CN106319473A - Cigs太阳能电池薄膜生产线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了CIGS太阳能电池薄膜生产线，包括多个镀膜子线，各子线依次独立地对薄膜进行立式镀膜，每一子线沿薄膜展开方向至少包括放卷室、镀膜室和收卷室，主驱动辊设于放卷室和收卷室内，多个传动辊设于子线各腔室内，张力检测辊、张力调节辊设于子线至少一个腔室内；其中：张力检测辊与张力调节辊为相邻设置的，张力检测辊用于实时监测薄膜张力，张力调节辊根据张力检测辊的反馈调节自身转速以调节薄膜于各腔室内传动速度，张力调节辊为非传动辊，薄膜经过张力检测辊与进过张力调节辊的展开轨迹为非直线轨迹。本发明提供的CIGS太阳能电池薄膜生产线元素扩散路径短，无中间产物，无元素蒸发，薄膜效率高，特别适合大面积规模工业化生产。

Description

CIGS太阳能电池薄膜生产线
技术领域
本发明涉及CIGS太阳能电池薄膜生产线，属于新能源制造领域。
背景技术
CIGS太阳能电池，由Cu(铜)、In(铟)、Ga(镓)、Se(硒)四种元素构成最佳比例的黄铜矿结晶薄膜太阳能电池，CIGS太阳能电池具有层状结构，吸收材料属于I-III-VI族化合物，其衬底一般采用不锈钢、玻璃或柔性薄膜衬底，是组成电池板的关键技术。该产品具有光吸收能力强，发电稳定性好、转化效率高，白天发电时间长、发电量高、生产成本低以及能源回收周期短等诸多优势。CIGS太阳能电池一般采用真空溅射、蒸发或者其他非真空的方法分别沉积多层薄膜，形成P-N结而构成光电转换器件。从光入射层开始，各层分别为：金属栅状电极、减反射膜、窗口层(ZnO)、过渡层(CdS)、光吸收层(CIGS)、金属背电极(Mo)、玻璃或柔性薄膜衬底。CIGS太阳能电池的底电极Mo和上电极n-ZnO一般采用磁控溅射的方法，工艺路线较为成熟。吸收层的制备具有许多不同的方法，这些沉积制备方法包括：蒸发法、溅射后硒化法、电化学沉积法、喷涂热解法和丝网印刷法等。其中蒸发法与溅射后硒化法属于真空方法，已被产业界广泛采用。
CIGS太阳能电池板的现有成熟技术为在玻璃基板上进行膜层制备，基于玻璃基板的CIGS太阳能电池板的生产设备已在全球广泛使用。但随着太阳能电池使用环境的多元化，使用如玻璃基板的刚性基材限制了太阳能电池的使用环境，因此CIGS薄膜太阳能电池应运而生。
目前市场上的透明导电薄膜主要有ITO(In2O3:Sn)、FTO(SnO2:F)、AZO(ZnO:Al)三种。各自有自己的优缺点，如ITO电阻率比较低，成本较高；FTO成本较低，成膜温度高，氢等离子体环境稳定性差；AZO在氢等离子体环境中稳定性好，成本低廉，电学性能不如ITO。不同吸收层的薄膜太阳能电池需选择适合的透明导电薄膜，以获得最佳界面效果。掺铝氧化锌(AZO)薄膜以其优异的导电性能、可见光透过性能、良好的氢等离子体稳定性能、以及价格低廉、资源丰富等优点将可能成为非晶硅/微晶硅薄膜太阳能电池、CIGS薄膜太阳能电池的透明导电薄膜材料。
国外对ZnO基薄膜的研究始于20世纪8O年代，主要工作集中在薄膜制备工艺、导电机理以及微量掺杂等三方面。ZnO基薄膜制备工艺主要有磁控溅射(MS)、化学气相沉积(CVD)、脉冲激光沉积(PLD)、溶胶-凝胶(Sol-Gel)、喷雾热分解(Spray pyrolysis)等。研究结果表明，采用PVD工艺制备的AZO电阻率相对比较小，透过率比较高，采用RF磁控溅射技术可以获得目前最好的光学、电学性能，但RF磁控溅射沉积速率低、成本高，不适合大规模生产。采用溶胶凝胶工艺制备的AZO电阻率比较高，透过率也比较低。目前大部分工艺还停留在工艺开发研究阶段，只有少数工艺目前可以实现工业化生产。瑞士欧瑞康太阳能分部及瑞士微技术研究所(IMT)采用LPCVD工艺开发了BZO(ZnO:B)in-line生产线，并与非晶/微晶硅电池生产线一起销售，提供Turnkey的非晶/微晶硅薄膜太阳能电池制造技术。LPCVD技术生长的BZO表面具有绒面效果，不需要进行后处理就可以实现捕光效应(light-trap)；但LPCVD设备及原材料昂贵，工艺过程中浪费较大，因此BZO成本较高。德国Juelich的光伏研究所(IPV)采用MF磁控溅射技术制备AZO薄膜，然后采用酸刻蚀工艺制备绒面，达到光捕获效果。该工艺设备简单，成本相对较低，膜的质量(如：方阻、透过率、方阻均匀性等)与磁控溅射的阴极设计、溅射参数及电源类型等有很大的关系。
