一种用于铜铟镓硒柔性薄膜太阳能电池制造的传送系统的制作方法

本实用新型涉及的是一种铜铟镓硒柔性薄膜太阳能电池的传送系统，属于太阳能电池生产制作技术领域。

背景技术：

铜铟镓硒(Cu(In，Ga)Se2，简称CIGS) 薄膜太阳能电池具有低成本、高效率、稳定性好等优点，是公认的最具有发展和市场潜力的第二代太阳能电池。人们对其研究兴起于上个世纪八十年代初，经过近三十年的发展，铜铟镓硒薄膜太阳能电池的理论研究以及制备工艺取得了可喜的成果，目前其最高实验室光电转化效率达到 22.6％，是目前转化效率最高的柔性薄膜光伏电池。

铜铟镓硒薄膜电池的衬底可以选用不同的材料，常用的有钠钙玻璃、不锈钢箔、钛箔及聚酰亚胺（PI）箔等。铜铟镓硒吸光层的制备有多种方案，常用的制备方法有：共蒸发法，溅射/硒化法，电镀/硒化法，钠晶印/硒化法等。

当选用共蒸发法在聚酰亚胺（PI）柔性衬底上制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池时，大规模的工业化生产中需要用到卷对卷的卷绕传送设备。

卧式水平的卷绕系统当然是最为简单实现的，但是有几个缺点。由于蒸发工艺的特殊性，要求蒸发源喷口必须是朝上的，而工艺面朝下。由于蒸发速率受温度影响，温度越高蒸发速率就越快，但是聚酰亚胺（PI）衬底的耐热极限只有450摄氏度，所以不能无限制加高温度来提高蒸发速率。为了得到理想厚度的CIGS薄膜只有两种办法，一是减慢传送速度，增加沉积时间；二是延长生产线，增加线性源的炉子。第一种办法由于生产效率太低，在大规模工业生产中是无法接受的。第二种办法，在卧式的卷绕系统中由于膜面长度太长，下表面又不能用传送轮支撑，膜面会因为自身的重力作用而往下垂，无法精密控制膜面的张紧度。特别是在加热过程中，由于PI膜受热膨胀，张力减小，整张膜松垮下垂，无法控制膜面与蒸发源的距离，严重影响到膜面上不同区域的CIGS的沉积速率，使得CIGS薄膜的均匀性差，最终影响电池效率；另外蒸发源朝上会有掉渣等问题产生，由于共蒸发法的特殊性，在工艺过程中对膜面的洁净程度要求严格，否则会严重影响电池的最终转换效率，工艺过程中一旦被残渣污染膜面，电池的光电转换效率至少降低20%以上，甚至导致整张薄膜电池报废。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种结构组成合理，使用方便可靠，通过采用立式环形结构，避免了工艺面与滚轮的接触问题，同时保证了对聚酰亚胺薄膜制程过程的支撑力，另外还有效的控制了蒸镀过程中的膜面温度，设置有预热功能，消除了聚酰亚胺薄膜因热膨胀系数在升温或降温过程中带来形变问题的铜铟镓硒柔性薄膜太阳能电池立式卷对卷传送系统。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，一种用于铜铟镓硒柔性薄膜太阳能电池制造的传送系统，该传送系统包括竖直安装的多个轮轴、电机、寻边设备和张力计，所述的轮轴包括收料轮和放料轮，转角处的从动轮，主动轮、工艺腔冷却轮以及主冷却轮；所述的多个轮轴通过不少于六个转角处从动轮的排布形成一趋近于圆形或椭圆形的环形传输轨道，并在邻近的两个端点处或附近安装有收料轮和放料轮；卷绕在放料轮上的PI膜贴着多个轮轴的外侧、即经过趋近于圆形或椭圆形的环形传输轨道后连接于收料轮。

作为优选：所述的环形传输轨道有8—20个转角，并在每个转角处安装有一转角处从动轮，在两两转角处从动轮之间安装有至少一带有温控功能的、由蝶阀控制冷却水流量继而控制轮面温度的工艺腔冷却轮；所述邻近的两个端点与相邻的各自转角处从动轮中间的传输轨道上安装有至少一主动轮；所述邻近的两个端点处分别通过安装一端点的转角处从动轮和一主冷却轮，并在所述端点的转角处从动轮附近安装有所述的放料轮，而在所述主冷却轮的附近安装有所述的收料轮，另在所述的收料轮边上设置有寻边设备。

作为优选：所述的转角处从动轮为陶瓷材质制成的转动轮或两端配置有陶瓷轮面，主要目的是增加从动轮的摩擦系数，增加膜面与轮子之间的摩擦力，防止膜面打滑下垂；所述的主冷却轮的直径大于转角处从动轮直径的至少一倍；所述的收料轮安装在机架上并可以相对机架上下活动；所述的转角处从动轮均配置有可侦测从动轮对膜面支撑力的张力计，所述的张力计均连接于一调节电机转速、以便调整张力的PLC控制器。

