溅射室[0035]14-出料室141--捲卷[0036]142.-衬纸卷具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点 和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确 的界定。如图1所示的一种柔性薄膜太阳能光电池连续自动化生产设备原理图，由图中可 以看到是一台连续完整的真空生产系统，基材从进料室01中的放料卷011开始，通过导向 滚顺序前进，经过除尘器012除尘，焊接器013焊接后，通过狭缝隔离阀014进入辉光放电 等离子净化室02，辉光放电等离子净化室02中的辉光等离子净化器021对基材进行净化， 基材净化后进入绝缘层磁控溅射室03采用氧化钛旋转靶进行溅射，基材绝缘层溅射完成 后经过冷却器031，基材冷却后进入真空背电极溅射室04，在真空背电极溅射室04中安装 有栅格041，基材经过铜钼钠旋转合金靶完成背电极溅射后在表面形成激光划线的划线， 接着基材通过平面导轨042送入反射层真空溅射室05，通过直流磁控溅射成铝反射层，完 成反射层溅射后进入吸收层铜铟镓硒成膜室06，吸收层铜铟镓硒成膜室06通过铜铟镓硒 四元合金062完成吸收层成膜，在吸收层铜铟镓硒成膜室06中安装有在线监测探头061。 基材完成吸收层溅射后进入硒化室07，硒化室07中具有保温反射板071、冷却套072以 及传输带有硒蒸汽和硫蒸汽的氩气导管75，硒化室07外侧连接有硒化炉073和加热器 074，硒化炉073的硒经过加热后进入硒化室07，基材在硒化室07中进行硒化，基材经过在 350-550°C的温度下完成固态硒化和重结晶后经过冷却真空室076冷却后进入硫化锌脉冲 贱射室08进行硫化锌层镀膜，基材在硫化锌镀膜室08采用脉冲溅射法硫化锌旋转靶制成 硫化膜层，基材完成硫化锌镀膜后进入隔离层溅射室09，通过旋转靶进行溅射形成 隔离层，完成隔离层溅射后，基材进入上电极溅射室10，在上电极溅射室10中采用氟化镁 旋转靶通过交流中频磁控溅射法制成上电极，基材完成上电极溅射后进入激光划线室11、 激光划线室11中安装的多个激光划线机头对基材进行划线，将经过多次溅射成膜一层一 层叠加起来的大片光电池横向划线，分割成内部串联的许多小电池，接着基材进入减反射 膜真空镀室12，在减反射膜真空镀室12中设有加热和冷却机构以及氟化镁靶材，在减反射 真空镀室12中采用交流中频磁控溅射法制备减反射层，基材完成减反射层溅射后进入饧 真空溅射室13，在饧真空溅射室13采用直流磁控溅射法制成基材背面的金属饧膜层，至此 整个光电池制程完成，光电池制程完成后进入出料室14，在出料室14中采用捲卷机141进 行光电池的成卷收集，同时通过衬纸卷142同步输送衬纸，使得收集成卷的光电池上贴有 保护膜衬纸。
以下结合附图2作进一步说明图由中部向左为进料室Li，金属箔基片通过狭缝 隔离阀进入Wl张力调整真空室，然后进入辉光放电等离子净化室P1，基材经双面净化后经 过狭缝隔离阀进入P2转鼓式镀膜机。镀膜机内设多个真空磁控溅射室，基材挠转鼓面前 行。双园柱旋转靶向基材的朝下面溅射成膜。首先在第一真空室采用含2%氟化钠的铜钼 合金靶，直流磁控溅射背电极，接着在第二真空室直流磁控溅铝，形成15nm(纳米)的反射 层。接着基材向前进入张力，纠偏调整室W2基材进行调整后，通过狭缝隔离阀进入P3转鼓 镀膜机。机内有四个真空溅射室，采用双旋转靶直流磁控溅射生成2 μ m(微米)厚的铜铟 镓硒膜层，镀膜机内设有加热单元，冷却是靠双层转鼓夹层里通冷却介质冷却、调温。基材 金属箔沿转鼓的切线方向垂直向上通过狭缝隔离阀进入硒化室，这样就避勉了铜铟镓硒活性结晶面与导滚接触。硒化室内设置有加热器和光催化装置，以及硒、硫蒸气通入导管，用 氩气从旁设的硒化炉带入，在550°C温度下进一步硒化重结晶20-30分钟完成硒化。 