ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ

Рулонная технология изготовления модулей СЭ

При переходе от научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ к крупномасштабному поточному производству ключевыми момента­ми являются однородность осаждения на больших площадях, скорость оса­ждения, используемые газы, выход годных, воспроизводимость, возмож­ность автоматизации. Примером поточного производства СЭ на подложке из нержавеющей стали является рулонная технология, разработанная в Energy Conversion Devices, Inc. (ECD).

Суть технологии заключается в том, что формирование СЭ осуществ­ляется на стальной лист, который до начала процесса свернут в рулон, во время процессов постепенно разворачивается на входе в установку, а после окончания сворачивается на выходе из нее. Стальной лист имеет толщину 125 мкм, ширину 0,35 м и длину 750 м. Производство можно разделить на две части: осаждение и сборка.

Осаждение, в свою очередь, состоит из четырех этапов, в каждом из которых задействованы рулонные установки:

1) очистка подложки;

2) осаждение заднего отражающего слоя;

3) осаждение a-Si:H и |ux>Si:H;

4) осаждение верхнего слоя ITO.

Установка для очистки включает модуль для ультразвуковой отмывки в специальных моющих растворах, обработку щетками, ванны с деионизо­ванной водой, камеру для инфракрасной сушки. Очищенный стальной лист скручивается на выходе вместе с защитным листом. Далее стальной лист протягивается через несколько модулей с магнетронами при постоянном токе для осаждения Al или Ag слоев в качестве отражателя и ZnO в качестве буферного слоя. Осаждение осуществляется на нагретую подложку, что обес­печивает формирование текстурированных слоев для усиления отражения

132

света. Далее рулон подается в установку для ВЧ ПХО (осаждения девяти сло­ев) для формирования структуры n-i-p/n-i-p/n-i-p (температура осаждения 250-300 °С), а также буферных слоев с обоих сторон слоя a-SiGe:H. Осаж­дение всех слоев производится последовательно, но за один проход рулона. Для уменьшения дефектов в пленке за счет попадания частиц нанесение слоев осуществляется снизу. Скорость подачи стального листа составляет ~30 см/мин. Камеры изолируются друг от друга динамически с помощью га­зового затвора для предотвращения загрязнения, однако при этом стальной лист непрерывно движется. После осаждения полупроводниковой структуры рулон загружается в установку для нанесения слоя TCO. Используется либо реактивное испарение индия в атмосфере кислорода, либо распыление ми­шени оксид индия-оксид олова в атмосфере Ar.

Вторая часть производства — сборка — включает следующие этапы. Вначале рулон со сформированной структурой солнечного элемента разре­зается на отдельные листы необходимого размера. Далее по периметру листа наносится травящая паста, которая активируется в конвейерной печи для удаления ITO. Выбранные образцы проходят контроль качества. Затем СЭ поступают на операцию устранения шунтов. Для этой цели в электроли­те производят окисление TCO до диэлектрика в области образования шунта. Изготовление СЭ завершается формированием проводящей сетки с помо­щью углеродной пасты или медного провода, покрытого углеродной пастой. Отдельные солнечные элементы соединяются между собой, изготавливают модули, которые покрывают прозрачным герметизирующим слоем этилве - нилэтилена и устанавливают на несущие конструкции.

Рулонное производство является крупномасштабным и при этом про­стым и гибким. Стальной лист со сформированной структурой СЭ может быть разрезан на любые размеры от малых, необходимых, например, для за­рядных устройств, до больших, предназначенных для установки на крышах зданий. Стабилизированный КПД модулей, получаемых по этой технологии, составляет 8 %. Вместо стального листа может использоваться гибкая кап­тоновая подложка.

Важным аспектом производства солнечных батарей на основе a-Si:H является соблюдение техники безопасности. Несмотря на то, что в конеч­ном продукте нет токсичных веществ, в производственном процессе ис­пользуются токсичные, огнеопасные и взрывоопасные газы — моногерман, фосфин, триметилбор, моносилан, водород и т. д.