детальный технологический процесс изготовления пленки CIGS методом порошкового покрытия

Шаг первый: подготовка порошка предшественника

Это основа всего процесса. Обычно существует два пути:

1. Используйте непосредственно коммерчески приобретенные однородные или сплавные порошки Cu, In, Ga, Se. Эти порошки должны иметь высокую чистоту (обычно > 99,99%) и подходящий диаметр частиц (обычно на уровне микрон или субмикрон).

2. Автосинтез порошка предшественника CIGS: Предварительный синтез порошка Seneneneed с определенным химическим коэффициентом измерения (CuInGa) с помощью метода совместного осаждения, метода шарового шлифования и других методов. Этот метод лучше контролирует однородность компонентов конечной пленки.

Шаг 2: Приготовление крахмала

Это одно из важнейших технических звеньев. Порошок прекурсора смешивается с конкретным растворителем и добавкой и измельчается в стабильную, однородную, подходящую для покрытия пасту.

• Растворители: обычно используемые растворители включают:

• Деионизированная вода: низкая стоимость Zui, Zui Экологическая.

• Органические растворители: например, этанол, изопропиловый спирт и т. Д. Быстро улетучиваются, легко высыхают.

• Связывающие вещества: Добавление небольшого количества органических или неорганических связующих веществ (например, 1 - 5 Вт%) (например, этилцеллюлозы, акриловых смол и т. Д.) для увеличения адгезии суспензии и предотвращения высушенной пленки от основания или растрескивания.

• Диффузор: Добавление дисперсантов (например, рыбьего жира, касторового масла и т.д.) для предотвращения воссоединения частиц порошка в суспензии и обеспечения равномерного состава.

• Сплавитель: улучшает выравнивание поверхности мембраны после покрытия.

• Процесс: после смешивания вышеуказанных компонентов в определенной пропорции, поместите их в шаровую мельницу или планетарную мельницу для шлифования от нескольких часов до десятков часов, пока не будет получена очень однородная и стабильная паста.

Шаг 3: Подготовка и очистка фундамента

• Выбор основания: Zui обычно использует основание из натриево - кальциевого стекла, покрытого спинными электродами молибдена (Mo). Мо - слой обычно готовится с помощью магнитного распыления в качестве заднего контакта и электрода пленки CIGS.

• Очистка фундамента: используйте ацетон, этанол, деионизированную воду и т. Д. В ультразвуковой стиральной машине последовательно очищает фундамент, удаляя поверхностные загрязнители, жиры и частицы, чтобы обеспечить хорошую смачиваемость и адгезию суспензии.

Шаг 4: Покрытие / печать

Подготовленный крахмал осаждается на основание Мо с помощью специальной технологии покрытия. Обычными методами являются:

• шелковая печать: Zui часто используемый метод. Сцарапание суспензии на фундаменте с помощью шелковой версии позволяет точно контролировать рисунок и толщину пленки.

• Скребковое покрытие: оборудование простое, подходит для большой площади, непрерывного покрытия.

• струйная печать: бесконтактная, цифровая технология, которая может обеспечить тонкий рисунок, но эффективность и требования к пасте выше.

После покрытия образуется влажная пленка предшественника, содержащая большое количество органических веществ.

Шаг пятый: сухость и предварительное сжигание

1. Сухость: при относительно низких температурах (например, 100 - 200 °C) покрытый образец помещается в горячую пластину или сушилку, так что растворитель в суспензии медленно улетучивается. Этот процесс требует контроля скорости нагрева, чтобы избежать образования трещин или « шелушения» из - за быстрой сушки пленки.

2. Предварительное сжигание / удаление клея: В инертной атмосфере (например, азот, аргон) или восстановительной атмосфере (например, азотно - водородная смесь) температура поднимается примерно до 300 - 400 °C, так что органические связующие вещества, дисперсанты и другие добавки в суспензии термически разлагаются и полностью улетучиваются. Этот шаг имеет решающее значение, и если органические вещества остаются, это может серьезно повлиять на последующее качество селенизации и производительность конечного устройства.

Шаг 6: Селенизация и термическая обработка

Это был основной этап всего процесса, направленный на химическую реакцию пленки предшественника и рост зерна, чтобы сформировать хорошо кристаллизованный поглощающий слой CIGS с латунной структурой.

