CN100573931C - 柔性非晶硅太阳电池制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种柔性非晶硅太阳电池制造工艺，用外购的厚度为0.3mm卷状透明聚酰亚胺膜，按下列工艺步骤镀层：1)将卷有透明聚酰亚胺膜滚筒架在一个轴承架上，通过磁控溅射，生成一层ZnOx导电膜层，其电阻率小于10Ω-cm；2)将镀有ZnOx导电膜层的聚酰亚胺膜滚筒取出，送入另一个单室大型PECVD设备中，内部沉积温度为210℃，采用13.5MZ的射频作电源，用等离子增强法沉积p、i、n型非晶硅薄膜；3)将装有聚酰亚胺薄膜的滚筒，安装入一个专门用来沉积铝层的磁控溅射设备中，采用直流磁控溅射的方法沉积一层铝；n型电极采用铝超声焊接，p型电极采用低温银—铝浆法封装。本发明的优点是，工艺简单，成本低，适宜一可大批量生产。

Description

柔性非晶硅太阳电池制造工艺
技术领域
本发明涉及一种能大量生产的可卷曲的薄膜非晶硅太阳电池的制造工艺。
背景技术
柔性非晶硅太阳电池的生产技术由6层不同薄膜的半导体和金属薄膜组成，光线通过基体高透光率聚酰亚胺膜1，透明导电膜ZnOx 2(方块电阻为～10Ω-cm)进入由3、4、5三层不同导电类型的非晶硅薄膜组成的非晶硅薄膜电池内，由于3和5是两种不同导电类型的半导体材料，两层之间是本征层4形成了一个强度＞104V/cm的高电场区，在无电或者其它激发状态存在时，它是一个耗尽区，即除本征载流子以外无过剩载流子。当光子通过1、2、3层进入4时，产生大量的过剩载流子(电子和空穴)，这些电子和空穴在结内电场E的驱动下作迁移运动，电子进入3，空穴进入5，成为3和5半导体膜中的多子(即光生电流)导电电极2和6分别作为电池的正极和负极将光生电流引出到外电路，向负载供电，这种电池的Voc(开路电压)取决于2和4的有效掺杂浓度即费米能级在导带顶和价带底的位置。
目前尚未发现一种用最简单的工艺，制造柔性非晶硅太阳电池。
发明内容
本发明提供一种柔性非晶硅太阳电池制造工艺，用外购的厚度为0.3mm卷状透明聚酰亚胺膜，按下列工艺步骤镀层：
(1)将卷有透明聚酰亚胺膜滚筒装入一套常规磁控溅射设备的沉积室内，架在一个轴承架上，使之能平稳旋转，将绕在滚筒上外端的聚酰亚胺膜拉出，通过磁控溅射设备的沉积区后固定在另一个滚筒上，该滚筒能在一个电源的带动下旋转，以5-10cm/秒的速度通过沉积区，生成一层ZnOx导电膜层，其电阻率小于10Ω-cm；
(2)将镀有ZnOx导电膜层的聚酰亚胺膜滚筒取出，送入一个单室大型PECVD设备中，内部沉积温度为210℃，采用13.5MZ的射频作电源，用等离子增强法沉积p、i、n型非晶硅薄膜，在PECVD反应室内有两个可自动控制旋转速度的轴承A、B，可正向、逆向旋转，已沉积有ZnOx膜的聚酰亚胺薄膜滚筒，固定在一个A轴承上，将已沉积有ZnOx膜的聚酰亚胺薄膜一端拉出，通过等离子沉积区后，绕到另一个轴承B的滚筒上，其沉积p、i、n型非晶硅薄膜步骤分别是：
a，先沉积p型非晶硅，其工艺参数如下：
反应气体硅烷和硼烷混合气体比例是硼烷/硅烷＝2％，气体流量是250sccm，聚酰亚胺薄膜温度210℃，反应功率20mW/cm2，反应压力1乇，沉积速度3-5
Figure C20081003852200051
厚度8-10nm；聚酰亚胺薄膜的移动速度10cm/S；
b，沉积i层时，将该滚筒A、B逆向旋转，同样采用PECVD的方法沉积本征层i，聚酰亚胺薄膜的移动速度为1-1.5nm/S，沉积厚度为300nm，射频功率20mW/cm2，沉积温度210℃，采用纯硅烷，流量为500sccm，反应压力1乇；
c，沉积n层，其过程和沉积p型非晶硅相似，将n型非晶硅膜沉积在本征层之上，其工艺参数如下：
