CN102388467B - 串联式制造太阳能电池板的方法 - Google Patents
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Abstract
通过相应地将处理步骤再分成在串联式接续处理站中执行的子步骤来使通过串联式技术制造薄膜太阳能板的生产量与不同的表面处理步骤的时间长度基本上无关。接续处理站的每个处理站中的处理持续时间相等(τ)。
Description
技术领域
本发明涉及以薄膜技术串联式制造太阳能电池板的方法。
背景技术
为了以薄膜工艺制造太阳能电池板，包括表面上的层沉积的步骤的许多不同的表面处理步骤以连续的方式执行。在串联式加工或制造中，所提及的处理步骤的至少一部分由在接续处理站中执行的连续处理执行。
我们因此理解术语“连续”事件，尤其是在时间上相继执行的所提及的处理步骤。
我们理解术语“接续(subsequent)处理站”，这样的站局部地布置在链中，一个站的输出被供给至链中接续站的输入。
“串联式”制造包括在“接续处理站”中执行的处理。
一般在包括串联式制造的薄膜太阳能电池制造中执行的处理步骤常常具有高度不同的持续时间。因此，具有最长持续时间的加工步骤作为瓶颈过程确定(establish for)串联式制造过程总的生产量。
发明内容
本发明的目的是提供如以上所提及的改进的串联式制造方法。
根据本发明串联式制造太阳能电池板的方法包括由不同持续时间的连续处理来处理表面，并包括建立基本的处理步骤持续时间。所提及的不同持续时间的连续处理中的每个处理在相应数量的接续处理站中执行。用于相应连续处理的所有所提及的接续处理站中的处理具有与基本步骤的持续时间相等的持续时间。
因此，根据基本处理步骤的持续时间，在所有接续处理站中执行的处理步骤具有相等的持续时间。较长持续时间的连续处理被分解成在相应数量的接续处理站中执行的子处理步骤。例如，如果表面处理使得与三倍于基本步骤持续时间一致的处理时间成为必要，则在三个接续处理站中处理所考虑的一个衬底。因此，可修改接续处理站中的加工强度，以便将用于一个表面加工的这样的站的数量和基本步骤的持续时间考虑进去。
生产量变得受基本处理步骤持续时间支配，并变得与表面处理的持续时间无关。
由于较基本处理步骤的持续时间持续更长的连续处理在多个接续处理站中执行的事实，所以如果例如禁止或必须禁止这些多个接续处理站中的一个站，则相应的处理可能通过减少数量的接续处理站保持为可操作的。此外，如果连续处理步骤中的一个步骤由于其延长的持续时间而需要相应接续处理站中的多个接续处理步骤，则这可通过使衬底循环通过相同的接续处理站例如两次或更多次，从而减少要提供的这样的处理站的数量。
在根据本发明的方法的一个实施例中，连续处理包括通过多个接续处理站在硅片上以化学汽相沉积(CVD)或物理汽相沉积(如溅射)中的一个沉积SiN:H层，所述多个接续处理站的每个如所提及的以基本处理步骤的持续时间运行。
在根据本发明的方法的另一实施例中，连续处理包括在第一数量的接续处理站中沉积第一层SiN:H和在第二数量的接续处理站中于所述第一层上沉积第二层SiN。因此，在刚提及的实施例的优选实施例中，第二数量被选择成比第一数量大，优选地大四倍。
在根据本发明的方法的还有另一实施例中，连续处理包括在第一数量的接续处理站中沉积第一层Si:H，在第二数量的接续处理站中于第一层上沉积第二层ZnS-SiO2和在第三数量的接续处理站中于第二层上沉积第三层SiO2。因此，刚提及的方法优选地通过如下方式执行：将第一与第二数量选择成相等，并且更优选地将所提及的第三数量选择成比第一数量大，更优选地大三倍。
在根据本发明的方法的另一实施例中，连续处理包括以下材料中的一种的层的沉积：Al、AlN、Al2O3、ITO、ITO:H、CrO2、GeN、SiC、SiON、SiO2、SiAlON、SiNiON、TiO2、ZAO(氧化锌铝)、MgF2、ZNO、Ag、Au、AuSn、AuGe、Cu、Cr、Ni、NiV、Ti、α-Si、SiGe、ZnS、SiN:H、SiN。
