薄膜型Si太阳能电池制造设备及电池板

wangjiezhao

薄膜型Si太阳能电池制造设备及电池板

薄膜型Si太阳能电池制造设备及电池板
薄膜型Si太阳能电池设备制造商为了提高与结晶型太阳能电池的成本竞争力，实现生产Line的提前Set-Up，而提供Turnkey方式的解决方案以供应设备及其生产配套技术。现在的实际情况是，设备制造商在设备以外还为太阳能电池的效率(a-Si Single Junction : ~6.5%、Tandem Junction: ~8%)和收率提供保证，根本不具备太阳能电池、半导体及LCD相关制造技术的公司也纷纷涉足薄膜太阳能电池市场。图1显示的是薄膜型Si太阳能电池设备制造商利用Turnkey方式的解决方案制造太阳能电池的工序Flow。下一节介绍的是制造这种薄膜型Si太阳能电池制造设备的各家企业的设备特征。

图1. 薄膜型Si太阳能电池制造工序Flow

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*Pattern #1 : Front TCO Scribing
*Pattern #2 : Silicon(a-Si/uc-Si) Scribing
*Pattern #3 : Back Electrode & Silicon(a-Si/uc-Si) Scribing
(出处：Oerlikon, Displaybank再次整理)

1) ULVAC
日本的设备公司–ULVAC凭借在半导体和LCD领域积累的现有经验和Know-how进入薄膜型Si太阳能电池制造设备市场，其量产设备已经实现交货。图3显示的是由ULVAC提供的Turnkey 方式解决方案构成的量产生产Line，由于从最初投入Glass开始到Cell完成为止都是通过In-Line连续制造的，所以可以进行大规模生产。在Glass运送系统中虽然Applied Materials、Oerlikon、JEL使用传送带方式，但ULVAC的特征是采用在LCD生产线中应用的盒带移动方式(AGV:Automatically Guided Vehicles)。

图2. ULVAC的展位全景ULVAC为了在沉积TCO时降低Particle Contamination，提高生产效率，Vertical In-Line 方式(型号：SDP-s Series)和Horizontal In-Line方式(型号：SCH-135)、Cluster方式(型号名：SMD Series)都已投入量产，但是Vertical In-Line方式和利用AGV水平运送玻璃的Line存在效用性问题，Cluster方式的设备昂贵，因此为了实现Line效用性的极大化，节减设备投资费用，提高生产效率，目前主要应用Horizontal In-Line方式。
ULVAC的Vertical In-Line方式的CCV-Series PECVD设备沉积速度慢，一般用来制造a-Si Single Junction结构的太阳能电池，但是Tray两侧附有基板，一次可以在2块玻璃上进行a-Si沉积，所以具有量产性高、设备价格和运营费用低的特点。制造Tandem结构的太阳能电池时，Line下部单元的μc-Si层应用利用27.12MHz的放电激发频率提高沉积速度的CMD Series，上部单元的a-Si层应用CCV-Series。

图4. ULVAC用来制造薄膜型Si太阳能电池的PECVD及Sputter设备和模板外观(size:1,10
LTPS LCD制造工序中需要的Activation及Ion Doping的设备制造专门企业–IHI在此次展会介绍了Vertical Type的VHF PECVD设备和利用该设备制作的模板。为了在Tandem型结构中提高 uc-Si:H的沉积速度和薄膜沉积厚度的均一度，MHI在本公司的PECVD设备中应用了85MHz放电激发频率及‘U Shape’电极。

图5. IHI的展位全景

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图6. IHI的VHF PECVD设备(85MHz)和电极结构  

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另外，利用Batch方式一次可同时为6张Glass进行真空镀膜，Tact Time需要15mins，Process在180~200℃的温度下进行。本设备可处理的Glass size最大可达1,100x1,400mm。

图7. IHI利用VHF PECVD设备(85MHz)制作的Micromorph Tandem PV模板

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3) JEL(Jusung Engineering Limited.)
半导体及LCD的CVD设备专业制造商–JEL利用以Turnkey方式解决方案构成的生产Line制造设备，最大可以处理第8代Glass尺寸(2,200mm x 2,600mm)。
JEL现在只制作Cluster方式的CVD，应用本公司自主开发的Rotating Injector将进入MOCVD 设备的气体均匀地注入真空室内部，以此提高TCO沉积膜厚度的Uniformity。现有的LPCVD(MOCVD)设备使用Shower Head，对设备进行Maintenance时必须拆下所有Shower Head Unit进行Cleaning，使用这些设备的企业因昂贵的Maintenance费用和繁琐的作业程序而倍感苦恼。JEL开发的MOCVD设备只有Rotating Injector部分可以拆卸，其优点是设备维护费用比其他企业低，作业容易操作。
虽然JEL的Cluster方式PECVD现在采用13.56MHz的放电激发频率，但是目前正在开发更高的放电激发频率技术以提高沉积速度，并拟于今后提供应用该技术的设备。为韩国钢铁公司供应Turnkey设备的JEL也为a-Si Single Junction太阳能电池保证6.5%的稳定效率，并计划为现在正在开发的Tandem太阳能电池保证8%的稳定效率。

图8. JEL的展位全景

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图9. 用JEL的设备制作的薄膜型Si太阳能电池模板(size:1,100x1,300mm, Single Junction Structure)

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4) MHI(Mitsubishi Heavy Industry)
MHI从2002年开始以年10MW的生产Capa.开始量产全球最大尺寸(1.4m x 1.1m)的薄膜a-Si 太阳能电池，为了开发质优价廉的uc-Si薄膜太阳能电池，研究了使用由Ladder-shaped Electrode构成的VHF-PECVD(60MHz)的技术。如果应用VHF-PECVD，可以对uc-Si进行高速真空镀膜，所以可以降低薄膜太阳能电池的制造单价。MHI正在利用该技术量产从2007年第2季度开始量产的产品中在全球最大尺寸的1.4m×1.1m玻璃上具有a-Si/mc-Si Tandem结构的薄膜太阳能电池，模板的稳定效率达到9.5%。
MHI的Tandem太阳能电池上部单元在玻璃基板上沉积0.3um厚的a-Si层，下部单元沉积厚2um的uc-Si层，其核心技术是在下部单元中高速沉积厚2um的uc-Si层。现有PECVD设备如果为了沉积mc-Si层而使用13.56MHz的放激发频率(Plasma Excitation Frequency)，就会因沉积速度放缓而导致生产效率急剧下降，MHI开发的VHF-PECVD设备如果采用60MHz放电激发频率沉积mc-Si，就可以收到比现在快10倍的沉积速度(23Å/sec)，且膜的性能不会降低。但是，当提高PECVD的放电激发频率时，就会因膜的沉积速度过快或Standing Wave产生波浪纹，出现膜的厚度Uniformity降低的问题。MHI宣布，已经开发出的Ladder-Shaped Electrode和PMM(Phase Modulation Method)技术，使调节Plasma的密度变得容易，并改善了Standing Wave，从而在某种程度上解决了这种问题。另外，如果该技术应用于量产，生产效率就会比现有设备显著提高，完成1张1.4mx1.1m大小的Tandem太阳能电池基板需要3分钟。

图10. MHI的展位全景

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如图11所示，MHI在此次展会上推出了Single Junction a-Si及Micromorph Tandem PV模板(size: 1,100x1,400mm)，Micromorph Tandem PV模板是用VHF-PECVD制作的模板。但是，业内人士介绍说，看一下模板外观就可以发现Micromorph Tandem PV模板因模板的厚度差异而存在Mura现象，因此需要继续开发关于高速沉积的技术