應(yīng)用于低成本非晶硅薄膜太陽能電池組件生產(chǎn)的大批量并行生產(chǎn)工藝

劉先平 史國華 初寧寧 李強(qiáng) 呂忠明 于福濤

（威海中玻光電有限公司，威海 264205）

0 前言

薄膜PV組件已經(jīng)在光伏市場中占有一定的份額，但總的來講，真正具有成本競爭優(yōu)勢和大規(guī)模生產(chǎn)還未實(shí)現(xiàn)，表明具有這種競爭優(yōu)勢的生產(chǎn)工藝是關(guān)鍵。本文闡述了低成本、高效率生產(chǎn)非晶硅薄膜組件的特定生產(chǎn)工藝，即緊湊集成單室、多片的大規(guī)模并行處理工藝，在真空室里利用PECVD實(shí)現(xiàn)a-Si的沉積。作為集成生產(chǎn)系統(tǒng)的一部分，這種工藝已經(jīng)在CGSOLAR的威海非晶硅薄膜電池組件生產(chǎn)線上使用。這套生產(chǎn)設(shè)施生產(chǎn)的組件：單節(jié)/雙節(jié)，面積0.79m2，在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下穩(wěn)定轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7.5%。本文通過生產(chǎn)成本的分析以及表現(xiàn)出的良好生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和組件性能說明了非晶硅薄膜電池組件集成生產(chǎn)系統(tǒng)的性能。

1 生產(chǎn)工藝

1.1 工藝選擇

相比晶體硅太陽能電池組件，非晶硅薄膜太陽能電池組件的生產(chǎn)，由于減少了很多散件的集成，從而處理工序較少，且使用很少的硅材料。即便在低的轉(zhuǎn)換效率情況下，這些主要優(yōu)勢也直接導(dǎo)致了低的組件生產(chǎn)成本，而且在能量回收期方面，相對CIGS或c-Si來說，a-Si回收期短。為了實(shí)現(xiàn)非晶硅薄膜的這些優(yōu)勢，在低的設(shè)備投資成本和直接或間接材料成本情況下，控制好產(chǎn)能、一致性、重復(fù)性、生產(chǎn)效率、停機(jī)維護(hù)保養(yǎng)檢修時(shí)間等方面是非常必要的。

基于低的設(shè)備投資成本、少的停機(jī)維護(hù)保養(yǎng)檢修時(shí)間和更好的進(jìn)行工藝控制，CGSOLAR選擇開發(fā)了大批量處理工藝。不斷的設(shè)備系統(tǒng)性能的優(yōu)化完善使得應(yīng)用在CGSOLAR的25 MWp/y集成生產(chǎn)系統(tǒng)上的工藝更趨于成熟。

1.2 工藝概述

在真空沉積室里，利用PECVD原理同時(shí)對56片/爐進(jìn)行沉積，采用13.56 MHz的RF電源系統(tǒng)，基板垂直放置固定不動。PECVD系統(tǒng)共四套，7爐/天/套，綜合成品率95%以上，每套6.5 MWp/y。具體生產(chǎn)流程見流程圖1：

圖1 生產(chǎn)流程圖

復(fù)合背電極是通過在線式PVD系統(tǒng)完成沉積，三道劃線處理是通過激光工藝完成處理。

2 生產(chǎn)成本

根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，我們已經(jīng)計(jì)算出在25MWp/y集成生產(chǎn)系統(tǒng)上使用大規(guī)模并行生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的無邊框雙節(jié)非晶硅薄膜太陽能電池組件的生產(chǎn)成本，平均穩(wěn)定組件功率為52Wp，生產(chǎn)成本明細(xì)見表1。通過生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)、人員操作技能的不斷提高和生產(chǎn)系統(tǒng)自動化程度的提高，提高了電池組件的轉(zhuǎn)換效率，提高了產(chǎn)能和生產(chǎn)效率，減少了停機(jī)維護(hù)保養(yǎng)維修的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了較低的生產(chǎn)成本。而且，通過大宗采購，一些材料成本還可以進(jìn)一步降低。

表1 生產(chǎn)成本明細(xì)

3 生產(chǎn)數(shù)據(jù)

