CN102593256B

CN102593256B - 一体化cigs薄膜太阳能电池生产设备及其生产方法

Info

Publication number: CN102593256B
Application number: CN201210052397.XA
Authority: CN
Inventors: 王进东
Original assignee: JIANGSU YUTIAN GANGBO NEW MATERIALS CO Ltd
Current assignee: JIANGSU YUTIAN GANGBO NEW MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2032-03-02
Also published as: CN102593256A

Abstract

本发明提供了一种一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备，其包括依次设置并一体连接形成整体生产设备的一次清洗装置、第一组镀膜室、一次刻线装置、二次清洗装置、第二组镀膜室、硒化装置、二次刻线装置、三次清洗装置、第三组镀膜室。另外，还提供一种一体化CIGS薄膜太阳能电池生产方法。采用本发明的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备及生产方法，提高生产CIGS薄膜太阳能电池的性能的同时提高生产效率，降低生产成本。

Description

一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备及其生产方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种一体化铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池片生产设备及其生产方法。

背景技术

目前，学术界和产业界普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代。第一代为单晶硅太阳能电池，第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池，第三代太阳能电池就是铜铟镓硒薄膜太阳能电池及薄膜Si系太阳能电池，铜铟镓硒即CIGS（CIS中掺入Ga）化合物薄膜太阳能电池。它是目前世界上技术最先进，成本最小，发电性能最好的一种太阳能电池片。

CIGS太阳能电池的制备过程中薄膜的沉积一般需要采用磁控溅射法，磁控溅射法是在高真空条件下充入适量的氩气，在阴极（柱状靶或平面靶）和阳极（镀膜室壁）之间施加几百千伏的直流电压，在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电，使氩气发生电离。氩离子被阴极加速并轰击阴极靶表面，将靶材表面原子溅射出来沉积在基底表面上形成薄膜。通过更换不同材质的靶和控制不同的溅射时间，便可以获得不同材质和不同厚度的薄膜。磁控溅射法具有镀膜层与基材的结合力强、镀膜层致密、均匀等优点。目前市场上用磁控溅射法生产CIGS薄膜太阳能电池片的方法主要是将各生产流程分开实施，各流程采用独立的生产设备，也就是说基片材料在一台生产设备上完成一道生产工序后，再使用人为的方法将其转运到下一个生产流程，其他流程依此类推。图1所示为现有技术中CIGS薄膜太阳能电池的部分生产设备的结构示意图，如图1所示，1-6六个依次连接的镀膜室中，在各个镀膜室之间需要有多个法兰F进行连接。

现有技术中转换室只设计两个转换室，如图2所示，给1号转换室和2号转换室分别配备罗茨泵和分子泵。在生产铜铟镓硒（TIGS）太阳能电池片时，需同时开启罗茨泵和分子泵，将1号转换室的真空度抽至5帕以内，将2号转换室的真空度抽至0.1帕以内。当基片材料进入1号转换室，开启1号门，关闭2号门；当基片材料要进入2号室时，开2号门，关闭1号门；最后再将基片材料半成品送至等待室。现有的设备在生产CIGS薄膜太阳能电池过程中，镀膜室和硒化室是各自独立操作的设备，也就是说在半成品经过二次镀膜镀上CIG膜层后，先将这些半成品下至下片区暂时存放，当下片区的半成品达到一定数量后，再采用人工转运的方式将这些半成品运至硒化工作区，最后再由人工将半成品送入硒化室进行硒化。

现有技术的CIGS薄膜太阳能电池生产设备和生产过程中，一旦生产设备中的某一个环节出现故障，将影响所有环节的生产，导致整个生产流程中断，从而影响生产的顺利进行；并且，设备中使用法兰较多，设备制造成本高，且工序繁琐，安装时间长，人工参与成本大，机器间对接平整度低，漏气源也比较多，对产品性能影响较大；现有生产设备中要把转换室真空度抽至5帕以内，少则要用数个小时，多则要用一天时间，生产周期长，生产效率低，能源消耗大，生产成本较高。生产过程中，因镀膜和硒化流程被独立割断，由人工转运，中间环节占用了大量流转时间，这样不但延长了生产周期，使生产具有严重的滞后性，同时还增加了生产成本。

