劉先平 史國華 初寧寧 李強 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)還未實現(xiàn)，表明具有這種競爭優(yōu)勢的生產(chǎn)工藝是關鍵。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)設施生產(chǎn)的組件：單節(jié)/雙節(jié)，面積0.79m2，在標準測試條件下穩(wěn)定轉(zhuǎn)換效率達到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。為了實現(xiàn)非晶硅薄膜的這些優(yōu)勢，在低的設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、重復性、生產(chǎn)效率、停機維護保養(yǎng)檢修時間等方面是非常必要的。

基于低的設備投資成本、少的停機維護保養(yǎng)檢修時間和更好的進行工藝控制，CGSOLAR選擇開發(fā)了大批量處理工藝。不斷的設備系統(tǒng)性能的優(yōu)化完善使得應用在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原理同時對56片/爐進行沉積，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)實際的運行經(jīng)驗，我們已經(jīng)計算出在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)成本明細見表1。通過生產(chǎn)工藝的不斷改進、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，減少了停機維護保養(yǎng)維修的時間，實現(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一步降低。

表1 生產(chǎn)成本明細

3 生產(chǎn)數(shù)據(jù)

3.1 電性能統(tǒng)計數(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，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非常嚴重的問題，如：它可能導致節(jié)間電流的失配或頂電池產(chǎn)生分路 （并聯(lián)）效應。通過采取各種措施在63.5cm×124.5cmTCO玻璃的整個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，有兩個靠邊的區(qū)域存在問題，但在邊部絕緣處理時該部分區(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行長時間的性能測試是非常有意義的，因為這關系到產(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，并從老化試驗架上挪到雙軸太陽能跟蹤裝置的支架上進行定期的耐老化性能測試，測試條件為標準測試條件：光強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 老化試驗功率衰減曲線

在晴天尤其在室外強光直射下，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架上，對采用多種試驗配方生產(chǎn)的組件進行光老煉試驗。試驗條件：輻照度設置在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，在標準測試條件下，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，平均功率達到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)出和良好重復性的特性，是獲得低生產(chǎn)成本的關鍵性因素。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。

[1]A.E.Delahoy and Z.J.Kiss”Photovoltaics-heading towards thin films”Photovoltaics Bulletin(Elsevier Science Ltd.,Oxford)November 2001,8-12.

[2]K.E.Knapp,T.L.Jester,and G.B.Mihalik,28 th IEEE Photovoltaic Specialists Conference(IEEE,Piscataway,NJ,2000,1450-1455.

[3]I.Muirhead and B.Hawkins,Ammual Conf.Australian and New Zealand Solar Energy Society-SOLAR’96.

[4]D.L.King,J.A.Kratochvil,and W.E.Boyson,28 th IEEE Photovoltaic Specialist Conference(IEEE,Piscataway,NJ,2000,1446-1449.

[5]A.E.Delahoy,13 th European Photovoltaic Solar Energy Conference,(H.S.Stephens&Associates,Bedford,UK)1995,1474-1478.

[6]任慧志,大面積高效穩(wěn)定非晶硅太陽電池的研究[D],南開大學,2009.

[7]韓兵,硅基薄膜太陽電池的優(yōu)化設計與模擬計算[D],內(nèi)蒙古示范大學光學，2010.

[8]張曉丹,器件質(zhì)量級微晶硅薄膜及高效微晶硅太陽電池制備的研究[D],南開大學,2005.

[9]陳永生,微晶硅薄膜太陽電池關鍵技術的研究與模擬[D],中科院研究生院等離子體物理研究所,2010.

[10]朱鋒,趙穎,等.薄膜非晶/微晶疊層電池中NP隧穿結(jié)的影響[J],人工晶體學報,2006,35(2):82-84.