CN102084459A - 利用等离子内侧气相沉积的多结硅薄膜太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
用于制造硅薄膜太阳能电池模块的等离子内侧气相沉积装置包括:支撑衬底的构件,衬底具有外表面和内表面;位置靠近内表面用于在衬底内表面上沉积至少一个薄膜层的等离子炬构件,等离子炬构件位于距离衬底一定距离处;和用以供应反应物化学物质到等离子炬构件的构件,其中所述至少一个薄膜层形成硅薄膜太阳能电池模块。
Description
相关申请交叉引用
本申请为要求2006年4月14日提交的美国临时专利申请60/791883和2006年6月22日提交的60/815575的权益的2007年4月13日提交的在先美国专利申请11/783969的部分继续申请。这些申请的全文在此通过引用结合进来。
技术领域
本发明涉及气相沉积装置,更具体地涉及用于制备硅薄膜太阳能电池模块和面板的气相沉积装置和方法。
问题
随着油价持续增长和其它能源保持有限,还仍然存在不断增长的来自于燃烧化石燃料的排放物造成的全球变暖的压力。需要发现和使用替代能源,如太阳能,因为它无费用且不会产生二氧化碳气体。为此,许多国家正增加他们在安全可靠的长期电力源尤其是“绿色”或“清洁”能源方面的投资。然而,尽管太阳能电池(也称为光伏电池或模块)已经开发了多年,但仍具有非常有限的使用,因为制造这些电池或模块的成本仍很高,难以与化石燃料产生的能源竞争。
目前,单晶硅太阳能电池具有最好的能量转换效率,但它也具有最高的制造成本。可替换地,薄膜硅尽管不具有与单晶电池一样高的效率,但它生产起来便宜得多。因此,它具有用于低成本光伏发电的潜力。其它类型薄膜材料如铜铟镓联硒化物(“CIGS”)也表现出有前景的结果,其效率接近单晶硅,然而成本更低,但仍未低到足以与化石燃料有效竞争。
制造昂贵的部分原因在于这些方法的沉积速率低并且耗时。例如,在高浓度氢气存在时硅烷等离子辉光放电形成所需硅层的典型工艺获得大约20A/s或0.12微米/分钟的沉积速率。再例如,形成高质量i型硅层的典型等离子化学气相沉积(“CVD”)方法获得大约15A/s或0.09微米/分钟的报道沉积速率。还例如,使用碘蒸气作为传输介质沉积多晶硅的典型化学气相传输(“CVD”)方法获得达到大约3微米/分钟的膜生长速率。报道的等离子增强化学气相沉积(“PECVD”)的最佳沉积速率为大约5A/s。
类似于硅太阳能电池技术,已使用不同技术进行制造CIGS型太阳能电池的努力。在一种尝试中,在使用各种前体结构的二步法中制造CIGS型太阳能电池,其被称为硒化技术。已经尝试来改进所述硒化技术。在一种这样尝试中,利用带有输送器系统的磁控溅射技术制备薄膜的二步法是已知的。在另一种尝试中,使用气相再结晶过程制备CIGS膜。再结晶过程用作该过程的第二个步骤,其取代现有技术中教导的硒化过程。在还一种尝试中,使用在溶液中的电化学沉积然后是物理气相沉积来制备CIGS膜。这种技术产生总体转换效率为13.6%的CIGS型太阳能电池。
除了有效制造上述类型的太阳能电池的努力外,还花费了其它努力来有效制造其它类型的太阳能电池,如多结太阳能电池。这些类型的太阳能电池具有不同材料的多层构造。不同材料具有不同能带隙,它们将吸收太阳能的各种波长。因此,这些类型的太阳能电池覆盖较宽的太阳光谱并可提高太阳能电池的效率。已花费了一些努力来有效生产这些类型的太阳能电池。在一种这类努力中,利用无定形硅和铜铟联硒化物(“CIS”)和它们的合金制造多结太阳能电池。然而,这种制造方法非常复杂,并且需要不同种类的设备,因而生产这些类型的太阳能电池很昂贵。生产CIS或CIGS层的一些例子包括利用溶液生长、溅射或蒸发来沉积这些层。另外,利用增强等离子化学气相沉积来沉积硅层。
此外,除了慢的沉积速率外,太阳能电池制造中存在的另一个缓慢的工艺步骤涉及掺入p型和n型掺杂剂形成半导体材料的p-n结。这个步骤正常情况下在已经沉积薄膜层后在极其缓慢扩散炉中完成,从而进一步减缓了有效生产太阳能电池的整个过程。
另外,对于制造CIGS薄膜的过程,过程通常使用二步或更多步。过程附加步骤的目的是沉积或调整这些元素以获得CIGS薄膜的所需或最佳组成比和相结构。在第一个步骤中,各种技术已被用于构建所需的膜厚度,并且浓度比相对接近设计值。这些步骤的组合抑制了制造CIGS薄膜的有效生产过程。
另外,已考虑了多结太阳能电池。例如,J. Yang等在第一届World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (1994)做了题为“Progress in Triple-Junction Amorphous Silicon-Based Alloy Solar Cells and Modules Using Hydrogen Dilution”的报告。最近,X. Deng在第31届IEEE Photovoltaic Specialist Conference (2005)上也报道了三结光伏电池结构,题目为“Optimization of a SiGe-based triple, tandem and single-junction solar cells”。为了沉积这些半导体薄膜层,Deng 使用了电容性耦合等离子增强化学气相沉积(“PEVCD”)工艺,其中完成的系统还包括用于背反射的磁控溅射单元和透明导电金属氧化物(“TCO”)层。这种系统由四个PECVD室、四个溅射室和一个加载互锁室(load-lock)组成。其可不破坏真空制造沉积管4”x4”三结太阳能电池。
与尝试解决这些问题相关的信息可在以下专利中找到:1997年7月8日授权给Li等的US5646050;1999年8月24日授权给Li等的US5942049;2000年8月8日授权给Nishimoto的US6100466;2001年4月10日授权给Madan等的US6214706;2001年8月28日授权给Wang等的US6281098;1992年8月25日授权给Chen等的US5141564;1989年1月17日授权给Ermer等的US4798660;1990年4月10日授权给Pollock等的US4915745;2000年4月11日授权给Kushiya等的US6048442;2001年7月10日授权给Morel等的US6258620;2003年2月11日授权给Beck等的US6518086;1991年9月3日授权给Eberspacker等的US5045409;1994年10月18日授权给Tuttle等的US5356839;1995年8月15日授权给Noufi等的US5441897;1995年7月25日授权给Albin等的US5436204;1998年3月24日授权给Bhattacharya等的US5730852;1998年9月8日授权给Bhattacharya等的US5804054;1999年2月16日授权给Bhattacharya等的US5871630;1999年11月2日授权给Bhattacharya等的US5976614;2000年9月19日授权给Arya等的US6121541;2002年4月9日授权给Arya的US6368892;1976年11月23日授权给Milnes等的US3993533;1990年1月2日授权给Ovshinsky的US4891074;1993年7月27日授权给Guha等的US5231048;2003年9月2日授权给Husher的US6613974;和2003年12月30日授权给Kibbel等的US6670544。
解决方案
通过本申请中公开的制备多结硅薄膜太阳能电池模块和面板的等离子内侧气相沉积装置和方法(“制备太阳能电池模块和面板的装置”)解决了上述问题并实现了技术进步。该新装置提供了明显较高的沉积速率,从而导致低得多的制造成本。用于制造太阳能电池模块和面板的装置提供了在衬底上的薄膜层沉积,衬底可为旋转管状部件或由旋转管状部件支撑。
用于制造太阳能电池模块和面板的装置提供了在管状部件的内壁上沉积薄膜,其自动为反应物和产物提供隔离环境以在管状部件的内壁上形成薄膜。用于制造太阳能电池模块和面板的装置提供比现有设计更简单的用于制造太阳能电池模块和面板的排气系统。用于制造太阳能电池模块和面板的装置使用感应耦合等离子炬制造薄膜太阳能电池模块和面板。除了它的更高沉积速率外,用于制造太阳能电池模块和面板的装置还提供高的沉积材料纯度、更好的组成和结构控制、层厚度均匀性、不受限制的不同类型薄膜层的组合和更简单的设备设计。
