CN102105990B - 薄膜太阳能电池的制造装置和方法以及薄膜太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造增加膜特性均匀性的薄膜太阳能电池的装置。在输送衬底（S）从一个卷筒（R1）到另一个卷筒（R2）的过程中，在所述卷筒对（R1，R2）之间沿输送方向（D）区隔开的多个膜形成隔室（23A）中形成多个半导体层的层叠体的电能生成层（12）。在每个膜形成隔室（23A）中，在所述输送方向上，朝向所述衬底（S）布置多个扁平应用电极（32）。每个扁平应用电极（32）包括提供有VHF频带内的高频电源的电源端子（36）。当所述高频电源的波长由λ表示时，将所述扁平应用电极（32）的边缘与电源端子（36）之间在正交于所述输送方向的方向上的距离设置为比λ/4短。

Description

薄膜太阳能电池的制造装置和方法以及薄膜太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种由卷筒展开衬底在所述衬底上实行薄膜形成工艺来制造薄膜太阳能电池的装置，以及一种制造薄膜太阳能电池的方法。
背景技术
与堆积类型的硅太阳能电池相比，非晶硅（a-Si）太阳能电池极大地降低了硅原料的使用量。因此，非晶硅太阳能电池已非常值得注重，因为它们解决了原材料缺乏的问题。进一步而言，使用微晶硅膜（nc-Si）代替a-Si膜作为电能生成层的Si微晶薄膜太阳能电池是已知的一种薄膜太阳能电池。
一种已知的用于制造前面所描述的薄膜太阳能电池的方法是所谓的卷到卷（roll-to-roll）工艺（参考专利文献：日本特开平专利公布文本No.6-291349），在展开一卷衬底并将所述衬底卷绕到另一个卷筒上的同时，在移动的衬底上形成电能生成层。在另一种使用绕成卷筒的衬底的制造方法中，无论什么时候当衬底的膜形成区域被定位于膜形成隔室内时，令衬底暂停展开，以便在衬底上实行膜形成工艺。这是已知的所谓步进式卷工艺（参考专利文献：日本特开平专利公布文本No.11-288890）。大体而言，在大批量生产过程中，强烈要求缩减转换效率所需要的成本。因此，在制造过程中不停止衬底的展开，与周期性停止展开的步进式处理相比，可望实现更高产量的卷到卷处理。
发明内容
上面描述的所述薄膜太阳能电池的电能生成层包括p型、i型、n型等多个不同的叠加的半导体层。在卷到卷处理和步进式处理中，通过转动卷筒来使衬底移动，使其按顺序经过多个膜形成隔室，以形成半导体层。在这种情况下，对于膜形成速度缓慢的半导体层或者膜厚度较厚的半导体层而言，膜成形的时间必须根据缓慢的膜成形速度或者较厚的膜厚度来延长。在卷到卷处理或者步进式处理中，每个膜形成隔室内的衬底输送时机是同步的。因此，当有选择地延长单个半导体层的膜形成时间时，必须在所述输送方向上延长用于形成所述半导体层的膜形成隔室。
例如，在使用输送速度为0.3米/秒以形成具有20nm厚度的p层的装置时，所述膜形成隔室在输送方向上只需要3m（20/2×0.3）。相反，在使用同样的装置以同样的膜形成速度形成具有150nm厚度的i层时，所述膜形成隔室会在输送方向需要多达22.5m（150/2×0.3）。 
在加长如前所述的膜形成隔室时，也就是，在加长产生等离子的电极时，提供给所述电极的高频波的波长比所述电极的尺寸显著短。这样在所述电极上形成驻波。结果，这样的驻波会使所述电压分布有所偏移，难以获得均匀的等离子。这样会导致每个半导体层具有不均匀的膜特性。
因此，本发明的一个目的就是提供一种制造薄膜太阳能电池的装置，在由卷筒展开衬底时，在所述衬底上实行膜形成工艺，提高膜特性的均匀性；一种制造薄膜太阳能电池的方法；以及一种薄膜太阳能电池。
解决问题的手段
根据本发明的制造薄膜太阳能电池的装置包括一衬底输送单元，其具有设置在真空舱内的一对卷筒，其中转动所述卷筒对，将衬底从其中的一个卷筒输送给另一个卷筒。电能生成层形成单元具有在所述卷筒对之间沿所述衬底的输送方向区隔开的多个膜形成隔室。所述多个膜形成隔室中的每一个隔室在所述衬底上形成半导体层，以形成电能生成层，该电能生成层是多个半导体层的层叠体。所述多个膜形成隔室中的每一个隔室都包括沿着所述输送方向朝向所述衬底布置的多个扁平应用电极。所述多个扁平应用电极中的每一个电极都包括提供有VHF频带内的高频电源的电源供应端子。当所述高频电源的波长由λ所表示时，所述扁平应用电极的边缘与所述电源供应端子之间在正交于所述输送方向的方向上的距离比λ/4短。
在这种结构中，所述扁平应用电极的开放端（即所述边缘）和所述电源供应端子之间在所述输送方向正交的方向上（垂直方向）的距离比λ/4短。这减小了当给所述扁平应用电极提供高频电源时在所述扁平应用电极处在所述输送方向上的驻波的形成。在所述输送方向比所述垂直方向更容易形成驻波。但是，由在所述输送方向上的驻波所造成的偏移电压分布，即，在所述输送方向上偏移的膜形成速度，容易通过沿着所述输送方向输送所述衬底而被抵消掉。相应地，在每个膜形成隔室中，在所述输送方向上布置所述多个扁平应用电极改善了所述膜特性的均匀性，而不用考虑在输送方向上的长度。
另外，所述扁平应用电极具有包括多个椭圆形凹部的表面，膜形成部分开口在每个凹部的底部表面中，具有比所述凹部的短边小的宽度（即，具有比所述凹部的直径小的孔）。在这种情况下，膜形成气体从每个凹部中的所述膜形成气体供应部分的开口部分喷出。这样在高频率电极32的平面中均匀且稳定地生成高浓度的等离子，并且有效地分解膜形成气体。因而，膜特性的均匀性增加，使高速膜成形成为可能。
