薄膜电池常见问题问答.docx

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薄膜电池常见问题问答

1、薄膜电池电极引线问题

转问:

如题，大家用的铝带（薄膜电池电极引线）是哪家公司的？

不方便直接说，请发短消息给我，谢谢！

还有通常说的铝带应该是铝合金带还是纯铝？

与SnO2:

F的结合性如何？

与背电极Al/Ni的焊接性又如何?

铺设于引线之下的绝缘带大家用什么材料？

偶想用薄的TPE或薄双面胶，但怕双面胶不够稳定

其实还有一个问题：

非晶硅薄膜电池电极引线为什么要用铝带？

而不用镀锡铜带

金属之间的可焊接性？

成本？

还是其他原因

望这方面的高手出来解疑

：

铜带超级厚　根本焊补上　况且即便焊上　层压也会压裂吧　双面胶就可以

：

0.08~0.1mm也算厚吗?

那常用的铝带大概多少厚？

双面胶用那哪的好一点？

美国大公司的？

：

太厚了很容易压裂的啊

双面胶没有最好的，只有最适用的，大面积撒网试验，然后挑选

焊接结合和Sno2有关系吗？

不知道

2、氢气直接还原二氧化硅（超纯面板）制作多晶硅薄膜

制作多晶硅薄膜的传统方法需要较高的工作温度，浪费电能，而且晶粒生长速度缓慢，需要找寻一个能与之有很好匹配性能的衬底，生产工序流程繁多复杂，导致成本高。

这里讲到的以氢气直接还原超纯玻璃面板法，省略了传统工艺流程中的很多工序，而且工作温度相对来说较低，在根本上改变了晶粒生长方式，而且是可以在两面都制作P/N结，本人认为值得一试：

首先选定一定尺寸型号的玻璃板，要求这块玻璃板中二氧化硅含量尽可能达到100％，这样可以确保多晶硅薄膜的纯度，其长宽数值可以直接根据不同功率输出进行选择，将切割好的超纯玻璃面板置入加热炉内，炉子要求密闭性能好不可漏气，将炉子尽可能抽成真空，当然要求炉子能承受一个大气压，然后将纯净的氢气放入，这样超纯玻璃面板就处于一个氢气氛围中，对玻璃面板进行加热，要求温度不至于高到使玻璃板发生融化而变形，这可以通过温度传感器来控制加热部分，加热可以利用微波或者电磁方式，传感器检测到温度过高时切断加热电路，要求热量利用效率尽可能高，而热量损失尽可能少，炉子内壁能将热反射到玻璃上，炉子外壁套一层高温隔热材料。

我们都知道二氧化硅在高温下能被铝或者镁还原，氢气作为一种还原剂，也许同样能还原二氧化硅，在纯氢气氛围中，氢气能与二氧化硅发生这样的化学反应:

SiO2＋2H2↑=Si＋2H2O

可以在炉子内放置高温吸水材料及时将水系附，这样可以确保炉子内纯氢气氛围，一段时间后玻璃面板表面可以形成一层多晶硅薄膜，将隔热材料拿开，淋水以降低炉子温度，温度降到一定程度时候开启拿出面板，可以得到已经成形的多晶硅薄膜基体。