发明内容

本发明目的在于提供一种可连续生产，尤其是在生产设备出现故障的情况下能确保生产正常运行的生产铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池生产设备及其生产方法。本发明所采用的技术方案具体是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备，其包括依次设置并一体连接形成整体生产设备的一次清洗装置、第一组镀膜室、一次刻线装置、二次清洗装置、第二组镀膜室、硒化装置、二次刻线装置、三次清洗装置、第三组镀膜室，还包括依次连接的第一转换室、第二转换室、第三转换室和等待室。

优选地，在所述第一组镀膜室中形成钼金属层，在第二组镀膜室中依次形成铜铟镓层，在所述硒化装置中对形成的铜铟镓层进行硒化，在所述第三组镀膜室中形成氧化锌层。

优选地，所述硒化装置位于所述第二组镀膜室中与之一体连接。

优选地，所述第一组镀膜室、第二组镀膜室和第三组镀膜室均分别包括依次连接的1-6号六个镀膜室。

优选地，所述第一组镀膜室、第二组镀膜室和第三组镀膜室均具有两个法兰，其分别位于2号镀膜室与3号镀膜室之间和4号镀膜室与5号镀膜室之间。

优选地，还包括与第一转换室连接的旋片泵，与第二转换室连接的罗茨泵，与第三转换室连接的分子泵。

另一方面，本发明还提供一种一体化CIGS薄膜太阳能电池生产方法，包括依次进行的以下步骤：一次清洗、一次镀膜、一次刻线、二次清洗、二次镀膜、硒化、二次刻线、三次清洗、三次镀膜，其中，各步骤由一体连接形成整体的生产设备一体化生产，各步骤不间断地连续形成CIGS薄膜太阳能电池，所述一体连接形成整体的生产设备还包括依次连接的第一转换室、第二转换室、第三转换室和等待室。

优选地，所述一次镀膜步骤形成金属钼层，所述二次镀膜步骤形成铜铟镓层，所述三次镀膜步骤形成氧化锌层。

优选地，所述二次镀膜步骤与所述硒化步骤由连接成一体化的自动化的生产线连续完成。

采用本发明的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备及生产方法，提高生产CIGS薄膜太阳能电池的性能的同时提高生产效率，降低生产成本。

附图说明

图1所示是现有技术中CIGS薄膜太阳能电池的生产设备中的1-6号镀膜室的结构示意图；

图2是现有技术中CIGS薄膜太阳能电池生产设备中的转换室和等待室的结构示意图；

图3是本发明具体实施例的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备的结构示意图；

图4是本发明具体实施例的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备中的第二组镀膜室和硒化装置一体的结构示意图；

图5是本发明具体实施例的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备中的1-6号镀膜室的结构示意图；

图6是本发明具体实施例的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备中的转换室与等待室的结构示意图；

图7是本发明具体实施例的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

本发明中所说一体化主要指一种将传统的割断独立的各个生产流程经过各种技术手段的处理从而实现把生产中的各流程组合成连续的无割断的生产流程，使生产工序更为流畅的方法。下面结合图3至图6对本发明的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备的具体实施例进行详细说明。

图3是本发明具体实施例的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备的结构示意图，如图3所示，本发明的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备，其包括依次设置并一体连接形成整体生产设备的一次清洗装置10、第一组镀膜室20、一次刻线装置30、二次清洗装置40、第二组镀膜室50、硒化装置60、二次刻线装置70、三次清洗装置80、第三组镀膜室90。

本发明具体实施例的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备中，在第一组镀膜室20中形成钼（Mo）金属层，在第二组镀膜室50中依次形成铜铟镓(CIG)层，在硒化装置60中对形成的铜铟镓层进行硒化，在第三组镀膜室90中形成氧化锌(ZnO)层。