优选的是，在所述制造薄膜太阳能电池的装置中，所述扁平应用电极的边缘与所述电源端子之间在所述输送方向上的距离比λ/2短。
在这种结构中，在所述输送方向上在所述扁平应用电极处所形成的驻波会减小。
优选的是，在用于制造薄膜太阳能电池的装置中，所述扁平应用电极的边缘与所述电源端子之间在包含所述输送方向的所述扁平应用电极的平面中的距离比λ/4短。
在这个结构中，变得难以在所述扁平应用电极的整个平面处形成驻波。因此，在每个膜形成隔室内，除了所述扁平应用电极的输送方向之外，以更为安全的方式在与所述输送方向正交的方向抑制住由驻波所造成的偏移电压分布。在对绕在卷筒上的衬底实行膜形成工艺时，这进一步提高了膜特征的均匀性。
优选的是，在所述制造薄膜太阳能电池的装置中，所述衬底输送单元包括相邻的第一和第二卷筒对，其每一对即是所述卷筒对。所述电能生成层形成单元包括由所述第一和第二卷筒对共同分享的膜形成隔室。所述共同分享的膜形成隔室包括与所述多个扁平应用电极一起将所述衬底夹在中间的扁平接地电极。所述多个扁平应用电极或者所述平的接地电极被设置在通过所述第一和第二卷筒对来输送的一对衬底之间，并由所述两个衬底来分享。
在这个结构中，所述扁平应用电极或者所述扁平接地电极在两个衬底上实行膜形成工艺。这样在提高所述薄膜太阳能电池的产量方面简化了所述制造装置的结构。
优选的是，在所述制造薄膜太阳能电池的装置中，在所述卷筒对之间的所述多个膜形成隔室由气帘进行区隔，所述衬底输送单元连续转动所述卷筒对，直到在其中一个卷筒上的衬底缠绕到另一个卷筒上。
在这种结构中，在所述卷筒对之间的间隔以非接触的方式区隔开。从而，可以连续实行所述膜形成工艺，而不停止衬底的展开。
优选的是，所述制造薄膜太阳能电池的装置进一步包括朝向所述多个扁平应用电极的单片接地电极，并且由所述多个扁平应用电极共同分享，所述多个扁平应用电极在所述输送方向彼此相邻。
在这个结构中，所述扁平接地电极是由所述多个扁平应用电极共同分享的。因此，可以提供进一步简化的装置。
优选的是，在所述制造薄膜太阳能电池的装置中，所述多个膜形成隔室中的每一个隔室包括沿着所述输送方向布置且朝向所述衬底的多个第二扁平应用电极，并且所述多个第二扁平应用电极与所述多个扁平应用电极在与所述输送方向正交的方向上间隔开。
在这个结构中，在使用较短波长的工艺中，即使每个电极在垂直方向的宽度缩短，设置于垂直方向上的两个电极防止所述电极相对于所述衬底的宽度不足。
根据本发明的制造薄膜太阳能电池的方法包括转动一对设置在真空舱内的卷筒，将衬底从其中一个卷筒输送到另一个卷筒上，在输送所述衬底时形成电能生成层，该电能生成层是在所述卷筒对之间沿着所述衬底的输送方向上区隔开的多个膜形成隔室内构成的多个半导体层的层叠体。所述形成电能生成层包括应用VHF频带内的高频电源到沿着所述输送方向布置的朝向所述衬底的多个扁平应用电极。将所述高频电源提供给设置在所述多个扁平应用电极中的每一电极中的电源端子。当所述高频电源的波长由λ表示时，所述扁平应用电极的边缘与所述电源端子之间在正交于所述输送方向的方向上的距离被设置为比λ/4短。
在这个方法中，所述开放端（它是所述扁平应用电极的边缘）和所述电源端子之间在正交于所述输送方向的方向上（垂直方向上）的距离比λ/4短。当给所述扁平应用电极提供高频电源时，这减少了在所述输送方向上在所述扁平应用电极处的驻波的形成。在所述输送方向上比在所述垂直方向上更容易形成驻波。但是，由在所述输送方向上的驻波所造成的偏移电压分布，即，在所述输送方向上的偏移的膜形成速度，容易通过沿着所述输送方向输送所述衬底来抵消掉。相应地，在每个膜形成隔室内，所述多个扁平应用电极在所述输送方向上的布置提高了所述膜特性的均匀性，而不用管所述输送方向上的长度。
优选的是，在所述制造薄膜太阳能电池的方法中，所述扁平应用电极的边缘与所述电源端子之间在所述输送方向上的距离被设置为比λ/2短。
在这个方法中，减小了在所述输送方向上驻波的形成。
优选的是，所述衬底为具有0.05mm至0.2mm厚度、并由耐腐蚀性镀层所覆盖的铁材料，通过将氧化锌、氧化铟和氧化锡中的至少一个层叠在银薄膜和铝薄膜中的任意一个薄膜上，将反射电极设置在所述衬底上。
在这个方法中，所述衬底的基底材料是由吸收电偏移和热偏移的用途非常多的金属形成的。因此，即使是在所述扁平应用电极中出现偏移电压分布时，施加在所述衬底上的电和热偏移可得以吸收。进一步而言，所述衬底表面覆盖有耐腐蚀的镀膜。因此，当判断诸如膜形成气体类型、膜形成温度和膜形成压力之类的膜形成条件时，膜形成条件的范围可以扩展。而且，所述衬底是使用铁的、用途非常多的薄片体。这样减少了所述薄膜太阳能电池的成本。当所述衬底使用铁的基底材料并具有0.05mm或者更大的厚度时，当展开一卷衬底时，不会形成褶皱。进一步而言，当所述衬底使用铁的基底材料并具有0.2mm或者更小厚度时，可顺利地展开。进而，一反射电极层，它是一层薄膜，被用作反射电极。这样减少了反射电极的材料成本，这反过来减少了所述薄膜太阳能电池的成本。
优选的是，在所述制造薄膜太阳能电池的方法中，所述形成电能生成层包括：形成非晶硅锗的第一电能生成层、形成非晶硅锗的第二电能生成层、并形成非晶硅的第三电能生成层。所述第一至第三电能生成层是从所述衬底上按顺序叠加的，所述第一电能生成层的带隙比所述第二电能生成层的带隙窄。