本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置不需要四个不同的PECVD室来沉积所有半导体层。如本文所述,本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置可重复多次一些需要的沉积步骤。
另外,本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置提供了比制造太阳能电池的常规间歇型方法高的沉积速率。本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置在沉积在沉积管上的材料类型方面也非常灵活,因为容易改变被供应到等离子火焰的反应物化学物质。而且,可容易地控制每个层的厚度,从而提供了沉积这些薄膜层的易控手段。
在一种实施方案中,本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置包括:支撑衬底的构件,衬底具有外表面和内表面;位置靠近内表面用于在衬底内表面上沉积至少一个薄膜层的等离子炬构件,等离子炬构件位于距离衬底一定距离处;和供应反应物化学物质到等离子炬构件的构件,其中所述至少一个薄膜层形成硅薄膜太阳能电池模块。
在另一种实施方案中,本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置包括制造硅薄膜太阳能电池模块的方法,包括:支撑衬底,衬底具有外表面和内表面;提供包含线圈的高频感应耦合等离子炬,所述感应耦合等离子炬经选择以可沿衬底内表面的表面区域定位;将基本由惰性气体组成的等离子气体引入到高频感应耦合等离子炬中以在线圈内形成等离子;注入至少一种反应物化学物质到高频感应耦合等离子炬内;和在衬底内表面上沉积至少一个薄膜层,其中所述至少一个薄层构成硅薄膜太阳能电池模块。
附图简述
下面通过结合本文通过引用结合进来的附图来详细描述本发明的示例性实施方案。
图1图示了根据本发明一种实施方案的用于制造太阳能电池模块和面板的等离子沉积装置的横截面图;
图2图示了根据本发明另一种实施方案的用于制造太阳能电池模块和面板的等离子沉积装置的横截面图;
图3图示了根据本发明另一种实施方案的用于制造太阳能电池模块和面板的等离子沉积装置的横截面图;
图4图示了根据本发明一种实施方案的三结光伏电池的结构叠层的正视图;
图5图示了根据本发明一种实施方案的三维太阳能面板的透视图;
图6A图示了根据本发明一种实施方案的半圆形太阳能面板的透视图;
图6B图示了根据本发明一种实施方案的图6A的半圆形太阳能面板的横截面图;
图7图示了根据本发明一种实施方案的制造太阳能电池的方法的流程图;
图8图示了根据本发明另一种实施方案的制造太阳能电池的另一种方法的流程图;和
图9图示了根据本发明另一种实施方案的制造太阳能电池面板的方法的流程图。
附图详述
参考附图和示意图,描述了为属于光纤设计和制造领域的技术人员提供实施要求保护的装置和方法所需信息的实施例。具体实施例的使用仅仅是用于帮助理解所述和所要求保护的装置和方法。但是,本领域技术人员能容易地确定在附属的权利要求范围内的进一步变化、示例和替代硬件实施和布置。
图1图示了安装有工件或沉积管4的等离子沉积装置2的实施方案,其中工件或沉积管4可为衬底,并由管或可成为太阳能电池、太阳能模块和/或太阳能面板一部分的管支撑。沉积装置2包括支撑可移动平台8的车床或夹盘架,平台8通过平台平移驱动装置(未示出)可在垂直方向“A”上移动。安装在可移动平台8上的为第一可旋转卡盘或头架5,和第二可旋转卡盘或尾架6。头架5和尾架6包括用于固定沉积管4并使其绕沉积管纵轴旋转的一对锭子14。卡盘5和6的一个或二个可彼此独立地在垂直A方向上移动,以允许安装和卸下沉积管4。在一个方面中,为了操作和安全目的,沉积装置2可定位在沉积室(未示出)内部。
等离子气体进料器喷嘴16可由组合支撑和等离子气体输送管18支撑在沉积管4内部。等离子气体进料器喷嘴16应基本位于沉积管4中心并具有连接到其上的旋转气体连接器20。等离子气体进料器喷嘴16和沉积管4之间的示例性间隙为大约1mm。在一个方面中,组合支撑和等离子气体输送管18的材料和构造必须能承受等离子气体进料器喷嘴16的重量和工作温度条件。当阅读本说明书时,这类构造和材料的选择为光纤制造领域的技术人员可容易作出的设计选择。示例性材料为石英和不锈钢。其它示例性材料包括钛和高温合金,如Ni、Cr、Fe和其它金属的INCONEL以及等价物。
感应线圈22被支撑环绕沉积管4的外部。常规类型的射频(“RF”)等离子能量源例如80卡瓦(“kW”)的能量源连接到感应线圈22上。能够理解到发生器的功率可在20kW至80kW的范围内变化,取决于沉积管4的直径。例如,对于具有64mm外径的管,典型的功率范围可在30至40kW之间。感应线圈22和等离子气体进料器喷嘴16被支撑以优选在图1所示排列中保持固定。在另一种实施方案中,可使用微波等离子作为诱导化学反应的能量源。
利用所述组合支撑和输送管18,将干等离子气体或等离子形成性气体24从沉积管4的顶端通过旋转连接器20输送到等离子气体进料器喷嘴16内,所述干等离子气体或等离子形成性气体24的例子包括Ar、H2、He、Kr或它们的混合物,优选总水分含量小于10ppb OH。反应物化学物质和/或载气(都或独立地用26表示)可通过管28从沉积管4的底侧被供入。在一个方面中,当反应物化学物质为气体或气相时,不需要使用载气。为了阻止从沉积管4底侧的水分扩散,可优选与管28一起使用另一个旋转连接器(未示出)。
通过在感应线圈22通电期间引入等离子气体24到等离子气体进料器喷嘴16内产生等离子或等离子火焰30。等离子气体进料器喷嘴16和等离子火焰30可形成或作为感应耦合等离子炬42的一部分或全部。在一个例子中,感应耦合等离子炬42可进一步由二个石英管构成:外石英管(未示出)和较短的内石英管(未示出),它们可被连接到不锈钢室(未示出)。另外,如本文进一步所述,可通过光纤束或镜子布置将激光器光44引导、传输和/或反射到管内部用于在沉积的薄膜材料上划线。激光器44可通过电力线48被连接到电源46上,这在本领域中是公知的。
优选保持管28相对于组合支撑和输送管18不动,从而等离子气体进料器喷嘴16的下端16A和管28的上端28A之间的距离“DV”被保持在固定距离。等离子气体进料器喷嘴16的下边缘16A和石英玻璃管的上部固定边缘28A之间的示例性距离可为大约200mm。在一个方面中,距离DV可随等离子气体24和反应物化学物质26的不同的流速而不同。
来自端口的反应物化学物质/载气进料26被从管28底部输入并与等离子气体24逆向流动。新沉积的薄膜材料可形成在等离子气体进料器喷嘴16的上侧上。应理解到,当沉积管4向上移动以及当管28相对于垂直方向A向下移动时,沉积装置2可在两个方向上沉积薄膜材料。
排气32从沉积管4的上端除去副产物气体以及这些未沉积的烟灰颗粒。典型地,沉积管4内部的压力将被保持在大约一个大气压(“Atm”)。但是,沉积过程可在从0.1至1.0Atm的范围内进行。用于实施执行排气32功能的装置的商业设备(未示出)可从各种供应商得到,并由本发明相关普通技术人员容易地选择。
在一种实施方案中,通过平台8在垂直方向上的反复循环进行沉积,每次循环都沉积薄膜。平台移动速度的示例性范围为大约1米到20米每分钟(“m/min”)。对于每次通过,可部分地依据层厚度选择速度。例如,速度越高越大,沉积的薄膜层就越薄。在一个方面中,可沿管的长度布置二个或多个具有小喷嘴的管40,其可注射温度受控的液体或气体到沉积管4的外壁上。这可保持沉积管4的所需沉积温度。
如图1中所示,载气26和反应物化学物质26从管28供入,它们与来自组合支撑和等离子气体输送管18的等离子气体24逆向流动,从而新沉积的薄膜材料将形成在等离子气体进料器喷嘴16的上侧上。应认识到,相对于垂直方向A,当管4向上移动时和当沉积管4向下移动时,沉积装置2都可沉积薄膜材料。可以在没有管28的情况下供应反应物化学物质26,但管28的使用典型是优选的,这通常会为化学反应实现更稳定和更好控制的条件。另外,等离子气体24可从沉积装置2顶部供入,反应物化学物质26可从沉积装置2底部供入。而且,等离子气体24可从沉积装置2底部供入,反应物化学物质26可从沉积装置2顶部供入,尤其当反应物化学物质26可为固体形式时。
