CN103094403A - Pecvd法制备双面异质结太阳能电池的串行式设备和工艺 - Google Patents

Pecvd法制备双面异质结太阳能电池的串行式设备和工艺 Download PDF

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Abstract

一种PECVD法制备双面异质结太阳能电池的串行式设备，包括沉积腔室，该沉积腔室包括串行式设置的进片室、预热室、本征层沉积室、p型沉积室、n型沉积室和出片室。一种PECVD法制备双面异质结太阳能电池的工艺，采用PECVD法制备双面异质结太阳能电池的串行式设备实施，能在同一腔室中完成对硅片的正、反两面的本征层沉积。本发明PECVD法制备双面异质结太阳能电池的串行式设备和工艺既能够省去硅片翻转的工序，节省设备制造成本和生产时间，又能够很好的实现硅片正反两面的沉积。

Description

PECVD法制备双面异质结太阳能电池的串行式设备和工艺
技术领域
本发明涉及太阳能电池，特别涉及一种PECVD法制备双面异质结太阳能电池的串行式设备和工艺。
背景技术
薄膜硅/晶体硅异质结太阳电池是一种可以采用低成本实现的高效晶体硅太阳电池。这种太阳电池利用掺杂薄膜硅层在晶硅衬底上制作pn结。这层薄膜硅层通常只有十几个纳米厚，并且可以采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺在200℃以下沉积完成。因此，相比于传统的靠扩散制备pn结的太阳电池，薄膜硅/晶体硅异质结太阳电池所需能量投入少，并具有较高的开路电压，因而引起很大关注。
由于薄膜硅/晶体硅异质结太阳电池具有正反面对称的结构，该结构的特殊性势必对设备提出更高的要求。要实现HIT电池的双面沉积，目前有两种方法：一种是，基片沉积完一面后，移出真空室翻转，然后再送入真空室继续沉积另外一面；另一种是，翻转机构位于腔内，由于翻转机构所需空间较大，真空室必须有足够预留空间或者单独增加一个真空翻转腔。这两种办法都有其局限性，第一种要破坏真空环境取出基片，延长了电池制备时间，而且制备好的一面容易被氧化或吸附空气中杂质，最终影响电池性能；第二种增加了设备投资，而且如果翻转过程中造成碎片，还需要拆开真空腔进行清理。
发明内容
本发明的目的，在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种PECVD法制备双面异质结太阳能电池的串行式设备和工艺。
本发明的目的是这样实现的：一种PECVD法制备双面异质结太阳能电池的串行式设备，包括沉积腔室、气路控制系统、电控系统及真空机组，沉积腔室分别与气路控制系统、电控系统及真空机组连接，电控系统与气路控制系统连接；其特征在于：所述的沉积腔室包括串行式设置的进片室、预热室、本征层沉积室、p型沉积室、n型沉积室和出片室，在本征层沉积室、p型沉积室和n型沉积室内分别设有上电极和下电极，在本征层沉积室的上电极和下电极上分别连接有进气口，在p型沉积室的上电极上连接有进气口，在n型沉积室的下电极上连接有进气口；还包括硅片承载架，在进片室、预热室、本征层沉积室、p型沉积室、n型沉积室和出片室内分别设有硅片承载架的传送机构。
所述的本征层沉积室内设有上下移动机构，该上下移动机构与设置在本征层沉积室外的驱动机构连接，上下移动机构在驱动机构的驱动下作上下移动并可带动硅片承载架上下移动。
一种PECVD法制备双面异质结太阳能电池的工艺，采用PECVD法制备双面异质结太阳能电池的串行式设备实施，包括以下步骤：
A、将清洗后的硅片装载在承载架上，放入进片室，关上进片室的活动门并抽真空；
B、待真空度达到一定数值后，将承载架传送到预热室，并设置温度，进行预加热；
C、预热半个小时后，将承载架传送到本征层沉积室，并抽高真空，然后将承载架移动到与下电极靠在一起，从上电极通入气体源，启动射频电源，对硅片的正面进行本征层的沉积，完成对硅片正面的沉积后，将承载架移至与上电极靠在一起，从下电极通入气体源，启动射频电源，对硅片的背面进行本征层沉积，完成对硅片背面的沉积；
D、完成双面本征层沉积后，将承载架传送到p型沉积室，并抽高真空，让承载架与下电极靠在一起，从上电极通入气体源，启动射频电源，对硅片正面进行p型非晶硅薄膜的沉积；
