CN102089885B - 太阳能电池单元的晶圆制造装置及使用该装置的晶圆制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供硅晶圆的密度较高的太阳能电池单元的晶圆制造装置及使用了该装置的晶圆制造方法，从而能够提高发电效率。本发明的太阳能电池单元的晶圆制造装置具备：模具，形成有与用于制造太阳能电池单元的晶圆形状对应的铸型；升降部件，可自由升降地设置于所述模具，当熔融的晶圆原料填充于所述铸型时，向上方提升所述晶圆原料；驱动器，使所述升降部件上升或下降；以及加压装置，对填充于所述铸型的晶圆原料进行加压，使得所述熔融的晶圆原料在固化的过程中被挤压从而密度增大。由此，能够使太阳能电池单元的制造成本最小化，并能够提高发电效率，因此能够显著降低太阳光发电设施的普及费用。

Description

太阳能电池单元的晶圆制造装置及使用该装置的晶圆制造方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池的晶圆制造装置及使用了该装置的晶圆制造方法，具体而言，涉及硅晶圆密度较高的太阳能电池单元的晶圆制造装置及使用了该装置的晶圆制造方法，从而能够提高发电效率。
背景技术
通常，太阳能电池基于基板材料可分为晶体硅太阳能电池、无定形(非晶)硅太阳能电池和化合物半导体太阳能电池。此外，晶体硅太阳能电池可分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池。
对于太阳能电池而言，转换效率是其最重要的特性。在太阳能电池中，化合物半导体太阳能电池具有较高的转换效率，其转换效率接近25％。但是，对于化合物半导体太阳能电池而言，成为其材料的化合物半导体难以制造，因而在太阳能电池基板的制造成本方面，通常在普及上存在问题，其用途受到限定。
此外，这里“转换效率”是表示“被太阳能电池转换为电能的能量相对于入射至太阳能电池的光能的比例”的值，是指以百分比(％)所表示的值(也称为光电转换效率)。转换效率仅次于化合物半导体太阳能电池的是单晶硅太阳能电池，由于其发电效率约为20％，具有接近化合物半导体太阳能电池的转换效率，且太阳能电池基板也能够较容易地筹备，因此成为通常所主要普及的太阳能电池。
此外，多晶硅太阳能电池和无定形(非晶)硅太阳能电池等虽然其转换效率为约5％～约15％而没有达到上述2种太阳能电池的水平，但由于太阳能电池基板材料的制造成本较低廉，基于这一点，也得到了实际应用。
接着，对普通的单晶硅太阳能电池单元的制造方法进行简单说明。
首先，为了得到作为太阳能电池单元的基板的硅晶圆，通过提拉法(CZ法，Czochralski method)或悬浮区熔法(FZ法，Floating zonemethod)制造圆柱形的单晶硅坯料。
然后，将该坯料切片，加工成厚度约为300μm的晶圆，通过药液对晶圆表面进行腐蚀以除去表面上的加工变形，由此能够得到作为太阳能电池单元的晶圆(基板)。
对该晶圆实施杂质(掺杂剂)扩散处理从而在晶圆的单侧形成pn接合面，之后，在两面安装电极，最后在太阳光的入射侧表面粘附用于降低由光的反射引起的光能损失的防反射膜，由此完成太阳能电池单元。
但是，如上所述，用于制造现有的太阳能电池单元的晶圆的制备过程经由制备圆柱形的单晶硅坯料、再将其切断及加工的过程，因此存在作业工时增加的问题。
而且，太阳能电池的发电效率受硅的密度及纯度所左右，但在现有的方法中，晶圆密度的提高存在限度，因此存在难以增大太阳光发电效率的问题。
发明内容
本发明是为解决上述现有技术的问题而提出，其目的在于通过用模具对用于制备太阳能电池单元的硅晶圆进行挤压成型，从而减少制备工时、提高硅的密度，由此，提供制备费用低廉、发电效率高的太阳能电池单元的制造方法。