在一种实施方案中,可在沉积管4的同一端将反应物化学物质26和等离子气体24引入到沉积管4内。图2图示了在水平位置上取向的沉积装置2的实施方案。在这种实施方案中,反应物化学物质26和等离子气体24从沉积管4的同一端被供应到沉积管4内。图3图示了沉积装置2也在水平位置上取向的实施方案。在这种实施方案中,可通过沉积管4的中心供应等离子气体24,而反应物化学物质26更靠近沉积管4的内壁被供应到沉积装置2。
在一个方面中,沉积管4的一定长度可产生相应的太阳能面板面积。例如,具有大约150cm长度和大约30cm直径的沉积管4可产生具有大约94cm乘以150cm的面积的衬底面板。另外,例如,还可以使具有更大或更小长度和直径的沉积管4产生具有所需面积的太阳能电池、衬底、模块和/或面板。
等离子形成性气体或等离子气体24可为具有低活化能并且可具有化学惰性特性从而不会形成氧化物或氮化物的气体。一些示例性气体包括氩气和氢气。对于沉积装置2,还可使用等离子形成性气体或等离子气体24的混合物。例如,当优选还原性环境时,可优选使用与氢气混合的氩气。
反应物化学物质26可为包含制造太阳能电池、模块、和面板等所需要的元素(一种或多种)的化学元素或化合物。反应物化学物质26可为所需的形式,例如气体、蒸气、气溶胶和/或小颗粒。或者,可在大气压下或真空条件下在惰性气氛如氩气中在合适的位置处将半导体材料如纯硅的粉末(如纳米颗粒粉末)引入到等离子气体进料器喷嘴16和/或感应耦合等离子炬42内。
通过在等离子气体进料器喷嘴16和/或感应耦合等离子炬42存在时的反应物化学物质26的反应产生产生薄膜材料的反应产物。感应耦合等离子炬42优选使用惰性等离子气体以形成等离子,其中在反应物化学物质26和感应耦合等离子炬42之间发生反应以在沉积管4内部沉积薄膜材料或反应产物。一些示例性反应物化学物质26包括硅烷、氢气、甲烷、二硼烷、三甲基硼烷、膦和它们的混合物。反应物化学物质26可包括或为其它物质形式,如气体、蒸气、气溶胶、小颗粒或粉末。
反应产物的薄膜材料优选为单一元素、化合物、或元素或化合物的混合物,并包括元素和化合物如铜、铟、镓、硒、硅、本征I型层、p型掺杂硅层和N型掺杂硅。在一种实施方案中,薄膜材料为太阳能电池中存在的铜铟镓联硒化物(“CIGS”)层。
典型的太阳能电池可具有P-I-N或N-I-P层结构。此外,可用下面的化学物质形成用于硅太阳能电池的各个层。对于本征硅(I-型层),硅烷(“SiH4”)、三氯硅烷(“TCS” SiHCl3)和/或四氯化硅(“STC”;SiCl4)可为用于这些硅层的材料。另外,还可添加氢气(“H2”)到制造所需Si:H I型层的气流中。对于P型掺杂硅,例如,可使用SiH4、H2和/或B2H6气体混合物或SiH4、H2和三甲基硼B(CH3)3气体混合物。对于N型掺杂硅,例如,可使用SiH4和PH3气体混合物或SiH4、H2和PH3气体混合物。当沉积包含锗的层时,可优选使用氢化锗(GeH4)作为反应物化学物质26。另外,可优选使用四氯化锗(GeCl4)或四氟化锗(GeF4)作为反应物化学物质26。
此外,可向硅-锗合金中添加碳以释放硅-锗和硅的层之间的应变,它还可以改变合金的带隙。碳可被加入到硅-锗混合物中允许三元硅-锗-碳的形成,其中一个碳原子补偿大约十个锗原子的应变。这种合金可允许在减少缺陷数目的同时生长厚度和锗浓度增加的层。一些示例性含碳化合物包括CH3SiH3和/或CH4。如本文所述,本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置不需要增加额外的室或辅助设备来制造三元合金;它仅仅需要与反应物化学物质26进料一起添加这些要被供应到等离子火焰30的化合物。
沉积管4可为石英玻璃管、玻璃管支撑的高温聚酰亚胺膜或由适合太阳能电池应用的非金属材料制成的任何管。
在一个方面中,使用的反应物化学物质26可购自商业供应商。此外,可获得商业化学物质输送系统输送所需的元素、化合物或化合物的混合物到沉积装置2。例如,Applied Materials或iCon Dynamics公司可为“齐全(turnkey)”系统的来源。另外,还可以用各个的控制部件构建定制系统。对于气相反应物化学物质26,沉积装置2可使用质量流量控制器来调节气态反应物化学物质。对于液相状态的反应物化学物质26,沉积装置2可使用载气传输反应物化学物质26的气相或使用闪蒸器在注入到感应耦合等离子炬42前制备反应物化学物质26。
通常,较大面积的光伏电池比较小面积的光伏电池能收集更多的太阳能能量并更好地将更多光能转换成电力。尽管如此,为了更好利用产生的能量,优选将大的电池分割成小的电池,并在各个太阳能电池之间产生合适的互连,以形成具有所需输出特性如开路电压(“Voc”)、短路电流(“Isc”)和占空因数(“FF”)的模块或面板,占空因数(“FF”)被定义为在最大功率点处产生的最大功率除以Isc和Voc的积。为了将太阳能电池转变成太阳能模块,装置可包括能使相邻太阳能电池的前和后直接串联互连而不需要在电池之间进一步焊接连接的激光刻划序列。有二种在太阳能模块上形成这些互连的常用方法。
一种方法使用利用激光器44的刻划工艺,其在沉积或形成每个独立的层之后刻划,而另一种方法在沉积或形成全部层之后刻划。后一方法包括在沉积全部层后对它们刻划,是可在从沉积转鼓中取出完全沉积的沉积管4之后使用的方法。沉积管4可安装在激光刻划系统上,如本领域中通常所知的那样。一些示例性的系统由U.S. Laser Corp.和Synova/Manz Automation单位制造。
前一方法包括在沉积每个薄膜层之后刻划。这种方法可以不需要从沉积装置2中取出沉积管4,而是恰好在沉积每个薄膜层之后进行刻划过程。优选地,可使用具有输送高功率激光能的光纤束和聚焦光学器件的激光器系统。纤维束的端部可被安装在靠近等离子气体进料器喷嘴16的管内部并指向沉积薄膜位于的沉积管4的内壁。激光器44和它的电源46可被定位在沉积室或沉积装置2的外面。当沉积管4的旋转运动停止时,则头架5和尾架6的来回运动可划出平行于沉积管4纵轴的线。当来回运动停止时,则沉积管4的旋转运动将划出垂直于沉积管4纵轴的线。利用针对每个线的合适分度,可容易地形成设计好的模块图案。一种示例性激光器系统由Newport Corporation或Coherent Corporation制造。另外,可使用用于划出互连网格和单元的纤维激光器系统来形成太阳能电池模块。
典型的太阳能面板是平的,在二维尺寸上通常为矩形。本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置还包括三维太阳能面板,不用额外步骤来形成它们。例如,一旦所有薄膜层被沉积在沉积管4上,就可穿过沉积管4的纵轴来横向或垂直地切割沉积管4以产生三维太阳能模块。此外,这些三维太阳能模块可被安装在典型的平面矩形面板上产生沿图5所示太阳能面板的段,图5图示了本发明的圆形三维太阳能面板的示例性实施方案500。太阳能面板500可包括上面有多个510太阳能电池504的面板衬底502。通过在如506所示长度上垂直切割沉积管4产生太阳能电池504。在全部薄膜层被沉积到沉积管4上后,将沉积管4切割成这些太阳能电池504。这些太阳能电池504可通过具有集成到面板衬底502内的连接器或线或通过其它手段来电学互连。如所示,太阳能面板500的太阳能能量吸收区域大于其它常规矩形平面太阳能电池面板。
当太阳在太阳能面板500上移动时,太阳能面板504不需要被倾斜或以其它方式移动面板跟随太阳。这是因为日光冲击太阳能电池504内壁或表面508上的吸收层,将光转变成电能。从太阳能电池504的内壁508反射的光射线可被吸收在太阳能电池504内壁508的其它部分上,其然后被转变成电能。通过本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置生产的太阳能面板500增加了太阳能面板500的吸收面积并有效捕获和吸收反射光线和太阳能能量。
图6A为本发明的半圆形太阳能面板的示例性实施方案600。本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置还可产生具有半圆形面板设计的太阳能面板。在这种实施方案中,通过沿纵轴或中心轴切割沉积管4并安装并排的半圆形太阳能电池604到面板衬底602上产生太阳能面板600。由于半圆形沉积管604的形状比常规平面太阳能面板具有更多可用表面积,因此太阳能面板600吸收比常规平面太阳能面板更多的光。另外,从常规平面太阳能面板表面反射出来的所有光都丢失。相反,太阳能面板600的太阳能电池604的形状将光反射朝着其半圆形形状的中心。这种反射的光可被在太阳能电池604每一个的焦点(圆中心)处的太阳能电池608捕获。尽管显示了仅仅一个太阳能电池608,但任意数量的太阳能电池604可包括位于半圆形焦点处的太阳能电池608。另外,不是具有位于太阳能电池604焦点处的太阳能电池608,可使用热管或包含用于吸收反射光的热量的流体的其它管道。
