CN101062499B

CN101062499B - 低成本且高性能的太阳能电池制造机构

Info

Publication number: CN101062499B
Application number: CN2006101717036A
Authority: CN
Inventors: 波本斯·西卡纳吉斯特; 奈拉特·平门; 佳朗·斯瑞萨拉辛昆; 皮拉瓦特·青拉郎斯思; 派提潘·库鲁塔得; 索拉克·胡拉克萨
Original assignee: COUNTRY SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT MECHANISM
Current assignee: COUNTRY SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT MECHANISM
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2026-12-18
Also published as: CN101062499A

Abstract

本发明公开了一种高性能及成本效益的太阳能电池制造机构，其包含以下组件：真空腔体、箱载体以及电极。此箱载体不同于旧型的箱载体，在于基板将被垂直地涂布薄膜。与水平薄膜涂布相较，可发现其没有被膜涂布的区域较少。这些区域包含轮子上方及上支撑物下方的区域。当浪费的区域减少，太阳能电池将更有效益。此电极是称为孔洞状电极的新式设计，其具有一个信号极连接到腔体之前缘。当与VHF一起使用时，太阳能电池会有高性能。

Description

低成本且高性能的太阳能电池制造机构

技术领域

本发明关于一种太阳能电池的工程技术。

背景技术

因为泰国几乎一整年都有强烈的阳光照射，所以太阳能为合适的替代能源之一。非晶硅太阳能电池因为价格合理，所以在泰国是最适用的太阳能电池种类。此外，相较于单晶太阳能电池与多晶太阳能电池，当温度上升时，其效率损失最少。现今，泰国已有两家公司生产此种太阳能电池。自从2003年Bangkok太阳能有限公司以称为“单腔体”的生产技术制造非晶硅太阳能电池。个别称为顶部电池与底部电池(a-Si/a-Si)的双层硅太阳能电池结构，以此技术形成。而国家科学与科技发展结构(NSTDA)暨能源科技中心(ENTEC)可以生产最高效率达15％的太阳能电池。此外，因丛集科技与双层硅太阳能电池结构(a-Si/μc-Si)，这些结构可发展出效率8％的太阳能电池模块。

现在，有两技术团体生产非晶硅太阳能电池。

1.多重腔体生产可分为：

-卷轴式(Roll to roll)技术

-线上型(In-line)技术

-丛集式(Cluster)技术

2.单腔体式(single chamber)生产

此两种技术的优缺点如下

	技术	优点	缺点
				1	卷轴式	-高生产功率	-高成本机台-难以改善效率-仅用于卷轴基板-当执行机台当机，会损坏大量电池
2	线上型	-易于改良效率-高生产功率-当执行机台当机，不会损坏大量电池-可用于广大种类的基板	-高成本机台-当执行机台当机，生产功率将大幅减低
				3	丛集式	-易于改良效率-高生产功率-当执行机台当机，不会有大量电池损坏	-高成本机台-低生产功率

4

单腔体式

-低成本机台-高生产功率-可用于广大种类的基板

-难以改善效率-当执行机台当机，会损坏大量电池

由上表的信息，可总结在泰国单腔体是生产太阳能电池的最合适技术。因此，Bangkok太阳能有限公司因基板便宜(可在泰国制造)，所以使用此简易技术。单腔体技术(图1)可有高生产功率是因为基板3可增加到如每一单腔体孔洞那么多。电极1将固定在作为接地2的支撑板(backing plate)之间。此外，针对一个频率产生器4，4个基板可同时涂布薄膜(图1)。目前，美国EPV公司及Bangkok太阳能有限公司已采用此技术同时生产48片板的基板。通过放置平板电极(图2)在接地板与13.56Mz(射频，RF)的频率产生器之间，当其置于轮上31(图3)，基板将被水平地涂布薄膜。为了支撑与防止掉落，沿着基板的长度有很多轮子。在顶部，有很多支撑物辅助连接电极与接地32。完成的太阳能电池是一个模块有47W或5％的效率。就成本来说，1瓦特花费1.79美元。然而，因为在基板边缘的薄膜稍微薄于中央部份，所以会发现薄膜的均匀性并不完全完美(参见A.E.Delahoy等人的“低成本非晶硅生产的大量平行处理”)。此外，水平地放置基板在轮子上，轮子41(图4)上以及上支撑物42下方的区域将不会被涂布薄膜。因此造成失去太阳能电池某些面积，太阳能电池的效率也相对地降低。因此，应该有一方法使降低太阳能失去的面积达最小。