E、完成p型非晶硅薄膜的沉积后，将承载架传送到n型沉积室，并抽高真空，让承载架与上电极靠在一起，从下电极通入气体源，启动射频电源，对硅片背面进行n型非晶硅薄膜的沉积；
F、完成n型非晶硅薄膜的沉积后，将承载架传送到出片室，待温度降至室温后，取出硅片，关门抽真空；
G、后续分别利用磁控溅射设备在硅片上双面制备ITO薄膜，并分别在其上蒸发银栅线电极，完成双面异质结太阳能电池的制备。
本发明PECVD法制备双面异质结太阳能电池的串行式设备和工艺能在同一腔室中完成对硅片的正、反两面的本征层沉积，无需增加额外的腔室对硅片进行翻转，有利于简化光伏器件的生产过程，降低生产成本，也简化了异质结太阳能电池的制造过程。
与常规HIT电池工艺路线相比，本发明工艺路线首先对硅片的正反两面进行本征层沉积，一方面可以有效地避免先沉积单侧硅片后，随之沉积另一侧时对已沉积的一面引入杂质的可能，不利于另一侧的沉积；另一方面，在同一腔室内沉积i层可以节省传输时间，增加产能。
附图说明
图1为以n型硅片为衬底的双面异质结太阳电池的典型结构示意图。
图2本发明的PECVD法制备双面异质结太阳能电池的串行式设备中的沉积腔室的基本结构示意图；
图3是本发明中的本征层沉积室的基本结构示意图。
具体实施方式
本发明的PECVD法制备双面异质结太阳能电池的串行式设备，包括沉积腔室、气路控制系统、电控系统及真空机组，沉积腔室分别与气路控制系统、电控系统及真空机组连接，电控系统与气路控制系统连接。上述气路控制系统、电控系统及真空机组都为现有技术。
本发明中的沉积腔室的基本结构如图2所示，包括串行式设置的进片室1、预热室2、本征层沉积室3、p型沉积室4、n型沉积室5和出片室6。在本征层沉积室3内设有上电极31和下电极32，在p型沉积室4内设有上电极41和下电极42，在n型沉积室5内设有上电极51和下电极52。在本征层沉积室3的上电极31和下电极32上分别连接有进气口33、34，通过转换开关控制进气方向。在p型沉积室4的上电极41上连接有进气口43，在n型沉积室5的下电极52上连接有进气口53。
本发明的PECVD法制备双面异质结太阳能电池的串行式设备还包括硅片承载架(未图示出来)，在进片室1、预热室2、本征层沉积室3、p型沉积室4、n型沉积室5和出片室6内分别设有硅片承载架的传送机构(未图示出来)。
配合参见图3，本发明中的本征层沉积室3内设有上下移动机构7，该上下移动机构7与设置在本征层沉积室3外的驱动机构8连接，上下移动机构7在驱动机构8的驱动下作上下移动并可带动硅片承载架上下移动。
一种PECVD法制备双面异质结太阳能电池的工艺，采用上述PECVD法制备双面异质结太阳能电池的串行式设备实施，包括以下步骤：
A、将清洗后的硅片装载在承载架上，放入进片室，关上进片室的活动门并抽真空；
B、待真空度达到一定数值后，将承载架传送到预热室，并设置温度，进行预加热；
C、预热半个小时后，将承载架传送到本征层沉积室，并抽高真空，然后将承载架移动到与下电极靠在一起，与上电极构成一个沉积系统，从上电极通入气体源，在一定沉积条件下，启动射频电源，对硅片的正面进行本征层的沉积，完成对硅片正面的沉积后，将承载架移至与上电极靠在一起，与下电极构成一个沉积系统，从下电极通入气体源，启动射频电源，对硅片的背面进行本征层沉积，完成对硅片背面的沉积；
D、完成双面本征层沉积后，将承载架传送到p型沉积室，并抽高真空，让承载架与下电极靠在一起，与上电极构成一个沉积系统，从上电极通入气体源，在一定沉积条件下，启动射频电源，对硅片正面进行p型非晶硅薄膜的沉积；
E、完成p型非晶硅薄膜的沉积后，将承载架传送到n型沉积室，并抽高真空，让承载架与上电极靠在一起，与下电极构成一个沉积系统，从下电极通入气体源，在一定沉积条件下，启动射频电源，对硅片背面进行n型非晶硅薄膜的沉积；
F、完成n型非晶硅薄膜的沉积后，将承载架传送到出片室，待温度降至室温后，取出硅片，关门抽真空；
G、后续分别利用磁控溅射设备在硅片上双面制备ITO薄膜，并分别在其上蒸发银栅线电极，完成双面异质结太阳能电池的制备。
图1是以n型硅片为衬底的双面异质结太阳电池的典型结构示意图。
对采用本发明的设备和工艺所制备的双面HIT太阳电池，在模拟光源AM1.5，100mW/cm2的标准光强照射下，电池转换效率达到18％以上。
硅片承载架采用嵌入式的方式放置硅片，硅片由下侧嵌入，承载架上侧有固定支撑，下侧安装有弹性的固定夹，方便硅片的嵌入。