图6B为接近太阳能电池608的半圆形沉积管604的示例性实施方案,其显示了来自太阳的日光光线踪迹610被反射离开半圆形沉积管604的内表面612。在这种实施方案中,太阳离半圆形沉积管604和太阳能电池608很远,从而入射光光线踪迹610可以在接触半圆形沉积管604的内表面612时基本平行。太阳能量(日光)将发射接触半圆形沉积管604的内表面612的光,其可被朝着太阳能电池608反射回去。在这种实施方案中,一部分太阳能量被太阳能面板600的半圆形沉积管604吸收,一部分太阳能量被太阳能电池608吸收。由于半圆形沉积管604的形状,反射的光被引向或聚焦在太阳能电池608上。如本文所讨论的,优选放置和/或定位太阳能电池608使得它处于来自太阳的反射光光线踪迹610的焦点处。在一个方面中,太阳能电池608可为包含用于吸收反射光的热量的流体的吸热管。
除了本发明的沉积装置2的上述方面和实施方案以外,本发明还包括制造太阳能电池模块和面板的方法。图7图示了一种这类方法的实施方案700的流程图。在这种实施方案中,制造在玻璃衬底上的N-I-P型薄膜硅光伏电池。在步骤702中,洗涤玻璃管衬底的表面,清洁,并优选干燥。在一个方面中,其它材料可用于沉积管4,如高温聚合物膜。在步骤704中,通过沉积装置2将薄的钼层沉积到沉积管4的内表面或内壁上。这个步骤可通过沉积装置2或通过用于制造太阳能电池模块和面板的单独的仪器、机器或沉积装置来实现。可使用非金属管作为沉积管4的支撑体,并且薄膜可被安装在沉积管4的内表面或壁上。
在步骤706中,将衬底或沉积管4装载在沉积装置2上。这个步骤可进一步包括连接等离子气体24和反应物化学物质26到等离子气体进料器喷嘴16和旋转气体连接器20。在步骤708中,通过加热/冷却单元(未示出)控制沉积装置2和/或沉积管4的温度。示例性温度为例如大约350℃。可依据本领域技术人员使用其它温度。在一个方面中,压力可为基本大气压,温度范围可为从约150℃至约350℃。
在步骤710中,操作排气系统。在一个方面中,排气系统的主要功能是除去副产物气体和未沉积的反应产物。还需要被平衡使得压力优选保持在接近大气压。在步骤712中,可在相对于沉积管4在初始位置处定位或放置感应耦合等离子炬42。在一个方面中,感应耦合等离子炬42可被放置在沉积管4的一端或另一端。这个步骤可进一步包括相对于感应耦合等离子炬42旋转沉积管4。在另一个方面中,可相对于沉积管4旋转感应耦合等离子炬42。这个步骤进一步包括点燃感应耦合等离子炬42的等离子火焰30。这个步骤还可进一步包括稳定等离子火焰30和注入反应物化学物质26到等离子火焰30内。此外,然后可相对于沉积管4移动或来回移动感应耦合等离子炬42,从而在等离子火焰30存在下由反应物化学物质26得到薄的反应产物层。这个步骤还可包括相对于沉积装置2来回移动头架5和尾架6,从而沿沉积管4的内表面沉积薄膜材料。
在步骤714中,在沉积管4的内表面上沉积第一薄膜材料层。在一种实施方案中,第一薄膜材料层可为N型掺杂硅,此时反应物化学物质26可为SiCl4、H2和PH3。头架5和尾架6可使沉积管4上下或来回移动,从而在沉积管4的内表面上沉积所需厚度的薄材料层。除了头架5和尾架6的旋转速度和来回移动速度外,还可通过控制反应物化学物质26的流速来控制这种过程。SiCl4可用作硅的反应物源。另外,硅源还可为例如SiHCl3、SiH4和/或SiF4。还可使用化合物的混合物作为硅源。在一个方面中,第一薄膜材料层的厚度优选在例如0.1微米-0.5微米。
在步骤716中,在沉积管4的内表面上沉积第二薄膜材料层。在一种实施方案中,第二薄膜材料层可为通过停止PH3流和增加H2供应到等离子火焰30产生的I型硅。头架5和尾架6可使沉积管4前后来回移动直到所需厚度的I型硅沉积在沉积管4上。在一个方面中,第二薄膜材料层的厚度优选在例如1微米-5微米。更优选地,厚度可在1微米-2微米。
在步骤718中,可在沉积管4的内表面上沉积第三薄膜材料层。在一种实施方案中,第三薄膜材料层可为P型掺杂硅材料。可降低或减少到等离子火焰30的H2供应,并添加B2H6到反应物化学物质26的混合物中。头架5和尾架6可持续使沉积管4来回移动,直到沉积所需厚度的P型材料。在一个方面中,第三薄膜材料层的厚度优选在例如0.3微米-0.8微米。
在沉积步骤结束时,可停止反应物化学物质26,并关闭等离子火焰30。而且,还可停止旋转和来回移动功能。然后可从沉积装置2中取出沉积管4。在步骤720中,可在沉积管4上沉积透明导电金属氧化物(“TCO”)层作为顶电极。这个步骤可包括在本领域技术人员熟知的真空蒸发处理室中沉积TCO。TCO材料可为单一氧化物或氧化物的混合物,包括铟、锡或锌的氧化物。这个过程产生光伏电池,其然后可被进一步加工成本文进一步描述的光伏模块或面板,并被组装成光伏系统。
图8图示了制造多结光伏太阳能电池的方法的实施方案800的流程图。在步骤802中,洗涤衬底如玻璃管的表面,清洁,并优选干燥。在一个方面中,其它材料可用于沉积管4,如高温聚合物膜。非金属管可用作沉积管4的支撑体,薄膜可被安装在沉积管4的内表面或壁上。在步骤804中,通过沉积装置2将薄的钼层沉积到沉积管4的内表面或内壁上。这个步骤可通过沉积装置2或通过用于制造太阳能电池模块和面板的单独的仪器、机器或沉积装置来实现。
在步骤806中,将衬底或沉积管4装载在沉积装置2上。这个步骤可进一步包括连接等离子气体24和反应物化学物质26到等离子气体进料器喷嘴16和旋转气体连接器20。在步骤808中,通过加热/冷却单元(未示出)控制沉积装置2和/或沉积管4的温度。示例性温度为例如大约350℃。可依据本领域技术人员使用其它温度。在一个方面中,压力可为基本大气压,温度范围可为从约150℃至约400℃。更优选地,温度可为约150℃至约350℃。
在步骤810中,操作排气系统。在步骤812中,可在相对于沉积管4的初始位置处定位或放置感应耦合等离子炬42。在一个方面中,排气系统的主要功能是除去副产物气体和未沉积的反应产物。还需要被平衡使得压力优选保持在接近大气压。在一个方面中,感应耦合等离子炬42可被放置在沉积管4的一端或另一端。这个步骤可进一步包括相对于感应耦合等离子炬42旋转沉积管4。在另一个方面中,可相对于沉积管4旋转感应耦合等离子炬42。这个步骤进一步包括点燃感应耦合等离子炬42的等离子火焰30。这个步骤还可进一步包括稳定等离子火焰30和注入反应物化学物质26到等离子火焰30内。此外,然后可相对于沉积管4移动或来回移动感应耦合等离子炬42,从而在等离子火焰30存在下由反应物化学物质26得到薄的反应产物层。这个步骤还可包括相对于沉积装置2来回移动头架5和尾架6,从而沿沉积管4的内表面沉积薄膜材料。
在步骤814中,在沉积管4的内表面上沉积第一薄膜材料层。在一种实施方案中,第一薄膜材料层可为N型掺杂硅,此时反应物化学物质26可为SiCl4、H2和PH3。头架5和尾架6可使沉积管4上下或来回移动,从而在沉积管4的内表面上沉积所需厚度的薄材料层。除了头架5和尾架6的旋转速度和来回移动速度外,还可通过控制反应物化学物质26的流速来控制这种过程。SiCl4可用作硅的反应物源。另外,硅源还可为例如SiHCl3、SiH4和/或SiF4。还可使用化合物的混合物作为硅源。在一个方面中,第一薄膜材料层的厚度优选例如0.2微米-0.5微米。
在步骤816中,在沉积管4的内表面上沉积第二薄膜材料层。在一种实施方案中,第二薄膜材料层可为通过增加H2供应到等离子火焰30产生的I型硅-锗材料。优选地,锗的浓度高于硅的浓度。在另一个方面中,可使用其它含锗化合物。例如,带隙为大约1.4ev的层中,锗化硅(SiGe)中锗的百分比可为约40%至约50%。在沉积这个层期间,可关闭PH3的供应。另外,GeH4和H2的浓度可被引入到等离子火焰30中。头架5和尾架6可使沉积管4前后来回移动直到所需厚度的I型硅沉积在沉积管4上。在一个方面中,第二薄膜材料层的厚度优选例如1.5微米-5微米。