也许以上的设想是异想天开，根本不可能实现，但在这里仅当作抛砖引玉，希望业内人士批评斧正！

：

用于薄膜晶体管、太阳能电池等器件应用的多晶硅纯度要求很高（一般6个九），衬底纯度自然要求也很高，除非工艺温度很低。

高温下，就需要石英衬底，太昂贵。

氢气还原SiO2得到多晶硅的温度肯定很高，温度低，不可能还原，就算还原，也不是多晶硅，而是非晶硅薄膜。

3、提高非晶硅电池效率的方法之我见、你见

经过汇总多个资料，自我总结了一下提升非晶硅电池效率的方法，其中也有一些我个人的设想，分享如下：

      首先我们确定一个思路：

先分析并列举光子经过非晶硅电池时主要损失，然后就各点得出相应的对策以避免或减少损失。

1.欠能和过能损失：

      即能量低于带隙的光子和能量高出带隙的光子。

在晶硅电池里，仅这两项损失就损失掉百分之六十几的光照能量——相当可观的数字；在非晶硅电池里，这个数字应该略有不同，但相信差不了多少，道理是一样的。

所以个人认为，把提升效率的主要注意力放在这里，在这两项中寻找突破，那将是跳跃式的进步。

2.串联电阻分压损失和并联电阻分流损失，而串联电阻主要是包括电极在内的各区体电阻和各个交界面的接触电阻--此电阻当然越小越好；并联电阻分流则主要是电池表面的漏电流和PN结区存在杂质和缺陷引起的漏电流，也可以简单的说是前、背表面复合和结区复合中心复合损失。

这一项损失也占有比较大的比重。

3.反射损失

4.光生载流子还未来得及被PN结分离便复合掉了

5.暗电流分流损失。

对策及解决方法：

对于1.目前最常用的是多层结构，不同带隙的材料按照从大到小的顺序自上而下依次排列，高能光子被相应的宽带隙层吸收，低能光子被相应的窄带隙层吸收。

由此拓宽了光谱响应的范围，理想的情况是，在整个从紫外到红外光谱区域上都能得到有效的吸收。

另外在这点上，本人有个设想：

PIN结构中，P、N两层是做为“死层”而存在的，主要起提供电场的作用，而他们区域内的载流子对光电流几乎不起作用，那么我们能不能让他们变成“活层”，也对光电流起贡献，比如P、N两层都用微晶硅或者纳米硅。

对于2.这里涉及到多个方面：

    首先降低各区包括电子在内的体电阻，主要是半导体层的电阻，那么就要求电阻率尽量小，根据半导体物理学，室温下，增加掺杂浓度（或者同掺杂下尽量降低工作温度）可以减小电阻率。

（但掺杂过高会引起过掺杂效应，所以要“适当”）

    其次为减少界面处的接触电阻，需要尽可能的减少晶格失配等问题，比如有公司用的a-SiC:

H做窗口层，它和下面I层的a-Si:

H就存在着一定的晶格失配。

可以考虑用氢化纳米非晶硅做窗口层，用微晶硅或者纳米硅做P和N层。

    再次，尽可能的减少表面复合和结区复合，一般的方法是H表面钝化和H对内部悬挂键的饱和，以及进可能的减少O、N等杂质以减少复合中心。

在这点上，我个人的的想法是，使用微波电子回旋共振法代替当前普遍使用的PECVD--两大明显优势：

一，前者是无电极放电，因而避免了因后者电极引入的杂质。

二，放电功率高，并能使H气最大限度的离解，也极大的降低了由于H气引入的一些缺陷态，进而一定程度上抑制了S-W效应。

对于3.电池上表面作成绒面的陷光结构+增透膜；电池背面加背反射层

对于4.多层的基础上适当的减薄I层的厚度以增强电场强度，从而增强载流子的吸收

对于5.暗电流是光生电压引出到外电路之后引起的“正向电流”，该如何减少本人暂不明白。

以上是个人在学习过程中总结出的一点看法，也许有不当之处，还请高手们指正；另外，我发此帖子也只是抛砖引玉，希望大家各抒己见，目的是我们能够共同进步。

交流QQ：

342163935

：

LZ很有想法，不过LZ还是先多看点文献资料，很多点子已经有不少文章了，可行与否已经给出了大案。

对于LZ说的P、N层的载流子对光电流不起作用这种说法需要注意，电导率（或者电阻）取决于在载流子浓度和载流子迁移率，如果做成活跃层，比如接近吸收层的话，电阻会很大的，这就相当于有一个很大的串联电阻存在，光生电流不就损耗更大了？

a-SiC窗口层跟a-Si本征层有晶格失配的问题，LZ知道纳米硅层和a-Si本征层的失配不是更大？

多看文献，多想想，有想法不错。

：

第5点，应该是反向饱和暗电流，不是暗电流

：

谢谢很高兴有朋友们指正，是我表达上出了问题，我的本意是：

    非晶硅电池中，所产生光电流中绝大部分或者说基本上都是来自本征层所产生的光生载流子，而来自P层和N层贡献的光生载流子微乎其微，这就是我说“P、N两层是做为‘死层’而存在的，主要起提供电场的作用，而他们区域内的载流子对光电流几乎不起作用”所要表达的意思。