总之，TCO薄膜具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等共同光电特性，在太阳能电池、平面显示、特殊功能窗口涂层及其他光电器件领域具有广阔的应用前景。TCO薄膜制造成本低于ITO、无毒、易光刻加工、在氢气氛中的化学稳定性比ITO膜好，有可能替代ITO产品，尤其在太阳能电池透明电极领域。而20世纪80年代兴起的ZnO：Al(简称AZO)透明导电薄膜中的Zn源价格便宜(有关金属材料的市场价格以每千克人民币元计算大致是：铝15.2、锌14.4、锡152、铟3200)，来源丰富，无毒，并且在氢等离子体中稳定性要优于ITO薄膜，同时具有可与ITO薄膜相比拟的光电特性。所以，AZO薄膜目前己成为TCO薄膜领域的研究热点并广为应用。
薄膜太阳能电池的制备工艺主要包括磁控溅射及真空蒸镀。磁控溅射是利用荷能粒子轰击固体靶材，使靶材原子或分子被溅射出来并沉积到衬底表面的一种工艺。靶材可选用金属靶和陶瓷靶。磁控溅射制备法具有沉积速率高、基片温度低、成膜黏附性好、易控制、成本低、适合大面积制膜的优点，仍是目前研究最多、最成熟、应用最广泛的AZO薄膜制备技术。真空蒸镀就是将需要制成薄膜的物质放于真空中进行蒸发或升华，使之在基片表面上析出。真空蒸镀的装置比较简单，工艺参数较少，易控制薄膜的生长，薄膜中杂质含量低。但真空度的高低直接影响薄膜的结构和性能，真空度低，材料受残余气体分子污染严重，薄膜性能变差，提高衬底温度有利于气体分子的解吸。
CIGS薄膜太阳能电池板以柔性的薄膜作为基材，不仅具有自重轻、使用性强、适用范围广的使用优势，同时也带来了生产工艺的难度提高，薄膜在高温环境下的热胀冷缩现象非常严重，薄膜柔软质轻，容易在生产线上发生折叠或其他机械损耗，并且由于高温环境对其内部分子运动影响，薄膜有可能易碎或薄厚不均，因此其生产过程中的技术要点发生了改变，因此相对应的生产设备就要进行相对应的改进。CIGS薄膜电池光电效率高、原材料用量不到晶硅的1％，具有极大的低成本潜力。但迄今为止，这个潜力没有得到充分显现，最根本的原因在于，传统的CIGS薄膜电池技术(“共蒸发”和“后硒化”)存在固有缺陷，工艺过于复杂，电池良品率普遍低于60％，无法体现其低成本优势。现有技术中对于CIGS薄膜太阳能电池的生产为沿用玻璃基材的生产设备，这样的设备集成度低且无法克服薄膜本身性质带来的技术难点。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供可立式镀膜的CIGS太阳能电池薄膜生产线。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的目的在于提供CIGS太阳能电池薄膜生产线，包括：
包括多个镀膜子线，各子线依次独立地对薄膜进行立式镀膜，每一子线沿薄膜展开方向至少包括放卷室、镀膜室和收卷室，主驱动辊设于放卷室和收卷室内，多个传动辊设于子线各腔室内，张力检测辊、张力调节辊设于子线至少一个腔室内；其中：
张力检测辊与张力调节辊为相邻设置的，张力检测辊用于实时监测薄膜张力，张力调节辊根据张力检测辊的反馈调节自身转速以调节薄膜于各腔室内传动速度，张力调节辊为非传动辊，薄膜经过张力检测辊与进过张力调节辊的展开轨迹为非直线轨迹。
优选的，张力调节辊与薄膜的接触面积大于等于张力检测辊及传动辊与薄膜的接触面积。
优选的，薄膜展开时，薄膜依次经过张力检测辊及相邻的张力调节辊。
优选的，辊轴沿垂直方向的末端设有万向轴承。
优选的，Mo子线沿薄膜的展开方向依次包括放卷室、第一溅射室、过渡室、第二溅射室及收卷室。
更优选的，第一溅射室及第二溅射室内各设有至少一个单旋转阴极，单旋转阴极在溅射室内的设置位置可根据需要进行调整。
作为一种优选的实施方式，薄膜在放卷室内的放卷驱动辊展开后经过一传动辊和一张力检测辊，进入第一溅射室，第一溅射室内的第一个传动辊上设有电机为张力调节辊，调节转速后薄膜在第一溅射室内匀速展开，进行磁控溅射Mo层，镀膜后进入过渡室调节张力，过渡室内按照膜的展开方向依次设有传动辊、张力检测辊及张力调节辊，而后进入第二溅射室，第二溅射室内设有正反两个阴极用于磁控溅射，二次镀膜之后的薄膜进入收卷腔内，先经过以传动辊改变展开方向后经过冷却辊冷却，而后经过张力检测辊及张力调节辊，最后收卷至收卷驱动辊。
