CN208674139U - 一种沉积太阳能电池薄膜的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种沉积太阳能电池薄膜的设备，包括：出卷装置，用于输出柔性导电衬底；收卷装置，用于接收柔性导电衬底；电解槽，设置于出卷装置和所述收卷装置之间；柔性导电衬底由出卷装置输出，通过电解槽中的电解液进行镀膜后由收卷装置收卷。本实用新型提供的一种沉积太阳能电池薄膜的设备利用非真空方法在可导电的柔性衬底上沉积CIGS薄膜，简化了设备结构，降低了生产成本和维护费用；并且，非真空方法不受设备尺寸的限制，有利于大规模生产CIGS电池。

Description

一种沉积太阳能电池薄膜的设备

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池领域，特别是指一种沉积太阳能电池薄膜的设备。

背景技术

随着全球对能源需求的不断增加以及不可再生能源，例如石油和煤炭的持续消耗，寻找替代传统不可再生能源的方案已经迫在眉睫。随着对清洁，可再生能源的不断研究，太阳能，风能等自然能源在人类能源利用结构中的比重也逐渐增加。在现有众多的可再生能源里，太阳能是最为丰富的能源之一，并且在利用的过程中可由太阳能电池直接转化为电能。

目前市场上可供选择的太阳能电池种类繁多，其中铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池作为新一代的太阳能电池产品，具有较高的光电转换效率，弱光性能好，光吸收系数大，带隙可调节，温度系数低，稳定性好等优点，使其在军用及民用领域具有非常大的应用潜力。尤其是铜铟镓硒电池厚度通常只有几个微米，并且可以在柔性衬底上沉积。因此，以铜铟镓硒太阳能电池为基础的柔性光伏组件产品比传统晶硅材料的太阳能电池组件具有更加广泛的应用前景。

在CIGS太阳能电池的结构中，吸收层是太阳能电池的核心结构，CIGS吸收层的质量往往决定了太阳能电池的效率，其制备方法也对最后组件产品的质量和成本产生巨大的影响，其生产过程多为真空方法，例如共蒸发法和溅射法。但是真空方法生产太阳能电池吸收层工艺中真空设备前期投入较大，设备复杂，生产能耗大，维护成本高；真空设备的尺寸限制了大规模生产及效率；真空设备操作复杂，且运行过程中不能随时暂停设备和破坏真空环境，导致不宜实时监控薄膜的沉积情况，且原材料利用率较低，沉积效果不好。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种高效率、低成本的沉积CIGS薄膜的设备。

基于上述目的本实用新型提供的一种沉积太阳能电池薄膜的设备，包括：

出卷装置，用于输出柔性导电衬底；

收卷装置，用于接收所述柔性导电衬底；

电解槽，设置于所述出卷装置和所述收卷装置之间；

所述柔性导电衬底由所述出卷装置输出，穿过所述电解槽中的电解液进行镀膜后由所述收卷装置收卷。

进一步，所述出卷装置，将粘性绝缘背板与所述柔性导电衬底的一侧粘合，

以使所述柔性导电衬底的一侧与所述电解液隔绝。

进一步，所述出卷装置，包括：

第一滚动组件(1)，输出所述粘性绝缘背板；

第二滚动组件(2)，输出所述柔性导电衬底；

出卷辊压组件(3)，将所述粘性绝缘背板和所述柔性导电衬底的一侧粘合。

进一步，所述收卷装置，包括：

收卷辊压组件(12)，分离所述粘性绝缘背板和所述柔性导电衬底；

第三滚动组件(14)，接收所述粘性绝缘背板；

第四滚动组件(15)，接收所述柔性导电衬底。

进一步，所述电解槽内还设置有至少一个用来传送所述柔性导电衬底的被动滚轮(5、7)。

较优地，所述被动滚轮的数量为两个，所述被动滚轮(5、7)之间设有可移动滚轴(6)，该可移动滚轴(6)在所述电解液中能够移动，以调节所述柔性导电衬底在所述电解液中行进的路径。