在根据本发明的方法的还有另一实施例中，连续处理包括如下的至少一个：
单源PVD溅射(PVD：通过DC、脉冲DC或RF放电执行的物理汽相沉积)
多源PVD溅射(例如多达四种不同材料的共溅射)
PECVD(等离子增强化学汽相沉积)
LEPCVD(低能量等离子CVD)
蚀刻
冷却
除气
在根据本发明的方法的还有另一实施例中，使要处理的衬底不止一次循环通过接续处理站的至少一部分。
在根据本发明的方法的另一实施例中，连续处理包括在衬底的两面上的层沉积。
仍然在刚提及的实施例的另一实施例中，层是SiN、SiC、SiO2、α-Si中的一种的第一层和Al与Ag中的一种的第二层。
仍然在刚提及的实施例的另一实施例中，在第一数量的接续处理站中从SiN沉积第一层，在第二数量的接续处理站中沉积Al的第二层，由此将第二数量选择成比第一数量大，优选地大四倍。
附图说明
就需要而言，现在将借助附图对本发明作进一步的例释。附图示出：附图示出：
图1示意性地并以顶视图示出用于被操作以执行根据本发明的方法的串联式制造太阳能电池板的制造设备的一部分；
图2沿时间轴示出根据图1的制造设备的步进图；
图3-5示出设置在如图1所示的设备的处理设施处的三种不同概念的接续处理站；
图6以与图3-5类似的表示示出相应接续处理站更一般化的概念；
图7示出由借助如图3所示的处理设施的概念的制造而产生的层堆叠；
图8示出由借助根据图4的处理设施的概念的制造而产生的层堆叠；
图9示出由借助根据图5的处理设施的概念的制造而产生的层堆叠；
图10以与图3-6类似的表示示出如图1所示的设施中的接续处理站的另一概念；
图11示出由如图10所示的处理设施的概念产生的层堆叠；
图12示出硅的反射光谱(a)、如图7所示的抗反射涂层的反射光谱(b)和如图9所示的宽带抗反射涂层的光谱(c)；以及
图13示出用于比较目的，在无涂层硅上获得的反射、通过图7的实施例获得的反射和通过图9的宽带抗反射实施例获得的反射。
具体实施方式
图1以顶视图形式示意性地示出用于串联式制造太阳能电池板的制造设备的一部分，该设备如将说明地可被操作以执行根据本发明的方法。如输入箭头Ein所示，沿线性输送器3以步进方式输送例如具有至少200mm×200mm的范围的太阳能板衬底1。沿线性输送器3的运输路径，由可绕轴A5转动地被驱动的第一运输装置5夹持衬底1。朝处理设施7运输尚未处理的衬底。在输送器3停顿以允许由运输装置5夹持尚未处理的衬底1的期间，运输装置5将已处理的衬底从处理设施7运输到线性输送器3上的刚刚没有尚未处理的衬底1的那个位置。因此，代替未处理的衬底，现在存在于所提及的线性输送器3的位置中的是已在设施7中处理的衬底。所提及的已处理的衬底已在前从可绕轴A9转动的另一运输装置9由运输装置5夹持。运输装置9为四臂运输装置。充分利用另一运输装置9的位置以沉积来自运输装置5的尚未处理的衬底，经过处理的衬底已由运输装置5从另一运输装置9夹持。该另一运输装置9在从实现为双臂输送器的第三运输装置11拾取已处理的衬底之后，将尚未处理的衬底传送至所提及的第三运输装置11，该第三运输装置11可绕轴A11转动地被驱动。第三运输装置11在已从装载锁13移除已处理的衬底之后，经由所提及的装载锁装置13将尚未处理的衬底传送至由箭头示意性地示出的第四运输装置15。运输装置15驻留在真空室17内，并且如箭头所示以接续的方式将衬底从一个处理站20a运输至20b等，并最终运输至处理站20e，已处理的衬底从处理站20e经由装载锁13被移交至运输装置11，以便朝线性输送器3输送。
因此，衬底的总体运输如由朝向处理设施7和来自处理设施7的双箭头α示意性地所示双向地发生。在其中，衬底由运输装置15沿如由20a至20e所例证的多个处理站，以串联方式(即以接续方式)输送。