优选的是，在所述制造薄膜太阳能电池的方法中，所述形成电能生成层包括形成微晶硅的第一电能生成层，形成微晶硅的第二电能生成层，形成非晶硅的第三电能生成层。所述第一至第三电能生成层从所述衬底上按顺序叠加，所述第一电能生成层和所述第二电能生成层放大电压。
优选的是，在所述制造薄膜太阳能电池的方法中，所述形成电能生成层包括形成微晶的第一电能生成层和形成非晶硅的第二电能生成层。所述第一和第二电能生成层按顺序叠加在所述衬底上。
优选的是，在所述制造薄膜太阳能电池的方法中，所述形成电能生成层进一步包括形成微晶硅的第一电能生成层、形成非晶硅的第二电能生成层、以及在所述第一电能生成层和所述第二电能生成层之间形成氧化锌薄膜。
优选的是，在所述制造薄膜太阳能电池的方法中，所述形成电能生成层进一步包括形成微晶硅的第一电能生成层、形成非晶硅的第二电能生成层、以及在所述第一电能生成层和所述第二电能生成层之间形成具有10nm至100nm厚度的氧化硅薄膜和氧化钛薄膜中的任何一种薄膜。
优选的是，所述制造薄膜太阳能电池的方法进一步包括，在形成所述电能生成层之后，在所述输送方向上弯折所述衬底的端部。
在这个方法中，弯折所述衬底端部增加了衬底的机械强度。换句话说，通过弯折衬底的端部可以补偿薄膜太阳能电池的机械强度。这样允许在制造所述薄膜太阳能电池时令衬底更薄，从而降低了薄膜太阳能电池的成本。
优选的是，在所述制造薄膜太阳能电池的方法中，作为加热源的扁平接地电极被设置为，与所述多个扁平应用电极一起将所述衬底夹在中间，输送所述衬底，而在所述扁平接地电极和所述衬底之间保持0.05mm至1mm的余隙。
在这个方法中，衬底的加热效率增加，在衬底上的热分布变得均匀。进一步而言，由衬底和扁平条电极之间的摩擦对衬底所造成的机械损坏得以避免。
根据本发明的薄膜太阳能电池通过上面描述的制造方法来制造，并包括通过由具有0.05mm至0.2mm厚度并由耐腐蚀的镀层所覆盖的铁衬底所形成的衬底，叠加在所述衬底上的反射电极，叠加在所述反射电极上的电能生成层，叠加在所述电能生成层上的透明电极层，叠加在所述透明电极层上的保护层。
在这种结构中，所述衬底的基底材料由具有优良的导热和导电性的铁形成。因此，即使是当在扁平应用电极中出现偏移电压分布时，施加在衬底上的电和热偏移可得到吸收。 进一步而言，衬底表面覆盖有耐腐蚀性镀膜。从而，当在判断诸如膜形成气体类型、膜形成温度和膜形成压力之类的膜形成条件时，可以扩展膜形成条件的范围。而且，衬底是使用用途非常多的铁的薄片。这降低了薄膜太阳能电池的成本。当衬底使用铁的基底材料且具有0.05mm或者更大的厚度时，在展开一卷衬底时，不形成褶皱。进而，当衬底使用铁的基底材料并具有0.2mm或者更小的厚度时，可顺利地展开。
本发明的效果
如前所述，本发明提供一种制造薄膜太阳能电池的装置，在由卷筒展开衬底时，在衬底上实行膜形成工艺，改善在衬底上的膜特性的均匀性；一种制造薄膜太阳能电池的方法；和一种薄膜太阳能电池。
附图说明
图1所示为本发明优选实施例的薄膜太阳能电池的透视图。
图2A至2D是显示所述薄膜太阳能电池的局部剖视结构的剖视图。
图3所示为本发明优选实施例的膜形成装置的俯视示意图。
图4所示为本发明第一实施例的膜形成腔内的每个膜形成隔室的示意图。
图5所示为本发明第一实施例的膜形成隔室内的电极布置的俯视示意图。
图6所示为本发明第一实施例的膜形成隔室内的电极布置的侧视示意图。
图7所示为本发明第二实施例的膜形成隔室内的电极布置的俯视示意图。
图8所示为本发明第二实施例的膜形成隔室内的电极布置的侧视示意图。
图9所示为修改例中的膜形成腔内的每个膜形成隔室的示意图。
图10所示为修改例中的电极布置示意图。
具体实施方式
第一实施例
现参考图1至图6来描述本发明的第一实施例。图1和图2是显示薄膜太阳能电池的层叠结构的示意图。图3是显示在垂直方向上看时，膜形成装置的示意图，该膜形成装置作为制造薄膜太阳能电池的装置。图4是显示在膜形成腔内的膜形成隔室的布置的示意图。图5和图6是显示在垂直方向上和输送方向上看时，所述膜形成隔室内的电极布置的示意图。
如图1所示，薄膜太阳能电池10包括反射电极层11、电能生成层12、透明电极层13和保护层14，按顺序叠加在金属衬底S的上侧（前侧）。所述金属衬底S是一条薄片衬底，并且是短轴方向上的宽度为例如一米的大的衬底。用来作为所述金属衬底S的衬底的基底材料由多功能金属构成，这种多功能金属吸收了制造过程中在衬底上出现的热偏移和电偏移并同时降低了薄膜太阳能电池10的成本。例如，一种被用来作为衬底的衬底基底材料为铁而且厚度为0.05mm或者0.2mm。当使用具有诸如铁之类的低耐腐蚀性金属作为所述金属衬底S的基底材料时，优选的是，在所述金属衬底S的表面上实行使用具有高耐腐蚀性的镍或之类的湿镀工艺，用耐腐蚀性镀层覆盖所述金属衬底S。进一步而言，当所述衬底S是用铁形成时，优选的是，其厚度为0.05mm或者更大，使金属衬底S的卷筒在展开时，不形成褶皱。更优选的是，厚度为0.2mm或者更小，使其顺利展开。
在所述金属衬底S的短轴方向上的两个端部形成弯折背离反射电极层11（后侧）并具有L形的剖面的两个弯折部分Sa。所述两个弯折部分Sa在纵向方向上延伸遍及整个金属衬底S，以增加所述金属衬底的硬度。例如，在所述金属衬底S上形成反射电极层11和电能生成层12之后，通过在短轴方向上只弯折所述金属衬底S的两端1毫米来形成所述弯折部分Sa。结果，增加了所述金属衬底即薄片体的机械强度。这反过来增加了薄膜太阳能电池10的机械强度。