优选的，环形CIGS子线沿柔性薄膜基材的展开方向依次包括放卷室、预热室、过渡室、蒸镀室、冷却室及收卷室，其中蒸镀室与过渡室交替设置，蒸镀室的两侧均设有过渡室。
更优选的，蒸镀室内设有组合线性蒸发源。
作为一种优选的实施方式，薄膜在放卷室内展开后，先经过以预热室对薄膜进行一级加热，预热室内设有若干波纹均热板及传动辊，预热室与蒸镀室之间，蒸镀室与冷却室之间均设有过渡室，用于检测调节薄膜展开速度，并将不同的工艺段隔开以便对薄膜进行逐步处理，蒸镀CIGS层优选的蒸镀室为5个，蒸镀室外缘设有平推式蒸发门，线性蒸发门上设有组合线性蒸发源，蒸发源一般为两个一组，门内设有三组蒸发源，蒸发源的种类可以根据镀膜的需要进行调整，也可增加单独的小蒸发源在门内，蒸发镀膜后的薄膜经过冷却室的一级冷却后进入收卷室，收卷室内设有两个冷却辊及膜层分析装置，膜层经过分析无误并以完成冷却的薄膜收入收卷驱动辊，收卷室内还设有张力检测辊及张力调节辊，用于调整薄膜展开速度，保证薄膜冷却后再进行收卷。
优选的，ZnO子线沿薄膜的展开方向依次包括放卷室、第一溅射室、过渡室、第二溅射室及收卷室。
更优选的，ZnO线的第一溅射室及第二溅射室内在柔性薄膜基材展开的同一侧设有平面阴极。
作为一种优选的实施方式，平面阴极为成对设置的。
优选的，AZO子线沿柔性薄膜基材的展开方向依次包括放卷室、溅射室及收卷室。
优选的，各子线还包括真空获得系统，真空获得系统包括总真空泵、独立真空泵、真空管道及主抽管道，其中主轴管道连接真空管道及总真空泵，真空管道连接主抽管道及独立真空泵，独立真空泵设于各腔室。
与现有技术相比，本发明提供的CIGS太阳能电池薄膜生产线具备以下优势：
1.采用立式薄膜基材的展开方式，使得薄膜在镀膜过程中减少了环境中杂质对镀膜质 量的影响，并且将膜面与生产线的接触降到最低，避免了膜面接触其他物体后破坏膜层的均匀性。
2.本CIGS生产线包括Mo子线、环形CIGS子线、ZnO子线及AZO子线，四条生产子线均为CIGS薄膜太阳能电池生产过程中最核心的步骤，本发明的CIGS生产线不仅降低了生产成本，且薄膜无毒环保，膜层性能更加稳定。
3.巧妙的将CIGS蒸镀的四个步骤合为一条环形生产子线，大大提高了生产效率，且一体化的生产过程降低了生产过程中的消耗，节能环保，生产的膜层质量更好。
4.旋转靶提高了靶材的利用率和镀膜膜层的均匀性，靶材被轰击时不会出现凹坑，避免了溅射氧化层的形成。靶材利用率高，平均膜厚小，膜层均匀。
5.磁控溅射具有高速沉淀的特点，可以镀几乎所有的金属和合金、导体和绝缘体，并且可以在低熔点的金属和塑料上面镀膜，而且镀膜的速度高。
6.多级加热模块的设置技术能够实现温控调节，同时在高温镀膜的情况下，保证基片加热的均匀性，节约能耗，温度范围：常温～600℃连续可调可控。
7.传动辊及张力检测辊结构简单，运行可靠，加工制造容易，基片传送平稳度高，摩擦轮更换方便，从而保证了镀膜质量，且能够降低生产线的制造和维护成本，传动行程控制精度偏差非常小。
8.张力检测辊可根据需要设置在各传动辊上，通过调整辊的转速控制薄膜基材的张力，使薄膜基材的张力控制更准确。
9.真空获得设备的两级真空泵的设置，真空度抽气时间短，加之操作门的密封效果均匀，工艺室极限真空度达到10-5Pa，适用于各类镀膜生产线。
总之，本发明提供的CIGS太阳能电池薄膜生产线能够实现各类大面积镀膜的大批量、低成本生产，而且溅射沉积速率高，工艺通用性强。素扩散路径短，无中间产物，无元素蒸发，因而电池效率高，良品率高达95％以上，特别适合大面积规模工业化生产。
附图说明
图1是本发明提供的CIGS太阳能电池薄膜生产线的工艺流程示意图。
图2是本发明提供的CIGS太阳能电池薄膜生产线的Mo子线俯视结构图。
图3是本发明提供的CIGS太阳能电池薄膜生产线的Mo子线真空系统示意图。
图4是本发明提供的CIGS太阳能电池薄膜生产线的Mo子线示意图。
图5是本发明提供的CIGS太阳能电池薄膜生产线的环形真空蒸镀CIGS子线俯视结构 图。