图4是本发明具体实施例的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备中的第二组镀膜室和硒化装置一体的结构示意图，如图4所示，本发明具体实施例中，优选地，硒化装置60位于第二组镀膜室50中与之一体连接。在基片材料经过第二组镀膜室之后，立即进入下一流程，进入硒化装置进行硒化的流程。

本发明具体实施例中，第一组镀膜室20、第二组镀膜室50和第三组镀膜室90均分别包括依次连接的1-6号六个镀膜室。图5是本发明具体实施例的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备中的1-6号镀膜室的结构示意图，本发明的第一组镀膜室20、第二组镀膜室50和第三组镀膜室90中均仅具有两个法兰，其分别位于2号镀膜室与3号镀膜室之间和4号镀膜室与5号镀膜室之间。本发明镀膜室中尽可能降低法兰使用数量，降低了漏气的风险，增加了设备之间的平整度。本发明具体实施例的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备正常工作时，1-6号镀膜室的真空度在0.1～0.2Pa之间。

本发明具体实施例中，优选地，还包括依次连接的第一转换室、第二转换室、第三转换室和等待室。图6是本发明具体实施例的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备中的转换室与等待室的结构示意图，与现有技术不同，本发明采用三个转换室，第一转换室转换大气到1000Pa真空度，第二转换室转换大气到1000～5Pa真空度，第三转换室转换大气到5～0.5Pa真空度，本发明采用在生产流程中增加转换室的数量，将现有技术中采用的两个转换室增至三个，在镀膜时三个镀膜室同时开始抽气，将第一转换室抽真空至千帕以内，将第二转换室抽真空至5帕以内，将第三转换室抽真空至0.1帕以内。当基片材料进入设备时，将第二转换室和第三转换室的门同时关闭，使第二转换室和第三转换室保持真空度，基片材料进入第一转换室后关闭第一转换室的门；当基片材料进入第二转换室时，将第一转换室和第三转换室的门关闭，当基片材料进入第二转换室后，再关闭第二转换室的门；后续基片进入第三转换室及等待室依此类推，不再赘述。本发明采用在生产流程中最关键最易出现故障且出现故障后维修难度最大的一个流程中，增加重复的双设备，在生产过程中，这两个设备同时正常运行，一旦其中一个设备出现故障，立即将基片材料转入另一个设备，以确保生产能正常运行。如图6所示，优选地，本发明具体实施例中还包括与第一转换室连接的旋片泵，与第二转换室连接的罗茨泵，与第三转换室连接的分子泵，用以分别对其抽取真空。

图7是本发明具体实施例的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产方法的流程图，如图7所示，本发明的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产方法包括依次进行的以下步骤：步骤S1，一次清洗；步骤S2，一次镀膜；步骤S3，一次刻线；步骤S4，二次清洗；步骤S5，二次镀膜；步骤S6，硒化；步骤S7，二次刻线；步骤S8，三次清洗；步骤S9，三次镀膜。其中，各步骤由一体连接形成整体的生产设备一体化生产，各步骤不间断地连续形成CIGS薄膜太阳能电池。

本发明具体实施例的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产方法中，一次镀膜步骤S2形成金属钼层，二次镀膜步骤S5形成铜铟镓层，三次镀膜步骤S9形成氧化锌层。优选地，二次镀膜步骤S5与硒化步骤S6由连接成一体化的自动化的生产线连续完成。本发明中，先将基片材料在清洗装置中进行一次清洗，接着将基片材料转运到第一组镀膜室中进行一次镀膜，形成金属钼（Mo）层；镀膜后接着进入一次刻线装置中进行一次刻线，通常采用激光刻线；刻线后再将半成品接着进入二次清洗装置中进行二次清洗；二次清洗后接着再将半成品转运至第二组镀膜室中进行二次镀膜，即形成CIG层；二次镀膜后接着再将半成品转运至硒化装置中进行硒化；硒化后再将半成品转运至二次刻线装置中进行二次刻线；二次刻线后再将半成品转运至三次清洗装置中进行三次清洗；三次清洗后再将半成品转运至第三组镀膜室中进行三次镀膜，即形成ZnO层。本发明各流程之间可连续作业，采用的是真正的一体化生产设备，最终要达到的效果就是：从设备的一端将基片材料基片上至上片台后，在设备的另一端下片台下来的就是成品。本发明全程一体化，中途无需停顿，从上道工序到下道工序实行流水作业，三组镀膜室与其他清洗、划线等装置形成一个流水作业平台。