反射电极层11是接收通过电能生成层12发出的光，并将该光反射回电能生成层12的电极层。反射电极层11可以是，例如，由银、氧化锌或者氧化铟形成的单层电极。另一个例子是，反射电极层11可以是通过在银薄膜或铝薄膜中的任意一个膜上叠加氧化锌、氧化铟和氧化锡中的至少一种所形成的分层电极。进而，当使用银作为反射电极层11时，在所述金属衬底S上使用溅镀或者湿镀中的任选一种镀法。当使用氧化锌和氧化铟时，在所述金属衬底S上实行大气压CVD（化学气相沉积）。以这种方式形成银膜、氧化锌膜和氧化铟膜。为了提高薄膜太阳能电池10中的聚光（light enclosure）效果，优选的是，令反射电极层11具有一定的纹理结构。
电能生成层12是包括非晶硅（a-Si）、非晶硅锗（a-SiGe）等多个半导体层的层叠膜。进一步而言，电能生成层12形成一个具有所谓pin结构的单元电池，其中按顺序叠加n型半导体层的n层、i型半导体层的i层和p型半导体层的p层。电能生成层12可以具有，例如，串列式（tandem）结构，或者三层结构，叠加具有不同光谱的单元电池，以有效地吸收每个波长频带内的光，并实行光电转换。
更具体而言，当金属衬底S的电能生成层12的结构是第一电能生成层/第二电能生成层/第三电能生成层、第一电能生成层/第二电能生成层或者第一电能生成层/中间层/第二电能生成层，所述层叠结构可以是如下在图2A至2D中所显示的。
*a-SiGe（pin）/a-SiGe（pin）/a-Si（pin）
第一电能生成层具有比第二电极层高的Ge比例，并具有比第二电能生成层窄的带隙（参考图2A）。
*微晶Si（pin）/微晶Si（pin）/a-Si（pin）
这个第一电能生成层具有比第二电极层大的晶粒直径，并具有比第二电能生成层窄的带隙（参考图2B）。
*微晶Si（pin）/a-Si（pin）（参考图2C）。
*微晶Si（pin）/中间层/a-Si（pin）（参考图2D）
上面描述的a-SiGe（pin）的膜厚度可以是诸如，p型/i型/n型是10nm/120nm/10nm。上面描述的a-Si（pin）的膜厚度可以是，诸如，p型/i型/n型是10nm/100nm/10nm。所述微晶Si（pin）的膜厚度可以是，例如，p型/i型/n型为10nm/1000nm/10nm。所述微晶Si的膜形成速度可以根据需要来改变。当使用微晶a-Si时，需要的膜厚度比a-Si所需的膜厚度大，但是所获得的吞吐量比a-Si高。
所述中间层可以是具有1nm至70nm的厚度、通过实行溅镀所形成的氧化锌薄膜。可替换的是，所述中间层可以是具有10至100nm的厚度、通过实行CVD所形成的氧化硅膜和氧化钛薄膜中的任意一种膜。特别的是，当使用氧化硅膜作为中间层时，氧原子相对于硅原子的比例调节为1比2。当使用氧化钛薄膜时，氧原子相对于钛原子的比例调节为1比2。这样允许照到薄膜太阳能电池10的光在氧化硅膜和氧化钛膜中的一个膜之处有效地反射在长波长带的光中。结果，提高了薄膜太阳能电池10的转换效率。
保护层14是保护透明电极层13、电能生成层12和反射电极层11避免受到周围空气的树脂膜。保护层14可以是通过诸如FLUON（注册商标）之类的乙烯-四氟乙烯（ETFE）氟聚合物的透明树脂膜形成。
如图3所示，膜形成装置20包括容放四个展开卷筒R1的展开腔（LC21）、容放四个缠绕卷筒R2的缠绕腔（UC22）。所述展开腔和缠绕腔通过单个的膜形成腔23（电能生成层形成单元）来连接，以形成由每个腔共享的单个真空舱。所述卷筒R1和R2形成衬底输送单元。在膜形成装置20中，在膜形成腔23的相对侧，四个展开卷筒R1朝向四个缠绕卷筒R2。单个卷筒对是通过在膜形成腔23的相对侧处、朝向彼此的两个卷筒所形成的。
在所述四个卷筒对中的每一对中，相对的展开卷筒R1和缠绕卷筒R2朝箭头指示的方向转动。这样展开金属衬底S的展开卷筒R1，以恒定的输送速度且连续保持垂直地输送所述金属衬底S给所述卷筒R2，并缠绕所述金属衬底S在缠绕卷筒R2上。所述四个卷筒对的金属衬底S的输送路径（第一道至第四道）互相平行。沿着所述道的延伸方向（图3中的侧面方向）称作所述金属衬底S的输送方向D。
膜形成腔23是通过实行等离子CVD来形成电能生成层12的腔。所述第一至第四道中的每一道都包括在膜形成腔23内沿着输送方向D所限定的多个膜形成隔室23A。膜形成隔室23A的数量与前面描述的所述层的数量一致。膜形成隔室23A与前面描述的半导体层相关联，使得所述膜形成隔室23A在所述输送方向D的布置顺序与所述半导体层的叠加顺序一致。
例如，当电能生成层12具有三层结构（pin/pin/pin）时，如图4所示，最靠近LC21的膜形成隔室23A与n1层相关联，该n1层是最底下的半导体层。从此开始，膜形成隔室23A，在输送方向上按顺序与i1层、p1层、n2层、i2层、p2层、n3层、i3层和p3层相关联。在相关联的半导体层的膜形成时间和所述金属衬底S的输送速度的基础上设置每个膜形成隔室23A在所述输送方向上的长度（输送长度LA）。所述输送长度LA随着所述膜形成时间的增加而增加。例如，当所述n1层、i1层和p1层的膜形成时间分别是10秒、75秒和10秒，所述金属衬底S的输送速度是0.3m/s时，所述n1层、i1层和p1层的输送长度LA分别是3m（10×0.3）、22.5m（75×0.3）和3m（10×0.3）。