作为优选：所述的工艺腔冷却轮、主动轮以及主冷却轮均分别配置有一带动其转动的、连接于PLC控制器的伺服电机，并且使传输轨道上移动的PI膜传输速度控制在0.05~2m/min。

本实用新型具有结构组成合理，使用方便可靠等特点，通过采用立式环形结构，避免了工艺面与滚轮的接触问题，同时保证了对聚酰亚胺薄膜制程过程的支撑力，另外还有效的控制了蒸镀过程中的膜面温度，设置有预热功能，消除了聚酰亚胺薄膜因热膨胀系数在升温或降温过程中带来形变问题。

附图说明

图1为本实用新型铜铟镓硒柔性太阳能电池立式传送系统的俯视图。

图2为本实用新型铜铟镓硒柔性太阳能电池立式传送系统侧视图。

具体实施方式

为使本实用新型更明显易懂，结合实施例，并配合附图作详细说明如下。图1、2所示，本实用新型所述的一种用于铜铟镓硒柔性薄膜太阳能电池制造的传送系统，为了解决膜下垂问题，必须在中间过程中给膜面一定的支撑，因此本实用新型的卷对卷传送系统采用立式结构，即该卷对卷传送系统包括竖直安装的多个轮轴、电机9、寻边设备10和张力计6，所述的轮轴包括收料轮5和放料轮4，转角处的从动轮1，主动轮3、工艺腔冷却轮2以及主冷却轮7；所述的多个轮轴通过不少于六个转角处从动轮1的排布形成一趋近于圆形或椭圆形的环形传输轨道，并在邻近的两个端点处或附近安装有收料轮5和放料轮4；卷绕在放料轮4上的PI膜贴着多个轮轴的外侧、即经过趋近于圆形或椭圆形的环形传输轨道后连接于收料轮，PI膜背靠传动系统的轮子，这样正面镀膜面在整个传动过程中就不会接触到辊轮，解决了PI膜镀有铜铟镓硒的膜面不能与异物接触问题。

本实用新型所述的环形传输轨道有8—20个转角，图中所示的为8个转角结构布置。在每个转角处安装有一转角处从动轮1，该转角处从动轮1可以是防滑的陶瓷从动轮，使膜面得到了很好的支撑，从而解决了膜下垂的问题。

在两两转角处从动轮1之间安装有至少一带有温控功能的、由蝶阀11控制冷却水流量继而控制轮面温度的工艺腔冷却轮2，所述工艺腔冷却轮2的厚度是特定设计的，使轮子的内壁与外壁之间有一个合适的温度差，可以稳定的控制膜面的温度，精确的控温有助于CIGS膜层沉积速率与成相控制，从而解决了膜面温度控制问题；

所述邻近的两个端点与相邻的各自转角处从动轮1中间的传输轨道上安装有至少一主动轮3；所述邻近的两个端点处分别通过安装一端点的转角处从动轮1和一主冷却轮7，并在所述端点的转角处从动轮1附近安装有所述的放料轮4，而在所述主冷却轮7的附近安装有所述的收料轮5，另在所述的收料轮边上设置有寻边设备。

本实用新型所述的转角处从动轮1为陶瓷材质制成的转动轮或两端配置有陶瓷轮面；所述的主冷却轮7的直径大于转角处从动轮1直径的至少一倍，主冷却轮7的直径300~1000mm，比一般传动轮大许多，是因为急速的降温会破坏CIGS膜层，所以需要足够的接触面和接触时间使膜面温度慢慢从300℃降到常温；

所述的收料轮5安装在机架13上并可以相对机架13上下活动，需要配合巡边设备做上下调节，使膜边缘一直保持在同一高度。所述的转角处从动轮1均配置有可侦测从动轮对膜面支撑力的张力计6，所述的张力计均连接于一调节电机转速、以便调整张力的PLC控制器。

所述的工艺腔冷却轮2、主动轮3以及主冷却轮7均分别配置有一带动其转动的、连接于PLC控制器的伺服电机，并且使传输轨道上移动的PI膜传输速度控制在0.05~2m/min。

为了解决PI膜8热胀冷缩问题，传动系统设置了预热功能；PI膜8在预热升温过程中会慢慢膨胀，膜会变长。如果传动系统是静止的，整条线会因为PI膜受热膨胀变长而松垮下来，张力会慢慢下降，到一定温度后转角腔的从动轮1对膜面支撑力不够，由张力提供的轮面与PI膜之间的摩擦力不足以抵消PI膜自身的重力时，PI膜开始往下滑，整个竖立着的膜面就会坍塌。而当降温时，PI膜8随着温度降低会慢慢收缩变短，如果传动系统是静止的，PI膜收缩的力太大，会对传动系统某些部件造成损伤，也会把PI膜本身拉断裂。如果在升温或者降温过程中保持运转，将会浪费大量PI膜，PI膜是一种昂贵的材料。预热功能就是为了保持升温或降温过程的膜面张力，又能减少PI膜的浪费。