较优地，所述收卷装置，还包括：

X射线荧光光谱装置(8)，监测所述柔性导电衬底的镀膜厚度；

控制单元，基于所述镀膜厚度和厚度设定值，对工艺参数进行相应的调整。

进一步，若所述镀膜厚度小于厚度设定值，所述控制单元发出降速指令至出卷装置和收卷装置，以使所述出卷装置降低所述柔性导电衬底和所述粘性绝缘背板的出卷速度至第一档速度；

若所述镀膜厚度大于厚度设定值，所述控制单元发出提速指令至所述出卷装置和收卷装置，以使所述出卷装置提高所述柔性导电衬底和所述粘性绝缘背板的出卷速度至第二档速度。

进一步，若所述镀膜厚度小于厚度设定值，所述控制单元发出增大电流指令至电解槽通电装置，以使所述电解槽通电装置对电解槽的通电电流增大至第二档电流；

若所述镀膜厚度大于厚度设定值，所述控制单元发出减小电流指令至所述电解槽通电装置，以使所述电解槽通电装置对电解槽的通电电流减小至第一档电流。

进一步，若所述镀膜厚度小于厚度设定值，所述控制单元发出下移指令至所述可移动滚轴(6)，以使所述可移动滚轴(6)在所述电解槽中向下移动；

若所述镀膜厚度大于厚度设定值，所述控制单元发出上移指令，以使所述可移动滚轴(6)在所述电解槽中向上移动。

因此，本实用新型一种沉积太阳能电池薄膜的设备，利用非真空方法在可导电的柔性衬底上沉积CIGS薄膜，简化了设备结构，降低了生产成本和维护费用；并且，非真空方法不受设备尺寸的限制，有利于大规模生产CIGS电池。

附图说明

图1为本实用新型实施例一种沉积太阳能电池薄膜的设备示意图；

图2为本实用新型带有绝缘背板的柔性导电衬底的截面结构示意图；

其中，1-第一滚动组件、2-第二滚动组件、3-出卷辊压组件、4-被动滚轴、5-被动滚轮、6-可移动滚轴、7-被动滚轮、8-X射线荧光光谱装置、9-被动滚轴、10-清洗装置、11-干燥装置、12-收卷辊压组件、13-电阻测量仪、14-第三滚动组件、15-第四滚动组件、16-阳极、17-温度计、18-搅拌装置、19a、19b-加热装置、20-电解液、21-电解槽、22-柔性导电衬底、23-粘结层、24-粘性绝缘背板。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

需要说明的是，本实用新型实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本实用新型实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

本实用新型实施例的一种沉积太阳能电池薄膜的设备，如图1所示，包括：用于输出柔性导电衬底的出卷装置、用于接收柔性导电衬底的收卷装置和位于出卷装置和收卷装置之间的电解槽21；柔性导电衬底由出卷装置输出，通过电解槽21进行镀膜后由收卷装置收卷。

进一步，出卷装置还用于将粘性绝缘背板与柔性导电衬底粘合在一起，使柔性导电衬底的一侧绝缘，在柔性到店衬底穿过电解槽21中的电解液时，该柔性导电衬底的一侧与电解液隔绝。如图2所示为本实用新型带有绝缘背板的柔性导电衬底的截面结构示意图，柔性导电衬底22通过粘性绝缘背板24上的粘合层23粘合在一起，柔性导电衬底粘有粘性绝缘背板的一侧绝缘，另一侧导电，其通过电解槽进行镀膜时只在导电的一侧形成镀膜；本实用新型实施例中，柔性导电衬底选自不锈钢、铝和钛中的一种，粘合层与绝缘背板选用具有温度抵抗力，能够抵抗的温度上限不低于150℃的材料，例如环氧树脂；此外本实用新型采用的粘性绝缘背板还具有一定的厚度和强度，可以卷绕成卷，可重复使用，降低生产成本，例如，聚丙烯、聚苯烯。