如图5所示，在每个膜形成隔室23A内的多个接地电极31和多个高频电极32一起将每个道夹在中间，接地电极31和高频电极32交替设置。进一步而言，设置多个气密封33，以便在每个膜形成隔室内在输送方向上的开始点和结束点将每一道夹在中间。所述多个气密封中的每一个气密封朝其附近的道中的金属衬底S鼓风。这样在相邻的膜形成隔室23A之间形成气帘（gas curtain），并以非接触的方式区隔膜形成腔23的内部。用作气帘的气体可以是惰性气体或者是通常用在相邻的膜形成隔室23A之间的膜形成气体。
在所述输送方向D上等间隔设置的多个接地电极31是连接到地电势的扁平接地电极，每个都形成为具有四方形片体的形状，具有在输送方向D上和垂直方向V上延伸的表面。每个接地电极31包括加热所述金属衬底S的加热源（图中未示）。驱动所述加热源，以加热靠近接地电极31的金属衬底S到预定的膜形成温度。也就是说，每个接地电极31在对应的膜形成隔室23A内形成地电势，并且作为加热器来加热金属衬底S。在所述输送过程中，金属衬底S和接地电极31之间的余隙保持在例如0.05mm至1mm。只要所述余隙是窄的，且小于1mm，那么即使是当给膜形成隔室23A施加0.5至1托（Torr）的多方面压力时，在所述压力区域会获得相对高的热传递系数。进一步而言，容易使热从接地电极31传递给金属衬底S。另外，甚至是当金属衬底S是在输送过程中，金属衬底S的加热效率也得以提高，且所述金属衬底S中的热分布变得均匀。当所述余隙被设置为0.05mm的下限或者更大时，在金属衬底S和接地电极31之间的电容元件的过多增加会得到抑制。进一步而言，当在膜形成隔室23A中产生等离子时，容易进行阻抗匹配。而且，在稳定的等离子下的膜质量变得均匀，而避免了由于金属衬底S和接地电极31之间的摩擦所造成的金属衬底S的损坏。
在所述输送方向D上朝向接地电极31等间隔设置的多个高频电极32，是连接到高频电源GE的扁平应用电极（参考图6），并且将每个高频电极32形成为具有四方形片体的形状且表面在所述输送方向D上和垂直方向V上延伸。在每个高频电极32中，连接到所述高频电源GE的端子（电源端36）形成于相对于所述输送方向D和所述垂直方向V的中央部分，即，高频电极32的电极表面的中央部分。给高频电极32的电源端36提供来自于所述高频电源GE的VHF频带内的高频电源。可以用30MHz至300MHz的范围作为VHF频带。更优选的是，可以使用40MHz至80MHz的范围。当所述高频电源的频率变高时，在膜形成隔室23A内的等离子密度变高。这增加了所述膜形成速度。当膜形成隔室23A内的等离子密度过高时，离子撞击所述金属衬底S和膜形成隔室23A的能量会变高。离子的这种撞击会导致所述金属衬底S和膜形成隔室23A容易受到等离子的破坏。进一步而言，当膜形成隔室23A中的等离子密度变得过高时，会难以保持所述密度的均匀性。从而，容易丧失所述金属衬底S的膜特性均匀性。相应地，用于高频电极32的高频电源的频率根据各种条件从所述VHF频带中选择，以用与所述等离子密度的互补关系来增加通量，所述各种条件诸如为膜形成气体、膜形成压力和膜形成温度。
基于所述高频电源的波长设置第一电极长度L1，该长度是高频电极32在所述输送方向上的长度。当所述波长由λ（1m至10m）所表示时，所述电极表面的边缘（所述输送路径的开放端）与电源端36之间在所述输送方向D上的距离被设置为比λ/2短。进一步而言，也基于所述高频电源的波长设置第二电极长度L2（参考图6），该长度是高频电极32在所述垂直方向V上的长度。所述电极表面的边缘（所述输送路径的开放端）与电源端36之间在所述垂直方向V上的距离被设置为比λ/4短。
因为有这样的电极尺寸，当给高频电极32提供VHF频带内的高频电源时，在所述输送方向D上的驻波的形成在所述电极表面处减小。在所述垂直方向V上的驻波的形成也在所述电极表面处减小。易于通过沿着所述输送方向D输送所述金属衬底S来抵消掉由所述输送方向D上的驻波所造成偏移电压分布，即，在所述输送方向上的偏移的膜形成速度。由所述输送方向D上的驻波所造成的偏移电压分布，即，在所述垂直方向V上的偏移的膜形成速度，被转化为在所述垂直方向V上的所述金属衬底S的整个宽度的膜质量分布，而不用管正在输送所述金属衬底S。因此，通过将所述电极表面的边缘和电源端36之间在所述垂直方向V上的距离的上限设置为λ/4，会增加在所述金属衬底的垂直方向V上的膜质量分布的均匀性。进一步而言，在所述电极表面的边缘和电源端36之间在所述垂直方向V上的间距具有比在所述输送方向D上的上限（λ/2）小的上限（λ/4）。这样确保由在高频电极32的垂直方向V上的驻波所造成的偏移电压分布比在所述输送方向D上的驻波所造成的偏移电压分布受到更多抑制。因此，由驻波所造成的偏移的膜质量分布受到抑制以获得膜形成时间，即使是当膜形成隔室23A的输送长度LA比所述高频电源的波长λ显著长时。
如图6所示，每个高频电极32连接到供应膜形成气体的气体供应单元34。当气体供应单元34给高频电极32提供膜形成气体时，如图6中的箭头所示，膜形成气体从高频电极32朝向两个接地电极31送出，两个接地电极31将高频电极32夹在中间。以这种方式，高频电极32给对应的膜形成隔室23A提供高频电源，并作为将高频电极32夹在中间的两个接地电极31的喷头。虽然图中未示，优选的是，高频电极32具有包括多个椭圆形凹部的表面，膜形成部分开口在每个凹部的底表面中，具有比所述凹部的短边短的宽度（例如，具有比所述凹部的直径小的孔）。在这种情况下，从每个凹部的膜形成气体供应部分的开口部分喷出膜形成气体。这样均匀且稳定地在高频电极32的平面上产生高密度的等离子，并有效地分解所述膜形成气体。相应地，增加了所述膜特性的均匀性，使高速形成膜成为可能。
