CN1112293A - 制造光电池的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明用来制造高效和低损耗的光电池，本发明 也用连续地卷装进出法在大面积无不均匀现象高速 均匀地加工这种光电池。用RF等离子CVD法形 成i-型半导体层的顶部电池，用微波等离子CVD法 形成中间电池和/或底部电池。用等离子掺杂形成 在入射光侧的掺杂层的顶部电池，用RF等离子 CVD法形成中间电池和/或底部电池。

本发明的任务通过分别与二层或三层串联型光 电池的各层相应地设置膜形成室用连续地卷装进出 法连续形成半导体叠层来完成。

Description

本发明涉及高速制造像太阳能电池那样的光电池的方法和设备。特别涉及由硅基的非晶半导体制成的，用等离子CVD工艺制造的，具有高转换效率的光电池。

近来，发生并报道了许多严重的环境污染和沾污的问题。此时，人们对利用光的光电转换器件的太阳能电池的发电系统产生了兴趣和关注。清洁的发电系统没有核发电站出现的放射性危害问题，也没有热电站引起的全球性气候高温趋势，及阳光照射在地球的各个部分出现的人们不希望有的能源分配不均匀问题。它不需要复杂的设施而能获得相当高的发电效率，而且还能满足未来对能源不断增长的要求，并且不会引起全球性的环境危害。因此对太阳能发电系统的实际应用进行了大量研究和开发。

认为，建立使用太阳能电池的发电站以满足某些能源要求的根本问题是，所使用的太阳能电池能提供足够高的光电转换效率和良好的稳定性，并能批量生产。

与此有关的是，一般认为，每户需要约3KW输出的太阳能电池可以满足每个普通住户的全部能源需求。假定太阳能电池的光电转换效率为大约10%，要获得每个住户所需的能源的太阳能电池的总面积约为30m²。例如，100，000户供能所需的太阳能电池的总面积应是3，000，000m²。

可以用容易获得的硅烷气体材料分解制造上述的那些太阳能电池，用辉光放电工艺，在用玻璃或金属片制成的相当便宜的基片上淀积像非晶硅的非晶半导体膜，最好可以高效率地成批制造，并使其制造成本低于用单晶硅制造的太阳能电池的成本，因此，已提出了制造这类太阳能电池的各种方法和设备。

美国专利说明书No.4400409公开了一种用连续转动（roll-toroll）的连续等离子CVD设备，该专利公开的是，根据该设备，具有半导体结和大面积的太阳能电池，可以用设备中的多个辉光放电区连续制造，设置有所需宽度和足够长度的柔软带形基片，沿着设备中多个辉光放电区的基片通道，使基片按其纵向方向连续地送入，在各辉光放电区内在基片上淀积一层所需的导电半导体层。从以上说明中会发现，这种连续转换系统适合于批量生产具有大面积的半导体器件的制造方法。

另一方面，使用微波的等离子工艺近来也在该领域引起注意，微波可以使它的高频产生的能量密度高于普通的像射频产生的能量密度，并且能有效地产生并适当地保持等离子。

已经公开了用微波等离子CVD工艺的连续转动式淀积薄膜的形成方法和所用设备，例如，日本专利申请公开No.3-30419公开了用微波产生的等离子在低压下均匀形成淀积膜，防止了引起淀积薄膜性能变坏的活性物质的聚合作用，获得了高质量的淀积薄膜，控制了等离子中如聚硅烷的微粒形成，薄膜形成速度能明显提高。

日本专利申请公开No.3-30419公开了一种设备，采用微波等离子CVD法形成i-型半导体层，用RF（射频）等离子CVD工艺制造n型和p型半导体层，用连续转动式工艺连续地制造p-i-n结构光电池。对由非晶半导体制造的光电池而言，通常采用p-i-n或n-i-p型薄膜结构。该薄层结构中，i-型半导体层需要特定的膜厚以吸收入射光，而n-型和p-型半导体层只需要几乎是i-型半导体层厚1/10的极小厚度。因此，即使在形成要求有一定膜厚的i-型半导体层的情况下，也可以用在连续转动系统中具有高的膜形成速度的微波等离子CVD法，而用膜形成速度较低的RF等离子CVD法形成n-型和p-型半导体层。此外，用具有很高膜形成速度的微波等离子CVD法有很高的工艺要求，以形成具有高的重复性极薄半导体膜，而且，具有较低膜形成的RF等离子CVD法能更容易地形成具有很好重复性的极薄半导体层。

用具有高的膜形成速度的微波等离子CVD方法在连续转动系统中形成i-型半导体层的情况下，基片带的馈送速度与RF等离子CVD方法相比实质上是能够加速的。基片带的馈送速度增大时，n-型和p-型半导体层形成所需的膜形成时间是固定的，因此，膜形成室的长度需要在基片带的馈送方向随馈送速度成正比地延长。而且，即使RFT等离子CVD法是限于在大面积上具有高的重复性的薄的单一的非晶半导体层的形成中，也会引起膜厚的变化，例如，膜厚大大地大于或小于规定厚度，并出现如导电率的特性不均匀。特别是，设置在i-型半导体层的入射光一边的p-型或n-型掺杂层的膜层会降到小于防止因掺杂层吸收光而此起射入i-型半导体层的入射光的量减小所需的最小膜厚。而且，在延长后的膜形成室内用普通RF等离子CVD法在大面积上形成薄的单一的非晶掺杂层有困难，而且这种困难在此还会引起所形成的光电池的特性改变和不均匀。

大多数情况下，光电池，例如太阳能电池或蓄电池的使用是用串联或并联的光电池组件，来获得要求的电流或电压。这些组件要求其跨接的输出电压和输出电流特性较小变化及不均匀性。组件的构成步骤中，要求决定特性的最重要因素的半导体迭层膜的特性要一致。如果有可能在大面积上制成具有优良特性的半导体迭层膜就能成批生产如太阳能电池的光电池，并使其造价能实质性地降低，减化了组件的装配工艺。相应的，在半导体迭层膜的连续形成设备中，用微波等离子CVD法形成的普通i-型半导体和用RF等离子CVD法形成的n-型或p-型半导体层构成的制造光电池用的半导体迭层的特性存在特性容易呈现变化和不均匀问题。

另一方面，离子注入法已是一种公知的n-型和p-型非晶半导体层的形成方法。根据离子注入法，控制杂质离子的注入浓度就能控制n-型和p-型半导体层的厚度。注入杂质离子的注入机通常包括一个离子发生装置，一个束状离子引出装置，一个离子束扫描装置，是一种复杂而价格昂贵的设备。因而不适合于具有高重复性的用非晶半导体制成的光电池的低制造成本。不能作为形成掺杂层的设备。

另一方面，近来已趋向于并在超大规模集成电路工艺手册（1990年由Science  Forwn出版）中报道了的一种等离子掺杂方法，该方法是借助于杂质气体的等离子而不是用杂质气体的等离子来引入杂质，用该方法形成超大规模电路之类的装置所要求的极轻的半导体结。“Preprint  of  the  35th  Lecture  Meeting  of  the  Spplied  Physics  Federation  30P-M-6-1988”它集中公开了一种掺杂方法，将i-型非晶硅膜曝露在杂质气体的高频等离子下可使杂质掺入非晶硅膜中。但是，并没有公开用这种等离子掺杂方法形成如太阳能电池的光电池的掺杂层，而且绝对不知道如何用串连式光电池制造中的等子掺杂法能制成令人满意的光电池。

一种在以晶体为基础的太阳能电池中未发现过的，特性随光辐射而恶化的现象（Staebler-Wronski效应），出现在以非晶硅为基础的太阳能电池中，因此，一个重要的研究主题是，使太阳能应用付诸实用，以及在高效技术和大面积制造技术的基础上实现价格降低。为了解释并防止光恶化现象，在减少半导体材料的杂质方面，并于器件的串连式电池结构方面，及为恢复特性而进行的如热退火处理的处理方法方面作了大量研究，提出了各种方案。特别是，近年来已经注意到由于用具有不同能带宽度的迭层太阳能电池，能够实现高效率，因为，用串联式电池结构能降低i-型半导体层的膜厚，并控制光恶化。特别是，这些串联式电池结构中，3-层串联式电子结构允许利用较宽波长范围内的入射光，而且在获得高光电转换效率和高输出电压方面优于2-层串联结构。

而且，2-层或3-层串联式光电池包括超过六层或九层的许多层，因此，这种情况下，的任务是，如何能以高速连续地制成具有优良重复性的由多层结构构成的半导体迭层膜。

如上所述，普通连续转动式半导体迭层膜连续形成设备的问题是，用能够高速形成膜的微波等离子CVD法形状具有厚膜的i-型半导体层时，所制成的光电池的特性容易出现变化和不均匀。为克服上述问题，本发明的目的是提供一种光电池，它在具有良好特性的大面积的半导体迭层膜上形成光电池，其特性不变并均匀。提供一种能连续地高速制造这种光电池的方法和设备。

本发明的另一个目的是，提供制造2-层或3-层串联式光电池用的半导体迭层膜，它能控制特性恶化并提供高光电转换效率和高输出电压，并提供一种能高速地具有良好重复性的连续制造这种光池的设备。

根据本发明的2-层串联式光电池，它的制造方法和所用的制造设备分别是：

具有迭层结构的光电池包括具有第一导电类型的第一半导体层，第一i-型半导体层的主要部分用微波等离子CVD法形成，具有导电类型与第一导电类型相反的第二半导体层，具有第一导电类型的第三半导体层，用RF等离子CVD法形成的第二i-型半导体层，和具有导电类型与第一导电类型相反的第四半导体层，用RF等离子CVD法形成第二半导体层，用等离子掺杂形成第四半导体层;

在基片上形成用硅基的非晶半导体制成的迭层膜的光电池制造方法包括：用RF等离子CVD法形成n（或p）-型半导体层的形成步骤，用微波等离子CVD法形成i-型半导体层的步骤，用RF等离CVD法形成P（或n）-型半导体层的步骤，用RF等离子法形成n（或p）-型半导体层的步骤，用RF等离子法形成i-型半导体层的步骤，和用等离子掺杂形成p（或n）-型半导体层的步骤;和

在条形基片上连续形成以硅基的非晶半导体制成的迭层膜的光电池制造设备，至少有一个条形基片伸直室，一个用RF等离子CVD法形成n（或p）-型半导体层的膜形成室，一个用微波等离子CVD法制造i-型半导体层的膜形成室，一个用RF等离子CVD法形成p（或n）-型半导体层的膜形成室，一个用RF等离子CVD法形成n（或p）-型半导体层的膜形成室，一个用RF等离子CVD法形成i-型半导体层的膜形成室，一个用等离子掺杂法形成p（或n）-型半导体层的膜形成室和一个条形基片卷片室，这些室按该顺序沿条形基片移动方向安置，并用气门相互连接。由此，在连续转动通过上述膜形成室的条形基片上连续形成用硅基的非晶半导构成的迭层膜。

最好是，在按本发明的光电池制造设备中，用RF等离子CVD法形成i-型半导体层的膜形成室还安装一个气门，该气门安装在用微波等离子CVD法形成i-型半导体层的膜形成室与带气门的用RF等离子CVD法形成n（或p）-型半导体层的膜形成室之间。

此外，最好在按本发明的光电池制造设备中，用RF等离子CVD法的i-型半导体层的膜形成室还安装一气门，该气门安装在用微波等离子CVD法的i-型半导体层的形成室与安装有一气门的用RF等离子CVD法P（或n）-型半导体层的膜形成室之间。

按本发明的3-层串联式光电池，它的制造方法及制造设备分别是：

迭层结构的光电池包括一个硅基的非晶半导体，包括有带一种导电类型的第一半导体层，第一i-型半导体层，其主要部分用微波等离子CVD法制成，有其导电类型与第一导电类型相反的第二半导体层，有第一导电类型的第三半导体层，第二i-型半导体层其主要部分用微波等离子CVD法制成，有导电类型与第一导电类型相反的第四半导体层，有第一导电类型的第五半导体层，第三半导体层用RF等离子法形成，有导电类型与第一导电类型相反的第六半导体层，第二和第四半导体层用RF等离子CVD法形成，和第六半导体层用等离子掺杂法形成;

在衬底上用硅基的非晶半导体构成的迭层膜的光电池制造方法：包括用RF等离子CVD法形成n（或p）-型半导体层的步骤，用微波等离子CVD法形成i-型半导体层的步骤，用RF等离子CVD法形成p（或n）-型半导体层的步骤，用RF等离子CVD法形成n（或p）-型半导体层的步骤，用微波等离子CVD法形成i-型半导体层的步骤，用RF等离子CVD法形成p（或n）-型半导体层的步骤，用RF等离子CVD法形成n（或p）-型半导体层的步骤用RF等离子CVD法形成i-型半导体层的步骤，用等离子掺杂法形成p（或n）型半导体层的步骤;和