Claims (3)

1.一种PECVD法制备双面异质结太阳能电池的串行式设备，包括沉积腔室、气路控制系统、电控系统及真空机组，沉积腔室分别与气路控制系统、电控系统及真空机组连接，电控系统与气路控制系统连接；其特征在于：所述的沉积腔室包括串行式设置的进片室、预热室、本征层沉积室、p型沉积室、n型沉积室和出片室，在本征层沉积室、p型沉积室和n型沉积室内分别设有上电极和下电极，在本征层沉积室的上电极和下电极上分别连接有进气口，在p型沉积室的上电极上连接有进气口，在n型沉积室的下电极上连接有进气口；还包括硅片承载架，在进片室、预热室、本征层沉积室、p型沉积室、n型沉积室和出片室内分别设有硅片承载架的传送机构。
2.根据权利要求1所述的PECVD法制备双面异质结太阳能电池的串行式设备，其特征在于：所述的本征层沉积室内设有上下移动机构，该上下移动机构与设置在本征层沉积室外的驱动机构连接，上下移动机构在驱动机构的驱动下作上下移动并可带动硅片承载架上下移动。
3.一种PECVD法制备双面异质结太阳能电池的工艺，其特征在于，采用PECVD法制备双面异质结太阳能电池的串行式设备实施，包括以下步骤：
A、将清洗后的硅片装载在承载架上，放入进片室，关上进片室的活动门并抽真空；
B、待真空度达到一定数值后，将承载架传送到预热室，并设置温度，进行预加热；
C、预热半个小时后，将承载架传送到本征层沉积室，并抽高真空，然后将承载架移动到与下电极靠在一起，从上电极通入气体源，启动射频电源，对硅片的正面进行本征层的沉积，完成对硅片正面的沉积后，将承载架移至与上电极靠在一起，从下电极通入气体源，启动射频电源，对硅片的背面进行本征层沉积，完成对硅片背面的沉积；
D、完成双面本征层沉积后，将承载架传送到p型沉积室，并抽高真空，让承载架与下电极靠在一起，从上电极通入气体源，启动射频电源，对硅片正面进行p型非晶硅薄膜的沉积；
E、完成p型非晶硅薄膜的沉积后，将承载架传送到n型沉积室，并抽高真空，让承载架与上电极靠在一起，从下电极通入气体源，启动射频电源，对硅片背面进行n型非晶硅薄膜的沉积；
F、完成n型非晶硅薄膜的沉积后，将承载架传送到出片室，待温度降至室温后，取出硅片，关门抽真空；
G、后续分别利用磁控溅射设备在硅片上双面制备ITO薄膜，并分别在其上蒸发银栅线电极，完成双面异质结太阳能电池的制备。
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