在步骤818中,可在沉积管4的内表面上沉积第三薄膜材料层。在一种实施方案中,第三薄膜材料层可为P型掺杂硅材料。可降低或减少到等离子火焰30的H2供应,并关闭GeH4供应和添加B2H6到反应物化学物质26的混合物中。头架5和尾架6可持续使沉积管4来回移动,直到沉积所需厚度的P型材料。在一个方面中,第三薄膜材料层的厚度优选例如0.2微米-0.8微米。步骤814-818产生多结光伏太阳能电池中的第一太阳能电池。
在步骤820中,在沉积管4上产生第二太阳能电池的第一层。在这个步骤中,对于沉积管4内表面上的第二太阳能电池,沉积第一薄膜材料层。在一种实施方案中,第一薄膜材料层可为N型掺杂硅,此时反应物化学物质26可为SiCl4、H2和PH3。另外,前面的B2H6供应将被关闭,PH3将被供应到等离子火焰30。头架5和尾架6可使沉积管4上下或来回移动,从而在沉积管4的内表面上沉积所需厚度的薄材料层。除了头架5和尾架6的旋转速度和来回移动速度外,还可通过控制反应物化学物质26的流速来控制这种过程。在一个方面中,薄膜材料层的厚度优选例如0.2微米-0.5微米。
在步骤822中,在沉积管4的内表面上沉积用于第二太阳能电池的第二薄膜材料层。在一种实施方案中,第二薄膜材料层可为通过添加GeH4供给而产生的I型硅-锗,但小于在上面步骤816中的添加的量。优选地,锗的浓度低于硅的浓度。在沉积这种层期间可关闭PH3的供应。另外,一定浓度的GeH4和H2可被引入到等离子火焰30内。头架5和尾架6可使沉积管4前后来回移动直到所需厚度的I型硅沉积在沉积管4上。在一个方面中,第二薄膜材料层的厚度优选是例如1mm-3mm。更优选地,第二薄膜材料层的厚度是1mm-1.5mm。在一个方面中,锗化硅(SiGe)中锗的浓度为约10%至约20%。另外,氢的浓度可影响这个层的带隙。在另一个方面中,较高的氢浓度可能需要SiGe化合物中更多的锗来获得所需的1.6ev带隙。
在步骤824中,可在沉积管4的内表面上沉积用于第二太阳能电池的第三薄膜材料层。在一种实施方案中,第三薄膜材料层可为P型掺杂硅材料。可降低或减少到等离子火焰30的H2供应,并关闭GeH4供应,和可以添加B2H6到供应到等离子火焰30的反应物化学物质26的混合物中。头架5和尾架6可持续使沉积管4来回移动,直到沉积所需厚度的P型材料。在一个方面中,第三薄膜材料层的厚度优选为例如0.2微米-0.8微米。步骤820-824产生多结光伏太阳能电池中的第二太阳能电池。
在步骤826中,在沉积管4上产生第三太阳能电池的第一层。在这个步骤中,在沉积管4的内表面上为第三太阳能电池沉积第一薄膜材料层。在一种实施方案中,第一薄膜材料层可为N型掺杂硅,此时反应物化学物质26可为SiCl4、H2和PH3。另外,前面的B2H6供应可被关闭,PH3可被供应到等离子火焰30。头架5和尾架6可使沉积管4上下或来回移动,从而在沉积管4的内表面上沉积所需厚度的薄材料层。除了头架5和尾架6的旋转速度和来回移动速度外,还可通过控制反应物化学物质26的流速来控制这种过程。在一个方面中,这一薄膜材料的厚度优选是例如0.2微米-0.5微米。
在步骤828中,在沉积管4的内表面上沉积用于第三太阳能电池的第二薄膜材料层。在一种实施方案中,第二薄膜材料层可为通过停止PH3流动和增加H2供应到等离子火焰30产生的I型硅材料。头架5和尾架6可使沉积管4前后来回移动直到所需厚度的I型硅沉积在沉积管4上。在一个方面中,这种薄膜材料层的厚度优选是例如0.8微米-1.0微米,但其可为大约2微米厚。
在步骤830中,可在沉积管4的内表面上沉积用于第三太阳能电池的第三薄膜材料层。在一种实施方案中,第三薄膜材料层可为P型掺杂硅材料。可降低或减少到等离子火焰30的H2供应,并可添加B2H6到供应到等离子火焰30的反应物化学物质26的混合物中。头架5和尾架6可持续使沉积管4来回移动,直到沉积所需厚度的P型材料。在一个方面中,这一薄膜材料层的厚度优选是例如0.2微米-0.5微米。步骤826-830产生多结光伏太阳能电池中的第三太阳能电池。总之,步骤802-830产生成形的三结光伏太阳能电池。在沉积步骤结束时,可停止反应物化学物质26和关闭等离子火焰30。另外,还可停止旋转和来回移动功能。然后从沉积装置2中取出沉积管4。
在步骤832中,可在沉积管4上沉积透明导电金属氧化物(“TCO”)层作为顶电极。这个步骤可包括在本领域技术人员熟知的真空蒸发处理室中沉积TCO。TCO材料可为单一氧化物或氧化物的混合物,包括铟、锡或锌的氧化物。这个过程产生三结光伏太阳能电池,其然后可被进一步加工成本文进一步描述的光伏模块或面板,并被组装成光伏系统。
本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置不需要将靶或衬底来回地从一个室移动到另一个室以沉积不同组成的层。如本文所述,本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置优选仅仅改变不同化学物质到等离子火焰30的供应。这不仅减少了处理时间,而且还具有允许使用者在需要时不用增加更多的室就能构建多结电池的优点。此外,本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置具有产生不同尺寸的能力来沉积薄膜;本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置允许容易地改变在沉积过程中使用的沉积管4的长度和/或直径。例如,本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置可用于在尺寸为大约94cm x 150cm的沉积管4上沉积那些薄膜层,所述尺寸是现有技术中报道的面积的大约二个数量级大。
图9图示了制造太阳能面板的方法的实施方案900的流程图。在步骤902中,如本文所述,将薄膜层沉积在沉积管4上。在步骤904中,如本文所述,在沉积管4中刻划出太阳能电池互连。在步骤906中,如本文所述,形成太阳能电池模块或其被切割成部分。在步骤908中,然后将太阳能电池模块固定或附着到面板衬底上。
单晶硅可具有约1.1电子伏特(ev)的能带间隙(Eg)。当制造硅薄膜光伏电池时,由于添加氢到作为吸收层的硅中,因此带隙变成约1.8ev,其远离太阳光谱的峰值(1.5ev)。为了更好利用峰值带处的太阳能能量吸收,可能需要降低带隙或增加太阳能电池吸收层的波长。
在一种实施方案中,本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置包括使用可以具有带隙不同的类似晶体结构的不同材料。例如,硅和锗具有类似的晶体结构,但具有不同的带隙。另外,由于可以改变硅和锗的混合比,所以也可改变带隙。当使用二者的混合物作为光伏电池上的吸收层时,它们可经构造以吸收来自太阳光谱不同波长区域的光子能。本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置包括制造具有多个串联的硅和硅-锗合金薄膜层的太阳能电池,这种太阳能电池可允许更多的太阳能能量被吸收,从而提高了光伏电池的效率。由于硅和锗晶体结构上的类似性,因而对层之间的失配关注较少。
此外,由于硅和锗物理性质的类似性,可以制造覆盖更宽太阳能光谱范围和提高电池效率的多结太阳能电池。例如,图4图示了根据本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置的实施方案的多结光伏太阳能电池的不同层的叠层关系。提及上述实施方案时,来自太阳的一些光可以穿过太阳能电池的能量吸收层,而另外的光被吸收在太阳能电池的能量吸收层中。在一个方面中,为了与被吸收的相同数量能量相匹配,对于第一或底部吸收层,层厚度可变得更厚。
尽管已描述了目前认为是本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置的优选实施方案,但应认识到,在不脱离本发明精神或本质特性的情况下,本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置可以以其它具体方式体现。例如,在不脱离本发明的用于制造太阳能电池模块和面板的装置的精神或本质特性的情况下,可使用不同于本文所述那些的其它等离子炬或不同的沉积模块组合。因此,本文的实施方案在所有方面都被认为是示例性而不是限制性的。本发明的范围由所附的权利要求而不是前面的描述来指示。
Claims (29)
1.用于制造硅薄膜太阳能电池模块的等离子内侧气相沉积装置,包括:
用于支撑衬底的构件,所述衬底具有外表面和内表面;
位置靠近所述内表面用于在所述衬底的所述内表面上沉积至少一个薄膜层的等离子炬构件,所述等离子炬构件位于距离所述衬底一定距离处;和