在条形基片上连续形成用硅基的非晶半导体层构成的迭层膜的光电池制造设备，包括至少一个条形基片伸直室，一个用RF等离子法形成n（或p）-型半导体层的膜形成室，一个用微波等离子CVD法形成i-型半导体层的膜形成室，一个用RF等离子CVD法形成p（或n）-型半导体层的膜形成室，一个用RF等离子CVD法形成n（或p）-型半导体层的膜形成室，一个用微波等离子CVD法形成i-型半导体层的膜形成室，一个用RF等离子CVD法形成p（或n）-型半导体层的膜形成室，一个用RF等离子CVD法形成n（或p）-型半导体层的膜形成室，一个用RF等离子CVD法形成i-型半导体层的膜形成室，一个用等离子掺杂形成p（或n）-型半导体层的膜形成室，和条形基片的卷片室，这些室沿条形基体的移动方向按该顺序安装并用气门连接在一起，由此，在条形基体上连续形成的硅基的非晶半导体构成的迭层膜连续移动通过上述的各形成室。

按本发明的光电池制造设备中，最好是，用一RF等离子CVD法形成i-型半导体层的膜形成室还至少安装一气门，该气门位于用微波等离子CVD法形成i-型半导体层的膜形成室与安装有一个气门的用RF等离子CVD法形成n（或p）-型半导体层的膜形成室之间。

此外，最好是，按本发明的光电池制造设备中，用RF等离子CVD法形成i-型半导体层的膜形成室还安装至少一个气门。该气门位于用微波等离子CVD法形成i-型半导体层的膜形成室与用RF等离子CVD法形成p（或n）-型半导体层的安装有气门的膜形成室之间。

图1是用于按本发明的2-层串联式光电池的连续制造的设备的一个实施例的简略剖视图;

图2是用于按本发明的3-层串联式光电池的连续制造的设备的一个实例的简略剖视图;

图3是按本发明的制造设备，用微波等离子CVD法，表示一个膜形成室的一个实例的简略剖视图;

图4是表示一个膜形成室单元的一个实例的示意图;

图5是按本发明的设备，用RF等离子CVD法，表示一个膜形成室的一个实例的剖示图;

图6A是按本发明的设备，表示条形基片伸直室的一个实例的简略剖视图;

图6B是表示条形基片卷片室的一个实例的简略剖视图;

图7是导向机构的一个实例的简略示意图;

图8是用于按本发明的2-层串联式光电池的连续制造的设备的一个实例的简略剖视图;

图9是用于按本发明的2-层串联式光电池的连续制造的设备的一个实例的另一简略剖视图;

图10是用于按本发明的3-层串联式光电池的连续制造的设备的一个实例的简略的剖视图;

图11是用于按本发明的3-层串联式光电池的连续制造的设备的一个实例的另一个简略剖视图;

图12是按本发明的2-层串联式光电池的一个实例的简略剖视图;

图13是按本发明的另一个2-层串联式光电池的一个实例的简略剖视图;

图14是按本发明的又一个2-层串联式光电池的一个实例的简略剖视图;

图15是按本发明的3-层串联式光电池的一个实例的简略剖视图;

图16是按本发明的另一个3-层串联式光电池的一个实例的简略剖视图;

图17是按本发明的又一个3-层串联式光电池的一个实例的简略剖视图。

参照附图对发明作以下的详细说明。（2-层串联式光电池）

图1是按本发明的半导体迭层膜的连续制造设备的一个基本实例的示意图。图1中，按本发明的半导体迭层膜的连续制造设备主要包括条形基片伸直室101，用RF等离子CVD法形成的第一导电类型的n（或p）-型半导体层的膜形成室102A，一个用微波等离子CVD法形成i-型半导体层的膜形成室103，膜形成室103内有三个膜形成室，一个用RF等离子法形成p（或n）-型半导体层的膜形成室105A，膜的导电类型为与第一导电类型不同的第二导电类型，一个用RF等离子CVD法形成n（或p）-型半导体层的膜形成室102B，一个用RF等离子CVD法形成i-型半导体层的膜形成室104，一个用等离子掺杂形成p（或n）-型半导体层的膜形成室105B，和一个条形基片的卷片室106，这些室用气门107相互连接。

按本发明的设备，条形基片108从卷轴109在条形基片伸直室101中伸直，并移动穿过六个膜形成室，六个膜形成室是用气门连接的，直到条形基片在条形基片卷片室106中用卷轴110卷起为止，在此，在基片表面上形成了n-i-p-n-i-p结构或p-i-n-p-i-n结构的非晶半导体构成的迭层膜。

在由本发明人从其重要的研究中获得的以下发现的基础上，经过实验而完成了本发明。

发明人用RF等离子CVD方法形成具有相当薄的膜的从入射光平面看的最上层i-型半导体层，用微波等离子CVD方法形成具有较厚膜的从入射光平面看到的最下层i-型半导体层，并在图1所示的连续转动式设备中用RF等离子CVD方法形成n或p-型半导体层，由此形成了具有n-i-p-n-i-p结构或p-i-n-p-i-n结构的非晶的硅基的半导体构成的2-层串联式光电池。

这种普通的设备中，在i-型半导体层的膜形成室103中，采用微波等离子CVD方法的膜形成速度是非常高，几乎是8nm/秒，这使2-层串联式光电池的半导体迭层膜高速形成，尽管上部n-i-p结构的光电池的i-型半导体层是用具有较低膜形成速度的RF等离子CVD法形成的，2-层串联式光电池中，比下部电池的i-型半导体层的入射光要强的入射光辐照在上部电池的i-型半导体层上，为获得相同大小的输出电流，上部电池的i-型半导体层的厚度可以小于下部电池的i-型半导体层的厚度，而且，i-型半导体层的低膜形成速度不妨碍总的半导体层的膜高速度形成。这种高速膜形成使其具有可能提高条形基片的传输速度。例如：即使条形基片的传输速度提高到约100cm/min，用三个膜形成室可以形成约300nm的i-型半导体层，在i-型半导体膜形成室103中，每个膜形成室的长度约为20cm。

为防止掺杂层吸收光，最好用具有大的能带宽度的硅基的材料如非晶碳化硅和具有小的短波光吸收因子的微（结）晶硅作为光电池i-型半导体层的入射光边处的掺杂层。与此相关的，本发明人在入射光边的掺杂层中使用了微（结）晶硅，它的导电率比非晶硅的导电率大几乎三位数。这种情况下，存在下述问题、高导电率的微（结）晶硅在高速形成中会引入由RF等离子CVD法掺入的杂质。

特别是，有这样的问题，若提高含硅原子的材料气体的流速而使膜形成速度增大，高频功率与材料气体的流速之比降低，不能形成微（结）晶膜，形成的膜是非晶层，导电率突然降低，因而光电池特性恶化。另一方面，若高频功率增大，膜形成速度也提高，膜形成区内的膜形成速度和导电率的分布增大，在全部膜形成区上不能均匀形成极薄的薄膜，微（结）晶要求的高频功率量巨大，并要求有极大电源，而且均匀一致地供电同样有困难。而且，还存在容易发生反常放电的问题。由于上述的原因，RF等离子CVD法限于高速形成具有高导电率的微结晶硅的极薄层的形成中使用。因而几乎为10nm的薄层必须在约10nm/min或以下的膜形成速度下形成。

而且，关于在普通连续转动式设备中用微波等离子CVD法形成i-型半导体层，膜形成室在条形基片的馈送方向是长的，要求它在i-型半导体层的入射光边形成掺杂层

尽管在这样的长膜形成室105A和105B中均匀形成高质量的极薄的大约10nm掺杂层非常困难。为了找到较好的膜形成条件，发明人用改变引入材料气体的流速的方法，研究了膜形成条件与所制成的光电池特性之间的适应性。通过这些研究，本发明人发现，尽管降低了供给膜形成室105B的硅材料气体SiH₄的流速，在离入射光边最近处的掺杂层形成最后为零，仍能制成光电池。换句话说，本发明人已发现，即使用不含硅原子的材料气体也能在i-型半导体层上形成掺杂层，并能制成n-i-p-n-i-p或p-i-n-p-i-n结构的2-层串联式光电池。该方法绝不可能是普通的用已掺杂的迭层硅膜形成的掺杂层的想方推测出来的。

用2次离子质谱（SIMS）方法分析膜厚方向上所制成的光电池的硅元素和杂质元素的分布，确定即使i-型半导体层是曝露给无SiH₄气体的等离子时，在i-型半导体层表面仍形成了几乎为10nm的极薄高密度掺杂层。同样，分析所制成的光电池的i-型半导体层上的掺杂层的变化和均匀度，确定，没有供给SiH₄处的掺杂层的膜厚均匀度高于具有特定膜厚的迭层膜所要求的SiH₄量处的膜厚均匀度。

认为没供给硅的材料气体SiH₄形成的掺杂层的原因没淀积含有杂质的硅基的非晶半导体，含有如B₂H₆和PH₃杂质的掺杂气体被等离子离子化成杂质离子，并用等离子能量注入i-型半导体层表面附近的极薄区内，也就是所谓的等离子掺杂。

此外，尽管原因不清楚，本发明人在他的实验中发现，形成几乎为50nm的较薄的微晶膜如光电池的掺杂层时。用只含SiH₄的等离子淀积i-型膜之后，用含B₂H₆的其他杂质的等离子等离子掺杂i-型膜所形成的p-型微晶膜中的结晶度好于用硅材料气体SiH₄和B₂H₆的杂质气体的混合气体的等离子淀积的p-型微晶膜中的结晶度。等离子掺杂微晶i-型半导体层的情况下，重要的是防止i-型半导体层的结晶度恶化。为此，最好是在等离子掺杂中同时供给大量的氢与含杂质气体。

等离子使氢气变成激活的氢并对膜表面作用使膜表面变细，改善所形成的掺杂层的结晶度。氢气的流速最好是含杂质元素的气体（未稀释的）的流速的10倍以上，最好是100倍以上。

淀积膜表面上的温度高时，由于氢被淀积膜表面吸收，使激活的氢在膜表面的作用减小。因此，等离子掺杂中基片温度选在400℃以下，较好在300℃以下，在200℃以下最好。

用等离子CVD方法淀积含B的微晶膜如含p-型杂质的微晶膜时，结晶度易于恶化并趋向于形成非晶微膜。

在两层或多层中具有p-i-n结构的迭层光电池是相同的。

如上述的用无SiH₄的等离子掺杂在i-型半导体层上制造光电池中，本发明人改变放电频率，使频率以1KHz变到10KHz，75KHz，400KHz，1MHz，4MHz，13.56MHz而使放电功率固定，并在各个放电频率进行等离子掺杂，制成7种光电池。随后，发明人发现，在以1KHz到13.56MHz的各个放电频率下在大面积上能形成令人满意的特性的光电池，其特性不变化而且均匀一致。

此外，本发明人采用图1所示设备，在膜形成室105A中没有通入SiH₄气体在i-型半导体层的入射光边形成全部掺杂层。

对用RF等离子CVD方法，由通入SiH₄气体所形成的各层比较，所制成的串联式光电池的输出特性（有光辐射时的电压-电流特性）发现曲率因子恶化，不能获得令人满意的电池特性。用等离子掺杂在膜形成室105B中只在入射光边最近处形成的掺杂层没有发现曲率因子恶化。

只在图1所示设备的膜形成室102A，103和105A中用微波等离子CVD法形成膜制成的i-型半导体层的单式光电池时，没有发现上述的曲率因子恶化，并且即使将膜形成室105A中的掺杂层形成方法由RF等离子CVD法改为等离子掺杂法，也能获得令人满意的电池特性。

换句话说，明确了只有在i-型半导体层的入射光边用等离子掺杂法形成掺杂层，并在掺杂层上再淀积一层具有相反导电类型的半导体层时，才会出现曲率因子恶化。

本发明在上述发现基础上提出一种设备，用它能在大面积上以高速度制造无变化的并均匀一致的高质量光电池。特别是，本发明企图解决以下的问题，即，在普通的连续转动式的连续形成设备中，用微波等离子CVD方法形成i-型半导体层，用RF等离子CVD方法形成多层n-型和p-型半导体层，由此形成半导体迭层膜，在i-型半导体层上很难在大面积内形成薄而单一的掺杂层，而且所制成的光电池的特性容易变化和不均匀。采用本发明设备，用等离子掺杂，在入射光边最近处形成掺杂层，可以高速度连续地在大面积上制造高质量的2-层串联式光电池，其特性不变且均匀一致。

[3-层串联式光电池]

图2是按本发明的半导体迭层膜的连续制造设备的基本实例的示意图。图2中，按照本发明的半导体迭层膜的连续形成设备主要包括，一个条形基体伸直室101，一个用RF等离子CVD法形成n（或p）-型半导体层的膜形成室102A，一个用微波等离子CVD法形成i-型半导体层的内部有三个膜形成室的膜形成室103A，一个用RF等离子CVD法形成p（或n）-型半导体层的膜形成室105A，一个用RF等离子CVD法形成n（或p）-型半导体层的膜形成室102B，一个用微波等离子CVD法形成i-型半导体层的内部有三个膜形成室的膜形成室103B，一个用RF等离子CVD法形成p（或n）-型半导体层的膜形成室105B，一个用RF等离子CVD法形成n（或p）-型半导体层的膜形成室102C，一个用RF等离子CVD法形成i-型半导体层的膜形成室104，一个用等离子掺杂形成p（或n）-型半导体层的膜形成室105C，和一个条形基片卷片室106，这些室用气门107相互连接。