• Селенизированная среда: предварительно обгоревшие образцы подвергаются термической обработке в атмосфере, содержащей пары селена (Se).

• Источник селена:

• Твердый источник селена: образец помещается в герметичную кварцевую трубку вместе с мономерным порошком селена, после вакуума уплотняется или непрерывно поступает в инертный газ, а затем нагревается.

• Газовые источники селена: например, газ H2Se, но этот газ очень токсичен, требования к оборудованию и безопасности Ji высоки, в настоящее время используется меньше.

• Пары селена: В трубчатой печи монолитный селен нагревается отдельно с использованием источника испарения, образуя пар селена и доставляя его на поверхность образца с помощью инертного газа (например, N2C) в качестве переносчика.

• Система термической обработки:

• Потепление: нагревание до температуры селенизации с определенной скоростью, как правило, от 500 °C до 600 °C.

• Термоизоляция: выдерживание тепла при температуре селенизации в течение некоторого времени (обычно 10 - 60 минут), так что элемент полностью распространяется, реагирует и растет зерна.

• Охлаждение: после окончания реакции охлаждается с печью или контролируется скорость охлаждения до комнатной температуры.

В этом процессе пары Cu, In, Ga и Se в предшественнике реагируют, образуя кристаллы CIGS с фотоэлектрической активностью. Точное регулирование температуры, времени и септического давления селена является ключом к получению высокопроизводительной пленки CIGS.

Шаг 7: Обработка и завершение устройства

После селенизации был получен поглощающий слой CIGS. После этого весь прибор должен быть подготовлен в соответствии со стандартным процессом солнечных батарей CIGS:

1. Буферные отложения: тонкий слой CdS (около 50 нм) обычно осаждается с помощью химической водяной ванны (CBD) или с использованием альтернатив, не содержащих кадмия (например, Zns, Inneneneed S331).

2. Осадки в оконном слое: осаждение собственного ЗНО (i - ZNO) и легированного алюминием оксида цинка (AZO) в качестве прозрачного проводящего оконного слоя путем распыления или металлоорганического химического осаждения в газовой фазе (MOCVD).

3. Подготовка электродов: изготовление коллекторной решетки Ni / AL на AZO путем теплового испарения или распыления.

4. Нарезка и инкапсуляция: большая площадь батарей разделена на отдельные батареи и ламинирована, чтобы сформировать полный модуль солнечных батарей.

Технические преимущества и проблемы

• Преимущества:

• Низкие затраты: инвестиции в оборудование и эксплуатационные расходы намного ниже, чем при вакуумном испарении.

• Высокий коэффициент использования материалов: коэффициент использования материалов методом крахмального покрытия может превышать 90%.

• Легко масштабировать: шелковая печать и другие технологии идеально подходят для крупномасштабного и крупномасштабного производства.

• Компоненты гибкие: легко точно контролировать химическое измерение пленки, регулируя состав суспензии.

• Задачи:

• Остатки органических веществ: если процесс предварительного сжигания не контролируется должным образом, остатки органических веществ образуют углеродные примеси, что приводит к увеличению последовательного сопротивления устройства, снижению производительности.

• Плотность пленки: по сравнению с вакуумным методом, пленка, подготовленная методом порошка, может быть более чувствительной к образованию пористости, влияющей на стабильность и эффективность устройства.

• Размер и масса зерна: обычно размер зерна меньше, чем вакуумный метод, а границы зерна больше, что может привести к увеличению композиции.

• воспроизводимость: однородность крахмала, стабильность процесса покрытия требуют высокой воспроизводимости между партиями.

Резюме

Метод порошкового покрытия является потенциально недорогой технологией производства пленки CIGS. Его технологический процесс ясен, ядро заключается в однородности суспензии, контроле дефектов в процессе сушки и предварительного сжигания и оптимизации качества кристаллизации в процессе селенизации. Хотя в настоящее время его эффективность преобразования, как правило, немного ниже, чем у лучших методов вакуумного испарения, он остается одним из важных направлений индустриализации фотоэлектрических технологий CIGS из - за его огромных преимуществ в контроле затрат и массовом производстве.