日本薄膜光伏电池生产工艺

2012-05-21 10:39:39 来源： 浏览次数：0

目前备受关注的太阳能电池是在什么样的地方制造出来的呢?在记者采访了位于日本宫崎县东诸县郡国富町的日本SolarFrontier公司国富工厂(宫崎第3工厂)内部的情形。

该工厂面积约为拥有东京巨蛋体育场的8.6倍。我们一边低头看着整齐排列的精密机械，一边沿着金属材料铺成的通道向前走。相当于生产工序后半部分的“模块化工序”生产现场，与前半部分“电路制造工序”的景象基本上没有变化。这里是开始参观国富工厂(宫崎第3工厂)之后最初允许“摄影”的地方。

在通常保用10年的光伏组件中，目前，SolarFrontier的CIS薄膜光伏电池是‘保证20年’。这种电池实现了模块化，其外侧是防护玻璃，内侧是背板，像三明治一样将光伏组件夹在中间，在长达20年的时间里，刮风下雨自不必说，哪怕下冰雹也没有问题。简单来说就是‘进行了真空包装’。

CIS薄膜类光伏电池与硅晶类不同，因为是化合物薄膜类，所以单个单元(电池)可以制成纤细的线状。这样形成的结构不易因局部阴影遮盖而受到影响，这也是CIS太阳能电池的优点之一。

把单元切开。也就是说，切割后的每一条细长的薄膜都是电池的电极。钼是非常坚硬的金属，切割要使用激光。因为光线射入眼睛非常危险，所以采取了遮光措施。切割的对象只是涂布的钼薄膜，如果切到玻璃就会碎了。而切割的宽度越窄，制造的单元数量越多，发电量也就越多。但宽度如果太窄，就会有相互接触，产生漏电的风险。

第三道工序是“CIS薄膜太阳能电池”的核心部分，这道工序的装置和在玻璃板上涂布钼的装置一样，但涂布的材料不一样。该公司太阳能电池的特点CIS中的铜(Copper)和铟(Indium)，以及镓(Gallium)在这里涂布。硒(Selenium)在后面的工序中涂布。整个CIS层的涂层厚度是2～3微米。

“这一次面板从生产线上出来的时候，刚才在镜面上加工了条纹的薄膜上附着了铜、镓、铟。因为涂布多层之后的最后一层是铟，所以面板呈现的是铟的颜色‘乳白色’。

第五道工序是进行化学处理。

在前面，切割钼这种坚硬的金属使用的是激光，但CIS合金非常柔软，所以是使用针进行物理切割。机器人做完缓冲层制膜前的准备后，在溶液中面板表面将形成称为‘缓冲层’的薄膜。‘缓冲层’的作用是防止正负极之间短路，是不导电的绝缘体。

然后，机器人取出附着了缓冲层的面板，并将面板放回传送带。在这个阶段，表面完全没有色彩，呈现灰蒙蒙的色调，已经接近了CIS的颜色。基本上是深灰。

负责给记者介绍的吉田厂长走到流水线跟前。

“现在，正好传送过来了。这是内侧的背板。虽然CIS太阳能光伏电池的外侧是乌黑的，但内侧的背板却是白色。”

“在这里将防护玻璃与背板稍微进行粘接之后，在前面那个装置内用稍长的时间进行加热，使其逐渐粘牢。”

在此之后，“10框架安装”“11端子箱安装”工序由于时间的关系而割爱，最后的“12质量检查”工序推后参观，先去参观产品完成后在仓库里的管理及供货系统。

“至此为止，除了工序‘5’的‘缓冲层制膜’以外，面板一直是在密闭于玻璃箱中的状态下在流水线上流动，这有什么理由吗?”

“玻璃上面层叠了2～3微米的薄膜。在烧结之前，作为主角的是粉末状金属，所以既不能触碰它们，也不能让它们附着一丝灰尘。”

“如果是‘3：4(90cm×120cm)’尺寸的电池板，重量是20公斤左右。”

“虽然作为光伏组件是越薄越好，但为了提高强度，我们确定了最佳的厚度。我以前看过第一工厂、第二工厂的生产一线，最初的时候，光伏电池板从装置里一出来就会断裂。有时候干燥处理做得不好，也会发生弯曲。”

巨大的仓库中是一座未来都市?

无人的台车悄无声息地出现在我们的视野中，卸下装载的电池板，将它们存放到仓库中。或者，从仓库中取出电池板，如同滑行一样地搬运到某个地方。虽然台车的移动速度相当快，但其动作无论到何处都十分顺畅。

参观者一行人离开了自动仓库，向生产线的最后工序“12质量检查”走去。

这座工厂原来是一家大型家电企业的工厂。在同样制造“电气产品”这个意义上来说，是将工厂完全清空后才把装置放进来，所以装置本身完全不同。

不过，对于那些同样一直凭技术干活的员工，这家工厂也聘用了他们。这种“人力资源”方面的好处很大。然后，有广阔的仓储空间对我们也有非常大的帮助。正因为有了这些好条件，生产体制才得以很快建立起来。工厂全部加起来有800人。尽管是世界最大规模的太阳能电池制造工厂，运转所需的人员却少得出乎意料，这是将自动化推行到了极致的结果。

美丽的工厂

在最终工序的旁边，几个人正在进行产品个别检查。

至此，所有的工序都实现了自动化，一直是使用机械完成制造。然而，最后的“最终检查”的确还是要由人来进行。

通过质量最终检查的产品，进行包装，然后出厂。以前第一工厂、第二工厂都是使用瓦楞纸壳箱，但产品到达交货地之后，纸壳箱作为资源垃圾被丢弃。

虽说是“资源垃圾”，但要进行回收利用也是需要能源。

在这里，考虑的不是回收利用，而是在能够再利用方面下了功夫。机器人在电池板的四角装上弯角，将25块扎成一包，放到货板上，自动搬运到刚才参观的仓库中。产品到达后，再将弯角和托盘送回来，这样就构筑起了一个完全再利用的运送系统。

至此，对“SolarFrontier国富工厂(宫崎第3工厂)”的参观便结束了。

在以前的采访中，该公司技术本部部长栗谷川悟这样阐述了只有该公司才能大量生产CIS薄膜太阳能电池的理由。

“稳定、大量地制造大面积的CIS太阳能电池，在技术上非常困难。怎样才能稳定地量产呢，在这方面我们用了20年时间专心致志地进行研究和开发，磨练了相关技术。我们的优势在于同时进行工艺开发和装置开发。我觉得这一点起到了很大作用。”

诚如其言，拥有历经20年打造而成装置的国富工厂(宫崎第3工厂)生产线，正如行云流水一般顺畅地运转着。

这里的生产一线可以用“美丽”这个词来形容。

从这座美丽的工厂中，光伏组件源源不断地生产出来，在日本乃至全世界广为使用。

信息来源：北极星太阳能光伏网