按本发明的设备，条形基片108以卷轴109开始在条形基片伸直室101中伸直，并移动通过用气门连接的六个膜形成室，直到在条形基片卷片室106中用卷轴110卷起为止，由此，在表面上形成由n-i-p-n-i-p-n-i-p结构或p-i-n-p-i-n-p-i-n结构的非晶半导体构成的迭层膜。

本发明人从其重要的研究中获得的下述为基础，通过实验完成了本发明。

发明人在图2所示的连续转动式设备中，用RF等离子CVD法形成具有较薄的膜，从入射光平面看是最上面的两个i-型半导体层，用微波等离子CVD方法形成具有较厚的，从入射光平面看是最下面的两个i-型半导体层，并用RF等离子CVD方法形成n-和p-型半导体层，构成具有n-i-p-n-i-p-n-i-p结构或p-i-n-p-i-n-p-i-n结构的非晶硅基的半导体构成的3-层串联式光电池。

普通设备中，用微波等离子CVD法在i-型半导体层膜形成室103A和103B中的膜形成速度非常高，几乎是8nm/sec，使其3-层串联式光电池用的半导体迭层膜高速形成。尽管最上部的n-i-p结构光电池的i-型半导体层是用具有较慢的膜形成速度的RF等离子CVD方法形成的。由于最强的光照射到串联连接的三个电池的最上面一个电池的i-型半导体层上，为了获得等量的输出电流，因此三个电池的i-型半导体层的厚度中最上面一个电池的i-型半导体层的厚度可以较小。因而，i-型半导体层的慢的膜形成速度不影响总的半导体层膜的高速形成。这种高速膜形成使其能够提高条形基片的传输速度。例如，即使条形基片的传输速度上升到约100cm/min，用三个膜形成室可以形成约300nm的i-型半导体层，在i-型半导体膜形成室103A和103B中，每个膜形成室长度约为20cm。

与2-层串联式光电池一样，为防止掺杂层吸收光，最好用具有大的能带宽度的如非晶碳化硅的硅基材料和具有小的短波光吸收因子的微晶硅作光电池的i-型半导体层的入射光一边的掺杂层。与此相关的，发明人还用了导电率几乎比在入射光一边的掺杂层中能够获得的非晶硅的导电率大三位数的高导电率的微晶硅。这时，也存在2-层串连式电池的用RF等离子CVD法掺入杂质的具有高导电率的微晶层高速形成中出现的上述问题。

换句话说，发明人发现，不用含硅原子的材料气体的气体等离子在i-型半导体层上形成掺杂层。能制成n-i-p-n-i-p-n-i-p或p-i-n-p-i-n-p-i-n结构的3-层串联式光电池。

这种发现绝不可能用淀积掺了杂质的硅膜来形成掺杂层的普通构思实现。

而且，本发明人采用图2所示设备，在膜形成室105A和105B中，没有SiH₄气流，在i-型半导体层的入射光各边形成全部掺杂层。

与用RF等离子CVD方法，用SiH₄气流形成的层相比，所制成的串联式光电池的输出特性（当光辐射时的电压-电流特性）出现曲率因子恶化，不能获得具有令人满意的光电池特性。但是，用等离子掺杂，并在膜形成室105C中，只在入射光边的最近处形成掺杂层，没有观察到这种曲率因子恶化。

只在图2所示的设备中的膜形成室102A，103A和105A中形成膜，制造具有用微波等离子CVD方法形成的i-型半导体层的单式光电池时，没有发现上述的曲率因子恶化，并且，即使将膜形成室105A中的掺杂层的形成方法由RF等离子CVD法改为等离子掺杂法，也能获得令人满意的电池特性。

换句话说，很明显，只有用等离子掺杂方法在i-型半导体层的入射光边形成掺杂层，并且还在掺杂层上淀积一层具有相反导电类型的半导体层时，才出现曲率因子恶化。

在上述发现基础上的本发明，企图获得一种设备，用它可以在大面积上高速连续制造没有变化和均匀一致的高质量的光电池。本发明打算解决的问题是，在普通的连续转动式的连续形成设备中，用微波等离子CVD方法形成i-型半导体层，用RF等离子法形成n-和p-型半导体层，由此形成半导体迭层膜，很难在i-型半导体层上大面积形成单一的掺杂层，而且容易引起光电池的特性变化和不均匀，采用本发明设备，用等离子掺杂法在入射光边最近处形成掺杂层，在大面积上高速连续制造无特性变化而均匀一致的高质量3-层串联式光电池。

用微波等离子CVD方法形成i-型

半导体层的膜形成室

按本发明的2-层或3-层串联式光电池用的制造设备，用微波等离子CVD方法形成i-型半导体层的膜形成室，涉及一个用微波等离子CVD法在连续移动的条形基片上连续形成实质上是本征的硅基非晶半导体层的膜形成室。

根据本发明的设备，设有多个用微波等离子CVD方法形成i-型半导体层的膜形成室，形成室相互连接，实现条形基片的高速移动，一个膜形成室的尺寸不超过规定尺寸，或在多个膜形成条件下形成一层膜。

根据本发明的设备，给用微波等离子CVD的膜形成室输入形成等离子所需的微波功率，其决定于微波等离子CVD方法。这时，微波功率的供给装置可以是像微波输入窗那样的装置，它包括已在日本专利申请公开No-3-30419中公开的一个微波发送件，日本专利申请公开No-3-30420中公开的一个微波泄漏波导，和日本专利申请公开No-3-30421中公开的一个微波发射天线和将这些装置与磁形成装置组装并满足ECR条件而构成的装置。

以下详细说明微波输入窗，它包括微波发送件，用作微波功率输入装置。

微波发送件设置在微波输入窗的末端部分，使膜形成室内的真空气氛与微波输入窗安装处的外部空气隔开，并设计成具有能耐受内部空间与外部空间之间的压力差的结构。特别是，微波发送件是一个平板或钟罩形，扁片形或锥形，其切面沿微波传播方向最好是圆形，矩形或椭圆形。

微波传输件在微波传播方向的厚度必须根据所用材料的介电常数来设计，从而使微波反射减到最小。例如，微波发送件是平板形时，厚度最好是约等于1/2微波波长。此外，微波发送件的材料最好是能发送所发射的微波能量，使其通过微波输入窗进入膜形成室，其损耗最小，而且空气密封性极好，以完全防止空气流入膜形成室，特别是，它可用玻璃或石英制成的结晶陶瓷、氧化铝、氮化硅、氧化铍、氧化镁、氧化锆、氮化硼和碳化硅。

最好均匀冷却微波发送件，以防止因微波能和/或等离子能加热引起的热损坏（裂缝或破碎）或类似损坏。

实际的冷却方式是微波发送件面对外部空气一边的表面上让冷空气流过，冷却介质如空气、水、油和氟里昂，用于冷却微波输入窗，或采用通过与微波输入窗接触的部分来冷却微波发送件的冷却方式。冷却微波发送件至足够低的温度，能够产生高电子密度的等离子，不会引起因受热面使微波发送件产生裂缝的热损坏，即使当较高的微波功率输入膜形成室时，也不会出现这种热损坏。

在条形基片上，微波发送元件露给微波等离子的部分产生膜迭层，根据膜的类型的特性而迭置。由微波输入窗发射出的微波功率被迭层膜吸收或反射。条形基片使输入膜形成室的微波能量的输入量减小，发射开始后微波能量的变化立即明显增大，这不仅很难保持微波等离子，也使迭层膜的膜形成速度慢慢下降，而且可能使性能改变。这种情况下，可以用干式蚀刻法，湿式蚀刻法，或机械清除法，除去迭置在微波发送件上的膜，恢复原始条件，特别是，干式蚀刻法对于除去迭层并保持真空条件是较好的方法。

用所谓的负载锁定法将微波发送件以膜形成室中取出，而保持与微波供给装置结合在一起的膜形成室内的真空状态，用湿式蚀刻法或机械清除法剥掉微波发送件上的迭层膜，以便重复再用，或用新部件替换。

此外，可以用其他方法除去用微波发送材料制成的与微波发送件相等的片材上粘附和形成的迭层膜，使该片材沿着微波发送件在膜形成室一边的表面连续馈送，并使片材从微波等离子区排出。

而且，可以在微波发送件的膜形成室一侧安装垂直细分微波场的金属件和微波反射件，如日本专利申请公开No-3-110798公开的，使其除了输入膜形成室的微波功率外，在所有分隔部分处的微波功率很难产生等离子，为防止膜粘附在微波输入窗上，膜形成室内的等离子与微波输入窗之间的距离要相应地延长。

微波输入窗的结构要适于使微波功率源供给的微波功率输入膜形成室，并使形成迭层膜用的转换材料气体输入膜形成室使其等离子化。

特别是，微波发送件安装在微波发送波导的末端部分上，因此可以用它保持密封。基于相同的标准，微波输入窗可以是微波发送波导或按其他标准制成的。微波输入窗的大小和形状最好由微波输入窗中的微波发送模式决定并设计，在微波输入窗中的微波发送模式是单模。确保微波功率在膜形成室内有效传输并稳定产生，保持和控制微波等离子。甚至通过微波输入窗的微波功率可以用多种模式传输，这可以适当选择微波等离子的产生条件，如材料气体，压力和微波功率来实现。微波输入窗的传输模式设计成能接收单模，例如TE₁₀模，TE₁₁模，eH₁模或TM₁₁模和TM₀₁模。最好是用TE₁₀模、TE₁₁模和eH₁模，波导使上述传输模的传输与微波输入窗相连，波导中的传输模式最好等于微波施加装置中的传输模式。根据微波频带和传输模式适当选择波导类型，至少截止频率小于所用频率的频率。特别是，具有矩形截面的内部尺寸为宽96cm×高27cm的波导可用于2.45GHz的微波，除矩形波导外，有圆形和椭圆形截面的波导适用于JIS、EIAJ、IEC和JAN等。

由于由微波源提供的微波功率通过微波输入窗有效地输入膜形成室，可以容易地避免从微波输入窗产生微波反射问题，可以在不用微波匹配电路，如三短路线调谐器或E-H调谐器的微波电路中保持较稳定的放电。然而，在放电开始前后，由于不正常放电引起强微波反射的情况下，最好设置上述的微波匹配电路，保护微波功率源。

按本发明的设备，用微波输入装置给上述的用微波等离子CVD方法的膜形成室输入的微波可以按任何方向构成。例如，等离子在膜形成室中形成时，垂直于条形基片的半导体层的形成表面的方向，平行于条形基片的半导体层形成表面的方向并且垂直于基片的移动方向，或平行于条形基片的半导体层形成表面的方向并平行于基片移动方向，或同时在几个方向形成。最好是，按平行于条形基片的半导体层形成表面并垂直于条形基体移动方向的方向输入微波功率。

尽管按膜形成室中形成等离子的要求，将微波功率输入用微波等离子CVD方法的形成室的输入装置数量可以有多个，如果要达到大的等离子形成空间，最好设置多个输入装置。按平行于条形基片的半导体层形成表面并垂直于其移动方向的方向输入微波功率的情况下，假如条形基片的宽度较小，从条形基片一边输入微波，仅仅在条形基片上可以形成实质上均匀的等离子，但是，若条形基片的宽度大最好从条形基片两边输入微波。

设置有多个微波输入装置的情况下，设置多个微波功率供给源将微波功率供给各个输入装置，或用功率分配器分配由少数几个功率供给源供给的微波功率并供给各输入装置。

按照本发明的设备，使用微波等离子CVD的膜形成室中彼此相对着安装多个微波输入装置的情况下，这些装置应安装成，从一个微波输入装置发射出的微波功率，被另一个微波输入装置接收，而不到达与后面的微波输入装置连接的微波功率供给源，引起反作用，如微波功率源损坏或产生不正常的微波振荡。

实际上，多个微波输入装置应安装成传播过微波装置的微波场不相互平行。换句话说，波导应安装成，与微波输入装置连接的波导的长边或含纵轴的表面是相互不平行的。

按本发明的设备，条形基片应穿过用微波等离子CVD方法的膜形成室，连续形成半导体层。膜形成室内的条形基片的形状，如美国专利说明书4566403中公开的平板形，和日本专利申请公开3-30419中公开的Ω形，均为基片形状实例。

根据本发明的设备，在使用微波等离子CVD方法的膜形成室中形成迭层膜用的材料气体，从气体导管释放入膜形成室，气体导管安装在膜形成室内条形基片通道上设置的单个或多个气体释放孔中，使气体进入膜形成室，并由输入的微波功率转换成等离子，形成微波等离子区。最好使用在微波等离子中不会变坏的材料，作为形成气体导管的材料。特别是，这些材料可能是耐热的金属，如不锈钢，Ni，Ti，和W，这些金属用火焰涂复一层陶瓷，如氧化铝和氮化硅。

尽管可以在膜形成室的任何任何位置输入材料气体，最好还是以条形基片宽度方向多处位置输入材料气体，这样，至少在条形基片宽度方向形成均匀的等离子。

根据本发明的设备，用真空泵用作微波等离子CVD法的膜形成室的抽真空装置，使压力适合于形成半导体层。根据微波等离子CVD方法，等离子可以保持在低于RF等离子CVD中的压力下，减小形成迭层膜的压力可以快速形成高质量迭层膜，因此，膜形成室最好用能获得比用RF等离子CVD方法的形成室的真空度更高的真空泵抽真空。能获得这样高的真空度所用的真空泵有涡轮分子泵，油扩散泵，低温泵，或用这些泵中的一种泵与回转泵或机械增压泵组合而构成的一种泵。最好用涡轮分子泵或油扩散泵同时回转泵或机械增压泵给合成的泵。