    至于为什么来自P层和N层所贡献的光生载流子微乎其微，我的理解是：

非晶硅中载流子的扩散长度很短，无法象晶体硅那样从稍远处扩散到P、N结附近而被内电场分离，从而最终形成光电流流出电池；它们还没来得及到PN结附近便复合掉了（这也正是为什么非晶硅用PIN结构的原因之一）。

    对于此，我提到用微晶硅或者纳米硅做P层和N（应该有不少这样的研究，但效果并不很理想，具体原因本人暂还不明白），就是考虑到：

微晶硅或者纳米硅的载流子电导率和迁移率特性要远优于非晶硅的（纳米硅的迁移率在3-10CM2/V.S，而非晶硅的在0.01-0.1CM2/V.S之间），那么让他们做P、N层后，P、N中所产生的光生载流子就至少有不少的一部分扩散到PN结附近而被内电场分离，并最终变成光电流流出电池。

  以上只是我个人的理解，有待我日后进一步考证，如果不正确，请各位指出，也算是帮了我个忙。

：

补充

1.抑制高掺杂效应，想办法让杂质全部电离

2.引入正/背面高低结

4、请问电极导电性能如何衡量？

用那些指标？

比如TCO，抛开透光性这些不谈，单论其导电性，导电性能越好，可以肯定串联电阻少，对于电池性能提高有帮助。

但TCO的导电性能如何衡量呢？

如我们所知，有方块电阻，电阻率等一些参数，但我觉得方块电阻很难说能准确反应薄膜对电流的阻碍大小，而电阻率离开薄膜几何尺寸也很难是一个有效的衡量指标。

薄膜导电性能的衡量有没有什么更好的指标或模型呢？

请大家指点

：

刚思考了下，这样理解可以不，科不科学？

如下：

薄膜电阻R

方块电阻Rs

电阻率为k

薄膜长为a

薄膜宽为b（b>a,b-a=m）

薄膜厚t

则：

方块电阻Rs=ka/at

薄膜电阻R=ka/bt=ka/（a+m）t

可计算出薄膜电阻R是关于方块电阻Rs的增函数

因此方块电阻Rs可以表征薄膜电阻R，方块电阻Rs越小越好

ps:

前提是电流沿着薄膜长a的方向

：

尺寸是关键，R=ka/bt=Rs*a/b

:

方块电阻测量一般用四极探针，要求距边很远的

如果想知道刻槽后的电阻，直接万用表就可以测了

不知道你是实验室还是工厂，工厂的话没必要做成实验室水平的

5、叠层太阳电池效率高的原因？

为什么将不同带隙的电池叠在一起就可以提高光电效率，而且极限效率可以达到86.8%？

望高手赐教

：

不同带隙的电池，因为是不同带隙，所以就可以吸收更宽波长的阳光，所以效率增加，但个人觉得效率86.8%太高。

还请高手指点！

：

层叠式太阳能中底层吸收高能光子底层吸收低能光子，达到太阳光充分利用，提高光电转化率

：

太阳光是一个波长从300nm至2500nm分布的宽带状光谱，任何单个PN结太阳电池都会使得能量低于带隙宽度的光子透过材料不被吸收；而能量高于带隙宽度的光子只能利用能量等于带隙宽度的那部分能量，而能量高于带隙宽度的那部分能量只能变成热振动能而损失掉。

那么，对于单个PN结太阳电池，材料带隙宽度越大，则能吸收的光子数就越少；带隙宽度越小，则能吸收的光子数就越多，但通过热振动能而损失掉的能量就更多。

因此，对单个PN结太阳电池，材料带隙宽度太大或太小转换效率都不会高，最合适的带隙宽度约为1.4eV，这正好是GaAs的带隙宽度。

  为了进一步提高太阳电池的太阳光谱利用率，人们发展了将带隙宽度不同的PN结按带隙从大到小串联叠加，形成多结叠层电池结构，使宽带隙PN结利用高能量光子，窄带隙PN结利用低能量光子，从而使这种电池的热力学极限效率就被大大提高了：