图6是本发明提供的CIGS太阳能电池薄膜生产线的环形真空蒸镀CIGS子线蒸发室及过渡室示意图。
图7是本发明提供的CIGS太阳能电池薄膜生产线的ZnO子线俯视结构图。
图8是本发明提供的CIGS太阳能电池薄膜生产线的ZnO子线真空系统示意图。
图9是本发明提供的CIGS太阳能电池薄膜生产线的ZnO子线示意图。
图10是本发明提供的CIGS太阳能电池薄膜生产线的AZO子线俯视结构图。
图11是本发明提供的CIGS太阳能电池薄膜生产线的AZO子线真空系统示意图。
图12是本发明提供的CIGS太阳能电池薄膜生产线的AZO子线示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及对比例对本发明作进一步详细、完整地说明。
本发明的CIGS太阳能电池薄膜生产线为立式CIGS太阳能电池薄膜生产线，也就是说在生产过程中，薄膜以垂直于地面的状态进行各步骤生产，立式生产线不仅保证了镀膜过程中无杂质污染，并且不与设备接触避免了膜面的破坏，还使得镀膜过程中镀膜更加均匀。如图1所示，本发明所述的生产线包括以下四个工艺流程段：用于将金属钼(Mo)溅射到薄膜上的Mo子线；采用铜、铟、镓的线性蒸发源在硒环境中沉积形成CIGS电池吸收层的环形蒸发子线；采用脉冲直流将ZnO旋转陶瓷靶溅射到CIGS层上作为缓冲层的ZnO子线；以及将ZnO:Al(AZO)在缓冲层上的AZO子线。CIGS薄膜太阳能电池生产过程中除了使用上述生产线外还涉及到生产线的上下游处理过程若干，包括清洗、划线、连接导线等常规步骤，除本发明中提供的生产线外的其他生产步骤均为现有技术，在此不进行赘述。
本实施例中所采用的薄膜为PI膜，PI膜为本发明中的优选的基膜，但本发明提供的生产线也可用于任何可用于CIGS太阳能电池基膜的薄膜，PI薄膜并不应作为对本发明的限制，本发明提供的CIGS太阳能电池薄膜生产线也可以用于玻璃基板太阳能电池的生产。
本生产线包括直线型生产子线及环形生产子线，各生产子线包括放卷室、收卷室、至少一个镀膜室，镀膜室为两个以上时，镀膜室之间还包括至少一个过渡室。放卷室及收卷室内包括主驱动辊，主驱动辊与膜面完全接触，用于放卷及收卷，即放卷驱动辊及收卷驱动辊，分别位于生产线的首尾两端。生产线内还设有至少一个张力检测辊及张力调节辊，张力检测辊及张力调节辊为相邻设置的，张力调节辊为非传动辊；生产子线内还设有若干传动辊，张力调节辊与薄膜的接触面积大于等于张力检测辊及传动辊，优选的为张力调节辊 与薄膜的接触面积大于张力检测辊及传动辊。
张力检测辊设有张力检测装置，可实时进行张力检测及控边检测并实时反馈检测值，该装置通过检测PI膜的受力大小来决定PI膜的展开速度，通过调节张力调节辊的转速来达到控制PI膜的均匀受力，也就是说，通过张力检测辊的受力检测，可以控制张力调节辊以不同的转速转动，来平衡PI膜的受力，使PI膜以均匀的受力展开，并且不与其他辊或设备接触，保证了镀膜的质量。张力调节辊本发明中所述的张力检测辊、张力调节辊及传动辊均与本实施例的效果相同，因此在下文中不做赘述。
张力检测辊包括传动辊及压力检测装置，以检测该张力检测辊的辊面受力，从而决定张力调节辊的转速。该张力检测辊为检测张力及控制张力调节辊的辊速用，因此能够实现该技术效果的改进和其他结构均应落入本发明的保护范围之内，该张力检测辊的具体结构不应作为对本发明的保护范围的限定。
传动辊加压力检测装置可实现张力检测辊的技术效果，因此本发明中的所有的传动辊均可以添加压力检测装置后成为张力检测辊，张力检测辊移除压力检测装置后可成为传动辊，张力调节辊与张力检测辊相邻并位于张力检测辊的下游。张力检测辊及传动辊可以交替使用也可以全部使用张力检测辊。张力检测辊及压力辊的设置数量及位置关系的改变均应认为落入本发明的保护范围之内，本实施例中的传动辊与张力检测辊的设置方式不应作为对本发明的限制。
传动辊为非传动辊，即由于薄膜在一定速度下展开，带动传动辊进行转动，也就是说传动辊的转动是被动的。本发明中各子线均由若干传动辊组成一传动辊系，薄膜经过传动辊系展开并并完成相应的镀膜步骤。
张力调节辊为设有电机的传动辊，电机位置在图中未示出，电机带动张力调节辊以一定速度自转，以此来带动薄膜展开，该速度是由张力检测辊检测后实时得出的转速。由于张力调节辊与薄膜的接触面具有一定的角度，与薄膜经过张力检测辊的展开方向是不同的，因此可以实现这一技术效果。