用微波等离子CVD方法的膜形成室可以设置多个抽真空导管（抽真空的部件），用于释放大量的材料气体并分解材料气体。当膜形成室分区形成多个无气体扩散的等离子空间时，以各个等离子空间释放气体，在膜形成室内的多个方向形成多个材料气流，或将抽真空装置分成获得低真空度的粗抽真空装置和获得高真空度的抽真空装置。

安装到用微波等离子CVD方法的膜形成室上的抽真空用的抽真空导管（抽真空部件），最好用金属网或带有高密度的小孔的金属板制造，使气体可以通过，但阻止微波通过，防止微波泄漏，这样，由等离子形成空间来的等离子不会由于输入膜形成室的微波功率泄漏而变的不适用，使噪声也不可能进入外部的电子设备。

根据本发明的设备中，最好设置控制条形基片温度的温度控制装置，条形基片在用微波等离子CVD方法的膜形成室内移动并在其上形成半导体层，温度应适合于在膜形成室内形成半导体层。

由于气体对基片的冷却作用照例是低的，低压力适合于微波等离子CVD法，条形基片曝露到高密度微波等离子中，因而，可能使基片受热达到半导体层形成工艺规定温度还高的温度。因此，最好温度控制装置，使条形基片进入等离子形成空间之前被加热到适合形成半导体层的温度，并在等离子空间内保持在一个固定温度。例如，输入大的微波功率，加热器被设置在等离子形成空间的前面，用于加热条形基片，当它通过气门时降低了它的温度，冷却装置使被加热的条件基片保持在等离子空间中被等离子以固定温度加热、该冷却装置被设置在等离子空间。

由于在膜形成室内半导体层形成在条形基片的表面上，因此，在形成膜期间最好从条形基片的背面控制它的温度。

由于条形基片在膜形成室内连续移动，为了加热条形基片，因此，最好用辐射式加热器，如不接触加热的灯加热器，加热条形基片。控制条形基片温度的温度测量装置，最好使用具有小热容量的快速响应的热电偶的能测量移动表面的温度的移动表面的温度计，或能够不接触测量的辐射温度计。

图3是本发明的设备中使用微波等离子CVD方法的膜形成室的一个推荐实例的剖视图。

[释放室单元]

图3中，条形基片401进入真空室402穿过气门403，从左向右移动，由气门404排出。

盒形膜形成室单元405可拆卸地安装在真空室402中，条形基片在膜形成室的上部移动，用膜形成室405中贯穿的隔板421、422、423和424分隔其内部空间而构成的膜形成室406，407和408中的等离子，在条形基片表面（下表面）上形成硅基非晶半导体层。

设置多个形成i-型半导体层的膜形成室，改变各膜形成室内的膜形成条件，使半导体层中的特性，如能带宽度在厚度方向改变。例如，使条形基片在三个膜形成室406，407和408中连续移动，形成具有能带宽度为1.7ev，1.6ev和1.5ev的迭层膜，就能形成在膜厚方向为1.7ev，1.6ev或1.5ev的能带宽度的i-型半导体层。改变各个膜形成室内的膜形成速度，或改变贯穿隔板422和423的位置，贯穿隔板422和423设置成可移动的，以便分隔膜形成室，可以使各膜形成室内形成的迭层膜厚度改变，并使膜厚方向上的特性曲线图改变。

此外，改变贯穿隔板422和423的开孔率可以改变膜厚方向的特性曲线图。减小隔板的开孔率限制膜形成室之间材料气体相互混合侵入，使由膜形成室决定的材料气体的组分不连续变化，所形成的膜的特性在膜厚方向不连续改变。提高隔板的开孔率，使各个膜形成室的材料气体在隔板附近相互混合，使各个膜形成室的材料气体的组分连续改变，则膜厚方向膜的特性能连续改变。

膜形成室406，407和408在底上几个位置设置孔，通过这些孔，材料气体输入与材料气体供给系统连接的管409，410和411，未示出，压力测量管412，413和414连接到压力表，偏转电极415，416和417连接到各个膜形成室，未示出，这是因为与上述结构相同，用作将要输入的材料气体输入各个膜形成室，测量压力和提供DC或RF偏转功率。

膜形成室还设置了开口，开口安装成与膜形成室的侧壁相连，与连接到微波功率源的微波输入窗418，419和420对应，没有示出，给各膜形成室供给微波功率。

材料气体输入管409，410和411在条形基片宽度方向设置多个喷咀，以便在条形基片宽度方向均匀输入材料气体。偏置电极415，416，和417设置成连接在真空室内的同轴结构部件处，并在膜形成室内微波输入窗中心的前部内的条形基片宽度方向延伸。这些偏置电极可分成如SUS和Ni的金属制成的T形电极部件和真空室壁的电流输入端连接的导体部件。

贯通金属隔板421，422，423和424隔出各个膜形成室，膜形成室内的气体通过所设置的几乎布满每个贯通隔板的全部表面的小通孔从膜形成室单元405释放出去，经由与高真空泵连接的抽真空管425和426由气门403和404流出与气门中气体一起释放，未示出，通过气门阀释放到真空室402外。真空室402设置有与真空管425和426不同的与低真空泵连接的抽真空管427，用于粗略地抽真空。

贯通金属隔板421，422，423和424上设置的孔几乎布满全部表面，这些孔的尺寸小到能防止微波由此通过而进入膜形成室，但大到能让气体由此通过，粒子的接收板428，设置在贯通隔板外，用以捕获硅粒子，在膜形成室内生成膜并从贯通隔板的孔排出，防止落入抽真空管425和408。

此外，在入口，出口和膜形成室单元405内条形基片401的两个端部都安装等离子泄漏隔绝板429，防止膜形成室内的等离子泄漏到外边。调节膜形成室406和408上面的等离子泄漏隔绝板429在条形基片移动方向中的部分的长度，可以调节膜形成室406和408中形成的半导体膜的厚度。

膜形成室单元405安装成可在膜形成室上安装温度控制单元430，用加热或冷却使温度得到控制，膜形成之前，加热膜形成室单元405，以代替对条形基片的干燥。膜形成中，用膜形成室温度控制单元430冷却或加热，可以限制或控制膜形成室的壁温变化。

图4是图3所示膜形成室单元的透视图。

图4中，条形基片和膜形成室单元部分切开，微波输入窗稍稍偏离原来的位置，可以清楚地观察内部结构。图4中501至529与图3中的401至429相对应。并和后者是相同的。

如从图3和图4所看到的，条形基片通过了膜形成室时，打开真空室的上盖431，可以从真空室的上方取出膜形成室，并与膜形成室内的偏置电极的电极部件脱离。膜形成室内壁淀积了大量硅膜时，可以从真空室内卸下膜形成室用化学或物理方式如腐蚀或清除处理，容易地清洁膜形成室。

[微波输入窗]

如图3和图4所示的，采用微波等离子CVD方法的膜形成室中，将微波输入膜形成室的微波输入窗是由微波功率源供给的微波功率的有效输入装置，未示出，将微波功率输给波导，通过隔离器，功率监测器和匹配单元输入各膜形成室，如图4所示。

提供的2.45GHz连续微波功率通过方形波导550，由谐振腔式模转换器551由方的TE₁₀模转换成圆TE₁₁模，并输入已减压的膜形成室，通过微波输入窗518，519和520，厚度为1/2和1/4，微波波长的氧化铝陶瓷盘552和553迭加在微波输入窗上。

两个迭放的氧化铝陶瓷盘的模转换器一边用厚度为1/2波长的瓷盘552保持膜形成室的气密封性。膜形成室四周用水冷却，空气边用Vortex（商标名称））冷风机进行强力空气冷却。一个小的圆柱形氧化铝陶瓷盘，未示出，贴在厚1/2波长的瓷盘552空气表面的两个位置上，用于匹配，使输入膜形成室的微波功率的输入效率提高。厚1/4波长的瓷盘553的膜形成室侧面上淀积了大量硅膜时，只需将厚1/4波长的瓷盘取出用腐蚀处理，清除处理或类似的清洁处理进行清洁处理。

[条形基片温度控制装置]

图3所示的用微波等离子CVD方法的膜形成室中，灯加热器432和基片温度控制部件433，434和435，固定在真空室402的可打开的盖子431上。设置在真空室402内条形基片401的上表面（在后边）上从后边控制条形基片401的温度使其达到规定温度，用与条形基片背面接触的，有小容量的和大接触面的薄片式热电偶436，437，438和439测量温度。

尽管通过气门403时条形基片的温度降低了，用安装在放电室406前面的用于达到放电室406的灯加热器432，加热条形基片401使其达到规定的适合于膜形成的温度。用设置在放电室406，407和408上的基片温度控制部件433，434，在迭层膜形成中将条形基片401的温度调节在固定温度。

灯加热器432的结构是，有多根棒形红外灯，其长度为足以均匀加热条形基片的宽度。安装成与条形基片的移动方向垂直，并设置一个双结构反射器440，收集从灯照射到条形基片的辐射光，提高加热效率，并同时防止真空室的盖子431被加热。设置一引线罩盖，未示出，盖住引线和灯加热器432的电源线，防止因等离子以放电单元405中泄漏而引起的等离子的电线上漏出或在引线上引起火花。

放电室上的温度控制部件433，434和435用来控制在其上要形成膜的条形基片的温度。并控制用灯加热器432加热到规定温度的条形基片的温度，用输入到膜形成室的材料气体冷却或用高能等离子加热来改变温度，使条形基片的温度保持在规定温度，形成膜。

[条形基体支撑装置]

图3所示的用微波等离子CVD方法的膜形成室中，卷绕并支撑条形基片背面的支撑辊441设置在真空室402中条形基片401上表面相对边的几个位置上，使条形基片401在真空室402中笔直地伸开。支撑辊441中安装一个永久磁铁，未示出，它具有高居里点并且所产生的磁力大小不影响等离子，当条形基片是用如铁基不锈钢的磁性材料制成时，使支撑辊和条形基片相互紧密接触。

支撑辊441的表面用导电材料，如不锈钢形成，并电气接地到导电的条形基片401的接地端。

采用RF等离子CVD方法的膜形成室。

在按本发明的制造电池用的设备中，用RF等离子CVD方法的膜形成室，用于在连续移动的条形基片上，用RF等离子CVD方法，连续形成硅基非晶半导体。

本发明中，安装用RF等离子CVD方法的膜形成室，用于形成除位于入射光边最近处的掺杂层和i-型半导体层外的掺杂层，并最好将用RF等离子方法形成极薄i-型半导体层的膜形成室安装在用微波等离子CVD法形成掺杂层的膜形成室与形成i-型半导体层的膜形成室之间。

当制造光生伏特电池时，由用于形成i-型半导体层的微波等离子CVD所形成的等离子体提供高能量，因而当i-型半导体层开始形成时，根据放电条件，可能稍微由于溅射而腐蚀i-型半导体层下面的掺杂层。

如果当形成i-型半导体层时掺杂层被溅射腐蚀，杂质被掺杂到i-型半导体层中，使i-型半导体层的特性改变，引起光伏电池特性的变化。为了防止由微波等离子体所引起的这种掺杂层的溅射腐蚀，最好再设置一个成膜室用于通过RF等离子体CVD方法用低能等离子体，在i-型半导体层下面的掺杂层和由微波等离子CVD法形成的i-型半导体层之间，形成一i型半导体层，以便通过RF等离子体CVD方法在掺杂层上形成一薄的i型半导体层，以使掺杂层不会直接暴露于微波等离子体。

虽然尚不清楚其原因，但本发明者已弄清了，在i型半导体层和在其上待形成的掺杂层之间插设一极薄的用RF等离子CVD方法形成的近似10-20nmi型半导体层，可改善待制作的光伏电池的特性。因此，最好在用微波等离子CVD法形成i型半导体层的成膜室与用RF等离子CVD法形成掺杂层的成膜室之间再增设一个用RF等离子CVD法形成i型半导体层的成膜室，以便在由微波CVD法所形成的i型半导体层与在其上待形成的掺杂层之间用RF等离子CVD法形成一极薄的i型半导体层。

在根据本发明的设备中，可使根据RF等离子CVD法的各个成膜室连接起来，以满足条形基片的高速移动，或在不扩展各成膜室的尺寸的各种成膜条件下形成一个层。

在本发明的设备中，一种使用放电电极的电容耦合系统和使用RF线圈的电感耦合系统是一种适用于将RF功率引入根据RF等离子CVD法的成膜室的系统。最好采用使用平行板电极的电容耦合系统。

在本发明的设备中，最好在根据RF等离子CVD法的成膜室中设置温度控制装置，以便它在成膜室中移动时在其上形成半导体层的基片控制在适合于形成半导体层的温度。

为了在半导体膜被形成时使条形基片的温度维持在一固定的温度，最好设置温度控制装置，它能在条型基片送给等离子形成空间之前将条形基片（衬底）加热到适合于形成半导体层的温度并能保持其在等离子形成空间内的温度。