无聚焦双结叠层太阳电池的理论极限为43%，三结叠层太阳电池的理论极限为49%；而当叠层数目趋向无穷大时，其理论极限效率可以达到68%。

6、薄膜电池的SnO2与金属能形成欧姆接触吗，接触电阻多大？

在非晶硅、CdTe等薄膜太阳能电池中，玻璃衬底上的透明导电玻璃通常使用SnO2、SnO2:

F或者类似的透明导电氧化物。

电极引出是要通过金属薄膜（例如铝）和SnO2接触才能把电流引出来。

但是铝是金属，SnO2算是一种半导体（应该算n型半导体吧），金属与半导体接触，多少会有些肖特基势垒。

太阳能电池本省的电压也就0.6~0.8V左右，如果SnO2与金属不能形成理想的欧姆接触，那么输出电压就会有损失。

假设势垒上的电压差达到0.06~0.08V,也就是说10%左右的电压被不理想的接触吃掉了，效率也就损失了10%左右。

请问SnO2与金属的接触电阻或者接触势垒引起的压降多大？

如果存在上述非欧姆接触现象，如何解决？

请各位专业人事讲讲吧。

：

俺不是高手，俺只知道对于n型半导体，半导体的功函数要大于金属的功函数才能形成欧姆接触，TCO的功函数不低，ITO在4.3到4.8eV之间，至于SnO2的俺就不知道了。

下面是部分金属的功函数：

Metal      WorkFunction（eV）

纳米联盟网    www.NanoU

银Ag（silver）      4.26

铝Al（aluminum）      4.28

金Au（gold）      5.1

铯Cs（cesium）      2.14

铜Cu（copper）      4.65

锂Li（lithium）      2.9

铅Pb（lead）    4.25

锡Sn（tin）    4.42

铬Cr（Chromium）    4.6

钼Mo（Molybdenum）    4.37

钨Tungsten    4.5

镍Nickel    4.6

钛Titanium    4.33

铍Beryllium    5.0

镉Cadmium    4.07

钙Calcium    2.9

碳Carbon    4.81

钴Cobalt    5.0

钯Pd（Palladium）    5.12

铁Iron    4.5

镁Magnesium    3.68

汞Mercury    4.5

鈮Niobium    4.3

钾Potassium    2.3

铂Platinum    5.65

硒Selenium    5.11

钠Sodium    2.28

铀Uranium    3.6

锌Zinc    4.3

：

引用:

原帖由enn于2008-8-113:

02发表

俺不是高手，俺只知道对于n型半导体，半导体的功函数要大于金属的功函数才能形成欧姆接触，TCO的功函数不低，ITO在4.3到4.8eV之间，至于SnO2的俺就不知道了。

下面是部分金属的功函数：

Metal      WorkFunction（eV）纳米联盟网    www....

谢谢你的意见。

我也查找了一些有关资料，但是没有关于SnO2功函数的明确数据。

有人说SnO2的功函数不是一定的，也就是说可能与掺杂、沉积方法、表面状态等因素有关。

我也不能确定到底什么说法是正确的。

抛砖引玉，请大家讨论。

：

阁下犯了一个小错误....

TCO是透明导电氧化物薄膜的统称;

与ITO是包含与被包含的关系;  

正如阁下所说:

TCO的功函数是比较大的

同样Al的功函数也不小,所以对于空穴的传输而言SnO2/p:

a-si应该可以形成良好的欧姆接触;

而n:

a-si/Al  之间就会形成反向势垒,阻碍电子的向外传输

但接下来从另外一个角度去考虑:

SnO2:

F是重掺杂强n性的;那么会不会在SnO2/p:

a-si界面处形成一个反向的内建电场?

而这是不利于空穴向外传输的..

  谁能帮我解释一下或校正一下..谢谢!

!

：

引用:

原帖由nstzqf于2008-8-114:

22发表

阁下犯了一个小错误....

TCO是透明导电氧化物薄膜的统称;与ITO是包含与被包含的关系;  正如阁下所说:

TCO的功函数是比较大的同样Al的功函数也不小,所以对于空穴的传输而言SnO2/p:

a-si应该可以形...