如图2～4所示，金属薄膜层Mo在CIGS薄膜太阳能电池中其金属背电极的作用，处于整个电池的最底层，也就是薄膜上的第一层镀膜。Mo子线采用单旋转靶(阴极)进行直流溅射金属Mo至PI薄膜上。Mo子线10包括5个腔室，根据PI膜的展开方向，腔室依次为：放卷室11、第一真空溅射室12、过渡室13、第二真空溅射室14、收卷室15，真空获得系统16分布在整个Mo子线内，保证了真空环境的温度压强，Mo子线内设有加热装置，保证了溅射的环境温度在80～120℃。各腔室的同一侧的壁上均开设有操作门，便于进行维护 及其他操作，图中箭头方向即为薄膜的展开方向。
如图2所示，具体根据PI薄膜的展开过程来说，PI膜依次通过放卷室11内的放卷驱动辊111、传动辊112、张力检测辊113，其中的放卷驱动辊111和传动辊112设于放卷室的同壁，张力检测辊113设于放卷驱动辊的相邻壁，位于连接第一真空溅射室12的一侧。由于放卷驱动辊111的初始状态需要支撑成卷的PI膜，因此其所需工作直径较大，而传动辊112位于放卷驱动辊111的一侧，直径上的差异为PI膜形成了一个有角度的展开方向，张力检测辊113与传动辊112垂直设置也为薄膜形成了一个有角度的展开方向，因此PI膜在放卷室11内形成了一个U型的展开方向，这样的展开方向便于检测薄膜的张力，使得整个膜面在展开过程中不发生褶皱、挤压等不均匀受力带来的损耗，这样的设置保证了薄膜立式镀膜的实现，并且节约了放卷室的空间。
第一真空溅射室12内设有若干传动辊，其中薄膜进入第一真空溅射室12时经过的第一个辊为张力调节辊124，若干传动辊122固定于溅射室的同壁，使PI膜在溅射室内沿直线展开，保证尽可能大的有效溅射面，便于进行溅射操作。每个传动辊122的固定壁两侧均设有辊间加热模块1221，设在辊间的加热模块1221可以迅速使薄膜在展开的过程中达到加热温度。在PI膜展开的两侧，传动辊之间及真空溅射室侧壁上也设有腔内加热模块。在传动辊固定壁的相对侧壁上设有操作门121，操作门上设有门加热模块，因此整条加热线并未因为开设门而中断或受到影响，加热模块优选的为波纹均热板和/或加热管。与操作门121同侧的室壁上还设有单旋转阴极123。单旋转阴极123在稳定真空状态下，进行直流溅射，阴阳极间的气体分子被离子化而产生带点电荷，其中正离子受负电位加速运动而撞击阴极上的Mo靶材，将Mo原子溅出，溅出的Mo原子则沉积于阳极的基板上而形成Mo薄膜。
经过第一真空溅射室12的PI薄膜将通过过渡室13，用于隔离气氛、调节膜面受力。过渡室13内设有张力检测辊131、传动辊132和张力调节辊133，张力检测辊131设于操作门121一侧的相对室壁上，传动辊132和张力调节辊133分别设于张力检测辊的两相邻侧壁，传动辊132和张力调节辊133与张力检测辊131形成一个V型的涨紧过渡室13，增加涨紧过渡可在真空溅射过程中对PI膜进行一次调整，调整其膜面的受力至均匀，并且过渡室内还设有腔内加热模块133，加热模块包括辊间加热模块及腔内加热模块，保证了在涨紧过渡时，薄膜与在真空溅射室中处在相同的温度环境下，避免了热胀冷缩现象对薄膜溅射的影响。
在本实施例中，第二真空溅射室14与第一真空溅射室12的区别仅在于，第二真空溅射室设有两个单旋转阴极123，两个单旋转阴极123分别设置在薄膜展开方向的相对的两侧。
上述本实施例中的单旋转阴极的设置位置是根据本实施例中的整体参数进行选择的，单旋转阴极可以被设置在真空溅射室内薄膜展开方向两侧的任意位置，只要能完成真空溅射这一技术效果，设置在任意位置的单旋转阴极均应认为落入本发明的保护范围中，本实施例中的设置位置不应作为对本发明的限制。
在PI薄膜经过二次真空溅射后进入收卷腔15，进入收卷腔15内先经过一个设置于侧壁的传动辊154改变膜的展开方向，后薄膜进过冷却辊151，对膜面温度进行冷却，冷却辊将PI薄膜冷却至常温经过设置在冷却辊151相对面上的张力检测辊153，再经过设置在张力检测辊153相对侧的张力调节辊155调节展开速度，最后收卷至收卷驱动辊152。