在成膜过程中的温度控制最好从条形基片（衬底）的背面实行，这是因为在成膜室内半导体层是形成在衬底的表面。

由于条形衬底在成膜室内是连续移动的，最好使用辐照型加热装置，如能非接触加热的灯光加热器来加热条形衬底，并使用诸如能测量移动目标表面温度并采用热容量小和响应速度快的热电耦的移动表面温度计或允许非接触测量的辐射温度计的温度测量装置。

图5是根据本发明的借助于RF等离子CVD方法的成膜室的示意剖面图。

[放电室]

在图5中，条形基片601通过气门603进入真空腔，在图中自左至右，从气门604出去。

在真空腔602内设置放电室605，以便借助于从RF功率源（未示出）引入的功率在放电室605内在电接地的条形基片与放电电极之间形成等离子体，并在条形基片的下表面（上表面）形成硅基非晶半导体。在放电室605，设置一与材料气体供给系统（未示出）相连的材料气体引入管道607及一与放电部件（未示出）相连的排气管道608，形成平行于条形基片移动方向的气流。

在材料气体流动通道内设备组块加热器609，在由等离子分解之前使材料气体预热，并加热放电室，以便分解送风部周围的材料气体，并减少各硅烷颗粒对放电室605内壁的粘附。在放电气体出口通道内设置放电室的排气口610，以使放电室605的外界气体（从气门流入的闸门气体，从真空腔602放出的气体等）不经过放电室605排放到排气管道608，以防止杂质侵入堆积膜。

在放电室605上部的条形基片601的入口和出口部及宽度方向两侧设置等离子泄漏防护环611，以防止等离子体从放电室605泄漏。

[条形基片的温度控制机构]

在图5所示的根据RF等离子CVD方法的成膜室中，在真空腔602内的条形基片601的上表面（背表面）一侧设置灯光加热器613和614，二者固定于真空腔602的可开合的盖612上，以便从背面使条形基片601加热到一定温度，此时，用与条形基片背面保持接触的热电偶615、616监控基片的温度。虽然当条形基片601通过气门603时，其温度是低的，但条形基片601直至条形基片到达放电室605之前一直被设置在放电室前部的灯光加热器613加热到一定的适合于成膜的温度，在进行叠积膜时，其温度由设在放电室605上的灯光加热器614保持在一固定的水平。

灯光加热器613、614的结构是使多个条形红外灯尽可能的长，足以使沿与条形基片的移动方向排列的条形基片宽度均匀加热，并调整灯的间隔，使位于放电室605前的那些灯的排列密度高，使位于放电室605后的那些灯，因为远离放电室605，其排列密较稀疏。灯光加热器613、614分别设有双结构的反射器617，使灯辐射出的光集聚在条形基片上，提高加热效率，同时防止真空腔的盖612受热。此外，为给灯光加热器613、614供电的导线设置导线套（未示出），防止放电室605的等离子的泄漏所引起的来自导线的放电火花、漏电。

[条形衬底的支撑机构]

在借助于RF等离子CVD法的成膜室中，支撑辊618在靠近真空腔602的入口和出口部的位置滚动、支撑条形基片的背表面，以使条形基片601顺向伸展到真空腔602之内，对放电电极606保持固定的距离。

当使用磁性材料如铁氧体基不锈钢制成的条形衬底时，将具有高居里点并产生尽可能不但不影响等离子体的永久磁体装入支撑辊618中，以使支撑辊618和条形基片601相互紧密接触。

用导电材料，如不锈钢形成支撑辊618的表面，并电学接地，以使条形衬底601接地。

用等离子掺杂的成膜室

在使用根据本发明的光伏电池的设备中，根据等离子掺杂的成膜室称为成膜室（放电处理室），用于在露出i型半导体层的表面，在对含杂质元素的气体辉光放电的等离子体中连续移动的条形基片上连续形成掺杂层和等离子掺杂。

一种含用于本发明的等离子掺杂的杂质元素的气体可包含含有硅原子的气体，如SiH₄、Si₂H₆和SiF₄，使放电稳定，以及在含有杂质元素的气体例如B₂H₆、BF₃、及PH₃中尽可能少的添加稀释气体如氢和He，以通过堆积淀积形成所要求膜厚的半导体层。

本发明者弄清了，在相同放电功率的等离子掺杂中，通过对SIMS膜厚方向杂质元素的分布的检测，在高频时，杂质元素的注入浓度不容易充分。

优选近似13.56MHz或更低，最好选在500KHz或更低的频率，可用于形成具有适当的近似于3-30nm厚的入射光侧的掺杂层。

在低频放电是不适合的，因为容易引起放电空间内等离子体的不均匀及异常放电如打火。

虽然在放电室和基片之间要求小的间隙，以使基片在俗称连续滚动系统中移动，但在低频时，等离子可能从放电室通过该间隙泄漏。

能防止此现象的频率优选在1KHz或以上，最好优选在5KHz或以上。

由于上述的原因，频率应优选在1KHz-13.56MHz，优选在5KHz-500KHz则更好，用以通过等离子掺杂来形成用于光伏电池的入射光侧的掺杂层。

应了解通过本发明的等离子掺杂，以1KHz-13.56MHz的频率可获得特性满意的光伏电池，而根据等离子掺杂的成膜室结构可以与根据RF等离子CVD法的成膜室的结构，如图5所示之实例几乎完全相同。

根据本发明，可设置多个成膜室，以满足条形基片的高速移动，或在多种成膜条件下形成一个层，而不使各成膜室的尺寸扩展到比规定的更大。

在本发明的设备的等离子成膜室中，最好有温度控制装置，当基片在成膜室内移动时，将条形基片的温度控制在适合于形成半导体层的或使成膜室内部返回热的温度，以在基片表面形成半导体层。

在该成膜室内，在条形基片表面上形成半导体层，所以在膜形成的过程中，最好从基片背面控制条形基片的温度。

因为条形基片是在成膜室内连续移动的，最好使用辐射型加热器如非接触加热的灯光加热器来加热条形基片，使用诸如能测量移动目标表面温度并采用热容量小和响应速度快的热电耦的移表面温度计或能非接触测量的辐射温度计等的温度测量装置。

[条形基片伸直室]

本发明的条形基片伸直室称为容纳成膜的条形基片并将条形基片连续送进成膜室的一个真空室。

图6A是表示本发明的设备中使条形基片伸直的伸直室的实例的示意剖面图。

在图6A中，条形基片701A像一线圈那样被卷起来，卷轴703A位于真空腔702A内，当用条形基片卷取室内的卷带机构拉它时，从卷轴703A上拉出伸直，并由辊轮704A使成膜表面（正表面）面朝下，送入与平板制成的气门705A相连的成膜室（其后未示出）。一个给条形701A施加固定拉力的拉力调节机构（未示出）与卷轴703A相连，拉伸条形基片，防止基片松驰。收取膜的卷轴706A与一收取机构相连（未示出），收取一薄的软保护膜707A，该膜是用聚乙烯，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚酰胺、无纺布、纸或这些材料之一的树脂基片制成的，在其上再淀积一层薄金属如A1与条形基片一起作为条形基片被拉直，以防止条形基片两面被擦伤。此外，辊轮704A设有一个转向机构（未示出），从真空腔702A的外部稍微改变辊轮704A转轴的方向，适合于稍微改变条形基片的前进方向，即使条形基片卷绕在卷轴703A上的位置在条形基片宽度方向上不一致，也能自始至终以条形基片的宽度方向为基准，将条形基片送到气门705A的固定位置。

用一与真空抽气单元（未示出）相连的抽气管道708A抽出真空室702A的内部气体。

[条形基片卷取室]

本发明中的条形基片卷取室称为连续卷取来自成膜室的在其上已形成半导体层膜的条形基片，并将基片收纳于其内的真空室。

图6B是表示本发明的设备中条形基片拉直室的示意剖面图。

条形基片卷取室的部件结构几乎与条形基片拉直室完全一样，但是卷轴的转动方向与辊轮的相反。

在图6B中，在半导体堆积膜形成之后的条形基片通过气门705B进入真空室702B，并由与一转动机构（未示出）相连的卷轴703B卷取。

一个膜卷在膜卷取卷轴706B上，用以保护条形基片，以免在卷取条形基片的同时，两面被擦伤。收取膜的卷轴706B为卷轴702B提供一个薄而软的保护膜703B，它也是由使用聚乙烯、对酞酸聚乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺等无纺布、纸或这些材料之一的树脂基片制成的，在其上再薄薄地淀积一层金属如A1。另外，辊轮设有一转向机构（未示出），从真空室702B的外部稍微改变辊轮704B转动轴的方向，适合于改变条形基片的前进方向。即使通过气门705B送来的条形基片的宽度位置不规范也能始终参照基片的宽度方向，将条形基片卷取在卷轴703B的固定位置。

抽气管道708B用于抽空待抽真空的真空室702B的内部，并与一真空抽气单元（未示出）相连。

[转向机构]

下面参照附图详述转向机构。

在条形基片卷取室内，在真空室内设有一个横向偏移探测机构和一个校正横向偏移的转向机构，避免条形基片在与条形基片的移动方向相垂直的方向上的偏移。

图7是表明横向偏移探测机构和转向机构的示意图。为便于理解，条形基片被表示成部分剖视图。

在图7中，条形基片的移动方向被一个辊轮804向上折返。辊轮804通过可绕轴转动的支承806与一个和辊轮804的转动轴交叉的转动机构803相连，形成转向机构。该转动机构的转动主轴803延伸出真空室，并与一个有减速机构的伺服马达（未示出）相连，以便从真空室外部可以控制其转动角度。

参照图7，对条形衬底801偏移到移动方向805的左侧的情况来说明转向机构。调整卷取卷轴，转动机构803和支承806的位置，以便在条形基片801起动之前，使预先施加给左右辊轮804的拉力恒定，并由卷取卷轴整齐收取条形基片。这些位置应建立在横向偏移探测机构的横向偏移＝0及转动机构的转角＝0基础上。当条形基片801移动，并开始向左偏移时，探测到条形基片801向左的偏移值。而且，转动机构803仅根据上述横向偏移做小角度转动，使辊轮804的右侧可沿移动方向移动，而其左侧沿着与条形基片移动方向805的相反方向移动。响应于转动机构803的转动，施加给条形基片的拉力，在右侧被加大，在左侧被减弱。因而，条形基片逐渐转向到拉力大的辊轮804的右侧，若当横向偏移＝0时设转角＝0，则最终转到原始位置，当条形基片向右偏移时，辊轮804应沿相反方向转动，使条形基片转到原始位置。这种运作由一与转向机构和横向偏转探测机构相连的反馈机构（未示出）自动实现，始终使基片的位置被控制在沿宽度方向的固定角度之内，使其位置对准宽度方向卷绕在卷取卷轴上。

[气门]

根据本发明的气门称为安排在成膜室之间的连接装置，用于在相邻成膜室之间移动条形基片，借助于相邻成膜室与一狭形隔离通道相连，隔开材料气体，并引导气体如Ar、He和H₂进入隔离通道，形成流向成膜室的气流。

图3、5、6A和6B是分别表示成膜室、条形基片伸直室、条形基片收取室以及连接这些部件的气门的示意剖面图，而图3、5、6A和6B所示的气门基本上有相同的结构。

在图3中，气门403设有一块形隔离通道442，用于隔开材料气体。在基片衬底宽度方向基本上在隔离通道442的中部在条形基片之上和之下设有多个气体引入口，气体引入口443和444与气体供给系统（未示出）相连，引进闸门气体，并使材料气体与条形基片401的上和下隔开。在隔离通道442中，用多个转动支撑辊轮445支撑于条形基片的背面，以不使条形衬底表面与隔离通道442的下壁表面接触，可保持固定轴的缝隙。

当使用磁性材料如铁氧体基不锈钢制成的条形基片时，将具有高居里点并产生尽可能不影响等离子体的磁力的永久磁体装入支撑辊445中，以使支撑辊445和条形基片401相互紧密接触。

狭缝形隔离通道442最好在条形基片厚度方向上是宽的，在其移动方向上是短的，以防止条形基片的半导体形成表面由于与隔离通道内壁下表面接触而被损伤，导致条形基片的波动运动和振动;在条形基片的厚度方向是窄的，在其移动方向是长的，以防止材料气体侵入所连接的成膜室。所以，虽然狭缝形隔离通道在条形基片的宽度方向的内部尺寸稍大于条形基片的宽度而近似固定，但狭缝形隔离通道在条形基片的厚度方向的内部尺寸，相应于所连接的成膜室内的压力差较大，设定得窄些，杂质气体侵入的许可量很小。例如，用微波CVD方法的i型半导体层成膜室的内压是低的，另外，杂质气体侵入的许可量是小的，因而成膜室的内压相当高，使隔离通道在条形基片厚度方向的道内尺寸制成同连接掺杂层RF等离子CVD法成膜室的气门一样窄，为了使引入杂质空气而狭窄通过，几乎不许可条形衬底通过进入连接根据RF等离子CVD法的掺杂气体引入其内的掺杂膜形成室，道内尺寸被设定在近似0.3-3mm的范围。另一方面，在连接条形基片伸直室和基本上没有压力差的条形基片卷取室和根据RF等离子CVD方法的成膜室的气门内，隔离通道在条形基片厚度方向的道内尺寸设定得相当宽，近似在1-5mm的范围，以使条形基片可容易移动。