在单腔体技术，平面电极通常伴随13.56MHz的射频使用。可发现，此频率的使用在结晶硅膜覆盖中会造成问题，因为H₂仅可以离子化少数自由基(H₂自由基，H+)。这些H₂自由基在微晶硅的薄膜形成扮演重要角色，其可增强太阳能电池的效率。此外，通过加入更多能量以增加沉积速率不是一个好的方案，因为增加能量将影薄响膜的品质，因其在薄膜的中产生缺陷。对于商业生产而言，增加薄膜形成时间亦是不切实际的。

因此，使用超过13.56MHz的较高频率是增加微晶硅膜或增加沉积速率的一种方案。通常频率使用范围是定义在甚高频(VHF)的30MHz-100MHz。在甚高频下，SiH₄与H₂可以很容易地离子化而无需高能量。因此，薄膜就会有好品质与较少缺陷。然而，铝或不锈钢制成的平面电极在VHF使用，将导致电极上散播的电磁波不一致。当频率增加时，电极的阻抗将相对增加，因此电磁波将不一致。因此，整个基板上薄膜的均匀性变差，厚度也不相等。此外，信号极是连接到底平板电极的中央边缘，且以信号线连接到腔体前(图5)。这造成使用长信号线连接到VHF源。因为长信号线的使用亦已增加阻抗，传输到电极的能量会损耗。有必要设计VHF相容的新电极以及帮助信号平均地散布整个极板。假如整个基板是平均地涂布薄膜，太阳能电池将是高性能与高成本效益的。研究者已发展一种新电极在丛集科技中伴随VHF使用。此新电极可增加微晶硅膜形成的沉积速率。来自此电极的太阳能电池模块已经增加效率到8％。因此，我们使用新电极于低成本与高性能太阳能电池制造机构。

发明内容

本发明的一方面在于提供一种低成本与高性能的太阳能电池制造机构，其包含真空腔体，电极与箱载体等。

研究者已发明新电极解决当平电极用于VHF(30MHz-100MHz)时会发生的问题。新电极不同于旧平板电极是在于它是有很多孔洞(图6)的平电极。孔洞的直径61相等，且孔洞之间的距离62亦相等。信号极固定在极板63前缘的中央。这将减短连接到VHF产生器64的信号线距离。因此，到达电极的能量损失将减少并且改善它的工作效率。

孔洞状的电极阻抗将因为所需的频率而改变。因此电磁波将彻底地散布在所有电极。因此，在极板上电极与接地之间的电场将会均等。也因此薄膜也有良好均匀性。在同样尺寸面积的能量比较，显示出孔洞状电极比起一般平板电极会得到更多能量。因此，孔洞状电极比起一般平电极消耗更少能量。

箱载体是设计来解决损耗太阳能电池面积的问题。因为薄膜是垂直地涂布在基板(图7)，所以不同于旧箱载体。相较于水平涂布的基板，可发现其具有较小区域未被涂布薄膜。这些区域包含在轮子81上方以及上支撑物82下方的区域。新箱载体是铝腔体。在里面，有很多平行的平板电极垂直竖立。平板电极置放于连接到腔体墙壁的平金属板，并且作用为统的接地。基板然后连接到腔体内每一电极与接地。

根据本发明的一个方面，提供一种与VHF频率产生器作用的太阳能电池制造机构，包含真空腔体、箱载体以及电极，其特征在于基板上非晶硅膜及微晶硅膜的涂布是垂直地进行，孔洞状电极与VHF产生器的合力作用以及电极前缘中央内安装信号极。