Mo子线的另一重要组成部分即真空获得系统16，本实施例中的Mo子线在除了过渡室13外，每个腔室均设有抽真空管道161，每根真空管道161均接于主抽管道162上，主抽管道162连接总真空泵163。除了设有总真空泵163外，本实施例还提供了独立真空泵，独立真空泵分布于除过渡室的每个室内，根据真空环境的需要及压力稳定的要求，本实施例中设置在放卷室11和收卷室15内各一个独立真空泵，第一真空溅射室12和第二真空溅射室14内各两个真空泵，总真空泵163在空气环境下使用，为整条Mo子线提供一个基础的真空环境，若干独立真空泵164在基础真空环境下使用，为Mo子线提供较高的工作真空环境，保证了镀前10-5Pa的高真空环境。
本实施例中的真空泵的设置为根据本实施例的工作环境所进行的优选方案，不应作为对本发明的限制，任何能够实现真空溅射要求的抽真空设备的设置方式均应认为落入本发明的保护范围内。
如图5～6所示，本实施例开创性的设计了环形CIGS子线20，环形子线采用真空蒸镀法将铜、铟、镓的线性蒸发源在硒的环境中沉积形成CIGS电池吸收层，真空腔室内设有X射线荧光光谱分析仪，通过X射线荧光光谱分析仪来监控CIGS膜层成分，随时根据检测结果调整沉积形成层。本实施例所采用的环形真空蒸镀CIGS子线，巧妙的将通过制备条件类似、制备过程连续的真空蒸镀四种元素的工艺整合在一条生产线上，使得真空环境及高温环境进行整合共享，不仅节约了能源，还使得蒸镀效率更高，蒸镀效果更好，镀层均匀光滑。
环形CIGS子线20根据PI膜的展开方向，从放卷室201开始，依次经过预热室202、过渡室203、蒸发室204～208、到达冷却室209，冷却后至收卷室210收卷。其中蒸发室之间、蒸发室与预热室之间、蒸发室与冷却室之间均设有过渡室，换言之，过渡室203为连接各工作腔室之用，并能够涨紧蒸发过程中热涨的PI膜，保证PI膜的蒸镀效果，使PI膜 在立式展开的过程中不会由于受力不均发生褶皱或卷曲的现象，也不与其他辊或腔室结构发生接触。因此，为了保证环形真空蒸镀线的结构设计，过渡室203横截面优选为梯形，梯形上底面即较短的底面位于环形线的内缘。
放卷室201的结构同生产线内其他工艺线的放卷室，包括放卷驱动辊2011、张力检测辊2012及传动辊2013。其中张力检测辊2012上还设有膜层分析检测装置，实时对膜层进行分析，其余结构及连接方式在此不进行赘述。
环形CIGS子线20在放卷室后设置有一预热室，由于蒸镀对温度的要求很高，仅在蒸镀室内设置加热模块2042不足以保证加热温度，因此为了有效地使整条环形线达到600℃以上的环境温度，预热室202内设有若干传动辊及加热模块，其具体设置结构同Mo子线真空溅射室内的设置方式，预热室内传动辊及加热模块对薄膜进行一级加热，可保证PI膜在进入过渡室203及蒸发室204～208时，各室均能达到预设的600℃以上的温度要求。
由于环形真空蒸镀CIGS子线所有的传动辊均沿外缘方向设置，PI膜在环形线内各室展开时，即受到一定的张力，因此过渡室203中的张力检测辊2031、传动辊2013、张力调节辊2014均设置在环形线的内缘面上。如图5所示，PI膜在环形线上通过过渡室203及蒸发室204～208时，展开形状大致呈圆形，这样的膜面便于线性蒸发源有效地进行线性蒸镀，同时可以保证膜面在进行蒸镀时不会触碰到其他生产线的结构，保证了膜面的质量。
蒸发室204～208的结构相同，如图5所示，在内缘一侧设有若干传动辊2041，在传动辊2041的两侧设有辊间加热模块20421，在传动辊与PI膜接触的一侧传动辊2041之间，还设有腔内加热模块20422，使得高温环境可以保持在600℃以上。在环形线的外缘侧侧壁上，还设有若干蒸发室门2043，蒸发室门2043为用于蒸发镀膜线的线源集成式蒸发室门，且蒸发室门2043为平推式的，可沿地面导轨平推进行开关操作。蒸发室门2043内设有线性离子蒸发源2044，蒸发室门2043将单个线性离子蒸发源2044组合在蒸发室门内，线性离子蒸发源可以根据蒸发室的蒸镀要求进行更换，线性离子蒸发源的温度很高，单个蒸发源温度工作时的蒸发源内部温度为500～1300℃，温度非常高，难以集成组合使用，蒸发室门2043将线性离子蒸发源2044组合在门内，不仅节约了设备空间，还提高了蒸镀效果,还可以根据蒸镀工艺的要求随时更换不同的线性离子蒸发源，便于生产线的维护和使用，提高了生产线的适应性和灵活度。
