應用于低成本非晶硅薄膜太陽能電池組件生產的大批量并行生產工藝

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勢和大規模生產還未實現，表明具有這種競爭優勢的生產工藝是關鍵。本文闡述了低成本、高效率生產非晶硅薄膜組件的特定生產工藝，即緊湊集成單室、多片的大規模并行處理工藝，在真空室里利用PECVD實現a-Si的沉積。作為集成生產系統的一部分，這種工藝已經在CGSOLAR的威海非晶硅薄膜電池組件生產線上使用。這套生產設施生產的組件：單節/雙節，面積0.79m2，在標準測試條件下穩定轉換效率達到7.5%。本文通過生產成本的分析以及表現出的良好生產統計數據和組件性能說明了非晶硅薄膜電池組件集成生產系統的性能。

1 生產工藝

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，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。即便在低的轉換效率情況下，這些主要優勢也直接導致了低的組件生產成本，而且在能量回收期方面，相對CIGS或c-Si來說，a-Si回收期短。為了實現非晶硅薄膜的這些優勢，在低的設備投資成本和直接或間接材料成本情況下，控制好產能、一致性、重復性、生產效率、停機維護保養檢修時間等方面是非常必要的。

基于低的設備投資成本、少的停機維護保養檢修時間和更好的進行工藝控制，CGSOLAR選擇開發了大批量處理工藝。不斷的設備系統性能的優化完善使得應用在CGSOLAR的25 MWp/y集成生產系統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，基板垂直放置固定不動。PECVD系統共四套，7爐/天/套，綜合成品率95%以上，每套6.5 MWp/y。具體生產流程見流程圖1：

圖1 生產流程圖

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

2 生產成本

根據實際的運行經驗，我們已經計算出在25MWp/y集成生產系統上使用大規模并行生產工藝生產的無邊框雙節非晶硅薄膜太陽能電池組件的生產成本，平均穩定組件功率為52Wp，生產成本明細見表1。通過生產工藝的不斷改進、人員操作技能的不斷提高和生產系統自動化程度的提高，提高了電池組件的轉換效率，提高了產能和生產效率，減少了停機維護保養維修的時間，實現了較低的生產成本。而且，通過大宗采購，一些材料成本還可以進一步降低。

表1 生產成本明細

3 生產數據

3.1 電性能統計數據

作為采用大規模批處理工藝生產獲得了高產出、產品一致性好的例子，提供了在新集成生產系統投入使用后的六個月里連續生產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片參與統計，其中7片在生產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

相對于單節非晶硅薄膜，雙節非晶硅薄膜膜層厚度的不均勻性是個非常嚴重的問題，如：它可能導致節間電流的失配或頂電池產生分路 （并聯）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，有兩個靠邊的區域存在問題，但在邊部絕緣處理時該部分區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，因為這關系到產品壽命的問題。早期的組件在室外被監控了4年多，在這個過程中組件在開路狀態下連續暴露在室外，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，大氣質量指數為AM1.5，電池溫度為25±2℃。測試結果見圖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、新集成生產系統生產的組件：改善其穩定性

為了改善非晶硅薄膜電池組件的穩定性，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，在連續兩周平均功率值＜2%。采用新配方生產的組件經過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%，具體數據見表2：

表2 功率變化情況

5 結論

大批量并行處理工藝可以認為是目前生產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產品的工廠含稅成本可以達到大約4元/瓦。通過連續沉積28爐產品的生產統計，平均功率達到57.65 Wp，大于等于49.5 Wp的共1 257片，占94%。

這些數據證明使用這種工藝具有高產出和良好重復性的特性，是獲得低生產成本的關鍵性因素。使用這種工藝生產的組件耐老化性能好，衰減小，具有更高的穩定效率。

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