我的半导体物理多年没有复习了，早就还给老师了。

我想是不是是这样的：

SnO2（或SnO2:

F）里面，电子是多子，电流传输主要靠电子完成。

而铝是金属，也是主要依靠电子导电的。

所以当SnO2和铝接触的时候，虽然存在势垒，但是由于是N型半导体，所以势垒影响比较小。

但是总是要有压降的，这个压降到底多少呢，谁做过实验测量过？

如果把这个压降降低一些，比如退火烧结，效率也能提高一点。

是不是这样呢？

：

SnO2:

F是简并掺杂的N＋型半导体，和金属Al接触，基本上是欧姆接触。

即使有功函数差，简并半导体势垒宽度非常窄，电子隧穿导致欧姆接触。

如果有退火工艺，界面合金，欧没接触效果会更好。

：

回复7#的帖子

我说的话并不矛盾。

另外，不是想楼主想象的那样要在SnO2前镀一层金属薄膜把电极引出来，那样就把光挡住了，只需要在透明电极上焊上导线即可

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引用:

原帖由enn于2008-8-114:

54发表

我说的话并不矛盾。

另外，不是想楼主想象的那样要在SnO2前镀一层金属薄膜把电极引出来，那样就把光挡住了，只需要在透明电极上焊上导线即可

实际上，现在大部分批量生产的薄膜电池，都是采用激光、机械划线后，背面金属与正面TCO接触的，最后焊导线是在整个工艺接近完成的时候，封装的工序。

所以SnO2与金属（例如背面的铝）接触是难以避免的。

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引用:

原帖由wanqing7686于2008-8-114:

42发表

SnO2:

F是简并掺杂的N＋型半导体，和金属Al接触，基本上是欧姆接触。

即使有功函数差，简并半导体势垒宽度非常窄，电子隧穿导致欧姆接触。

如果有退火工艺，界面合金，欧没接触效果会更好。

...

谢谢，你的解释太好了。

现在的工艺，沉积了背面金属以后，即使增加退火烧结，温度也不能太高，时间也不能长。

好像没有看到有退火烧结金属和SnO2（:

F）的报导。

即使基本上是欧姆接触，势垒非常窄，恐怕还是有压降的，只不过压降小罢了。

不过现在电池的电压就已经很低了，一半也就0.6~0.8V，哪怕势垒的压降只有30~40mV，也损失5％了。

哪位高人知道这个压降到底有多少毫伏呢？

非常感谢！

：

背面金属与TCO接触形成短路，正是这样才形成串联电池的啊，背面金属膜是背电极，与前电极电性相反，我们期望的是背电极与它底下的那层半导体膜的欧姆接触，在实现不了的情况下只有在这两层膜之间加背接触

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引用:

原帖由enn于2008-8-116:

57发表

背面金属与TCO接触形成短路，正是这样才形成串联电池的啊，背面金属膜是背电极，与前电极电性相反，我们期望的是背电极与它底下的那层半导体膜的欧姆接触，在实现不了的情况下只有在这两层膜之间加背接触...

我们说得是一个意思。

我的问题就是背金属电极与TCO接触引起势垒压降问题。

问题就是这个压降到底有多少毫伏？

如果几毫伏，没关系，可忽略。

如果几十毫伏，那就对效率有明显影响，就可能有意义去减小这个压降。

提出这个问题，就是要了解这个压降的数值。

:

我看了一篇NREL的文章，根据他们的测量结果，我推算出SnO2与金属（好像是铝）接触压降大约是6mV，如果这个结果没错，那么对效率的影响很小。

7、请教非晶硅太阳电池用导电玻璃的性能要求

请问非晶硅太阳电池用SnO2：

F导电玻璃的性能要求有哪些，如方块电阻值的范围，雾度等？

对于ZnO系导电玻璃又有哪些性能指标呢？

先在这里谢谢了，急！

和SnO2一样，氧化锌导电玻璃的性能要求有方块电阻和透过率，雾度等，做绒面需要织构，用盐酸腐蚀就可以实现，表面呈现金字塔结构。

8、背电极中溅射两层金属（Ag、Al）有何具体优势？

有些薄膜结构中，溅射背电极时既有Ag层又有Al层，请问这两层金属做背电极有什么作用？

单独一层Ag或Al不行吗

：

Ag的反色效果要比Al的好，但是Ag的价格也是比Al贵不少。

：

Ag反射效果好，导电率高,长期稳定性会高

：

银的导电效果　在金属中是最好的　其次是铜　　在其次是金

铝的反射效果　　是最好的　　银也具有良好的可焊接性　　但　价格嘛．．．．．

铝和银　在背电极应用中　　是单独使用的．

一般镀银后　因为银易氧化　　需要镀一层保护层　　如　不锈钢

纯铝也一样．

为了节约成本，提升生产效率．

目前有人使用银合金和铜合金作为背电极材料．　合金材料具有良好的导电性和反射效果以及良好的可焊接性　　又不用加镀保护层　　成本也比较低　工艺上也可提升生产效率．

以上　两种材料　我们均可提供　　欢迎联系．

7、SNEC上的几个薄膜电池设备公司情况与大家共享

下属信息仅供参考，真实性不予保证！

1、LeyboldOptics  宣称能够提供非晶硅单结和非晶硅/微晶硅叠层电池完整生产线，

  单结非晶硅  6％  52MW  售价1亿欧元

  非微叠层  8.5％

  采用Juelich  IPV的技术

  而且愿意单独提供每个核心设备，如PECVD，溅射TCO，laserscribing等

2、香港宏威集团（Anwell）

  现在提供a-Si:

H生产线，1.1×1.4m2，6％，40MW（13MW×3），clustersystem，

  6~7K万USD

    非微叠层计划在09年提供

3、centrotherm  photovoltaicsAG

    提供CIGS生产线，1.1×1.4m2，10％，35MW，～7K万欧元

：

楼主总结的不错，听说LEYBOLDOPTICS已经销售了2条线。

在欧洲销售的一条线价格是4200万欧元。

不知道是不是52MW的生产线。

：

应该不是52MW，要不然4200/5200~0.81欧元/W也太便宜了！

也许是26WM呢？

！

因为LEYBOLDOPTICS的每个PECVD是13MW，52＝13×4

9、薄膜电池的温度系数【求助】

各家的薄膜电池的温度系数一般是多少啊

功率，电流，电压的

有人知道吗？

老板问，我找不到资料啊。

。

。

：

TemperaturecoefficientofIm

  +0.09%/℃

TemperaturecoefficientofVm

  -0.28%/℃

Temperaturecoefficientofpower

  -0.19%/℃

这东西网上一搜一大堆

：

恩，网上很多的，

当时自己测过，采用的是

+0.1%/℃

-0.3%/℃

-0.2%/℃

10、非晶硅太阳能电池生产中的麻点以及彩虹是怎么回事呢？

：

多从设备方面去下功夫，应该可以解决80%左右的问题

：

只是该检查的都检查了``做法都是一样的``有些有麻点。

有些又好好的``头大``````还有几是PIN这3层气体流量的大小有什么影响？

：

彩虹意味着均匀性不好，麻点意味着衬底不干净。

:

彩虹是不均匀，

麻点是有污染

：

请教造成均匀性不好有哪些原因呢？

谢谢！

气流、温度、气压、电磁场之外，还有哪些原因啊

：

这个跟设备很有关系,特别是RF-PECVD,他的设计决定着沉积的薄膜不均匀（这个不均匀是垂直长边的,也就是从进气口方向到匀气板方向））,还有我们也发现那些彩虹是沿着一次激光的线分布的（平行于长边）,这也许跟静电有关,这不是随便说的,因为我公司的确有人在清洗玻璃的时候给电了而且是多次,然后我们做了对玻璃做了一些处理,大概做了X片,放在彩虹经常出现的地方做,结果暂时一片有彩虹的都没用发现!

试验做了,效果可以,就是还有些不知道怎么解释.

个人意见,说的不好请指点!

：

彩虹一般原因就是不均匀```现在就是对于麻点问题很大`````除了清洗不干净还有其他的原因？

？

？

哪为高手帮忙下```谢谢了

：

清洗设备上不是有去静电的装置么

：

看来这位仁兄对于PECVD系统很了解啊

有空的话