当形成所述p层（a-Si）时，可以用SiH4/H2/B2H6作为膜形成气体。当形成所述i层（a-Si）时，可以用SiH4/H2作为所述膜形成气体。当形成所述n层（a-Si）时，可以用SiH4/H2/PH3作为所述膜形成气体。当使用这些膜形成气体时，可以选择H2作为形成所述气帘的气体。
当转动所述四个卷筒对沿着每个道输送金属薄片S时，在每个膜形成隔室23A内，驱动每个接地电极31的加热源以加热金属衬底S到预定的温度。进一步而言，驱动气体供应单元34，以经由高频电极32提供所述膜形成气体给金属衬底S，并驱动所述高频电源GE用所述膜形成气体在高频率电极32和接地电极31之间产生等离子。在这种状态下，在高频电极32的电极表面中轻微出现偏移电压分布。因而，在经过高频电极32和接地电极31之间的整个金属衬底S上实行均匀的膜形成工艺。
所述第一实施例的膜形成装置具有下面的优点。
（1）每个高频电极32的边缘和电源端子36之间在所述输送方向D上的距离比λ/2短，在垂直方向V上的距离比λ/4短。这样减小了在高频电极32处在所述输送方向D上的驻波的形成，以及进一步减小了在高频电极32处在所述垂直方向V上的驻波的形成。在每个膜形成隔室23A中，沿着所述输送方向D布置高频电极32。这样抑制了在所述输送方向D上和所述垂直方向V上的电压分布，而不用管所述输送长度LA。结果，当在缠绕在所述展开卷筒R1的金属衬底S上实行膜形成工艺时，会增加所述膜特性的均匀性。
（2）可以用单个的高频电极32在两个衬底S上实行所述膜形成工艺。因此，膜形成隔室23A的结构在用多个道提高薄膜太阳能电池10的产量方面得以简化。
（3）膜形成隔室23A由气帘以非接触的方式彼此区隔开。因此，可以在整个膜形成腔23连续实行所述膜形成工艺，而不停止展开金属衬底S。
（4）基底材料是铁且厚度为0.05mm至0.2mm的所述金属衬底S，用作薄膜太阳能电池10的衬底。金属衬底S，是所述膜形成对象，由具有优良的导热和导电性的材料形成。进而，金属衬底S由耐腐蚀性的镀层所覆盖。因此，当设置诸如膜形成气体类型、膜形成温度和膜形成压力之类的膜形成条件时， 所述膜形成条件的范围会增加。另外，所述金属衬底是具有多用途的铁的薄片，从而有可能降低膜形成太阳能电池10的成本。进一步而言，用作所述基底材料的所述铁片具有0.05mm或者更大的厚度，使得在展开一卷金属衬底S时，不形成褶皱。另外，铁的基底材料具有0.2mm或者更小的厚度，使金属衬底S可以顺利地展开。
（5）在所述金属衬底S的端部在所述输送方向D上形成所述弯折部分Sa。因此，即使是当薄膜太阳能电池10的基底材料，即，金属衬底S很薄的时候，也会增加薄膜太阳能电池10的机械强度。进而，在制造薄膜太阳能电池10的过程中金属衬底S的厚度会减小。这样允许减少薄膜太阳能电池10的成本。
（6）在所述输送过程中，在所述衬底S和接地电极31之间保持有余隙。因此，即使是在所述金属衬底S的输送过程中，也防止金属衬底S受到在金属衬底S和接地电极31之间出现的摩擦的损坏。另外，所述余隙保持在0.05mm至1mm。这样增加了所述金属衬底S的加热效率，同时使金属衬底31上的热分布均匀。
进一步而言，通过降低所述余隙，所述金属衬底S和接地电极31增加电容，并有利于耦合。因此，通过保持所述余隙在0.05mm至1mm，从等离子传播的高频电流容易到达所述接地电极。
第二实施例
现参考图7和图8来讨论本发明的第二实施例。在该第二实施例中，改变所述第一实施例中的电极布置。下文将详细描述这些改变。图7和图8是显示从垂直方向上和输送方向上看时在膜形成隔室内的电极布置的示意图。
如图7所示，在膜形成隔室23A中，在第一道和第二道之间，以及在第三道和第四道之间设置在所述输送方向D上连续延伸的接地电极31。进一步而言，沿着所述输送方向D等间隔设置多个接地电极32，以与对应的接地电极31一起将所述第一道夹在中间，并与对应的接地电极31一起将所述第二道夹在中间。设置多个气密封33，以与对应的接地电极31一起将金属衬底S夹在中间，并向附近的道中的金属衬底S鼓气。这样在相邻的膜形成隔室23A之间形成气帘，以不接触的方式区隔膜形成腔23的内部。
以与所述第一实施例相同的方式，每个高频电极23在所述输送方向D上具有一长度，并在所述垂直方向V上具有一长度，分别被设置为第一电极长度L1和第二电极长度L2。因此，当给高频电极32提供VHF频带中的高频电能时，减小了在所述电极表面在所述输送方向上驻波的形成，并进一步减少了在所述电极表面在所述垂直方向V上的驻波的形成。因此，以与所述第一实施例相同的方式，由驻波所造成的偏移的膜质量分布得到抑制以确保所述膜形成时间，甚至是当膜形成隔室23A的输送长度显著长于所述高频电源的波长λ的时候。
当转动所述四对卷筒沿着每个道输送金属薄片S时，在每个膜形成隔室23A内，驱动气体供应单元34，经由高频电极32给金属衬底S供应膜形成气体，并驱动高频电源GE，用膜形成气体在高频电极32和接地电极31之间产生等离子。在这个状态下，高频电极32的电极表面中会轻微出现偏移电压分布。因此，在通过高频电极32和接地电极31之间的整个金属衬底S上实行均匀的膜形成工艺。
所述第二实施例的膜形成装置具有下述优点。