[条形基片]

适合用于本发明设备的条形基片材料最好是在形成半导体层所要求的温度无变形和应力并具有所要求的强度和导电率。具体地讲，可列举的材料包括金属片，如不锈钢、铝及其合金、铁及其合金，以及铜及其合金及这些金属组合物;用不同类的金属薄膜和/或绝缘薄膜如SiO₂、SiN₄、Al₂O₃及A1N，通过溅射、淀积、或电镀法，涂覆在这些金属材料表面上所构成的材料;通过对耐热树脂基片，如聚酰亚胺，聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、及环氧树脂，及与玻璃纤维、碳纤维、硼纤维以及与单金属的金属纤维的组合物的导电性的处理所构成的材料;以及通过电镀、淀积、溅射和贴合的透明导电氧化物（TCO）。

即使条形基片的导电性同金属一样，仍可将不同类的金属形成在形成半导体的表面上，以达到改进射到基片的长波光的反射系数，防止基片材料与半导体层的反扩散、改进粘附性以及平滑衬底表面的目的。

在设置了金属层作为反光层的情况下，诸如Ag、Al、Cu及AlSi等金属，其反射系数对可见光至近红外线是高的，适合于反光层。

在这些金属层上设置透明导电层，防止金属自金属层到半导体层的扩散，提高反光本领。

诸如ZnO、SnO₂、In₂O₃及ITO等透明的导电氧化物最适合于这种导电层。

条形基片的表面既可以是平滑表面，也可以是粗糙表面。在稍微粗糙表面的情况下，表面的粗糙度最好没有由待形成半导体层不均匀产生的缺陷，并在被所谓的限光效应增加入射光的光路长度的范围内。

从成本和所占空间上看，条形基片的厚度最好尽可能的薄，只要在移动和传递过程中，显示出保持基片平整形状所需的强度。具体地讲，厚度优选为0.01mm-5mm，选在0.02-2mm较好，最好优选为0.05mm-1mm。

条形基片的宽最好大到足以保持在成膜室内所形成的等离子的均匀度内，并适合于待制的光伏电池的模件化，具体地讲，条形基片的宽度优选在5cm-100cm，优选在10cm-80cm的更好。

此外，对长度没限制，条形基片可近似长到可被卷成卷的形状，并通过焊接，延伸成长的条形基片。

最好将如上所述的条形基片，以卷在圆筒形卷轴上的整卷形式装入本发明的设备中，卷轴直径应在条形基片由于增塑作用而不变形的范围内。

[设备的实施例]

参照附图，阐述根据本发明的全包括如上所述的成膜室的设备实施例。但本发明不限于这些实施例。

阐述一个2层串连的光伏电池的实施例。

设备实施例1-1

图1是表示用以制造本发明的光伏电池的设备基本实施例示意图。在图1中，根据本发明的光伏电池的制造设备包括一条形基片伸直室101、一基于RF等离子CVD方法的n（或p）型半导体层成膜室102、一基于微波等离子CVD方法的i型半导体层成膜室103、一基于RF等离子CVD方法的p（或n）型半导体层成膜室103、一基于RF等离子CVD方法的p（或n）型半导体层成膜室105A、一基于RF等离子CVD方法的n（或p）型半导体层成膜室102B、一基于RF等离子CVD方法的i型半导体层成膜室104、一基于等离子掺杂的p（或n）型半导体层成膜室105B以及一条形基片卷取室106。

一组成膜室设置成向重力方法凸出的外形，如悬垂曲线或沿以自身重量下垂的条形基片的形状为弧形，靠一小的拉力，拉伸条形基片不松驰，在成膜过程中保持固定形状，当条形基片移动时，减小了待施加给条形基片上所形成的半导体膜的应力，防止由于基片的变形和应力所引起的膜的缺陷。

在图1所示的设备中，从条形基片伸直室101的卷轴109伸直条形基片108，并通过6个由气门107连接的成膜室，在条形基片表面上连续形成n-i-p-n-i-p或p-i-n-p-i-n结构的非晶半导体叠层膜。

使由条形基片伸直室101提供的条形基片108通过气门，作如下所述的处理：

（1）将基片首先送入基于RF等离子CVD方法的n（或p）型半导体层成膜室102A，并通过RF等离子CVD方法在基片上形成n（或p）型硅基非晶半导体层;

（2）然后将基片送进基于微等离子CVD方法的n（或p）型半导体层成膜室103，并通过微波等离子CVD法再叠层形成i型硅基非晶半导体层;

（3）接着将基片卷入基于RF等离子CVD法的p（或n）型半导体层膜室105A，并通过RF等离子CVD法在其上叠层，再形成p（或n）型硅基非晶半导体层;

（4）随后将基片送到基于RF等离子CVD方法的n（或p）型半导体层成膜室102B，并在其上叠层，进一步形成n（或p）型硅基非晶半导体层;

（5）然后将基片送至基于RF等离子CVD方法的i型半导体层成膜室104，并在其上叠层进一步形成i型硅基非晶半导体层;

（6）随后将基片送入基于等离子掺杂的p（或n）型半导体层膜室105B，并在基片上叠层，进一步形成p（或n）型硅基非晶半导体层。

最后，该条形基片被卷取室106卷取。

设备实施例1-2

图8是表示本发明的半导体叠层膜的连续形成设备的另一实施例。

在图8中，用以本发明的半导体膜的连续形成设备包括条形基片伸直室201，一基于RF等离子CVD方法的n（或p）型半导体层成膜室202A、一基于RF等离子CVD方法的极薄i型半导体层成膜室211、一基于微波等离子CVD方法的i型半层体层成膜室203、一基于RF等离子CVD法的极薄i型半导体层成膜室212、一基于RF等离子CVD法的p（或n）型半导体层成膜室205A、一基于RF等离子CVD法的n（或p）型半导体层成膜室202B、一基于等离子掺杂的p（或n）型半导体层成膜室205B、以及条形基片卷取室206。

一组成膜室设置成向重力方向凸出的外形，如悬垂曲线或沿由于自身重量下垂所形成的条形基片外形为弧形。靠一微弱的拉力，拉伸条形基片，不松弛，在成膜过程中，保持一定的外形，当条形基片移动时，减小了待施加给条形基片及其上所形成的半导体膜的应力，防止由于基片的变形和应力所引起膜的缺陷。

在图8的设备中，从条形基片伸直室201的卷轴209伸直条形基片208，并通过8个由气门207连接的成膜室，直至由条形基片卷取室206的卷轴219卷取条形基片，在条形基片表面上连续形成n-i-p-n-i-p或p-i-n-p-i-n结构的非晶半导体叠层。

使由条形基片伸直室201所提供的条形基片208通过气门，做如下所述的处理：

（1）首先把基片送入基于RF等离子CVD法的n（或p）型半导体层成膜室202A，并通过RF等离子CVD法，在基片上形成硅基非晶半导体层;

（2）然后将基片送进基于RF等离子CVD法的i型半导体层成膜室211，通过RF等离子CVD法，在其上进一步叠层形成极薄的i型硅基非晶半导体层;

（3）接着将基片送入基于微波等离子CVD法的i型半导体层成膜室203，并通过微波等离子CVD法在其上进一步叠层形成i型硅基非晶半导体层;

（4）接着将基片送进基于RF等离子CVD法的i型半导体层成膜室212、通过RF等离子CVD法在其上进一步叠层形成一极薄的i型硅基非晶半导体层;

（5）随后将基片送入一基于RF等离子CVD法的p（或n）型半导体层成膜室205A，通过RF等离子CVD法在其上进一步叠层形成p（或n）型硅基非晶半导体层;

（6）随后将基片送入一基于RF等离子CVD法的n（或p）型半导体层成膜室202B，通过RF等离子CVD法，在其上进一步叠层形成n（或p）型硅基非晶半导体层;

（7）随后将衬底送入一基于RF等离子CVD法的i型半导体层成膜室204，通过RF等离子CVD法，进一步叠层形成i型硅基非晶半导体层;

（8）接着将基片送至一基于等离子掺杂法的p（或n）型半导体层成膜室205B，通过等离子掺杂法，在i型层上形成一p（或n）型硅基非晶半导体层;以及

最后由条形基片卷取室206卷取基片。

设备实施例1-3

一种从图8所示的设备中去掉基于RF等离子CVD法的i型半导体层成膜室211和与室211相连的气门的设备，可以表示为本发明设备的一个实施例。

在此情况下，除了未在通过微波CVD法的i型半导体层之下通过RF等离子CVD法形成相薄半导体层之外，其余的与设备实施例2相同。

设备实施例1-4

一种从图8所示的设备中去掉基于RF等离子CVD法的i型半导体层成膜室212和与室212相连的气门的设备，可以表示成本发明设备的一个实施例。

在此情况下，除了基于RF等离子CVD法形成的极薄的i型半导体层之外，其余的与设备实施例2相同。

设备实施例1-5

图9是表示本发明的光伏电池制造设备一实施例的示意图。图9所示的设备增设了基于RF等离子CVD法的i型半导体层成膜室204（1）和204（2），代替相同的室204，其结构与设备实施例1-2相同，只是入射光侧由RF等离子CVD法形成的i型半导体层是在多个半导体层成膜室内形成的。

下面阐述3-层串联联接光伏电池的制造设备。

设备实施例2-1

图2是表示根据本发明的光伏电池制造设备的一个基本实施例的示意图。在图2中，根据本发明的光伏电池制造设备包括一条形基片伸直室101、一基于RF等离子CVD法的n（或p）型半导体层成膜室102A、一基于微波等离子CVD法的i型半导体层成膜室103A、一基于RF等离子CVD法的p（或n）型半导体层成膜室105A、一基于RF等离子CVD法的n（或p）型半导体层成膜室102B、一基于微波等离子CVD法的i型半导体层成膜室103B、一基于RF等离子CVD法的P（或n）型半导体成膜室105B、一基于RF等离子CVD法的n（或p）型半导体层成膜室102C、一基于RF等离子CVD法的i型半导体层成膜室104、一基于等离子掺杂的p（或n）型半导体层成膜室105C以及一条形基片卷取室106。

一组成膜室设置成向重力方向凹出的外形如悬垂曲线或沿由于自身重量下垂所形成的条形基片外形为弧形。靠一微弱的拉力，拉伸条形基片不松弛，在成膜过程中，保持一定的外形，当条形基片移动时，减少了施加给条形基片及其上所形成的半导体膜的应力，防止由于基片的变形和应力所引起的膜的缺陷。

在图2所示的设备中，从条形基片伸直室101的卷轴109展开条形基片108，并通过9个分别由气门107连接的成膜室，直至由条形基片卷取室106的卷轴219卷取条形基片，在条形基片表面上连续形成n-i-p-n-i-p或p-i-n-p-i-n结构的非晶半导体叠层膜。

使由条形基片伸直室101所提供的条形基片108通过气门，作如下所述的处理：

（1）首先使基片进入基于RF等离子CVD法的n（或p）型半导体层形成室102A、通过RF等离子CVD法，在基片表面上形成硅基非晶半导体层;

（2）随后将基片送进基于RF等离子CVD法的i型半导体层形成室103A，并通过RF等离子CVD法，在其上进一步叠层形成极薄的i型硅基非晶半导体层;

（3）随后将基片送入基于RF等离子CVD法的p（或n）型半导体层形成室105A，通过RF等离子CVD法，在其上进一步叠层形成p（或n）型硅基非晶半导体层;

（4）随后将基片送至基于RF等离子CVD法的n（或p）型半导体层形成室102B，通过RF等离子CVD法在其上进一步叠层形成n（或p）型硅基非晶半导体层;

（5）随后将基片送入基于微波等离子CVD法的i型半导体层形成室103B，通过微波等离子CVD法，在其上进一步叠层形成i型硅基非晶半导体层;

（6）随后将基片送入基于RF等离子CVD法的p（或n）型半导体层形成室105B，通过RF等离子CVD法，在其表面上形成p（或n）型硅基非晶半导体层;

（7）随后将基片送入基于RF等离子CVD法的p（或n）型半导体层形成室102C，通过RF等离子CVD法，在其表面上形成p（或n）型硅基非晶半导体层;

（8）随后将基片送入基于微波等离子CVD法的i型半导体层形成室104，通过微波等离子CVD法，在其上进一步叠层形成i型硅基非晶半导体层;

（9）随后将基片送进p（或n）型半导体层形成室105，通过等离子掺杂在其上形成p（或n）型硅基非晶半导体层;以及

最后，由条形基片卷取室106卷取基片。

设备实施例2-2

图10是表示用于本发明的半导体层叠层的连续形成设备的另一实施例的示意图。

在图10中，用于本发明的半导体层的连续形成设备包括一条形基片伸直室101、一基于RF等离子CVD法的n（或p）型半导体层成膜室202A、一基于RF等离子CVD法的i型半导体层成膜室211A、一基于微波等离子CVD法的i型半导体层成膜室203A、一基于RF等离子CVD法的极薄i型半导体层成膜室212A、一基于RF等离子CVD法的p（或n）型半导体层成膜室205A、一基于RF等离子CVD法的n（或p）型半导体层成膜室202B、一基于RF等离子CVD法的极薄的i型半导体层成膜室211B、一基于微波等离子CVD法的i型半导体层膜室203B、一基于RF等离子CVD法的极薄i型半导体层成膜室212B、一基于RF等离子CVD法的p（或n）型半导体层成膜室205B、一基于RF等离子CVD法的n（或p）型半导体层成膜室202C、一基于RF等离子CVD法的i型半导体层成膜室204、一基于等离子掺杂的p（或n）型半导体层成膜室205C以及条形基片卷取室206。