用于供应反应物化学物质到所述等离子炬构件的构件,其中所述至少一个薄膜层形成所述硅薄膜太阳能电池模块。
2.权利要求1的用于制造硅薄膜太阳能电池模块的等离子内侧气相沉积装置,其中所述用于支撑的构件包括:
可移动平台,用于使所述衬底沿其纵轴相对于所述等离子炬构件移动。
3.权利要求1的用于制造硅薄膜太阳能电池模块的等离子内侧气相沉积装置,其中所述用于支撑的构件还包括:
至少一个可旋转卡盘,用于使所述衬底绕其纵轴相对于所述等离子炬构件旋转。
4.权利要求1的用于制造硅薄膜太阳能电池模块的等离子内侧气相沉积装置,还包括:
位置靠近所述内表面的刻划器,用于在所述至少一个薄膜层中刻划互连来产生所述硅薄膜太阳能电池模块。
5.权利要求4的用于制造硅薄膜太阳能电池模块的等离子内侧气相沉积装置,其中所述刻划器为激光器。
6.权利要求4的用于制造硅薄膜太阳能电池模块的等离子内侧气相沉积装置,还包括:
位置靠近所述外表面的至少一个注入喷嘴,用于注入液体和气体中的一种来控制所述衬底的温度。
7.权利要求4的用于制造硅薄膜太阳能电池模块的等离子内侧气相沉积装置,其中所述装置沿着基本垂直位置取向。
8.权利要求4的用于制造硅薄膜太阳能电池模块的等离子内侧气相沉积装置,其中所述装置沿着基本水平位置取向。
9.权利要求1的用于制造硅薄膜太阳能电池模块的等离子内侧气相沉积装置,其中所述等离子炬构件为感应耦合等离子炬。
10.制造硅薄膜太阳能电池模块的方法,包括:
支撑衬底,所述衬底具有外表面和内表面;
提供包含线圈的高频感应耦合等离子炬,所述感应耦合等离子炬经选择可沿所述衬底的所述内表面的表面区域定位;
将等离子气体引入到所述高频感应耦合等离子炬中以在所述线圈内形成等离子;
注入至少一种反应物化学物质到所述高频感应耦合等离子炬;和
在所述衬底的所述内表面上沉积至少一个薄膜层,其中所述至少一个薄膜层构成所述硅薄膜太阳能电池模块。
11.权利要求10的制造硅薄膜太阳能电池模块的方法,其中所述沉积至少一个薄膜层还包括:
使所述衬底沿其纵轴相对于所述高频感应耦合等离子炬前后来回移动。
12.权利要求10的制造硅薄膜太阳能电池模块的方法,其中所述沉积至少一个薄膜层还包括:
使所述衬底绕其纵轴相对于所述高频感应耦合等离子炬旋转。
13.权利要求10的制造硅薄膜太阳能电池模块的方法,其中所述沉积至少一个薄膜层还包括:
刻划所述至少一个薄膜层用于在所述硅薄膜太阳能电池模块之间产生互连。
14.权利要求10的制造硅薄膜太阳能电池模块的方法,还包括:
在所述外表面上注射液体和气体中的一种来控制所述衬底的温度。
15.权利要求10的制造硅薄膜太阳能电池模块的方法,还包括:
在沉积所述至少一个薄膜层之前在所述内表面上沉积薄的钼层。
16.权利要求10的制造硅薄膜太阳能电池模块的方法,其中所述沉积至少一个薄膜层还包括:
在所述衬底的所述内表面上沉积n型掺杂硅层。
17.权利要求10的制造硅薄膜太阳能电池模块的方法,其中所述沉积至少一个薄膜层还包括:
在所述衬底的所述内表面上沉积i型掺杂硅层。
18.权利要求10的制造硅薄膜太阳能电池模块的方法,其中所述沉积至少一个薄膜层还包括:
在所述衬底的所述内表面上沉积p型掺杂硅层。
19.权利要求10的制造硅薄膜太阳能电池模块的方法,其中所述至少一种反应物化学物质选自由SiCl4、SiH4、SiHCl3、SiF4、含硅化合物、PH3、B2H6、GeH4、GeCl4、GeF4和含锗化合物组成的组。
20.权利要求10的制造硅薄膜太阳能电池模块的方法,其中所述反应物化学物质为选自由气体、蒸气、气溶胶、小颗粒和粉末组成的组的形式。
21.权利要求10的制造硅薄膜太阳能电池模块的方法,其中所述沉积至少一个薄膜层还包括:
在沉积所述至少一个薄膜层之后在所述衬底的所述内表面上沉积透明导电金属氧化物薄膜层。
22.权利要求21的制造硅薄膜太阳能电池模块的方法,其中所述透明导电金属氧化物为选自由铟、锡和锌组成的组中的氧化物。
23.权利要求10的制造硅薄膜太阳能电池模块的方法,其中所述等离子气体选自由氦气、氖气、氩气、氢气和其混合物组成的组。
24.权利要求10的制造硅薄膜太阳能电池模块的方法,其中所述硅薄膜太阳能电池模块选自由p-i-n和n-i-p型层状结构组成的组。
25.权利要求10的制造硅薄膜太阳能电池模块的方法,还包括:
切割所述太阳能电池模块成将被安装在衬底上用于生产太阳能电池面板的更小部分。
26.硅薄膜光伏面板,包括:
硅薄膜太阳能电池模块的多个位置彼此相邻的凹圆柱形部分;和
在硅薄膜太阳能电池模块的所述多个凹圆柱形部分之间用于导电的互连。
27.权利要求26的硅薄膜光伏面板,其中所述硅薄膜太阳能电池模块选自由p-i-n和n-i-p型层状结构组成的组。
28.硅薄膜光伏面板,包括:
硅薄膜太阳能电池模块的多个位置彼此相邻的盘形部分;和
在硅薄膜太阳能电池模块的所述多个盘形部分之间用于导电的互连。
29.权利要求28的硅薄膜光伏面板,其中所述硅薄膜太阳能电池模块选自由p-i-n和n-i-p型层状结构组成的组。
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US20080210290A1 (en) * | 2006-04-14 | 2008-09-04 | Dau Wu | Plasma inside vapor deposition apparatus and method for making multi-junction silicon thin film solar cell modules and panels |
EP2144026B1 (de) * | 2008-06-20 | 2016-04-13 | Volker Probst | Prozessvorrichtung und verfahren zum prozessieren von gestapelten prozessgütern |
DE102008033939A1 (de) | 2008-07-18 | 2010-01-21 | Innovent E.V. | Verfahren zur Beschichtung |
JP5863457B2 (ja) * | 2008-11-28 | 2016-02-16 | プロブスト、フォルカー | 平坦基板にセレン、硫黄元素処理で半導体層と被覆基板を製造する方法 |
JP2010171388A (ja) * | 2008-12-25 | 2010-08-05 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 基板処理装置及び半導体装置の製造方法及び基板処理用反応管 |
CN102388680B (zh) * | 2009-02-05 | 2015-07-08 | 苏舍美特科公司 | 等离子体涂覆设备和基材表面的涂覆或处理方法 |
NL1037164C2 (nl) * | 2009-07-30 | 2011-02-02 | Draka Comteq Bv | Werkwijze voor het vervaardigen van een primaire voorvorm voor optische vezels. |
NL1037163C2 (nl) * | 2009-07-30 | 2011-02-02 | Draka Comteq Bv | Werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van een primaire voorvorm voor optische vezels. |
ES2357931B1 (es) | 2009-09-23 | 2012-03-12 | Abengoa Solar Solar New Technologies S.A. | Módulo solar fotovoltaico de alta concentración. |
CN102612756A (zh) * | 2010-03-18 | 2012-07-25 | 富士电机株式会社 | 薄膜太阳能电池和其制造方法 |
ITPN20110027A1 (it) * | 2011-04-21 | 2012-10-22 | Microtecnologie Srl | Collettore solare modulare a concentrazione dei raggi solari mediante doppia riflessione per la conversione di energia solare in energia termica. |