基材继续前行经狭逢隔离阀进入P4捲绕镀膜机，机内设三个真空镀膜室，在完成 硒化后旳铜铟镓硒吸收层膜层上以用平面靶脉冲溅射硫化锌，形成N型半导体窗口层。基 材继续向前，进入张力，纠偏室W3进行运行状态调整后再经狭缝隔离阀进入了转鼓式真空 镀膜机P5。机内设四个真空溅射室第一溅射室和第二室溅射室溅射i_Si02阻挡层，膜厚 150nm，使用平面陶瓷靶通过交流中频磁控溅射法进行溅射。第三真空溅射室镀制上电极 层，采用氧化锌铝双园柱旋转靶，交流中频磁控溅射制成0.3μπι的膜层作为导电电极。第 四真空室采用双园柱旋转靶交流磁控溅射在电极层上制成0. 5 μ m的减反射保护膜层。基 材继续前行，通过狭缝隔离阀进入真空室P6，在此室内完成在基材金属箔另一面溅镀一层 饧层的任务，其目的是为了便于以后的焊接。室内设置双园柱旋转靶，直流磁控溅射制成 0. 8 μ m的饧膜。基材继续向前进入W4张力和纠偏调整真空室，进行调整后，向前经狭缝隔 离阀进入成品收卷室L2，在此室内有两个收卷支架一个是产品收卷，另一个是保护光电 池镀层所用衬纸的支架。
权利要求1.一种柔性薄膜太阳能光电池连续自动化生产设备，其特征在于所述设备是一条由 基材金属箔卷到光电池成品卷的完全连续化自动化密闭真空生产线，所述设备从一侧到另 一侧各真空溅射室依次为基材金属箔卷进料室、基材辉光放电等离子净化室、氧化钛绝缘 层真空镀膜室、背电极铜钼钠合金真空镀膜室、反射层铝真空镀膜室、吸收层P型半导体真 空镀膜室、固态硒化硫化室、降温室、窗口层硫化锌N型半导体真空镀膜室、隔离层i_Si02 真空镀膜室、上电极氧化锌铝真空镀膜室、减反射膜真空镀室、助焊层真空镀膜室、冷却降 温室、光电池成品收卷室，所述各个真空溅射室之间通过狭縫隔离阀固定连接。
2.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳能光电池连续自动化生产设备，其特征在于 所述各真空溅射室采用的材质为硬质不锈钢，且真空度要求为1. 6X10_Va。
3.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳能光电池连续自动化生产设备，其特征在于 所述进料室和所述出料室为真空状态或者常压状态，两者可以互换。
4.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳能光电池生产设备，其特征在于所述基材辉 光放电等离子净化室、所述氧化钛绝缘层真空镀膜室、所述背电极铜钼钠合金真空镀膜室、 所述反射层铝真空镀膜室、所述吸收层铜铟镓硒P型半导体真空镀膜室、所述固态硒化硫 化室、所述降温室、所述窗口层硫化锌N型半导体真空镀膜室、所述隔离层i_Si02真空镀膜 室、所述上电极氧化锌铝真空镀膜室、助焊层饧真空镀膜室、所述减反射膜真空镀室和所述 冷却降温室为充氩气或者氮气介质的真空室。
专利摘要本实用新型提供了一种新型柔性化合物薄膜太阳能光电池大规模工业化生产用的连续化自动化生产设备，一种柔性薄膜太阳能光电池生产设备，其特征在于所述设备是一条由基材金属箔卷到光电池成品卷的完全连续化自动化密闭真空生产线，所述设备从一侧到另一侧由多个真空溅射室通过狭縫隔离阀固定连接。本实用新型实现了生产的完全连续化自动化，提高了生产效率；克服了现有技术设备活性结晶镀膜层接触导滚从而受破坏和分段生产接触空气被氧化而使质量下降的向题，提高了产品质量和光电转换效率。
文档编号H01L31/18GK201887059SQ20102058971
公开日2011年6月29日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者张铮震 申请人:苏州新区科兴威尔电子有限公司