聚酰亚胺薄膜温度210℃，反应气体硅烷和磷烷PH3/Si2H4为1.5％的比例，流量250sccm，聚酰亚胺薄膜移动速度为0.3-0.5nW/S，沉积厚度30-35nm；
(3)将装有聚酰亚胺薄膜的滚筒，安装入一个专门用来沉积铝层的磁控溅射设备中，采用直流磁控溅射的方法沉积一层铝，其传输过程和制造ZnOx膜相似，聚酰亚胺薄膜移动速度30cm/s，铝膜的厚度约300nm，
(4)n型电极采用铝超声焊接，p型电极采用低温银-铝浆法封装。本发明的优点是，工艺简单，成本低，适宜一可大批量生产。
附图说明
附图1本发明的各镀层结构示意图。
附图2是本发明制造工艺流程图。
具体实施方式
请参阅附图1示，本发明自太阳光线照射，向里的各镀层是：高透光率聚酰亚胺薄膜1，氧化锌导电膜2，P型非晶硅膜3，本征型非晶硅膜4，N型非晶硅膜5，铝膜6；本发明制造工艺如下：
本发明专利采用外购卷状透明聚酰亚胺膜作电池的基体，膜的厚度为0.3mm，透光率高于92％，能承受300℃以上高温，膜的宽度30cm，长度1000m，膜是缠绕在一个带有轴承的金属滚筒上，第一步将滚筒装入一套常规磁控溅射设备的沉积室内，装架在一个轴承架上，使之能平稳旋转，将绕在滚筒上外端的聚酰亚胺膜拉出，通过磁控溅射设备的沉积区后固定在另一个滚筒上，该滚筒能在一个电机的带动下旋转，旋转速度可以自动控制，其目的是使宽30cm的膜能均匀地以5-10cm/秒的速度通过沉积区，生成一层ZnOx导电膜，其电阻率小于10Ω-cm。约30-60分钟时间可将1000米长度的膜连续沉积上ZnOx导电膜。第二步是将聚酰亚胺连带滚筒取出，即送入另一个单室大型PECVD设备中，内部沉积温度为210℃，采用13.5MZ的射频作电源，用等离子增强法沉积p、i、n型非晶硅薄膜，在PECVD反应室内有两个可自动控制旋转速度的轴承A和B，他们可以正向、逆向旋转。滚筒被固定在一个A轴承上，将已沉积有ZnOx膜的聚酰亚胺薄膜的最外一端拉出通过等离子沉积区固定在另一个安装在旋转轴承B轴滚筒上，先沉积p型非晶硅，其工艺参数如下：
反应气体硅烷和硼烷混合气体比例是硼烷/硅烷＝2％，气体流量是250sccm，基体温度210℃，反应功率20mW/cm2，反应压力1乇，沉积速度3-5
Figure C20081003852200071
厚度8-10nm，基体移动速度10cm/S，约150-200分钟沉积完p层。此时原来绕有1000米聚酰亚胺膜的滚筒上已无聚酰亚胺膜，但这一聚酰亚胺膜尾部仍固定在这一滚筒上，在制造i层时，仅仅需要将该滚筒逆向旋转，将膜绕回到A轴上的滚筒上，同样采用PECVD的方法沉积本征层(i)，其厚度为300nm，沉积速率为1-1.5nm/S，射频功率20mW/cm2，沉积温度210℃，采用纯硅烷，流量为500sccm，反应压力1乇，沉积时间30-40小时，沉积完本征层，1000米长、30cm宽的聚酰亚胺基体，已被返回绕到了A轴的滚筒上，仅仅是头部固定在B轴承的旋转轴上，n型非晶硅膜的制造过程和p型非晶硅相似，是将基体从A轴上滚筒自动走向B轴承上，在通过等离子体时，将n型非晶硅膜沉积在本征层之上，工艺参数如下：
基体温度210℃，反应气体、硅烷和磷烷PH3/Si2H4为1.5％的比例，流量250sccm，沉积厚度30-35nm，沉积率0.3-0.5nW/S，1000米沉积时间约450-600分钟，在完成n型层之后，可打开单室PECVD沉积装置，将装在B轴承上的滚筒取出，并可同时安装上新的滚筒，关闭真空室，又可开始第二个1000米的沉积过程。
在完成了2、3、4、5层膜后，又要将装有基体的滚筒安装入一个专门用来沉积铝层的磁控溅射设备中，采用直流磁控溅射的方法沉积一层铝，其传输过程和制造ZnOx膜相似，铝膜的厚度约300nm，基体移动速度30cm/s，1000米基体约需1小时。