线性输送器3向运输装置5下游输送已由设施7处理的衬底。如有必要，如在22处示意性地所示，提供翻转站，在那里到达的已处理的衬底被翻转，使得它们尚未处理的背面可在另一处理设施27处被处理。请注意的是，在图1中，已经用阴影标记沿输送器3的已处理的衬底表面。
在处理站20a至20e的每一个处理站中以及在如果提供的设施27的相应处理站中的处理持续一个时间间隔τ。因此并如图2示意性地所示，给图1所示的总体设备计时以建立停顿的相应的时间间隔τ，从而使总体设备移入接续位置，所建立的停顿的相应的时间间隔τ具有实际上可忽略的动态相位d。因此并参见图2，“s”表示总体设备的停顿时间间隔，而短时间的持续时间d表示如下的时间间隔，在该时间间隔期间，动态执行输送器3的向前步进、运输装置5、9和11的转动以及借助于真空室17内的运输装置15从一个处理站到下一处理站的向前步进。
在图3中，示意性地示出如在图1的上下文中所提及的处理设施7。在相应的处理站中，存在如根据本发明的一个实施例所执行的被标记的相应的表面处理。
因此，在衬底的表面上沉积一层厚的SiN:H层。这通过在六个接续处理站中执行所提及的表面处理实现，所述六个接续处理站的每个在根据基本处理步骤持续时间的时间间隔τ期间执行沉积。因此，在六个处理站的每个处理站中的SiN:H的沉积例如可通过等离子增强CVD或通过反应PVD(如通过溅射)执行。
在图7中示出图3的处理设施7的处理结果的示例。在硅基衬底30上沉积75nm厚度的SiN:H层32。该层由在处理设施7的六个接续处理站的每个处沉积而产生。在这些站的每个站中，沉积近似12.5nm的SiN:H的子层。
在太阳能电池板的上下文中，十分重要的是，照射的(impinging)太阳光被最有效地耦合到硅基衬底中，该硅基衬底如技术人员完全了解的，包括至少一个n-i-p光电有源(active)结构。因此并且以便实现该目标，当太阳光照射到太阳能板的第一自由暴露表面上和/或当太阳光照射在后续层之间的材料界面上时，普遍的做法是防止太阳光反射。参见用如图3所示的接续处理站的概念制造的图7的实施例，在硅基衬底30上实现SiN:H抗反射涂层的第一实施例。
在图12中示出硅的反射光谱(a)。用图7的实施例获得光谱(b)。
根据图4的实施例，连续处理包括相对薄的SiN:H层的第一沉积，然后是相对厚的SiN层的沉积。因此，被提及的连续处理中的第一步骤在单个第一处理站中执行，而作为连续处理步骤的第二步骤的相对厚的层的沉积通过在剩余的五个处理站的每个处理站中进行沉积而执行。六个接续处理站的每个处理站中的处理持续时间也为τ。
因此，沉积的SiN层的厚度近似为SiN:H层的厚度的五倍。
作为示例，借助根据图4构思的处理设施7的制造导致如图8所示的层堆叠。以大约15nm的厚度沉积第一SiN:H层34。该层由六个接续处理站中的第一处理站沉积。在所提及的层34上以大约60nm的厚度沉积SiN层。由此可见，相比在用于SiN的五个接续处理站的每个处理站中的所提及的时间间隔τ期间，在时间间隔τ期间沉积稍多的SiN:H。
考虑例如一个站用于SiN:H沉积而五个站用于SiN沉积的边界条件以及所有的站在相等的时间间隔τ期间运转的情况，则一方面对于SiN:H的沉积，另一方面对于SiN的沉积，可以调整接续处理站内的沉积速率，以便导致具有期望厚度的相应层。
考虑到如以上所提及的使太阳光反射最小化以优化太阳能电池板的效率的重要性，则由根据图4的实施例制造的如图8所示的层结构是双层SiN:H/SiN的改进的抗反射涂层堆叠。因此，在其一个实施例中，在SiN:H层中建立H含量的梯度，导致随朝Si衬底的扩散而增加的H浓度。这导致的优点是抑制了由于较低的膜厚度而引起的膜气孔(film blistering)的可能性。此外，SiN:H层导致硅衬底表面的钝化，这对于例如设置在硅基衬底与随后的玻璃盖(未示出)之间的抗反射涂层有利。
根据图5的实施例，首先，在接续处理站的一个第一处理站中沉积相对薄的SiN:H层，然后沉积ZnS-SiO2层。ZnS-SiO2层相对厚，比第一Si:H沉积层厚，虽然两个层的沉积在相同的时间间隔τ期间执行。这是由于ZnS-SiO2比SiN:H更高的沉积速率。
