鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)線工藝環(huán)節(jié)介紹

鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)是一種包含鈣鈦礦結(jié)構(gòu)化合物作為光捕獲活性層的太陽能電池，鈣鈦礦具有寬吸收光譜、快速電荷分離、電子和空穴傳輸距離長、載流子分離壽命長等固有特性。但與其他成熟的太陽能技術(shù)相比，鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)仍處于商業(yè)化的早期階段，鈣鈦礦太陽能電池實際器件制造的主要問題是薄膜質(zhì)量和厚度。美能SP200探針式臺階儀能幫助用戶從實驗室研發(fā)到產(chǎn)線質(zhì)量控制的完美把控，可通過不同位置的多點自動測量確認整片硅表面上薄膜的準(zhǔn)確厚度，且做到無接觸損傷的精準(zhǔn)測量。

鈣鈦礦太陽能電池制造工藝

鈣鈦礦產(chǎn)線工藝主要包括鍍膜、涂布/印刷、刻蝕和封裝等環(huán)節(jié)。目前鈣鈦礦的生產(chǎn)技術(shù)路線尚未標(biāo)準(zhǔn)化，不同鈣鈦礦太陽能電池的生產(chǎn)廠商往往會采用不同的工藝和技術(shù)路線。

鈣鈦礦產(chǎn)線工藝與組件結(jié)構(gòu)對應(yīng)概覽圖

鍍膜環(huán)節(jié)

鍍膜環(huán)節(jié)制備各功能層和電極層，是鈣鈦礦電池的關(guān)鍵工藝。空穴傳輸層、鈣鈦礦層、電子傳輸層、TCO層和背電極的制備過程中均涉及鍍膜。鈣鈦礦組件鍍膜環(huán)節(jié)主要使用物理氣相沉積技術(shù)（PVD），即在真空條件下，采用低電壓、大電流的電弧放電技術(shù)，利用氣體放電使靶材蒸發(fā)并使被蒸發(fā)物質(zhì)與氣體都發(fā)生電離，利用電場的加速作用，使被蒸發(fā)物質(zhì)及其反應(yīng)產(chǎn)物沉積在工件上。

根據(jù)反應(yīng)方法不同，PVD工藝可以分為蒸鍍、磁控濺射鍍和反應(yīng)式等離子體鍍（RPD），其中：

①蒸鍍成熟度較高，薄膜純度高但其過程溫度較高，薄膜附著力較差，主要應(yīng)用于金屬和有機材料電極；

②磁控濺射鍍的薄膜附著力較強，過程溫度較低但是會產(chǎn)生厚度不均勻的問題，主要應(yīng)用于金屬氧化物電極；

③RPD的薄膜質(zhì)量更高，對襯底的轟擊損傷較小，成膜速度更快，但是設(shè)備成本較高。真空蒸鍍工藝示意圖磁控濺射鍍膜工藝示意圖

涂布/印刷環(huán)節(jié)

涂布和印刷工藝主要用于生產(chǎn)鈣鈦礦層，并且在實驗室中已經(jīng)開始嘗試使用這兩項技術(shù)生產(chǎn)空穴傳輸層和電子傳輸層。其中濕法涂布工藝的可控性強，已經(jīng)成為主流工藝；而印刷工藝用于生產(chǎn)印刷型鈣鈦礦組件，適用范圍有限。

涂布與印刷工藝：（a）刮涂、（b）狹縫涂布、（c）噴墨印刷、（d）噴涂、（e）絲網(wǎng)印刷、（f）凸版印刷和（g）凹版印刷

涂布技術(shù)可以分為刮涂、輥涂以及狹縫涂布等，其中狹縫涂布是主流工藝。

①狹縫涂布技術(shù)是一種高精度涂布方式，工作原理為涂布液沿著涂布模具的縫隙擠壓噴出而轉(zhuǎn)移到基材上，具有涂布速度快、精度高、濕厚均勻、漿料利用率高、可同時進行多層涂布等優(yōu)點。