蒸镀工艺中环境及薄膜温度非常高，骤冷会导致薄膜膜层崩解，因此环形线20设有冷却室209。冷却室209将薄膜温度从600℃逐渐冷却，使得薄膜在进入收卷室冷却辊的温度为150℃左右。冷却室209通过冷却水冷却，冷却室209中设有温度检测系统，检测冷却水的入水温度及回水温度，通过温度检测来确定冷却水的水压及流速。
上述冷却水冷却薄膜温度为本实施例中的优选方式，其他可以达到该冷却效果的冷却方式均应被认为落入本发明的保护范围之内，冷却水不应被作对为本发明的限制。
收卷室210设有多个冷却辊2101，本实施例中优选为两个冷却辊2101，两个冷却辊2101之间设有一张力检测辊，通过检测张力以调整转速，使PI膜得到有效的冷却。冷却后的PI膜收卷与收卷驱动辊2102。收卷室210内还设有膜层分析装置，分析薄膜膜层是否有异常，当膜层冷却并且膜层正常后，膜层正常收卷。膜层分析装置的探头可耐100℃以下的高温环境，在冷却辊的配合下，保证了分析装置的正常运行。
环形CIGS子线20的真空获得系统211设置于环形线的内缘侧，除了总真空泵2111抽出空气维持基础真空环境外，从预热室202至冷却室209的每个腔室均设有独立真空泵以维持工作真空气压。总真空泵2111与独立真空泵2112之间通过真空总管2113连接，真空总管每节管道之间由柔性管道相连形成环形结构，保证了镀前10-5Pa的高真空环境。
本实施例所述的CIGS太阳能电池薄膜生产线还包括ZnO子线。
薄膜i-ZnO，即纯ZnO本征层，是镀在CIGS上的一层缓冲层，一般厚度为50nm，本层可以有效提高电池组件的整体效率，同时起到前电极AZO层与CIGS层之间良好的紧密衔接作用。如图7～9所示，溅射ZnO的ZnO子线30与Mo子线10的区别仅在于，ZnO子线30采用中频脉冲直流将ZnO平面陶瓷靶溅射到PI膜上。
ZnO子线30沿PI膜展开方向依次包括放卷室31、第三真空溅射室32、过渡室33、第四真空溅射室34及收卷室35。各室的设置方式与Mo子线10相同，在此不再进行赘述，仅根据PI膜的展开方向对ZnO子线的各室结构进行阐述。PI膜依次通过放卷室31内的放卷驱动辊311、传动辊312、张力检测辊313，其中的放卷驱动辊311和传动辊312设于放卷室的同壁，张力检测辊313设于放卷驱动辊的相邻壁，位于连接第一真空溅射室32的一侧。PI膜展开后进入第三真空溅射室31，5个腔室的同一侧的壁上开设有操作门，其中第三真空溅射室32及第四真空溅射室34的操作门321上还设有门加热模块3211，PI膜进入第三真空溅射室31后经过第一个辊为张力调节辊324，然后经过若干传动辊322，传动辊322的固定壁两侧均设有辊间加热模块3221，沿PI薄膜的展开方向的两侧还设有腔内加热模块3222，便于使溅射室内迅速达到预定温度，第三真空溅射室32和第四真空溅射室34内的同一侧均设有成对的平面阴极323，平面阴极用于在真空环境下磁控溅射ZnO至PI薄膜的CIGS层上。第三真空溅射室32和第四真空溅射室34之间还设有过渡室33，过渡室33的具体结构同Mo子线的过渡室13，设有张力检测辊331、传动辊332、腔内加热模块 333及张力调节辊334。在经过两次真空溅射后，PI膜进入收卷室35，收卷室35的具体结构同Mo子线10的收卷室15，PI膜先经过一个传动辊154改变展开方向，再经过冷却辊151进行冷却，冷却后的PI膜在收卷室35内经过张力检测辊153及张力调节辊155的传动，收卷在收卷驱动辊352上。
本实施例中的平面阴极323设置在溅射室的同一侧上，并未成对设置的一对平面阴极，该平面阴极的设置方式仅为本PI膜进行溅射ZnO时设置，具有良好的溅射效果，任何为了提高ZnO溅射效果的平面阴极设置方式均应认为落入本发明的保护范围之内，本实施例中的平面阴极设置方式不应作为本发明的限制。
ZnO子线30的真空获得系统同Mo子线的真空获得系统，包括真空管道361、主抽管道362、总真空泵363及独立真空泵364。总真空泵363为整条ZnO子线提供一个基础的真空环境，若干独立真空泵为ZnO子线提供较高的工作真空环境，保证了镀前10-5Pa的高真空环境。
AZO层在CIGS薄膜太阳能电池中起到金属氧化物前电极的作用。AZO层即ZnO：Al层。如图10～12所示，AZO子线采用直流将AZO旋转陶瓷靶使用中频溅射到PI膜上。