最后，在剩余四个接续处理站中沉积相对厚的第三SiO2层。
在图9中例证由用如图5所示构思的处理设施7制造太阳能电池板时产生的层堆叠。因此，在硅基衬底30上，在时间间隔τ期间以10nm厚度沉积第一SiN:H层38。随后，再次在时间间隔τ期间并且以60nm的厚度沉积ZnS-SiO2层40。最后，在每个具有持续时间τ的四个子步骤中沉积近似117nm的SiO2层。
同样在这里，可相应地调节一方面在用于SiN:H沉积的处理站中、在用于ZnS-SiO2沉积的处理站中和最后在用于SiO2沉积的四个接续处理站中的相应的沉积速率，以一方面处理可用的相应数量的处理站的边界条件，并处理在所有处理站中具有共同的处理持续时间τ的情况。
再次考虑到关于使太阳光反射最小以改善太阳能板内的光电过程的转换效率的意见，图9所示并由图5所示的概念制造的实施例为宽带抗反射涂层堆叠。同样在这里，在下面的SiN:H提供硅表面的表面钝化。在图12中，光谱(c)示出为其由图9所示的层结构产生。
显然，人们可在如图7、8和9所示的层结构上进一步增加例如作为透明导电氧化物层结构(例如ITO、ITO:H)的层结构。因此，可借助于遮蔽掩膜执行局部的TCO(透明导电氧化物)沉积，用于优化导电和传输特性之间所作的折中选择。此外，因此可为抗反射效果、钝化和与衬底表面的电接触优化所提及的TCO。作为优点，可实现“无格栅电池”或“较宽的前格栅”，从而增强光捕获并提高电池的以及由此的电池板的效率。
只要在具有折射率n1的第一材料与具有折射率n2的第二材料之间形成材料界面，就可由如下的方程处理(addressed)得到的折射率n：
n＝(n1·n2)1/2
在以下的表格中列出不同的单层和双层结构，它们具有各自的材料折射率、膜厚度和得到的加权的反射。因此排除来自玻璃表面的折射。
| 材料 | 折射率 | 膜厚度[nm] | 加权的反射 | |
| 单层 | SiN:H | 2.05 | 68 | 6.8％ |
| 单层 | ZnS | 2.25 | 62 | 5.0％ |
| 双层 | SiN:H+ZnS | 2.05+2.25 | 10+52 | 5.1％ |
在图13中，为比较目的示出无涂层的硅表面的反射、如图7的抗反射涂层的反射和如图9所示的宽带抗反射涂层系统的反射。应指出的是，通过将反射光从8％降低至5％，太阳能电池以及由此电池板的效率提高大约0.5％。
在图10中，以与图3-5类似的表示示出处理设施7的实施例，其中在接续处理站的第一处理站中沉积SiN，并在接续的五个处理站中沉积铝。参见图1，处理设施7的实施例可与处理设施27一致，在那里并相对于用设施7执行的早先的处理，衬底已由翻转站22翻转，并因此分别处理衬底的背面。代替为SiN沉积提供如图10所示的接续处理站中的第一处理站，该处理站可构思为沉积SiC或SiO2。在图11中示出硅基衬底30的背面上相应的层堆叠。
由如图10所示的概念制造的如图11所示的实施例导致用于背面反射的介电膜(如SiN、SiC、SiO2、α-Si)与Al背面涂层的组合。因此获得的优点是Si衬底内的多次反射，这导致太阳光光谱长波长成份的全吸收。此外，可由(局部)激光灼烧(firing)(LFCs-激光灼烧接触)建立背面涂层的接触。
因此，如所提及的，考虑到分别执行的处理的相应处理速率，执行将连续处理实际上再分成随后在相应的接续处理站中执行的子步骤。
根据本发明，该方案最灵活地允许工业化制造层材料和厚度具有高度多样性的层堆叠。
图6再次示出如已在图1的上下文中解释的具有六个接续处理站的处理设施7，其中更一般地，以接续方式执行处理PC1至PC6。作为其如图6所示的示例6的接续处理站可装备有以下模块：
●CVD溅射模块(物理汽相沉积；用DC、脉冲DC或RF操作的等离子放电)
●多源PVD模块(例如多达四种的不同材料的共溅射)
●PECVD模块(等离子增强化学汽相沉积)
●LEPCVD模块(低能量等离子CVD)
