[00650112]超声喷雾法制备大面积绒面SnO2:F薄膜的产业化研究

随着能源紧张的局面越来越严重，太阳能作为一种清洁的可再生能源，已成为世界各国政府可持续发展能源的战略决策。太阳能光伏技术发展的关键问题是降低成本，薄膜太阳电池工艺技术简单，制作成本低，因此国际上普遍认为光伏发电能大幅度降低成本的希望在薄膜电池。绒面SnO2:F透明导电膜(TCO膜)是制作薄膜太阳电池的基础材料。国内外均用物理气相沉积(具体以射频和直流磁控溅射为主)和真空条件下的化学气相沉积方法(以LPCVD和PECVD为主)，制造成本高。在国外透明导电膜材料的规模生产技术被美日两家大公司所垄断，均集中在玻璃制造厂在线大规模生产。而绒面透明导电膜材料中国尚不能产业化规模制造。市场上SnO2:FTCO玻璃价格占太阳电池组件的1/3以上，使得后续工序的降价空间大大减小。使用该项目技术产业化生产后的TCO玻璃将是降低太阳电池最终生产成本的关键之一。超声喷雾快速沉积技术利用雾状颗粒在化学成膜中的特有性质大大改善了传统沉积技术的不足，该技术对环境要求很低，不需要真空，沉积温度在450℃左右，工艺控制简单，所以该工艺的设备和材料成本远低于其它镀膜方法。产业化规模生产后可以直接替代进口产品，经济效益显著。该项目提出的超声喷雾快速沉积技术特点是利用超声技术在化学反应前将金属盐类的水或有机溶液在气体载体中形成尺寸非常均匀的雾状微米级液滴，然后利用其极大的表面积与体积比，占液滴主要体积部分的溶剂在一定的温度场内快速蒸发，剩下的溶质在空间转化为尺寸和分布都非常均匀的纳米颗粒流，最后在被沉积基底表面与空气反应而形成厚度和结构都十分均匀的纳米TCO膜。主要特点：1.成本低廉同时可保持与热喷涂技术相近的高沉积速度。2.由于化学反应在微观分布均匀的纳米空间尺度上进行，从而得到厚度和物理化学性能非常均匀的氧化物薄膜。该方法建立在以纳米颗粒为种子晶粒基础上，因此，尺度小，空间分布均匀，成膜过程与衬底表面性能依赖性不大。并且可以得到低缺陷的纳米微观结构，可制备出优质的太阳电池TCO薄膜。3.纳米颗粒构成的物质流的比重远比气体大，其速度的空间分布远比纯气体容易控制，从而可以使膜厚的高均匀度容易在大面积上实现。4.该技术是基于常压的非真空技术，再加上反应区的物质流速度空间分布均匀性较易控制，以及沉积表面反应温度较低，以上因素导致了设备的成本将比PVD和CVD设备要低的多。5.超声喷雾快速沉积技术通过微米、纳米(工艺)科学基础发展一种简单实用氧化物薄膜制备技术，用低成本的制造技术，生产出符合高效薄膜光伏器件要求的高质量透明导电膜。超声喷雾快速沉积技术扩大了沉积基片的使用范围和材料的应用范围，节约了能源，显示了超声喷雾纳米沉积工艺的显著技术优势，对今后实现大规模生产的设备和工艺设计都有重要的指导意义。该项技术由于实验设备所限未能进行连续大规模镀膜实验，今后可以和玻璃制造企业合作开发制备绒面透明导电膜，使该项技术产业化及进行规模化生产。产业化在线镀膜玻璃技术，是在原片玻璃生产线上合适的温度区域设置超声喷雾镀膜室，把超声喷雾镀膜设备作为生产线的组成部分，当玻璃通过超声喷雾镀膜室时自动进行镀膜，随后进入退火装置进行退火直接制成透明导电膜玻璃。在线镀膜技术生产过程简单，成本低廉，超声喷雾镀膜性能稳定，质量好产品经久耐用，同时无需制造温控和传送设备，生产效率高，耗能低。