使一组成膜室布置成向重力方向凹出的如悬链曲线或沿由于自身重量下垂所形成的条形基片外形为弧形。靠一微弱拉力，拉伸条形基片，使之不松弛，在成膜过程中，保持一定的外形，当条形基片移动时，减少了施加给条形基片及其上所形成的半导体膜的应力，防止由于基片的变形和应力所引起的膜的缺陷。

在图2所示的设备中，条形基片自条形基片伸直室201中的卷轴209展开，通过与气门207连接的13个成膜室进行移动，直至条形基片卷取室106，由卷轴210卷取条形基片，在条形基片的表面上，连续形成n-i-p-n-i-p或p-i-n-p-i-n结构的非晶半导体叠层膜。

使由条形基片伸直室201所提供的条形基片208，通过气门，作如下所述的处理：

（1）首先使基片进入基于RF等离子CVD法的n（或p）型半导体层形成室202A，通过RF等离子CVD法在其表面上形成一硅基非晶半导体层;

（2）随后，将基片送入基于RF等离子CVD法的i型半导体层形成室211A，通过RF等离子CVD法，在其上再叠层形成极薄的i型硅基非晶半导体层;

（3）随后将基片送入基于微波等离子CVD法的i型半导体层形成室203A，通过微波等离子CVD法，在其上进一步叠层形成一极薄的i型硅基非晶半导体层;

（4）随后将基片送入基于RF等离子CVD法的i型半导体层形成室212A，通过RF等离子CVD法在其上进一步叠层形成极薄的i型硅基非晶半导体层;

（5）随后将基片送入基于RF等离子CVD法的p（或n）型半导体层形成室205A，通过RF等离子CVD法，在其上进一步叠层形成p（或n）型硅基非晶半导体层;

（6）随后将基片送入基于RF等离子CVD法的n（或p）型半导体层形成室202B，通过RF等离子CVD法在其上进一步叠层形成n（或p）型硅基非晶半导体层;

（7）随后将基片送入基于RF等离子CVD法的i型半导体层形成室211B，通过RF等离子CVD法，在其上进一步叠层形成一极薄的i型硅基非晶半导体层;

（8）随后将基片送入基于微波等离子CVD法的i型半导体层形成室203B，通过微波等离子CVD法，在其上进一步叠层形成i型硅基非晶半导体层;

（9）随后，将基片送入i型半导体层形成室212B，通过RF等离子CVD法，在其上进一步叠层形成一极薄的i型硅基非晶半导体层;

（10）随后，将基片送入基于RF等离子CVD法的p（或n）型半导体层形成室205B，通过RF等离子CVD法，在其表面上，形成一p（或n）型硅基非晶半导体层;

（11）随后将基片送入基于RF等离子CVD法的p（或n）型半导体层形成室202C，通过RF等离子CVD法在其表面上形成p（或n）型硅基非晶半导体层;

（12）随后将基片送入基于微波等离子CVD法的i型半导体层形成室204，通过微波等离子CVD法，在其上进一步叠层形成一i型硅基非晶半导体层;

（13）随后将基片送入p（或n）型半导体层形成室205C，通过等离子掺杂在其上形成p（或n）型硅基非晶半导体层;以及

最后，由条形基片卷取室206卷取基片。

设备实施例2-3

一种如图10所示的设备中去掉基于RF等离子CVD法的i型半导体层形成室211A和/或211B和与室211A和/或211B相连的气门的设备，可表示成本发明设备的一实施例。

在此情况下，除未在通过RF等离子CVD法形成的最后一层i型半导体层之下，通过RF等离子CVD法形成极薄半导体层之外，其余的与设备实施例2-2相同。

设备实施例2-4

一种如图10所示的设备中去掉基于RF等离子CVD法的i型半导体层形成室212A和/或212B及与室212A和/或212B相连的气门的设备，可表示作为根据本发明的设备的一实施例。

在此情况下，除未在RF等离子CVD法形成的最后一层i型半导体层之上通过RF等离子CVD法形成极薄半导体层之外，其余的与设备实施例2-2相同。

设备实施例2-5

图11是表示根据本发明的光伏电池制造设备一实施例的示意图。图11所示的设备增设了基于RF等离子CVD法的i型半导体层形成室204（1）和204（2），代替相同的室204，其结构与设备实施例2-2相同，只是在靠近入射光侧由RF等离子CVD法形成的i型半导体层是在各个半导体层形成室形成的。

下面阐述使用本发明的设备连续形成光伏电池的半导体叠层的实施例方法。

参照图1所示结构的设备，阐述的制造2层串连型光伏电池的一种方法。

条形基片导入工艺过程

为形成半导体叠层膜，使用图1所示的本发明的设备，将一条形基片导入该设备，并置在特定位置。

为使条形基片导入本发明的设备，像一线圈那样卷绕在卷轴109的条形基片108的一端，从卷轴109上拉开，引导它经气门107穿过成膜室102A-105B，延伸并固定在条形基片卷取室106的空卷轴110上。

一为保持条形基片表面免受损伤的保护膜可与其上未形成保护膜的条形基片一起卷绕在卷轴109上。在卷绕这种保护膜的情况下，将此保护膜的末端固定在条形基片伸直室101内的保护膜收取卷轴上。

同理，为保护条形基片表面免受损伤的保护膜也能被卷取条形基片的卷轴110卷取。为卷取此保护膜，该保护膜从条形基片卷取室106内的保护膜展开卷轴展开，使该保护膜的末端与条形基片重叠，固定在将卷取条形基片的空卷轴110上。

将条形基片与保护膜各自固定在卷轴上之后，使保护膜卷取轴的轴固定不动，施加一使展开卷轴产生拉力的转矩，无松弛地拉伸条形基片保护膜。

预热与烘烤工艺

在导入和设定条形基片之后，保持条形基片的拉紧并静止，关紧成膜室的盖，用真空泵如旋转泵、机械增压泵或类似泵，抽空设备内部。在此情况下，设备内部被与条形基片伸直室101和卷取室106相连的真空泵均匀驱气，最好经气门107对成膜室102A-105B驱气，确保将吸附气体从条形基片伸直室101和卷取室106引到成膜室102A-105B，并防止吸附气体从掺杂层成膜室102A和105B向i型半导体层成膜室103和104的侵入。

当将成膜室抽至近似10Pa时，用与各成膜室相连的真空泵再使成膜室进一步抽到1Pa以下。

当各成膜室的内压降至1Pa以下时，停止对各成膜室102A-105B的驱气，将诸如H₂、He、Ar、Ne、Kr及Xe等气体输入成膜室103和104，形成自各成膜室至条形基片伸直室101和卷取室106的气流，将各室101-106的压力控制在近似数Pa。

当各成膜室的压力稳定时，用灯光加热器、基片衬底温度控制部件、成膜室温度控制部件和体块加热器加热各成膜室，在100-500℃预热并烘烤各成膜室的内壁和条形基片。

半导体层形成工艺

在各成膜室预热烘烤之后，通过转动条形基片卷取室106的卷取卷轴110的轴，使条形基片以固定速度，自展开室101经过各成膜室102A、103、105A、102B、104和105B至卷取室106连续移动。条形基片的移动速动优选1-100nm/S.，选在5-50mm/S更好。

用各成膜室102A-105B的灯光加热器、基片衬底温度各控制部件、成膜室温控部件及体块加热器将合成膜室的叠层膜形成空间内的条形基片的温度及各成膜室内壁的温度控制在特定温度。

当条形基片的温度稳定之后，从各成膜室引入诸如H₂、He、Ar、Ne、Kr及Xe等气体，用分别与各成膜室相连的真空泵抽空各成膜室102A-105B，以引入诸如H₂、He、Ar、Ne、Kr及Xe气体，经质量流量控制器至气门使材料气体与气瓶隔离。

当气体流量稳定之后，对基于微波等离子CVD法的i-型半导体层成膜室103的抽气由低真空泵，如旋转泵、机械增压泵，改为高真空泵，如蜗轮分子泵、油扩散泵。

将形成半导体层所需一定量的材料气体，从气瓶经质量流量控制器，以特定流量引入到各成膜室102A-105B内。

当材料气体到各成膜室的流量稳定之后，对各成膜室的抽气量，由设在抽气管道内的抽气容量调节阀调整，将各成膜室设定在特定的压力。

引入材料气体的各室的内部压力优选为，对基于微波等离子CVD法的成膜室103是0.1-10Pa，对其余各室是10-1000Pa。为防止杂质气体的侵入，i型半导体成膜室104的内压最好高于n型半导体层成膜室102B和P型半导体层成膜室105B的内压，n型半导体层成膜室102A的内压最好稍高于条形基片伸直室101的内压，而P型半导体层成膜室105B的内压最好稍高于条形基片卷取室106的内部压力。

当各成膜室的压力稳定之后，将放电功率如微波功率、RF功率引入到各成膜室102A-105B。使各成膜室内的材料气体离化，在各成膜室内形成等离子体。

如上所述，在各成膜室内，在连续移动的条形基片上形成半导体层，当条形基片以固定速度移动时，在各成膜室102A-105B内形成等离子体之同时，连续制成了n-i-p-n-i-p或p-i-n-p-i-n结构的光伏电池。

使用具有图2所示结构的设备，阐述制造3-层串连型光伏电池的方法。

条形基片导入工艺

为借助图2所示本发明的设备形成半导体层，将条形基片导入设备并设定在一定位置。

为将条形基片导入本发明的设备，将卷绕条形基片108的卷轴放入条形基片伸直室101、拉直条形基片的顶端，引导电路各气门107穿过各成膜室102A-105C，延伸至条形基片卷取室106内的空卷轴，并固定在空卷轴110上。

可将为保护条形基片表面免受损伤的保护膜与其上尚未形成保护膜的条形基片108一起卷绕在卷轴109上。在卷绕这种保护膜的情况下，将此保护膜的末端固定在条形基片伸直室101内的保护膜卷在卷轴上。

同理，为保护条形基片表面免受损伤的保护膜能被也收取条形基片卷轴110卷取。为卷取此保护膜，该保护膜从条形基片卷取室106内的保护膜展开卷轴拉开，使该保护膜的末端与条形基片重叠，固定在将卷取条形基片的空卷轴110上。

将条形基片与保持膜各自固定在卷轴上之后，使保护膜卷取卷轴的轴固定不动，施加一使展开卷轴产生拉力的转矩，无松弛地拉伸条形基片和保护膜。

在导入和设定条形基片之后，保持条形基片的拉紧并静止，关紧成膜室的盖，用真空泵，如旋转泵、机械增压泵或类似泵、抽空设备内部，在此情况下，设备内部被与条形基片伸直室101和卷取室106相连的真空泵均匀驱气，最好经气门107对成膜室102A-105B驱气，确保将吸附气体从条形基片伸直室101和卷取室106引到成膜室102A-105B，并防止吸附气体从掺杂层成膜室102A和105B向i型半导体层成膜室103和104的侵入。

当将成膜室抽至近似10Pa时，用与各成膜室相连的真空泵再使成膜室进一步抽到1Pa以下。

当各成膜室的内压降至1Pa以下时，停止对各成膜室102A-105B的驱气，将诸如H₂、He、Ar、Ne、Kr及Xe等气体导入成膜室103A、103B和104，形成自各成膜室至条形基片伸直室101和卷取室106的气流，将各室101-106的压力控制在近似数Pa。

当各成膜室的压力稳定时，用灯光加热器、基片温控部件、成膜室温控部件和体块加热器加热各成膜室，在100-500℃预热并烘烤各成膜室的内壁和条形基片。

半导体层形成工艺

在各成膜室预热烘烤之后，通过转动条形基片卷取室106的卷取卷轴110的轴，使条形基片以固定速度，自伸直室101经过各成膜室102A、103A、105A、102B、103B、105B、102C、104和105C至卷取室106连续移动。条形基片的移动速动优选1-100mm/sec，选在5-50mm/sec更好。

用各成膜室102A-105B的灯光加热器、基片温度控制部件、成膜室温控部件及体块加热器将各成膜室的叠层膜形成空间内的条形基片的温度及各成膜室内壁的温度控制在特定温度。

当条形基片的温度稳定之后，从各成膜室引入诸如H₂、He、Ar、Ne、Kr及Xe等气体，用分别与各成膜室相连的真空泵抽空各成膜室102A-105C，以引入诸如H₂、He、Ar、Ne、Kr及Xe气体，经质量流量控制器至气门使材料气体与气瓶隔离。