ITPN20110025A1 (it) * | 2011-04-21 | 2012-10-22 | Microtecnologie Srl | Collettore solare modulare con dispositivo a doppia captazione di energia solare e conseguente preferita sua trasformazione in energia fotovoltaica. |
ITPN20110026A1 (it) * | 2011-04-21 | 2012-10-22 | Microtecnologie Srl | Collettore solare modulare a concentrazione dei raggi solari mediante doppia riflessione per la conversione di energia solare in energia termo-fotovoltaica. |
US9130093B2 (en) * | 2011-08-31 | 2015-09-08 | Alta Devices, Inc. | Method and apparatus for assembling photovoltaic cells |
US8836016B2 (en) * | 2012-03-08 | 2014-09-16 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Semiconductor structures and methods with high mobility and high energy bandgap materials |
DE102015201523A1 (de) * | 2014-09-18 | 2016-03-24 | Plasmatreat Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Innenbehandlung, insbesondere zur Innenbeschichtung eines Rohres |
RU2644627C2 (ru) * | 2016-02-24 | 2018-02-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Способ изготовления полупроводниковой структуры |
RU2654819C1 (ru) * | 2017-04-26 | 2018-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Способ изготовления полупроводниковых структур |
RU2698491C1 (ru) * | 2019-03-06 | 2019-08-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чеченский государственный университет" | Способ изготовления преобразователя солнечной энергии с высоким КПД |
CN116387411A (zh) * | 2023-04-12 | 2023-07-04 | 苏州迈为科技股份有限公司 | 大面积双频异质结太阳能电池薄膜沉积方法和设备 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070169698A1 (en) * | 2003-08-01 | 2007-07-26 | Guskov Mikhail I | Ring plasma jet method and apparatus for making an optical fiber preform |
Family Cites Families (36)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3990914A (en) * | 1974-09-03 | 1976-11-09 | Sensor Technology, Inc. | Tubular solar cell |
US4095329A (en) * | 1975-12-05 | 1978-06-20 | Mobil Tyco Soalar Energy Corporation | Manufacture of semiconductor ribbon and solar cells |
US4123989A (en) * | 1977-09-12 | 1978-11-07 | Mobil Tyco Solar Energy Corp. | Manufacture of silicon on the inside of a tube |
US4321417A (en) * | 1978-06-30 | 1982-03-23 | Exxon Research & Engineering Co. | Solar cell modules |
DE3012252C2 (de) * | 1980-03-28 | 1982-09-23 | Hoechst Ag, 6000 Frankfurt | Verfahren zur Herstellung eines Schlauchs auf Basis von Cellulosehydrat mit einem Überzug auf der Innenseite sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Verwendung des Schlauchs |
DE3027450C2 (de) * | 1980-07-19 | 1982-06-03 | Standard Elektrik Lorenz Ag, 7000 Stuttgart | Verfahren zur Innenbeschichtung eines Glas-Substratrohres für die Herstellung eines Glasfaser-Lichtleiters |
US4370186A (en) * | 1980-12-19 | 1983-01-25 | Nadia Nicoll, Societe A Responsabilite Limitee | Method for manufacturing a metal-plastics composite tube and apparatus for carrying out said method |
US4956685A (en) * | 1984-12-21 | 1990-09-11 | Licentia Patent-Verwaltungs Gmbh | Thin film solar cell having a concave n-i-p structure |
IL74787A (en) * | 1985-04-02 | 1988-12-30 | Univ Ramot | Method of depositing heat-reflecting coatings on tube and apparatus useful in such method |
US5156978A (en) * | 1988-11-15 | 1992-10-20 | Mobil Solar Energy Corporation | Method of fabricating solar cells |
JP3161661B2 (ja) * | 1993-01-08 | 2001-04-25 | 東海ゴム工業株式会社 | 積層構造ホースの製造方法 |
FR2714076B1 (fr) * | 1993-12-16 | 1996-03-15 | Europ Propulsion | Procédé de densification de substrats poreux par infiltration chimique en phase vapeur de carbure de silicium. |