如图1所示，出卷装置包括用于输出所述粘性绝缘背板的第一滚动组件1，用于输出柔性导电性衬底的第二滚动组件2和用于将粘性绝缘背板和柔性导电衬底粘合在一起的出卷辊压组件3；第一滚动组件，与第二滚动组件和出卷辊压组件所在的平面呈一定角度；或者第二滚动组件，与第一滚动组件和出卷辊压组件所在的平面呈一定角度；带有粘性绝缘背板的柔性导电衬底在通入电解槽进行镀膜之前还经过一个被动滚轴4，被动滚轴4上安装有系统张力测试仪，用于监测粘性绝缘背板的柔性导电衬底运送的张力。

如图1所示，收卷装置包括用于接收粘性绝缘背板的第三滚动组件14，用于接收镀膜后柔性导电衬底的第四滚动组件15和用于辊压带有粘性绝缘背板的柔性导电衬底的收卷辊压组件12。用于接收粘性绝缘背板的第三滚动组件，与收卷辊压组件和用于接收镀膜后柔性导电衬底的第四滚动组件所在的平面呈一定夹角设置，便于在收卷过程中将粘性绝缘背板与镀膜后的柔性导电衬底分离；或者，第四滚动组件，与收卷辊压组件和用于接收粘性绝缘背板的第三滚动组件所在平面呈一定夹角设置。

电解槽内还设置有至少一个浸在电解液中用来传送所述柔性导电衬底的被动滚轮，本实用新型实施例设置两个所述被动滚轮，如图1中的被动滚轮5和7，较优地，被动滚轮5和7所在直线与电解槽底部平行，并且设置在电解槽中部，这样使得柔性导电衬底能够均匀充分地与电解液接触，使得镀膜更加完整均匀；本实用新型实施例中镀膜后的柔性导电衬底传出电解液后还经过另一个被动滚轴9，该被动滚轴9与出卷侧的被动滚轴4对称设置，并且与收卷滚压组件12位于同一水平面上，使得镀膜后的柔性导电衬底在与粘性绝缘背板分离之前保持水平；较优地，被动滚轴9上设置有滚动距离测试装置，用于检测和记录柔性导电衬底行进的长度。

作为另一个实施例，被动滚轮5和7之间设有可移动滚轴6，用于调节柔性导电衬底在电解液中行进的路径；该可移动滚轴可以在电解槽内沿电解槽的高度方向来回移动，在移动的过程中可移动滚轴6始终浸没在电解液中，用于在镀膜过程中调节柔性导电衬底在电解液中行进的路径，以调节镀膜厚度。

本实用新型实施例的收卷装置设置有用于检测所述柔性导电衬底镀膜厚度的X射线荧光光谱装置8，该装置安装在电解槽的收卷侧，用于实时监测镀膜结束后柔性导电衬底的厚度，以便控制单元通过该检测到的镀膜厚度来调整工艺参数，确保镀膜厚度为厚度设定值，使CIGS薄膜始终以要求的镀膜厚度沉积在柔性导电衬底的表面。本实用新型实施例还可通过调整柔性电电衬底和粘性绝缘背板的出卷速度、电解槽的通电电流，可移动滚轴(6)在电解槽中的位置等参数来调节镀膜厚度。