在完成了铝膜6的沉积后，一卷长约1000米，宽30cm的非晶硅太阳电池已做完，如在室外强光下照射(100mm/cm2，AM1.5)条件下，每平方厘米能提供约14mA的工作电流和0.580V的直流工作电压，面积为0.3m×1000m的非晶电池推算，能发出电能1.8万瓦，但是要它成为一个实用的组件，下一步是按用户要求，将整体电池进行分割。分割的单个电池背面采用超声焊接引出负电极，正面采用印刷低温银铝浆的办法，将负极从ZnOx表面引出，焊完了正负极的单体电池要在测试后进行性能检测和分类。
光伏作用过程是：光线通过基体高透光率聚酰亚胺膜1，透明导电膜ZnOx2(方块电阻为～10Ω-cm)进入由3、4、5三层不同导电类型的非晶硅薄膜组成的非晶硅薄膜电池内，由于3和5是两种不同导电类型的半导体材料，两层之间是本征层4形成了一个强度＞104V/cm的高电场区，在无电或者其它激发状态存在时，它是一个耗尽区，即除本征载流子以外无过剩载流子。当光子通过1、2、3层进入4时，产生大量的过剩载流子(电子和空穴)，这些电子和空穴在结内电场E的驱动下作迁移运动，电子进入3，空穴进入5，成为3和5半导体膜中的多子(即光生电流)导电电极2和6分别作为电池的正极和负极将光生电流引出到外电路，向负载供电，这种电池的Voc(开路电压)取决于2和4的有效掺杂浓度即费米能级在导带顶和价带底的位置。

Claims (1)

1、一种柔性非晶硅太阳电池制造工艺，用厚度为0.3mm卷状透明聚酰亚胺膜，按下列工艺步骤镀层：
(1)将卷有透明聚酰亚胺膜滚筒装入一套常规磁控溅射设备的沉积室内，架在一个轴承架上，使之能平稳旋转，将绕在滚筒上外端的聚酰亚胺膜拉出，通过磁控溅射设备的沉积区后固定在另一个滚筒上，该滚筒能在一个电源的带动下旋转，以5-10cm/秒的速度通过沉积区，生成一层ZnOx导电膜层，其电阻率小于10Ω-cm；
(2)将镀有ZnOx导电膜层的聚酰亚胺膜滚筒取出，送入一个单室大型PECVD设备中，内部沉积温度为210℃，采用13.5MZ的射频作电源，用等离子增强法沉积p、i、n型非晶硅薄膜，在PECVD反应室内有两个可自动控制旋转速度的轴承A、B，可正向、逆向旋转，已沉积有ZnOx膜的聚酰亚胺薄膜滚筒，固定在一个A轴承上，将已沉积有ZnOx膜的聚酰亚胺薄膜一端拉出，通过等离子沉积区后，绕到另一个轴承B的滚筒上，其沉积p、i、n型非晶硅薄膜步骤分别是：
a，先沉积p型非晶硅，其工艺参数如下：
反应气体硅烷和硼烷混合气体比例是硼烷/硅烷＝2％，气体流量是250sccm，聚酰亚胺薄膜温度210℃，反应功率20mW/cm2，反应压力1乇，沉积速度
Figure C2008100385220002C1
厚度8-10nm；聚酰亚胺薄膜的移动速度10cm/S；
b，沉积i层时，将该滚筒A、B逆向旋转，同样采用PECVD的方法沉积本征层i，聚酰亚胺薄膜的移动速度为1-1.5nm/S，沉积厚度为300nm，射频功率20mW/cm2，沉积温度210℃，采用纯硅烷，流量为500sccm，反应压力1乇；
c，沉积n层，其过程和沉积p型非晶硅相同，将n型非晶硅膜沉积在本征层之上，其工艺参数如下：
聚酰亚胺薄膜温度210℃，反应气体硅烷和磷烷PH3/Si2H4为1.5％的比例，流量250sccm，沉积率为0.3-0.5nW/S，沉积厚度30-35nm；
(3)将装有聚酰亚胺薄膜的滚筒，安装入一个专门用来沉积铝层的磁控溅射设备中，采用直流磁控溅射的方法沉积一层铝，其传输过程和制造ZnOx膜相同，聚酰亚胺薄膜移动速度30cm/s，铝膜的厚度约300nm；
(4)n型电极采用铝超声焊接，p型电极采用低温银-铝浆法封装。
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