②刮涂的工作原理是使用刮刀刮掉基材上的過量涂料，具體工作原理是將過量漿料涂在薄膜基材上，在基材通過涂輥與刮刀之間時刮掉多余漿料，并由此在基材表面形成一層均勻的涂層，刮刀與基材之間的間隙決定了涂層厚度。優(yōu)點是易于控制涂布量和涂布精度，適用于高固含量和高黏度的漿料，但存在這種刮刀具在刮涂過程中可能會對器件表面造成損傷。

③輥涂的工作原理是涂輥轉(zhuǎn)動帶動漿料，通過刮刀間隙來調(diào)節(jié)漿料轉(zhuǎn)移量，并利用背輥和涂輥的轉(zhuǎn)動將漿料轉(zhuǎn)移到基材上，優(yōu)缺點和刮涂類似。

刻蝕環(huán)節(jié)

刻蝕環(huán)節(jié)用于切割子電池，激光刻蝕已經(jīng)成為主流方法。激光刻蝕的主要目的是使用激光劃線打開膜層，阻斷導(dǎo)通，從而形成單獨的模塊、實現(xiàn)電池分片，主要用于P1、P2和P3層。通常情況下P1為TCO導(dǎo)電玻璃，P2是鈣鈦礦吸光層，P3則一般是鍍金或者鍍銀材料。在進行激光刻蝕的過程中，一般需保證激光刻蝕線寬與刻蝕線間距精確度，并且不會對之前的層級造成損傷。P4 層則主要利用激光設(shè)備實現(xiàn)激光清邊，對電池的邊緣進行絕緣處理，去除無效區(qū)域。

鈣鈦礦激光工藝

封裝環(huán)節(jié)

為了避免外部環(huán)境因素和分解泄漏等導(dǎo)致鈣鈦礦結(jié)構(gòu)或其它功能層被破壞，封裝是一種最有效的解決方法。常見的封裝方式大致可分為兩類：一種是完全覆蓋封裝，通常在模塊頂部制備封裝層；另一種是邊緣封裝，在模塊周圍放置密封劑。

對于完全覆蓋封裝，既可以使用聚合物作為封裝材料，也可以采用原子沉積法制備隔絕水氧的薄膜，其優(yōu)勢在于保護效果更好，但是對鈣鈦礦層以及其它功能層影響較大，并且由于其直接接觸鈣鈦礦功能層，所以對其透光率有較高要求。

邊緣封裝優(yōu)勢在于可以減少對接觸層的影響，降低封裝材料與鈣鈦礦發(fā)生副反應(yīng)的可能性，同時對材料透光率的要求較低，但封裝效果會相應(yīng)降低。為了進一步增加阻水效果，可以在邊緣封裝過程中加入干燥劑。封裝設(shè)備可以與晶硅行業(yè)共用。

（a）保護層作為封裝材料覆蓋活性區(qū)；（b）將密封膠置于在活性區(qū)邊緣

SP200探針式臺階儀

美能SP200探針式臺階儀采用接觸式表面形貌測量，是傳統(tǒng)表面形貌測量的一個突破性發(fā)展。可通過不同位置的多點自動測量確認整片電池上薄膜的準(zhǔn)確厚度。SP200擁有卓越的測量重復(fù)性為用戶們提供準(zhǔn)確的薄膜厚度和應(yīng)力測量。

• 配備500W像素高分辨率彩色攝像機

• 亞埃級分辨率，臺階高度重復(fù)性1nm

• 360°旋轉(zhuǎn)θ平臺結(jié)合Z軸升降平臺

• 超微力恒力傳感器保證無接觸損傷精準(zhǔn)測量

為進一步提升高效、穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池性能提供明確的方向，「美能光伏」提出鈣鈦礦光伏電池研發(fā)解決方案，并可提供專業(yè)化鈣鈦礦/疊層太陽能電池工藝制程控制檢測裝備，幫助客戶設(shè)計調(diào)控鈣鈦礦材料和其他功能層的組分，開發(fā)新的成膜方法，優(yōu)化太陽能電池器件結(jié)構(gòu)，推動鈣鈦礦太陽能電池走向行業(yè)商業(yè)化發(fā)展。