AZO子线包括放卷室41、真空溅射室42及收卷室43。真空获得系统44为AZO子线溅射提供必要的真空环境。AZO子线40的放卷室41同Mo子线10和ZnO子线30的放卷室11、31，收卷室43同Mo子线10和ZnO子线30的放卷室15、35，其结构与功能均相同。
AZO子线仅设一个真空溅射室42，在真空溅射室42的一侧设有双旋转阴极423，双旋转阴极423同平面阴极323设于生产线的同一侧，优选的双旋转阴极423设于真空溅射室42的中部。真空溅射室42设有张力调节辊424、若干传动辊422，传动辊422两侧设有辊间加热模块4221，在PI膜的展开方向的两侧还设有腔内加热模块4222。真空溅射室422与双旋转阴极423同侧还设有至少一扇操作门421，操作门421与操作门121、321以同样的方式设有门加热模块4211，加热后的环境温度为80～120℃。
双旋转阴极423采用中频磁控溅射方式将Al及ZnO镀在ZnO过渡层上，本实施例中仅设置了一个双旋转阴极。但是需要说明的是，任何可以起到将AZO溅射到PI膜上的设备或装置或设备装置的改进均应被认为落入本发明的保护范围之内，本实施例中所述的双旋转阴极的设置位置、数量及具体结构不应作为对本发明的限制。
AZO子线的真空获得系统在组件上与Mo子线及ZnO子线相同，包括真空管道441、主抽管道442、总真空泵443及独立真空泵444。其中独立真空泵及总真空泵的工作范围包 括放卷室41、真空溅射室42及收卷室43，总真空泵为AZO子线提供基础真空环境，独立真空泵使AZO子线保证了镀前10-5Pa的高真空环境。
在其他常规工艺参数及设备的配合下，使用本发明所述的CIGS太阳能电池薄膜生产线，能够达到CIGS太阳能电池的成套、流水作业，并且出膜量高、质量好，打破了国外厂家对这一技术领域的垄断，攻克了技术难点，巧妙的组合生产线，对于未来的新能源领域的发展与制造具有很好的推动作用，具有广泛的应用空间及优良的推广价值。
最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.CIGS太阳能电池薄膜生产线，其特征在于：
包括多个镀膜子线，各子线依次独立地对薄膜进行立式镀膜，每一子线沿薄膜展开方向至少包括放卷室、镀膜室和收卷室，主驱动辊设于放卷室和收卷室内，多个传动辊设于子线各腔室内，张力检测辊、张力调节辊设于子线至少一个腔室内；其中：
张力检测辊与张力调节辊为相邻设置的，张力检测辊用于实时监测薄膜张力，张力调节辊根据张力检测辊的反馈调节自身转速以调节薄膜于各腔室内传动速度，张力调节辊为非传动辊，薄膜经过张力检测辊与进过张力调节辊的展开轨迹为非直线轨迹。
2.根据权利要求1所述的CIGS太阳能电池薄膜生产线，其特征在于：Mo子线沿薄膜的展开方向依次包括放卷室、第一溅射室、过渡室、第二溅射室及收卷室。
3.根据权利要求1所述的CIGS太阳能电池薄膜生产线，其特征在于：环形CIGS子线沿柔性薄膜基材的展开方向依次包括放卷室、预热室、过渡室、蒸镀室、冷却室及收卷室，其中蒸镀室与过渡室交替设置，蒸镀室的两侧均设有过渡室。
4.根据权利要求1所述的CIGS太阳能电池薄膜生产线，其特征在于：ZnO子线沿薄膜的展开方向依次包括放卷室、第一溅射室、过渡室、第二溅射室及收卷室。
5.根据权利要求1所述的CIGS太阳能电池薄膜生产线，其特征在于：AZO子线沿柔性薄膜基材的展开方向依次包括放卷室、溅射室及收卷室。
6.根据权利要求1所述的CIGS太阳能电池薄膜生产线，其特征在于：张力调节辊与薄膜的接触面积大于等于张力检测辊及传动辊与薄膜的接触面积。
7.根据权利要求1所述的CIGS太阳能电池薄膜生产线，其特征在于：薄膜展开时，薄膜依次经过张力检测辊及相邻的张力调节辊。
8.根据权利要求1所述的CIGS太阳能电池薄膜生产线，其特征在于：辊轴沿垂直方向的末端设有万向轴承。
9.根据权利要求2所述的CIGS太阳能电池薄膜生产线，其特征在于：第一溅射室及第二溅射室内各设有至少一个单旋转阴极。
10.根据权利要求3所述的CIGS太阳能电池薄膜生产线，其特征在于：蒸镀室内设有组合线性蒸发源。
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