3.1 電性能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

作為采用大規(guī)模批處理工藝生產(chǎn)獲得了高產(chǎn)出、產(chǎn)品一致性好的例子，提供了在新集成生產(chǎn)系統(tǒng)投入使用后的六個(gè)月里連續(xù)生產(chǎn)28爐的功率分布圖情況如圖2（a）、（b）所示：

圖2 (a)功率分布圖

圖2 (b)功率分布圖

共1 337片參與統(tǒng)計(jì)，其中7片在生產(chǎn)過程中因破損成為了不合格品，另外224片沒有封裝成組件。平均功率57.65Wp，大于等于49.5 Wp的共1 257片，占94%。

3.2 沉積均勻性

相對于單節(jié)非晶硅薄膜，雙節(jié)非晶硅薄膜膜層厚度的不均勻性是個(gè)非常嚴(yán)重的問題，如：它可能導(dǎo)致節(jié)間電流的失配或頂電池產(chǎn)生分路 （并聯(lián)）效應(yīng)。通過采取各種措施在63.5cm×124.5cmTCO玻璃的整個(gè)幅面上獲得了均勻性的沉積。通過臺階儀測試了基板編號為1 106-32 403-548雙節(jié)非晶硅薄膜的總厚度，其厚薄差見三維立體圖（見圖3）。總的來講，厚度均勻性是非常好的，平均厚度為537nm，偏差為13 nm，有兩個(gè)靠邊的區(qū)域存在問題，但在邊部絕緣處理時(shí)該部分區(qū)域的薄膜會被處理掉，不影響電池的整體性能。

圖3 三維立體圖

4 組件性能

4.1 早期組件：壽命測試

對非晶硅薄膜組件進(jìn)行長時(shí)間的性能測試是非常有意義的，因?yàn)檫@關(guān)系到產(chǎn)品壽命的問題。早期的組件在室外被監(jiān)控了4年多，在這個(gè)過程中組件在開路狀態(tài)下連續(xù)暴露在室外，并從老化試驗(yàn)架上挪到雙軸太陽能跟蹤裝置的支架上進(jìn)行定期的耐老化性能測試，測試條件為標(biāo)準(zhǔn)測試條件：光強(qiáng)1 000W/m2，大氣質(zhì)量指數(shù)為AM1.5，電池溫度為25±2℃。測試結(jié)果見圖4：

圖4 老化試驗(yàn)功率衰減曲線

在晴天尤其在室外強(qiáng)光直射下，電池板溫度較高。如前所述，非晶硅薄膜太陽能電池的負(fù)溫度系數(shù)比晶體硅太陽能電池小得多，且高溫對非晶硅薄膜太陽能電池有退火作用，可抵消部分衰減。

4.2 新工藝、新集成生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)的組件：改善其穩(wěn)定性

為了改善非晶硅薄膜電池組件的穩(wěn)定性，在全自動的光老煉試驗(yàn)架上，對采用多種試驗(yàn)配方生產(chǎn)的組件進(jìn)行光老煉試驗(yàn)。試驗(yàn)條件：輻照度設(shè)置在600～1 000 W/m2之間，組件溫度在40～60℃之間，溫度變化小于±2℃。輻照各組件，在連續(xù)兩周平均功率值＜2%。采用新配方生產(chǎn)的組件經(jīng)過136天的試驗(yàn)，在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，輸出功率值不小于初始值的90%，具體數(shù)據(jù)見表2：

表2 功率變化情況

5 結(jié)論

大批量并行處理工藝可以認(rèn)為是目前生產(chǎn)非晶硅薄膜太陽能電池組件最有吸引力和競爭力的工藝，使用這樣的工藝生產(chǎn)產(chǎn)品的工廠含稅成本可以達(dá)到大約4元/瓦。通過連續(xù)沉積28爐產(chǎn)品的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，平均功率達(dá)到57.65 Wp，大于等于49.5 Wp的共1 257片，占94%。

這些數(shù)據(jù)證明使用這種工藝具有高產(chǎn)出和良好重復(fù)性的特性，是獲得低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵性因素。使用這種工藝生產(chǎn)的組件耐老化性能好，衰減小，具有更高的穩(wěn)定效率。

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