本发明的太阳能电池单元的晶圆制造装置，具备：模具，形成有与用于制造太阳能电池单元的晶圆形状对应的铸型；升降部件，可自由升降地设置于所述模具，当熔融的晶圆原料填充于所述铸型时，向上方提升所述晶圆原料；驱动器，使所述升降部件上升或下降；以及加压装置，对所述铸型中填充的晶圆原料进行加压，使得所述熔融的晶圆原料在固化的过程中被挤压使密度增大。
优选：所述驱动器被形成为能够调节所述升降部件的升降高度；在所述模具中设置加热器，从而能够易于通过所述加压装置对所述铸型中填充并固化的晶圆原料进行加压。并且优选：所述加压装置由加压辊构成，所述加压辊沿形成有所述铸型的所述模具的上表面旋转运动，并对通过所述升降部件进行升降的晶圆原料进行加压。
本发明的太阳能电池单元的晶圆制造方法，包括：熔融原料形成步骤，为形成晶圆而使晶圆原料熔融；填充步骤，将所述熔融的晶圆原料填充在具有与晶圆形状相对应的铸型的模具中；以及加压加工步骤，一边使所述模具中填充的熔融的晶圆原料固化一边通过加压装置进行加压。
优选的是，所述加压加工步骤包括：升降过程，通过可自由升降地设置于所述模具的升降部件以及使该升降部件在上下方向移动的驱动器将所述铸型中填充并固化的晶圆原料向上方提升预定长度；以及加压过程，利用所述加压装置向下对通过所述升降部件突出到所述模具的上部的晶圆原料进行加压，从而提高晶圆的密度。
如上所述，本发明的太阳能电池单元的晶圆制造装置及使用了该装置的晶圆制造方法具有以下优点：由于使太阳能电池单元的制造成本最小化，提高发电效率，因而能够大幅度降低太阳光发电设施的普及费用。
附图说明
图1是表示本发明的太阳能电池单元的晶圆制造装置的局部立体图。
图2是图1的太阳能电池单元的晶圆制造装置的剖面图。
图3是表示本发明的太阳能电池单元的晶圆制造方法的框图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的优选实施方式进行进一步详述。
参照图1及图2，本发明的太阳能电池单元的晶圆制造装置100(以下，称为“晶圆制造装置”)具备模具10、升降部件20、驱动器30、加热器40及加压装置。
模具10在上表面形成有与太阳能电池单元的晶圆形状相对应的铸型12，本实施例的晶圆的剖面呈六角形，因此从模具10的上表面到下方形成有六角形的填充槽11，升降部件20可自由升降地设置于该填充槽11，由此形成被熔融的晶圆原料60填充的填充空间、即铸型12。
上述模具10的内部设有能够设置使升降部件20升降的驱动器30的设置空间。
升降部件20沿填充槽11自由升降地设置，伴随着驱动器30使升降部件20上升或下降，上述铸型12的深度将发生变化。
加热器40以与上述填充槽11邻接的方式设置于模具10，是用于防止晶圆原料60过快固化的装置，从而使得在铸型12填充有熔融的晶圆原料60时易于进行晶圆原料60的加压。
在晶圆原料60被填充至铸型12后，为使晶圆原料60在固化的过程中密度增加，通过后述的加压装置进行加压，但在晶圆原料60固化后通过加压装置进行加压并不容易，加压中可能发生破损，因此通过加热器40进行加热，使得在通过加压装置进行加压前晶圆原料60不完全固化。
加热器40对冷却速度进行调节以使晶圆原料60的冷却速度变为0.5～1.2℃/分钟，如果晶圆原料60的冷却速度低于0.5℃/分钟，则晶圆原料60冷却至晶圆所需要的时间大幅延缓、生产性降低，如果冷却速度高于1.2℃/分钟，则冷却速度过快，晶圆60在完全加压前固化结束，因而不具有所要求的密度。
加压装置是用于对晶圆原料60进行加压、从而提高所制造的晶圆的密度的装置，在本实施例中使用加压辊50作为加压装置。
加压辊50以沿模具10的上表面旋转并前进的方式设置，在铸型12中填充有熔融的晶圆原料60后经过预定时间，驱动器30使升降部件20上升预定高度，从而使晶圆原料60在模具10的上部突出。
加压辊50一边沿模具10的上表面前进一边对突出的晶圆原料60进行加压，晶圆原料60被加压辊50挤压以使其与模具10的上表面处于相同的高度，由此晶圆的密度增高。
