论文部分内容阅读
随着光伏行业快速发展,铜铟镓硒（Cu（In,Ga）Se2,CIGS）太阳能薄膜电池因具有可弯曲、重量轻、转化效率高、成本低等诸多优势,被认为是最具发展前景的薄膜太阳电池之一,努力提高其表面完整性是本文的研究目标。目前,以不锈钢为衬底的CIGS太阳能薄膜是在薄膜沉积后需剪切加工成一定长度和宽度的电池单元片组成电池组,由于表面薄膜各层具有不同的机械与材料特性,在剪切加工成型时薄膜层容易发生破损、碎裂、与衬底分层等问题,产生剪切边缘破损,从而影响电池的光电转换效率。本文以CIGS太阳能薄膜片为研究对象,对其剪切成型对剪切边缘破损影响进行了研究。首先,分析了CIGS太阳能薄膜片表面薄膜层的组织结构和性能,采用纳米压痕仪测量薄膜层的硬度,利用RST划痕仪检测薄膜层与不锈钢衬底的结合力。结果表明:发现薄膜层的纳米硬度（HIT）为0.95159±0.4GPa,弹性模量（EIT）为45.14±1GPa,薄膜与衬底的结合力为7.71N。其次,研究了CIGS太阳能薄膜片在剪切成型过程中产生的剪切边缘破损规律,对商品化CIGS太阳能薄膜单元样品剪切边缘进行检测发现:薄膜平均剥落区最大宽度为88.392um,平均影响区最大宽度为96.624um,平均剪切边缘破损率为3.262‰。这将对CIGS太阳能薄膜光电转换效率产生影响。进一步采用能谱分析仪（EDS）对剪切加工后的试样进行检测发现在剪切加工受力时,薄膜层容易在CIGS吸收层与Mo背电极层的交界面及Mo背电极层与不锈钢衬底层的交界面发生界面剥离,CIGS吸收层发生层间剥离。通过优化剪切加工参数可以有效减小剪切边缘破损。再次,研究了剪切加工工艺参数和刀具几何参数对CIGS太阳能薄膜片的剪切边缘破损率的影响。随着剪切间隙的增大,切口边缘表面薄膜的破损范围增大,其中剪切间隙为0μm时薄膜破损范围最小;同时剪切力Fz与Fy都随着剪切间隙增加先逐渐增大后减小。随着剪切速度的增加,薄膜破损范围呈现先减少后增加,当剪切速度为28mm/s时薄膜破损范围最小。采用3种压板约束类型（无压板、平板压板、V-型压板约束下）对CIGS太阳能薄膜片进行剪切实验,V型压板具有较好效果。制备了4种刃口半径为（10μm、15μm、20μm、25μm）刀具和5种不同纹理刀具（刀具纹理凹槽走向与刀块刃口边缘夹角λ分别为0°、45°、90°、普通无纹理、V型纹理）开展剪切加工实验并发现:刀具刃口半径越小剪切边缘薄膜性能完好率越高,刀具表面纹理结构对加工效果有明显影响,且表面纹理为V型结构的刀具剪切边缘薄膜破损最小。最后,通过对CIGS太阳能薄膜片进行三点弯曲和拉伸实验,发现CIGS太阳能薄膜抗压强度远大于其抗拉强度,当薄膜受到压应力时,薄膜层内裂纹将沿着与不锈钢衬底成一定夹角的方向扩展,同时还将产生与不锈钢衬底平行的横向裂纹,当这些裂纹汇合时,在薄膜与不锈钢衬底的结合界面将出现大裂痕从而导致薄膜剥落;当受到拉应力时,薄膜内部纵向小裂纹逐渐演变成大裂纹,沿着垂直不锈钢衬底方向延伸至两者结合界面扩展,直到与其它横向裂纹接触后,薄膜剥落,当拉伸应变达到2.1%时,表面薄膜开始出现了局部剥落,当拉伸应变达到5.1%时,出现大面积薄膜剥落。