（7）可以用单个的接地电极31在两个金属衬底S上实行膜形成工艺。因而，膜形成隔室23A的结构可以在用所述多个道提高薄膜太阳能电池10的产量方面进行简化。
（8）在所述输送方向D上互相靠近的多个高频电极32，与在所述输送方向上连续延伸的单个接地电极31相关联。以这种方式，多个高频电极32共同分享单个接地电极31。这样用进一步简化的结构获得了均匀的膜特性。
（9）对应于每个金属衬底S设置高频电极32。当为每个高频电极32设置所述膜形成条件的范围时，这增加了自由度。
前面所讨论的实施例可以进行如下修改。
在所述第一实施例中，单个的高频电极32在两个金属衬底S上实行膜形成工艺。但是，在图6中，可以通过使用接地电极31来代替高频电极32并使用高频电极32代替接地电极31来实行所述膜形成工艺。在这个结构中，用单个的接地电极在两个金属衬底S上实行所述膜形成工艺。这样在用多个道提高薄膜太阳能电池10的产量方面简化了膜形成隔室23A的结构。
在所述第一实施例中，对应于单个的高频电极32设置单个接地电极31，所述单个接地电极31是扁平接地电极，所述单个高频电极32是扁平应用电极。但是，以与所述第二实施例相同的方式，根据在所述输送方向上互相靠近的多个高频电极32来设置在所述输送方向D上连续延伸的单个接地电极31。具有这个结构，所述第一实施例会用进一步简化的结构获得均匀的膜特性。
在上面讨论的实施例中，膜形成腔23的内部由气帘区隔开，以形成多个膜形成隔室23A。所述实施例不局限于这样一种结构。只要在相邻的膜形成隔室之间的膜形成气体的转移（串扰）得到抑制，可以使用任何将膜形成腔23区隔开的结构。例如，可以使用与所述金属衬底S接触的区隔壁。当以通过所述金属衬底S和区隔壁之间的接触的方式形成膜形成隔室23A时，必须改变所述衬底输送单元的结构。进而，无论何时形成膜形成隔室23A时，必须停止转动卷筒，以为每一层实行所述膜形成工艺。
在前面讨论的实施例中，每个膜形成隔室23A形成由每个道共享的膜形成区域。但是膜形成隔室23A可以独立于每个道形成。在这个结构中，每个道的膜形成隔室的尺寸可以改变。因此，可以用单个的膜形成装置20形成不同的电能生成层12。当形成多种类型的电能生成层12时这具有优点。
在前面讨论的实施例中，在高频电极32的边缘和电源端子36之间在所述输送方向D上的距离短于λ/2，并在所述垂直方向V上的距离短于λ/4。但是，所述实施例并不局限于这样的结构，在高频电极32的边缘和电源端子36之间在所述电极表面的平面中的距离短于λ/4。这使得难以在所述高频电极的整个电极表面上形成驻波，进一步确保偏电压分布得以抑制。因此当在缠绕在所述展开卷筒R1的金属衬底S上实行膜形成工艺时，会进一步改善所述膜特性的均匀性。
在前面讨论的实施例中，高频率电极32具有四方形扁平片体形状。而高频电极32可以具有，例如椭圆片体形状。进一步而言，只需要高频电极32的边缘和电源单位36之间在所述输送方向上的距离短于λ/2，在所述垂直方向D上短于λ/4。
在前面讨论的实施例中，在高频电极32的边缘和电源端子36之间在所述垂直方向上的距离短于λ/4。而在输送过程中，当作为所述膜形成对象的所述衬底的主表面相对于垂直方向V倾斜时，或者当高频电极32的电极表面相对于垂直方向V倾斜时，在高频电极32的边缘和电源端子36之间的距离会在所述主表面的平面方向上或者与所述输送方向D正交的电极表面的平面方向上短于λ/4。
在前面讨论的实施例中，所述衬底输送单元包括四个卷筒对。但是，所述衬底输送单元可以包括，例如仅有一个卷筒对。在这种情况下，转动所述两个卷筒中的每一个，使得从一个卷筒展开的衬底被输送给另一个卷筒，并缠绕在另一个卷筒上。
在前面讨论的实施例中，单个膜形成腔23，是电能生成层形成单元，形成电能生成层12。但是，所述实施例并不局限于这样一种方式，两个或多个膜形成腔23可以形成电能生成层12。例如，如图9所示，包括多个第一膜形成隔室23A1的第一膜形成装置20A，和包括多个第二膜形成隔室23A2的第二膜形成装置20B可以用来形成三层结构的电能生成层。当形成三层结构的电能生成层时，第一膜形成装置20A形成第一pin结构。然后，第二膜形成装置20B形成第二和第三pin结构。
在上面讨论的实施例中，除了在输送方向D上之外，在垂直方向V上设置有多个高频电极32，垂直方向V是金属衬底S的宽度方向。例如，如图10所示，沿着输送方向D朝向衬底S布置的多个第一扁平应用电极32A和沿着所述输送方向朝向衬底S所布置的多个第二扁平应用电极32B，可以在所述垂直方向上（与输送方向D正交的方向）互相间隔开来设置。在这个结构中，甚至是当由于使用较短波长的工艺而使电极32A和32B在垂直方向V上的宽度（电极长度L2）变短时，两个电极32A和32B避免了在所述衬底S的宽度上没有足够的电极的状态。
在前面讨论的实施例中，所述衬底体现为金属衬底。但是，所述衬底可以体现为聚酰胺的耐高温树脂衬底或之类衬底。

Claims (17)

1.一种制造薄膜太阳能电池的装置，该装置包括：
一衬底输送单元，具有一对设在一真空舱内的卷筒，其中所述卷筒对被转动，将衬底从其中一个卷筒输送到另外一个卷筒；以及
一电能生成层形成单元，具有多个膜形成隔室，在所述卷筒对之间沿所述衬底输送方向被区
隔开，其中，所述多个膜形成隔室中的每一个隔室在所述衬底上形成半导体层，构成多个半
导体层的层叠体的电能生成层；