附图说明

图1与射频(RF13.56MHz)共同作用，并且具有平板电极的太阳能电池制造机构；

图2平板电极；

图3以水平涂布薄膜的太阳能电池制造机构；

图4水平涂布的薄膜；

图5信号极连接在底平板电极的中央边缘，并且连接到VHF产生器；

图6固定在电极前缘中央的孔洞状电极与其信号极；

图7垂直涂布薄膜的基板与太阳能电池制造机构；

图8垂直涂布基板的薄膜；以及

图9具有与VHF(30MHz-100MHz)作用的孔洞状电极的太阳能制造机构。

图式元件符号说明

1电极 2接地 3基板 4频率产生器

具体实施方式

低成本与高性能太阳能电池制造机构包含以下组件。

1.真空腔体

腔体本身是以不锈钢304制造，焊接成箱形，其尺寸是1700mm×1200mm×1000mm。腔体连接到真空泵以维持压力在1×10^-6Torr。有两个开口提供箱载体进出。外部有4个加热器在每一边提供加热基板。在一侧，有一个开口供连接真空泵。

2.电极

一种新式设计的电极，称为孔洞状电极，其相容于VHF产生器，是很多孔洞贯穿的平坦铝制成。这些洞有同样的直径并且他们之间有同样的距离。在钻完洞之后，需要以砂纸磨平以移除金属屑。这会帮助基板紧固地连接到电极。

高性能太阳能电池制造机构(图9)需要与VHF作用。为了帮助连接VHF产生器以及减少信号线长度，信号极也需要固定在电极之前缘中央。因此，使用短信号线将降低转移到电极的能量损失。孔洞状电极91将放置在作为接地的平板92之间。VHF产生器94可同时涂布薄膜到4块基板。

3.箱载体

箱载体设计为矩形盒子，可以垂直置放许多电极与接地。因此，基板将被垂直地涂布薄膜。箱载体是由铝制成，其尺寸为1480mm×903mm×813mm。其前端是开放式以供基板进出。气体箱是连接在箱载体之后方，其为具有孔洞的不锈钢箱子，用于散布气体到箱载体，也用于混合涂布薄膜时所用的气体。箱载体的顶部与底部的开口可打开与闭合，以让空气流进流出。只有当基板加热时才将其打开。在箱载体中，有很多平行的孔洞状电极垂直竖立。这些电极置立于同样尺寸的平板之间。这些平板连接到箱子的墙壁，并且作为系统的接地。基板被放置以接触箱子内每一电极与接地。在电极与接地的底部有很多小轮子支撑且帮助插入基板。

建议

孔洞状电极应以铝制成。所有孔洞的直径相等。且为了易于定义阻抗，孔洞间的距离应该相等。在钻洞之后，以砂纸磨平以去除钻洞产生的金属屑。电极应该直立，所以将覆膜的基板可以紧固地连接。此外，信号极应该紧固地接到电极之前缘，所以信号可以有效地传输。箱载体中的每一电极与接地应该安装在相等距离，所以薄膜形成的厚度也会相等。小轮子用于支撑与防止基板掉落，其应该要足够强以紧固地支撑基板，并且可以自由地移除，所以基板可以易于插入。在实际安装之前所有设备应该以酒精清洁，以移除灰尘与油污。

气体箱应连接箱载体之后方。孔洞的直径应相等，所以出口气体会相等。因此，薄膜一致性会良好。在安装之前，所有设备都应清洁以防止被灰尘或金属屑堵塞。

Claims

1.一种与VHF产生器作用的太阳能电池制造机构，包含真空腔体、箱载体以及电极，其特征在于，基板上非晶硅膜及微晶硅膜的涂布是垂直地进行，所述电极是孔洞状电极，所述孔洞状电极与VHF产生器发生合力作用，并且，在电极前缘中央内安装信号极。

2.如权利要求1所述的制造机构，其中电极由平坦铝制成且有很多孔洞贯穿，孔洞的直径相等并且孔洞间的距离亦相等，信号极连接于电极前缘的中央。

3.如权利要求1所述的制造机构，其中箱载体由铝制成，在箱载体中有很多孔洞状电极垂直竖立，电极放在同样尺寸的平板之间，这些板连接到箱的墙壁并且作为接地，基板将装到箱内每一电极板及接地板。