本发明具体实施例的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产方法中，一旦生产设备中一个环节出现故障，将不会影响其他环节的生产，不会导致整个生产流程中断而影响生产的顺利进行；本发明中使用法兰数量较少，减少了设备的漏气风险,确保了设备能够连续化作业，同时设备安装时间大大减少，用料少，工序简单，节约了人工成本，设备间对接平整度提高，产品性能更加可靠；本发明流程耗时短，生产效率提高，降低了生产成本，本发明可以让基片材料进入转换室只需停留极短的时间就可以进入等待室，同时本发明将第二组镀膜室与硒化装置简化组合连成一体，减少了中间人工转换的时间，同时也降低了人工成本；本发明设备占用空间小，便于管理，由于第二组镀膜室和硒化装置是相互连接的整体，同时设备法兰数量减少，进而减少了相关设备的使用数量，节省了空间，此外还节省了摆放原材料和半成品的空间，这都将大大节省车间的空间，还美化了生产车间整体环境，方便了生产管理，降低了生产管理难度；本发明降低了生产成本，节约了生产产品时各流程之间的转换的人工成本。

采用本发明的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备及生产方法，提高生产CIGS薄膜太阳能电池的性能的同时提高生产效率，降低生产成本。本发明不限于生产CIGS薄膜太阳能电池的生产设备，对于生产其他薄膜材料也同样适用。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备，其特征在于，包括依次设置并一体连接形成整体生产设备的一次清洗装置、第一组镀膜室、一次刻线装置、二次清洗装置、第二组镀膜室、硒化装置、二次刻线装置、三次清洗装置、第三组镀膜室，还包括依次连接的第一转换室、第二转换室、第三转换室和等待室。

2.如权利要求1所述的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备，其特征在于，在所述第一组镀膜室中形成钼金属层，在第二组镀膜室中依次形成铜铟镓层，在所述硒化装置中对形成的铜铟镓层进行硒化，在所述第三组镀膜室中形成氧化锌层。

3.如权利要求1所述的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备，其特征在于，所述硒化装置位于所述第二组镀膜室中与之一体连接。

4.如权利要求1所述的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备，其特征在于，所述第一组镀膜室、第二组镀膜室和第三组镀膜室均分别包括依次连接的1-6号六个镀膜室。

5.如权利要求4所述的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备，其特征在于，所述第一组镀膜室、第二组镀膜室和第三组镀膜室均具有两个法兰，其分别位于2号镀膜室与3号镀膜室之间和4号镀膜室与5号镀膜室之间。

6.如权利要求1所述的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产设备，其特征在于，还包括与第一转换室连接的旋片泵，与第二转换室连接的罗茨泵，与第三转换室连接的分子泵。

7.一种一体化CIGS薄膜太阳能电池生产方法，包括依次进行的以下步骤：一次清洗、一次镀膜、一次刻线、二次清洗、二次镀膜、硒化、二次刻线、三次清洗、三次镀膜，其特征在于，各步骤由一体连接形成整体的生产设备一体化生产，各步骤不间断地连续形成CIGS薄膜太阳能电池，所述一体连接形成整体的生产设备还包括依次连接的第一转换室、第二转换室、第三转换室和等待室。

8.如权利要求7所述的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产方法，其特征在于，所述一次镀膜步骤形成金属钼层，所述二次镀膜步骤形成铜铟镓层，所述三次镀膜步骤形成氧化锌层。

9.如权利要求7所述的一体化CIGS薄膜太阳能电池生产方法，其特征在于，所述二次镀膜步骤与所述硒化步骤由连接成一体化的自动化的生产线连续完成。