其中所述多个膜形成隔室中的每一个隔室都包括沿着所述输送方向朝向所述衬底布置的多个扁平应用电极，所述多个扁平应用电极中的每一个电极都包括提供有VHF频带内的高频电源的电源端子，并且当所述高频电源的波长由λ所表示时，所述扁平应用电极的边缘与所述电源端子之间在正交于所述输送方向的方向上的距离比λ/4短；
其中所述衬底输送单元包括相邻的第一和第二卷筒对，每一对即为所述卷筒对；
所述电能生成层形成单元包括由所述第一和第二卷筒对共享的膜形成隔室；且
所述被共享的膜形成隔室包括与多个扁平应用电极一起将所述衬底夹在中间的多个扁平接地电极，其中所述多个扁平应用电极或者所述扁平接地电极设置在由所述第一和第二卷筒对所输送的一对衬底之间，并由所述两个衬底共享。
2.根据权利要求1所述的制造薄膜太阳能电池的装置，其中所述扁平应用电极的边缘与所
述电源端子之间在所述输送方向上的距离比λ/2短。
3.根据权利要求1或2所述的制造薄膜太阳能电池的装置，其中所述扁平应用电极的边缘
与所述电源端子之间在包含所述输送方向的所述扁平应用电极的平面中的距离比λ/4短。
4.根据权利要求1所述的制造薄膜太阳能电池的装置，其中所述多个膜形成隔室由所述卷筒对之间的气帘所区隔；并且
所述衬底输送单元连续转动所述卷筒对，直到在其中一个卷筒上的衬底缠绕到另一个卷筒上。
5.根据权利要求1所述的制造薄膜太阳能电池的装置，进一步包括朝向所述多个扁平应用电极并由所述多个扁平应用电极共享的单个扁平接地电极，所述多个扁平应用电极在所述输送方向上互相靠近。
6.根据权利要求1所述的制造薄膜太阳能电池的装置，其中所述多个膜形成隔室中的每一个隔室包括沿所述输送方向且朝向所述衬底布置的多个第二扁平应用电极，并且所述多个第二扁平应用电极与所述多个扁平应用电极在正交于所述输送方向的方向上间隔开。
7.一种制造薄膜太阳能电池的方法，该方法包括：
转动设置在真空舱内的一对卷筒，以将衬底从其中的一个卷筒输送到另一个卷筒；以及
形成电能生成层，该电能生成层是在输送所述衬底时，在所述卷筒对之间沿着所述衬底的输送方向所区隔的多个膜形成隔室内形成的多个半导体层的层叠体；
其中所述的形成电能生成层包括将VHF频带中的高频电源应用到沿着所述输送方向布置的、朝向所述衬底的多个扁平应用电极，将所述高频电源提供给设置在所述多个扁平应用电极的每个电极中的电源端子，并且当所述高频电源的波长由λ所表示时，所述扁平应用电极的边缘与所述电源端子之间在正交于所述输送方向的方向上的距离比λ/4短；
其中，所述真空舱包括相邻的第一和第二卷筒对，每一对即为所述卷筒对；
所述真空舱包括由所述第一和第二卷筒对共享的膜形成隔室；且
所述被共享的膜形成隔室包括与多个扁平应用电极一起将所述衬底夹在中间的多个扁平接地电极，其中所述多个扁平应用电极或者所述扁平接地电极设置在由所述第一和第二卷筒对所输送的一对衬底之间，并由所述两个衬底共享。
8.根据权利要求7所述的制造薄膜太阳能电池的方法，其中，所述扁平应用电极的边缘与所述电源端子之间在所述输送方向上的距离比λ/2短。
9.根据权利要求7或8所述的制造薄膜太阳能电池的方法，其中所述衬底为具有0.05mm至0.2mm的厚度且覆盖有耐腐蚀性镀层的铁材料，在所述衬底上通过在银薄膜和铝薄膜中的任意一个薄膜上叠加氧化锌、氧化铟和氧化锡来设置反射电极。
10.根据权利要求7或8所述的制造薄膜太阳能电池的方法，其中所述形成电能生成层包括：
形成非晶硅锗的第一电能生成层；
形成非晶硅锗的第二电能生成层；和
形成非晶硅的第三电能生成层；并且
所述第一至第三电能生成层从所述衬底上按顺序叠加，所述第一电能生成层的带隙比所述第二电能生成层的带隙窄。
11.根据权利要求7或8所述的制造薄膜太阳能电池的方法，其中所述形成电能生成层包括：
形成微晶硅的第一电能生成层；
形成微晶硅的第二电能生成层；
形成非晶硅的第三电能生成层；且
所述第一至第三电能生成层从所述衬底上按顺序叠加，且所述第一电能生成层和所述第二电能生成层放大电压。
12.根据权利要求7或8所述的制造薄膜太阳能电池的方法，其中所述形成电能生成层包括：
形成微晶硅的第一电能生成层；
形成非晶硅的第二电能生成层；所述第一和第二电能生成层从所述衬底上按顺序叠加。
13.根据权利要求12所述的制造薄膜太阳能电池的方法，其中所述的形成电能生成层进一步包括：
在所述第一电能生成层和所述第二电能生成层之间形成氧化锌薄膜。
14.根据权利要求12所述的制造薄膜太阳能电池的方法，其中形成所述电能生成层进一步包括：
在所述第一电能生成层和所述第二电能生成层之间形成具有10nm至100nm的厚度的氧化硅薄膜和氧化钛薄膜中的一个。
15.根据权利要求7所述的制造薄膜太阳能电池的方法，其进一步包括：
在形成所述电能生成层之后，在所述输送方向上弯折所述衬底的端部。
16.根据权利要求7所述的制造薄膜太阳能电池的方法，其中设置作为加热源的扁平接地电极，以与所述多个扁平应用电极一起将所述衬底夹在中间，输送所述衬底，而在所述扁平接地电极和所述衬底之间保持0.05mm至1mm的余隙。
17.一种根据权利要求7的制造方法所制造的薄膜太阳能电池，所述薄膜太阳能电池包括：
由具有0.05mm至0.2mm厚度且覆盖有耐腐蚀性镀层的铁衬底形成的所述衬底；
叠加在所述衬底上的反射电极层；
叠加在所述反射电极层上的电能生成层；
叠加在所述电能生成层上的透明电极层；和
叠加在所述透明电极层上的保护层。
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