具体地，当镀膜厚度小于厚度设定值时，控制单元发出降速指令至出卷装置和收卷装置，以使出卷装置降低柔性导电衬底的出卷速度至第一档速度；当镀膜厚度大于厚度设定值时，控制单元发出提速指令至出卷装置和收卷装置，以使出卷装置提高柔性导电衬底的出卷速度至第二档速度，此外，出卷速度还可以根据实际情况设置多个主调节档，还可以在对速度进行主调节后进行微调，根据对镀膜厚度的要求，实现对出卷速度的精细控制。若镀膜厚度小于厚度设定值，控制单元发出增大电流指令至电解槽通电装置，以使电解槽通电装置对电解槽的通电电流增大至第二档电流；若镀膜厚度大于厚度设定值，控制单元发出减小电流指令至电解槽通电装置，以使电解槽通电装置对电解槽的通电电流减小至第一档电流，此外，参考出卷速度的调节，电解槽通电电流的大小除了本文所述的第一和第二档，还可以根据实际情况设置若干个主调节档，在对通电电流进行主调节后还可以设置若干个微调档，根据对镀膜厚度的要求，实现对电解槽通电电流的精细调节。若镀膜厚度小于厚度设定值，控制单元发出下移指令，使可移动滚轴(6)向下移动；当镀膜厚度大于厚度设定值时，控制单元发出上移指令，使可移动滚轴(6)向上移动。在实际应用过程中，还可以同时调节上述两个或三个参数来对镀膜厚度进行调节。此外，还可以通过调节电解液的浓度来调节镀膜的厚度，当监测结果为镀膜厚度小于设定值时，提高电解液的浓度，当监测结果为镀膜厚度大于设定值时，降低电解液的浓度。

进一步，本实用新型实施例的电解槽21包括设置在电解槽底部的阳极16、设置在电解槽内侧壁的加热装置19a和19b、用于对电解液20的温度进行监测的温度计17、用于搅拌电解液20的搅拌装置18。

本实用新型提供的一种沉积太阳能电池薄膜的设备出卷侧还设置有清洗装置10，用于清洗少量粘在完成镀膜的柔性导电衬底上的杂质及离子。清洗后对完成镀膜的柔性导电衬底进行干燥，因此还设有干燥装置11。干燥后还对完成镀膜的柔性导电衬底电阻进行测量13，对镀膜厚度的均匀性和稳定性进行实时监测。

本实用新型还提供了一种沉积CIGS薄膜的方法实施例，具体包括以下步骤：

输出柔性导电衬底；

将柔性导电衬底穿过电解槽中的电解液进行镀膜；

将经过镀膜后的柔性导电衬底进行收卷。作为本实用新型一种沉积CIGS薄膜的方法的另一个较为详细的实施例，具体包括以下步骤：

(1)输出柔性导电衬底；

(2)输出粘性绝缘背板并将粘性绝缘背板与柔性导电衬底的一侧粘合，使柔性导电衬底的一侧与电解液隔绝。

(3)将柔性导电衬底通过含有铜铟镓硒的电解液中进行镀膜；

(4)清洗、干燥镀膜后的柔性导电衬底；

(5)将镀膜后的柔性导电衬底与粘性绝缘背板分离，并将镀膜后的柔性导电衬底与粘性绝缘背板分别收卷。

第(3)步将柔性导电衬底通过含有铜铟镓硒的电解液中进行镀膜后还包括用X射线荧光光谱监测所述柔性导电衬底的镀膜厚度，并基于所述镀膜厚度和厚度设定值，对工艺参数进行相应的调整。具体地，监测结果为镀膜厚度小于厚度设定值时，降低柔性导电衬底的出卷速度；监测结果为镀膜厚度大于厚度设定值时，提高柔性导电衬底的出卷速度。监测结果为镀膜厚度小于厚度设定值时，加大电解槽的通电电流；监测结果为镀膜厚度大于厚度设定值时，减小电解槽的通电电流。监测结果为镀膜厚度小于厚度设定值时，下移所述移动滚轴(6)；监测结果为镀膜厚度大于厚度设定值时，上移移动滚轴(6)。监测结果为镀膜厚度小于厚度设定值时，提高电解液的浓度；监测结果为镀膜厚度大于厚度设定值时，降低电解液的浓度。在实际应用中，还可以根据情况同时调节上述两个或三个参数来调节镀膜的厚度。