RU2100477C1 (ru) * | 1994-10-18 | 1997-12-27 | Равель Газизович Шарафутдинов | Способ осаждения пленок гидрогенизированного кремния |
US5618591A (en) * | 1995-05-15 | 1997-04-08 | Fuse Co. | Method of coating an inside of a pipe or tube |
JPH09107119A (ja) * | 1995-10-11 | 1997-04-22 | Canon Inc | 太陽電池モジュール及び製造法 |
TW387152B (en) * | 1996-07-24 | 2000-04-11 | Tdk Corp | Solar battery and manufacturing method thereof |
US6253580B1 (en) * | 1997-12-19 | 2001-07-03 | Fibercore, Inc. | Method of making a tubular member for optical fiber production using plasma outside vapor deposition |
MXPA03002301A (es) * | 2000-09-19 | 2004-03-26 | Allied Tube & Conduit Corp | Tubo de proteccion contra incendios y metodos de fabricacion. |
JP2002206168A (ja) * | 2000-10-24 | 2002-07-26 | Canon Inc | シリコン系薄膜の形成方法、シリコン系半導体層の形成方法及び光起電力素子 |
US7057102B2 (en) * | 2000-11-10 | 2006-06-06 | Citizen Watch Co., Ltd. | Solar cell module and portable electronic apparatus with it |
DE10104615A1 (de) * | 2001-02-02 | 2002-08-14 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Erzeugung einer Funktionsbeschichtung mit einer HF-ICP-Plasmastrahlquelle |
US6397776B1 (en) * | 2001-06-11 | 2002-06-04 | General Electric Company | Apparatus for large area chemical vapor deposition using multiple expanding thermal plasma generators |
US7259321B2 (en) * | 2002-01-07 | 2007-08-21 | Bp Corporation North America Inc. | Method of manufacturing thin film photovoltaic modules |
US6916502B2 (en) * | 2002-02-11 | 2005-07-12 | Battelle Energy Alliance, Llc | Systems and methods for coating conduit interior surfaces utilizing a thermal spray gun with extension arm |
US6787194B2 (en) * | 2002-04-17 | 2004-09-07 | Science Applications International Corporation | Method and apparatus for pulsed detonation coating of internal surfaces of small diameter tubes and the like |
NL1022155C2 (nl) * | 2002-12-12 | 2004-06-22 | Otb Group Bv | Werkwijze, alsmede inrichting voor het behandelen van een oppervlak van ten minste één substraat. |
KR100521955B1 (ko) * | 2003-02-26 | 2005-10-14 | 엘에스전선 주식회사 | 프리히팅 과정을 포함하는 수정화학기상증착공법을 이용한 광섬유 프리폼의 제조방법 및 장치 |
US20050022561A1 (en) * | 2003-08-01 | 2005-02-03 | Guskov Michael I. | Ring plasma jet method and apparatus for making an optical fiber preform |
WO2005029591A1 (ja) * | 2003-09-23 | 2005-03-31 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | 一次元半導体基板、並びに、該一次元半導体基板を用いた素子、素子アレー、及びモジュール |
US20050098202A1 (en) * | 2003-11-10 | 2005-05-12 | Maltby Robert E.Jr. | Non-planar photocell |
US7608151B2 (en) * | 2005-03-07 | 2009-10-27 | Sub-One Technology, Inc. | Method and system for coating sections of internal surfaces |
WO2007011742A2 (en) * | 2005-07-14 | 2007-01-25 | Konarka Technologies, Inc. | Cigs photovoltaic cells |
JP2009530818A (ja) * | 2006-03-13 | 2009-08-27 | ナノグラム・コーポレイション | 薄シリコンまたはゲルマニウムシートおよび薄型シート製太陽電池 |
US7235736B1 (en) * | 2006-03-18 | 2007-06-26 | Solyndra, Inc. | Monolithic integration of cylindrical solar cells |
US20080210290A1 (en) * | 2006-04-14 | 2008-09-04 | Dau Wu | Plasma inside vapor deposition apparatus and method for making multi-junction silicon thin film solar cell modules and panels |
US20080029152A1 (en) * | 2006-08-04 | 2008-02-07 | Erel Milshtein | Laser scribing apparatus, systems, and methods |
-
2008
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2010
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20070169698A1 (en) * | 2003-08-01 | 2007-07-26 | Guskov Mikhail I | Ring plasma jet method and apparatus for making an optical fiber preform |
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