本实用新型的特点是整个传动系统能双向旋转，即既能正转也能逆转，预热过程通过先正转再逆转来回震荡运动，始终让PI膜保持运动状态，优点是在运动过程中能将PI膜由于温度造成的形变传递到收料轮或放料轮，将收料端和放料端的张力传递到中间制程段，将整条生产线上的PI膜的张力控制在一个可靠的范围内。

整个传送系统的速度是由主冷却轮的线速度作为判断依据，收料轮和放料轮的速度由于要配合张力控制会做一定的调整。PI膜首先由放料轮4逆时针转动放出，经过第一个转角后进入预热腔预热，然后依次通过5个工艺腔，在工艺腔内进行蒸镀，工艺腔的冷却轮位置安装在蒸发源碰口焦点位置，此位置为主要镀膜区温度最高。镀膜完成后进入冷却腔，然后经过主冷却轮冷却，PI膜的温度降到常温。然后通过寻边器10最后由收料轮5将膜卷入收料管芯。

本实用新型较好地解决的问题有：

1、聚酰亚胺（PI）膜8镀有铜铟镓硒的膜面不能与异物接触的问题；

2、在较长的生产线情况下膜下垂问题；

3、膜面温度控制问题；

4、PI膜热胀冷缩问题。

本实用新型的实施过程是：

实施过程1：步骤一：取一卷聚酰亚胺薄膜装到放料轮4上，手动启动放料轮顺转，速度设定1m/min，将PI膜按行进路线穿膜，控制好膜的高度，将PI膜穿到收料轮5后固定在收料管芯上；

步骤二：手动运行收料轮4或放料轮5，将膜面拉紧，保持膜面平整和没有下降。

步骤三：蒸发线启动加热模式对聚酰亚胺衬底8进行加热。此时卷绕系统开启预热模式，聚酰亚胺薄膜先顺转行走0.5m然后逆转行走0.5m，行走速度设定0.5m/min。整个预热过程持续半小时到一小时，直到膜面温度达到工艺要求为止。

步骤四：蒸发线开启工艺模式，此时启动自动运行，传送速度设定0.2m/min，张力设定300N；系统会根据张力计6的反馈信号调节收料轮5和放料轮4的速度，将张力稳定在设定值范围内；此时工艺腔冷却轮2的水冷蝶阀11打开对膜面8进行温度控制。巡边设备10自动寻找聚酰亚胺薄膜的边缘，聚酰亚胺薄膜边缘出现高度偏差时，收料轮机架13会在电动缸14的带动下调整高度，使膜边缘位置保持一致。

步骤五：生产完成后腔体开始冷却，此时停留在传动系统上的聚酰亚胺薄膜温度开始下降，为了避免在冷却过程中聚酰亚胺薄膜收缩导致的张力过大产生破坏性影响；降温过程中也需要启动预热模式，让张力得到释放。

步骤六：降温完成后，将放料轮4端的膜取下，手动开启收料轮5顺转，将制程段的膜收入收料管芯；最后将镀膜完成后的柔性薄膜电池从收料轮上取下。

实施过程2：步骤一：取一卷聚酰亚胺薄膜装到放料轮4上；手动启动放料轮顺转，速度设定1m/min，将PI膜按行进路线穿膜，控制好膜的高度，将PI膜穿到收料轮5后固定在收料管芯上；

步骤二：手动运行收料轮4或放料轮5，将膜面拉紧，保持膜面平整和没有下降。

步骤三：蒸发线启动加热模式对聚酰亚胺衬底8进行加热。此时卷绕系统开启预热模式，聚酰亚胺薄膜先顺转行走1m然后逆转行走1m，行走速度设定0.5m/min。整个预热过程持续半小时到一小时，直到膜面温度达到工艺要求为止。

步骤四：蒸发线开启工艺模式。此时启动自动运行，传送速度设定0.1m/min，张力设定250N。系统会根据张力计6的反馈信号调节收料轮5和放料轮4的速度，将张力稳定在设定值范围内。此时工艺腔冷却轮2的水冷蝶阀11打开对膜面8进行温度控制。巡边设备10自动寻找聚酰亚胺薄膜的边缘，聚酰亚胺薄膜边缘出现高度偏差时，收料轮机架13会在电动缸14的带动下调整高度，使膜边缘位置保持一致。

步骤五：生产完成后腔体开始冷却，此时停留在传动系统上的聚酰亚胺薄膜温度开始下降，为了避免在冷却过程中聚酰亚胺薄膜收缩导致的张力过大产生破坏性影响。降温过程中也需要启动预热模式，让张力得到释放。

步骤六：降温完成后，将放料轮4端的膜取下，手动开启收料轮5顺转，将制程段的膜收入收料管芯；最后将镀膜完成后的柔性薄膜电池从收料轮上取下。

以上所述实例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利的范围的限制；本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。