Vårt arbetssätt

Det långsiktiga målet med vår verksamhet är att utveckla tunnfilms-solcellsteknik så att den kan användas för förnybar elproduktion i stor skala, men att gå från enstaka cm2-stora celler till volym-tillverkning av m2-stora moduler utan att tappa för mycket i verkningsgrad är en stor utmaning. För att lyckas med det krävs processer som är robusta, uppskalningsbara och kostnadseffektiva. Viktigt är också att göra solceller med hög stabilitet. Solcellsmoduler brukar säljas med en garanterad livstid på 20 år eller mer. Vi undersöker stabiliteten vid accelererade livstidstester i klimatkammare och på vår takanläggning för utomhustester.

Vi arbetar med en "baseline-filosofi" där varje processteg i solcells-tillverkningen görs på ett föreskrivet sätt, ungefär som när man följer receptet i en kokbok. På så sätt uppnår vi god repeterbarhet, och genom att ställa krav på robusthet, uppskalningsbarhet och kostnadseffektivitet för varje processteg så säkerställer vi att arbetet får industriell relevans.  Standardprocessen för tillverkningen av CIGS-solceller beskrivs nedan:

  • Substrat

Substraten som används i standardprocessen är fönsterglas med lågt järninnehåll, antingen 12.5 x 12.5 cm (2 mm tjocka) eller 10 x 10 cm (1 mm tjocka). Efter beläggning av CIGS skärs substraten vanligen i fyra delar där varje 5 x 5 cm stort prov innehåller 32 st 0.5 cm2 stora celler. Innan bakkontakten deponeras tvättas glasen. Först sänks proven ner i en tank med avjonat vatten och tvättmedel. Tanken hettas upp till 60°C och ställs i ett ultraljudsbad. Efter detta följer fyra sköljningssteg i avjonat vatten på 60°C, och till slut torkas substraten genom att spinnas i en torkmaskin.

  • Bakkontakt

Molybden-kontakten deponeras med sputtring från ett Mo-prov med hjälp av argongas. Substratet passerar då framför provet för beläggning och får en filmtjocklek på ungefär 350 nm.

  • CIGS-absorbator

Det finns flera metoder som vi använder för beläggning av CIGS-filmerna. En av dessa är samförångning. För denna metod pumpas systemet först med turbo-pumpar till ett tryck på ungefär en tiotusendels Pa (normalt lufttryck är runt 100 000 Pa). Substraten monteras vertikalt och förs in från en laddningssluss till en karusell i depositionskammaren. De har då framsidorna in mot mitten där metallkällorna är placerade. Substraten flyttas därefter genom en upphettningszon, en depositionszon och en nedkylningszon som totalt tar runt 60 minuter. Det finns tre metallkällor i mitten av kammaren med gallium, koppar och indium. Selen förångas i överflöd från en källa i botten av kammaren. Med konstanta temperaturer och lika mycket material i källorna blir sammansättningen för CIGS-skiktet väldigt lika för alla prover och körningar, och tjockleken blir ungefär 1700 nm. I processen bildas också en nästan linjär gradient av Ga som ökar från framkontakten till bakkontakten, vilket ger ett litet elektriskt fält som skjutsar elektronerna och därmed minskar rekombinationen vid bakkontakten.

  • Bufferlager

Bufferlagret beläggs så snart som möjligt efter att substraten har förts ut i luften, normalt inom 5 minuter. Detta är för att minimera oxidation och andra reaktioner med CIGS-lagret som börjar så snart som det exponerats för luft. Den korta tiden i luft är särskilt viktigt för alternativa bufferlager som deponeras med atomskiktsdeponi (ALD) som inte har etsning av ytan såsom i deposition i kemiskt bad (CBD) på grund av ammoniak.

CdS som bufferlager deponeras med CBD i en lösning av ammoniak, tiourea och kadmiumacetat. Substraten sänks ner i lösningen vid rumstemperatur och värms upp till 60 grader med hjälp av ett vattenbad. Beläggningen tar runt 8 min och proverna flyttas därefter direkt till avjonat vatten för att stoppa tillväxten. Detta ger en tjocklek på 50 nm på CIGS.

ZnSnO är ett alternativt bufferlager som deponeras med ALD. Processen äger rum vid 120°C med dietylzink, tetrakis(dimetylamino-)tenn och avjonat vatten. Vatten och dietylzink förs in i kammaren vid rumstemperatur medan tennföreningen värms i vattenbad till 40°C för att få rätt ångtryck. Kvävgas används som bärare. Substraten laddas i reaktorn 30 minuter före filmbeläggningen för att stabilisera temperaturen, och filmerna beläggs sedan i pulser från föreningarna. Bufferlagret får då en tjocklek på runt 10-20 nm.

  • Framkontakt

Framkontakten beläggs med en radiofrekvens-sputtring, vilket används då provet som sputtras ifrån inte är ledande. Substraten är stationära vid deposition och det beläggs ett lager odopad ZnO (i-ZnO) och därefter ett lager Al-dopad ZnO (ZnO:Al). Lagret av i-ZnO har visat sig förbättra elektriska egenskaper hos solceller med CdS som bufferlager, medan det är ZnO:Al som framför allt fungerar som framkontakt. Argon används som inert gas med lågt tryck för sputtringen. Tjockleken för i-ZnO är typiskt 90 nm på glassubstrat och för ZnO:Al ungefär 350 nm.

  • Metallnät

För att underlätta uppsamlingen av ström från framkontakten beläggs ett metallnät som extra kontakt. Detta byggs upp av tre lager; Ni/Al/Ni, deponerat med förångning där nätmönstret är definierat av en mask. De två lagrena nickel är till för att förebygga reaktion mellan aluminiumet och syre i framkontakten och från luften. För denna förångning används en elektronstråle för att värma upp förångningskällan. Tjockleken blir totalt runt 3000 nm.

  • Mönstring

För att definiera cellareor till 0.5 cm2 sker en mekanisk mönstring av cellerna. Vi har också möjlighet att tillverka moduler av seriekopplade solceller med mönstring. För detta mönstras först bakkontakten av Mo till individuella celler med laser, vilket kallas P1. Efter att ha täckt substratet med CIGS, bufferlager och i-ZnO mönstras ett spår ner till bakkontakten nära P1-linjerna med ett stift, vilket kallas P2. Efter att framkontakten av ZnO:Al har belagts skapas P3-linjer bredvid P2-linjerna som isolerar framkontakten elektriskt med ett spår till Mo-kontakten mönstrat med stift. 

Skriv ut