●蚀刻模块(ICP(感应耦合等离子体)-蚀刻或MCIS(多单元离子源)软蚀刻)
●加热模块(包括RTP-快速热处理模块)
●冷却模块
●除气模块
因此，“多圈(multiturn)”控制模式提供在卸载之前使同一个衬底多次循环通过总体制造设备的至少一部分的可能，从而在建立层堆叠中将所提及的处理站中的所有或有些处理站用于不同的步骤。
此外，可由所提及的接续处理站沉积各种各样不同的材料，从而尤其是：
●Al、SiN、SiN:H(利用反应气体N2+H2、NH3，通过DC和脉冲DC反应溅射)
●AlN、Al2O3、ITO、ITO:H、SiN、SiN:H(利用如N2+H2、NH3、NH4的反应气体、ZnO，通过脉冲DC溅射)
●AIN、Al2O3、CrO2、GeN、ITO、SiC、SiN、SiN:H、SiO2、SiON、SiAlON、SiNiON、TiO2、ZAO(如通过脉冲DC溅射)
●MgF2、ZnO、ZnS-SiO2(如通过RF溅射)
●Al、Ag、Au、AuSu、AuGe、Cu、Cr、Ni、NiV、Ti(如通过DC溅射)
●α-Si(i、p、n)、SixGey、SiOxNy(如通过PECVD或者LEPCVD)
Claims (1)
1.一种串联式制造太阳能电池板的方法，包括通过不同持续时间的连续处理来处理表面，从而建立基本处理步骤持续时间，并在相应数量的接续处理站中执行所述不同持续时间的连续处理中的每个处理，用于所述相应连续处理的全部所述接续处理站中的处理具有与所述基本步骤持续时间相等的持续时间，
其中所述连续处理包括由多个接续处理站在硅片上通过CVD或PVD中的一种沉积SiN:H层。
2. 根据权利要求1所述的方法，所述连续处理包括在第一数量的接续处理站中沉积第一层SiN:H和在第二数量的接续处理站中于所述第一层上沉积第二层SiN。
3. 根据权利要求2所述的方法，所述第二数量被选择成比所述第一数量大。
4. 根据权利要求3所述的方法，所述第二数量被选择成比所述第一数量大四倍。
5. 根据权利要求1所述的方法，所述连续处理包括在第一数量的接续处理站中沉积第一层SiN:H、在第二数量的接续处理站中于所述第一层上沉积第二层ZnS-SiO2、在第三数量的接续处理站中于所述第二层上沉积第三层SiO2。
6. 根据权利要求5所述的方法，从而将所述第一与第二数量选择成相等。
7. 根据权利要求5或6所述的方法，从而将所述第三数量选择成比所述第一数量大。
8. 根据权利要求7所述的方法，将所述第三数量选择成比所述第一数量大三倍。
9. 根据权利要求1所述的方法，所述连续处理包括沉积以下材料中的一种的层：Al、AlN、Al2O3、ITO、ITO:H、CrO2、GeN、SiC、SiON、SiO2、SiAlON、SiNiON、TiO2、ZAO(氧化锌铝)、MgF2、ZNO、Ag、Au、AuSn、AuGe、Cu、Cr、Ni、NiV、Ti、α-Si、SiGe、ZnS、SiN:H、SiN。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中所述连续处理包括如下的至少一个：
单源PVD溅射；
多源PVD溅射；
PECVD；
LEPCVD；
蚀刻；
冷却；
除气。
11.根据权利要求1所述的方法，其中使衬底不止一次地循环通过所述接续处理站的至少一部分。
12.根据权利要求1所述的方法，所述连续处理包括在衬底的两面上沉积层。
13.根据权利要求12所述的方法，所述层是SiN、SiC、SiO2、α-Si中的一种的第一层和Al与Ag中的一种的第二层。
14.根据权利要求13所述的方法，在第一数量的接续处理站中从SiN沉积所述第一层，在第二数量的接续处理站中沉积Al的所述第二层，其中所述第二数量被选择成比所述第一数量大。
15.根据权利要求14所述的方法, 其中所述第二数量被选择成比所述第一数量大四倍。
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