在本实施例中使用加压辊50作为加压装置，与此不同，也可以在上述铸型12的上部设置可升降的加压活塞，由此，加压活塞能够与上述升降部件20一起在铸型12的内部对晶圆原料60进行加压。
而且，虽没有在附图中示出，但上述升降部件20还具备密封部件，用于防止熔融的晶圆原料60泄露到升降部件20的下方。
此外，在本实施例中，使用了普通太阳能电池单元所主要使用的硅作为晶圆原料60，但对于晶圆原料60而言，只要能够通过其他加热在熔融状态下填充至铸型12，那么可以使用其他能够适用于太阳能电池单元的基板的多种材料。
将本发明的太阳能电池单元的晶圆制造方法示于图3，参照图1至图3如下对晶圆制造方法进行说明。
①熔融原料形成步骤
首先，加热用于制造太阳能电池单元的晶圆的原料，形成熔融的晶圆原料60。
在本步骤中，只要使晶圆原料熔融从而能够填充至模具10的铸型12即可，也可以添加用于使晶圆的功能性提高的其他的附加材料。
②填充步骤
如果准备好熔融的晶圆材料，则将该晶圆原料填充至铸型12。
最初，在填充熔融的晶圆原料60时，使升降部件20下降，使铸型12的深度比想要制备的晶圆厚度更深，之后，将熔融的晶圆填充至铸型12。
③加压加工步骤
将熔融的晶圆原料60填充至铸型后，经过预定时间，对晶圆原料60进行加压使晶圆的密度增加，加压加工步骤可再分为升降过程和加压过程。
驱动器30使升降部件20上升，由此，冷却速度被加热器40减慢的晶圆原料60的上端突出到上方预定高度，加压辊50沿模具10的上部移动并向下方对突出的晶圆原料50进行加压，晶圆原料60被升降的升降部件20和加压辊50挤压，密度增大。
之后，再次使升降部件20上升从而使晶圆原料60突出，重复通过加压辊50进行加压的一系列的循环使晶圆的密度逐渐增加，并进行挤压以使晶圆的厚度满足设定厚度。
在铸型12的内部逐渐对晶圆进行挤压，由此，晶圆一边维持铸型12的形状一边其密度持续地增大，再通过对如上制备的晶圆实施杂质的扩散处理、pn接合面的形成以及防反射膜的附着等后续工序来制备太阳能电池单元。
虽没有在本实施例中进行介绍，但在经由上述加压加工步骤制备的晶圆在加工过程中存在厚度不均、或形成向边缘部突出的突出部分的情况下，可以进一步实施用于保持厚度均匀、除去突出部分的研磨工序。而且，通过研磨工序进行加工使晶圆的表面粗糙度维持在一定水平，能够防止发电效率的降低。
工业可利用性
本发明的太阳能电池单元的晶圆制造装置及使用了该装置的晶圆制造方法能够广泛利用于太阳能发电模块的制造。

Claims (4)

1.太阳能电池单元的晶圆制造装置，其特征在于，具备：
模具，形成有与用于制造太阳能电池单元的晶圆形状相对应的铸型；
升降部件，可自由升降地设置于所述模具，当熔融的晶圆原料被填充于所述铸型时，向上方提升所述晶圆原料；
驱动器，使所述升降部件上升或下降；以及
加压装置，对填充于所述铸型的晶圆原料进行加压，使得所述熔融的晶圆原料在固化的过程中被挤压从而密度增大。
2.如权利要求1所述的太阳能电池单元的晶圆制造装置，其特征在于，所述加压装置由加压辊构成，所述加压辊沿形成有所述铸型的所述模具的上表面旋转运动，并对通过所述升降部件提升的晶圆原料进行加压。
3.太阳能电池单元的晶圆制造方法，其特征在于，包括：
熔融原料形成步骤，为形成晶圆而使晶圆原料熔融；
填充步骤，将所述熔融的晶圆原料填充在具有与晶圆形状相对应的铸型的模具中；以及
加压加工步骤，一边使所述模具中填充的熔融的晶圆原料固化，一边通过加压装置进行加压。
4.如权利要求3所述的太阳能电池单元的晶圆制造方法，其特征在于，所述加压加工步骤包括：
升降过程，通过可自由升降地设置在所述模具中的升降部件以及使该升降部件沿上下方向移动的驱动器将所述铸型中填充并固化的晶圆原料向上方提升预定长度；以及
加压过程，利用所述加压装置向下对通过所述升降部件突出到所述模具的上部的晶圆原料进行加压从而提高晶圆的密度。
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