第(4)步清洗、干燥镀膜后的柔性导电衬底还包括：监测镀膜后的柔性导电衬底的电阻，进而判断所述镀膜厚度的均匀性。

因此，本实用新型提供的一种沉积太阳能电池薄膜的设备，利用非真空方法在可导电的柔性衬底上沉积CIGS薄膜，简化了设备结构，降低了生产成本和维护费用；并且，非真空方法不受设备尺寸的限制，有利于大规模生产CIGS电池。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本实用新型的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种沉积太阳能电池薄膜的设备，其特征在于，包括：

出卷装置，用于输出柔性导电衬底；

收卷装置，用于接收所述柔性导电衬底；

电解槽，设置于所述出卷装置和所述收卷装置之间；

所述柔性导电衬底由所述出卷装置输出，穿过所述电解槽中的电解液进行镀膜后由所述收卷装置收卷。

2.根据权利要求1所述的一种沉积太阳能电池薄膜的设备，其特征在于，所述出卷装置，将粘性绝缘背板与所述柔性导电衬底的一侧粘合，以使所述柔性导电衬底的一侧与所述电解液隔绝。

3.根据权利要求2所述的一种沉积太阳能电池薄膜的设备，其特征在于，所述出卷装置，包括：

第一滚动组件(1)，输出所述粘性绝缘背板；

第二滚动组件(2)，输出所述柔性导电衬底；

出卷辊压组件(3)，将所述粘性绝缘背板和所述柔性导电衬底的一侧粘合。

4.根据权利要求2或3所述的一种沉积太阳能电池薄膜的设备，其特征在于，所述收卷装置，包括：

收卷辊压组件(12)，分离所述粘性绝缘背板和所述柔性导电衬底；

第三滚动组件(14)，收卷所述粘性绝缘背板；

第四滚动组件(15)，收卷所述柔性导电衬底。

5.根据权利要求1所述的一种沉积太阳能电池薄膜的设备，其特征在于，所述电解槽内还设置有至少一个用来传送所述柔性导电衬底的被动滚轮(5、7)。

6.根据权利要求5所述的一种沉积太阳能电池薄膜的设备，其特征在于，所述被动滚轮的数量为两个，所述被动滚轮(5、7)之间设有可移动滚轴(6)，该可移动滚轴(6)在所述电解液中能够移动，以调节所述柔性导电衬底在所述电解液中行进的路径。

7.根据权利要求6所述的一种沉积太阳能电池薄膜的设备，其特征在于，所述收卷装置，还包括：

X射线荧光光谱装置(8)，监测所述柔性导电衬底的镀膜厚度；

控制单元，基于所述镀膜厚度和厚度设定值，对工艺参数进行相应的调整。

8.根据权利要求7所述的一种沉积太阳能电池薄膜的设备，其特征在于，若所述镀膜厚度小于厚度设定值，所述控制单元发出降速指令至出卷装置和收卷装置，以使所述出卷装置降低所述柔性导电衬底的出卷速度至第一档速度；

若所述镀膜厚度大于厚度设定值，所述控制单元发出提速指令至所述出卷装置和收卷装置，以使所述出卷装置提高所述柔性导电衬底的出卷速度至第二档速度。

9.根据权利要求7所述的一种沉积太阳能电池薄膜的设备，其特征在于，若所述镀膜厚度小于厚度设定值，所述控制单元发出增大电流指令至电解槽通电装置，以使所述电解槽通电装置对电解槽的通电电流增大至第二档电流；

若所述镀膜厚度大于厚度设定值，所述控制单元发出减小电流指令至所述电解槽通电装置，以使所述电解槽通电装置对电解槽的通电电流减小至第一档电流。

10.根据权利要求7所述的一种沉积太阳能电池薄膜的设备，其特征在于，若所述镀膜厚度小于厚度设定值，所述控制单元发出下移指令至所述可移动滚轴(6)，以使所述可移动滚轴(6)在所述电解槽中向下移动；

若所述镀膜厚度大于厚度设定值，所述控制单元发出上移指令，以使所述可移动滚轴(6)在所述电解槽中向上移动。