当气体流量稳定之后，对基于微波等离子CVD法的i型半导体层成膜室103A和103B的抽气由低真空泵，如旋转泵、机械增压泵改为高真空泵，如蜗轮分子泵、油扩散泵。

当形成半导体层所需一定量的材料气体，从气瓶经质量流量控制器，以特定流量引入到各成膜室102A-105C内。

当材料气体到各成膜室的流量稳定之后，对于各成膜室的抽气量，由设在抽气管道内的抽气容量调节阀调整，将各成膜室设定在特定的压力。

引入材料气体的各室的内部压力优选为，对基于微波等离子CVD法的成膜室103A和103B是1-10Pa，对其余各室是10-1000Pa。为防止杂质气体的侵入，i型半导体成膜室104的内压最好高于n型半导体层成膜室102C和P型半导体层成膜室105C的内压，n型半导体层成膜室102A的内压最好稍高于条形基片伸直室101的内压，而P型半导体层成膜室105B的内压最好稍高于条形基片卷取室106的内部压力。

当各成膜室的压力稳定之后，将放电功率如高频功率、低频功率及直流功率引入到各成膜室102A-105C。使各成膜室内的材料气体离化，在各成膜室内形成等离子体。

如上所述，在各成膜室内，在连续移动的条形基片上形成半导体层，当条形基片以固定速度移动时，在各成膜室102A-105C内形成等离子体之同时，连续制成了n-i-p-n-i-p或p-i-n-p-i-n结构的光伏电池。

2层或3层串级连接光伏电池的制造方法

下面阐述在图1所示的成膜室102A-105B内用于2层串级连接型光伏电池和在图2所示的成膜室102A-105C内用于3层串连型光伏电池的半导体层的形成条件。

[在成膜室102A、102B、102C、105A和105B内的成膜条件]

在成膜室102A、102B、102C、105A和105B内、通过RF等离子CVD法，形成一n（或p）型硅基非晶半导体层。

被引入到这些成膜室的材料气体包括那些可气化成至少含有硅原子的气体化合物。这些能气体成含有硅原子的气体的化合物包括：SiH₄、Si₂H₆、SiF₄、SiFH₃、SiF₂H₂、SiF₃H、Si₃H₈、SiD₄、SiHD₃、Si₂D₂、SiH₃D和Si₂D₃H₃。气体材料可含有那些含Ge原子的化合物，并可气体，以使光学带隙变窄。

具体地讲，这些含Ge并可气体化的化合物包括：GeH₄、GeD₄、GeF₄、GeFH₃、GeF₂H₂、GeF₃H、GeHD₃、GeH₂D₂及GeH₃D。而且，材料气体可包括那些含C、O、N原子并可气化的化合物。

具体地讲，这些含C原子的并可气体的化合物包括CH₄、CD₄、Cn、H_2n+2（n为整数）、CnH_2n（n是一整数）、C₂H₂、C₆H₆、CO₂及CO。

这些含O原子并可气化的化合物包括：O₂、CO、CO₂、NO、NO₂、N₂O、CH₃CH₂OH及CH₃OH。

这些含N原子并可气化的化合物包括：N₂、NH₃、ND₃、NO、NO₂及N₂O。

材料气体包括那些含周期表Ⅴ或Ⅲ族原子并可气化，以控制待形成的硅基非晶半导体层导电类型为n（或p）型（关于价电子）的化合物。

具体的讲，有效地用于引入Ⅴ族原子（元素）的原始材料包括：磷化氢，如PH₃及P₂H₄及磷的卤化物，如PH₄I、PF₃、PF₅、PCl₃、PCl₅、PBr₃、PBr₅及PI₃，用以引入P原子。此外，可列举出AsH₃、AsF₃、AsCl₃、AsBr₃、AsF₅、SbF₃、SbF₅、SbCl₃、SbCl₅、BiH₃、BiCl₃及BiBr₃。特别是PH₃、PF₃及AsH₃是适合的。

具体地讲，那些有效地引入Ⅲ族原子的原始材料包括：硼的氢化物，如B₂H₆、B₄H₁₀、B₅H₉、B₆H₁₁、B₆H₁₂及B₆H₁₄及硼的卤化物，如BP₃和BCl₃，用以引入B原子。此外，可列举出AlCl₃、GaCl₃及InCl₃。而B₂H₆及BF₃特别适合。

材料气体可包括一些稀释气体，如H₂、D₂、He、Ne、Ar、Xe及Kr。

用施加于成膜室放电功率来形成RF功率，并至少包括RF功率。要引入的RF功率适合于根据被引入到成膜室的材料气体的流量确定，对于等离子形成空间最好是极小起伏的如在0.001-1W/cm³范围，脉动的稳定连续振荡波。RF功率的频率最好是在1MHz-500MHz，而13.56MHz适合作为起伏极小的功工频率。

DC功率可与RF功率一起引入，在此情况下，最好给RF放电电极施加10-200V的电压或除放电电极之外在电极侧为正的方向上，再单独设置一个电极，以施加DC功率，在此范围，不产生异常放电，如电火花。

将此类RF功率引入到成膜室，最好同时引入DC功率，并使材料气体在成膜室内离化和分解。在条形基片上形成n（或p）型硅基非晶半导体层。

在此成膜条件下所形成的半导体层是由从硅基非晶态（包括微晶）到多晶材料的非晶材料形成的。

[在成膜室103、103A和103B内的成膜条件]

在成膜室103、103A和103B内，通过微波等离子CVD法，形成i型硅基非晶半导体层。

被引入到这些成膜室的材料气体包括那些可气化成至少含有硅原子的气体的化合物。这些可气化成含有硅原子气体的化合物包括：SiH₄、Si₂H₆、SiF₄、SiFH₃、SiF₂H₂、SiF₃H、Si₃H₈、SiD₄、SiHD₃、Si₂D₂、SiH₃D和Si₂D₃H₃。气体材料可含有那些含Ge原子并可气化，以使光学带隙变窄的化合物。

具体地讲，这些含Ge并可气化的化合物包括：GeH₄、GeD₄、GeF₄、GeFH₃、GeF₂H₂、GeF₂H、GeHD₃、GeH₂D₂及GeH₃D。而且，材料气体可以包括那些含C、O、及N原子并可气化的化合物。

具体地讲，这些含C原子并可气化的化合物包括：CH₄、CD₄、Cn、H_2n+2（n为整数）、C_nH_2n（n是整数）、C₂H₂、C₆H₆、CO₂及CO。

这些含O原子并可气化的化合物包括：O₂、CO、CO₂、NO、NO₂、N₂O、CH₃CH₂OH及CH₃OH。

这些含N原子并可气化的化合物包括：N₂、NH₃、ND₃、NO、NO₂及N₂O。

在上述成膜室内形成的半导体层可以含有微量的用于介电子控制的杂质，至于这些杂质基本上是本征的，材料气体可以包括微量的含周期表中Ⅴ或Ⅲ族原子并可气化的化合物。

具体地讲，有效地用于引入Ⅴ族原子的原始材料包括：磷化氢，如PH₃及P₂H₄及磷的卤化物，如PH₄I、PF₃、PF₅、PCl₃、PCl₅、PBr₃、PBr₅及PI₃，用以引入P原子。此外可列举出AsH₃、AsF₃、AsCl₃、AsBr₃、AsF₅、SbF₃、SbF₅、SbCl₃、SbCl₅、BiH₃、BiCl₃及BiBr₃。而PH₃、PF₃及AsH₃是特别适合的。

具体地讲，那些有效地用于引入Ⅲ族原子的原始材料包括：硼的氢化物，如B₂H₆、B₄H₁₀、B₅H₉、B₆H₁₁、B₆H₁₂及B₆H₁₄及硼的卤化物，如BP₃和BCl₃，用以引入B原子。此外，可列举出AlCl₃、GaCl₃及InCl₃。而且B₂H₆及BF₃特别适合。

材料气体可包括一些稀释气体，如H₂、D₂、He、Ne、Ar、Xe及Kr。

要引入到成膜室的放电功率通过使上述材料气体离化来形成微波等离子。放电功率至少包括微波功率。待引入的微波功率适合于根据被引入到成膜室的材料气体流量来确定，对于等离子形成空间，最好是极小起伏的，如在0.001-1W/cm³范围，脉动的稳定连续振荡波。微波功率的频率最好是在500MHz-10GHz，而2.45GHz适合作为起伏极小的工业频率。

此外，最好在微波等离子形成空间设置一个偏置电极，把RF功率和/或DC功率与微波功率一起引入到根据本发明的设备基于微波等离子CVD法的i型半导体层成膜室103A和103B。

引入的RF功率最好在0.02-2W/cm²的范围内，其频率最好在1MHz-500MHz的范围内，而13.56MHz适合作为工业频率。对DC功率的引入，最好以偏置电极一侧为正的方向在不引起异常放电、如打火的范围内，引入10-300V的电压。

将此类微波功率引入成膜室，最好同时引入RF功率或DC功率，使材料气体在成膜室内离化和分解。在条形基片上形成i型硅基非晶半导体层。

在此成膜条件下所形成的半导体层是由从硅基非晶态（包括微晶）到多晶材料的非晶材料形成的。

[成膜室104内的成膜条件]

在成膜室104内，通过RF等离子CVD法，形成i型硅基非晶半导体层。

被引入到此成膜室的材料气体包括那些可气化成至少含有硅原子的气体的化合物。这些能气化成含有硅原子的气体的化合物包括：SiH₄、Si₂H₆、SiF₄、SiFH₃、SiF₂H₂、SiF₃H、Si₃H₈、SiD₄、SiHD₃、Si₂D₂、SiH₃D及Si₂D₃H₃。气体材料可含有那些含Ge原子并可气化，使光学带隙变窄的化合物。

具体地讲，这些含Ge并可气化的化合物包括：GeH₄、GeD₄、GeF₄、GeFH₃、GeF₂H₂、GeF₂H、GeHD₃、GeH₂D₂及GeH₃D。而且，材料气体可以包括那些含C、O、N原子并可气化的化合物。

具体地讲，这些含C原子并可气化的化合物包括：CH₄、CD₄、Cn、H_2n+2（n为整数）、C_nH_2n（n是整数）、C₂H₂、C₆H₆、CO₂及CO。

这些含O原子并可气化的化合物包括：O₂、CO、CO₂、NO、NO₂、N₂O、CH₃CH₂OH及CH₃OH。

这些含N原子并可气化的化合物包括：N₂、NH₃、ND₃、NO、NO₂及N₂O。

在上述成膜室内形成的半导体层可以含有微量的用于介电子控制的杂质，至少这些杂质基本上是本征的，材料气体可以包括微量的含周期表中Ⅴ或Ⅲ族原子并可气化的化合物。

具体地讲，有效用于引入Ⅴ族原子的原始材料包括：磷化氢、如PH₃及P₂H₄及磷的卤化物，如PH₄I、PF₃、PF₅、PCl₃、PCl₅、PBr₃、PBr₅及PI₃，用以引入P原子。此外，可列举出AsH₃、AsF₃、AsCl₃、AsBr₃、AsF₅、SbF₃、SbF₅、SbCl₃、SbCl₅、BiH₃、BiCl₃及BiBr₃。而PH₃、PF₃及AsH₃是特别适合的。

具体地讲，那些有效地用于引入Ⅲ族原子的原始材料包括：硼的氢化物，如B₂H₆、B₄H₁₀、B₅H₉、B₆H₁₁、B₆H₁₂及B₆H₁₄及硼的卤化物，如BP₃和BCl₃，用以引入B原子。此外，可列举出AlCl₃、GaCl₃及InCl₃。而B₂H₆及BF₃特别适合。

材料气体可包括一些稀释气体，如H₂、D₂、He、Ne、Ar、Xe及Kr。

要引入到成膜室的放电功率，通过使上述材料气体离化来形成RF功率等离子。放电功率至少包括RF功率。待引入的RF功率适合于根据被引入到成膜室的材料气体流量来确定，对于等离子形成空间，最好是极小起伏的，如在0.001-1W/cm³范围内，脉动的稳定连续振荡波。RF功率的频率最好是在1MHz-500MHz，而13.56MHz适合于作为起伏极小的工业频率。

直流电源可与射频电射电源一起引入，最好将10-200V电压在这样的方向即该电极侧为正，其值在不产生不规则放电如火花放电的范围内，加到射频放电电极和与射频放电电极分开设置的电极上。

将这样的射频电源引入膜形成室，最好使直流电源同时引入，膜形成室材料气体被电离和分解以便在条形基片上形成i-型硅基非晶半导体层。

在这些膜形成条件下形成的此半导体层由从硅基非晶（包括微晶）到多晶材料中的非晶材料构成。

[膜形成室105B和105C中膜形成条件]

在膜形成室105B和105C中，p（或n）-型硅基非晶半导体层通过等离子体掺杂形成。

引入上述膜形成室的材料气体包括含有周期表中Ⅲ和Ⅴ族原子并能气化的化合物，通过等离子掺杂能将i-型半导体层及其附近的表面改变为p（或n）-型。

特别是可有效地引入Ⅲ族原子所用的原始材料包括氢化硼，例如B₂H₆、B₄H₁₀、B₅H₉、B₅H₁₁、B₆H₁₂及B₆H₁₄以及硼的卤化物，如BP₃和BCl₃，用以引入B原子。此外，AlCl₃、GaCl₃和InCl₃也包括在内。特别是B₂H₆和BF₃是更适宜的。

可有效地引入Ⅴ族原子所用的原始材料包括氢化磷，如PH₃、P₂H₄和磷的卤化物如PH₄I、PF₃、PF₅、PCl₃、PCl₅、PBr₃、PBr₅及PI₃，用以引入P原子。此外，也包括AsH₃、AsF₃、AsCl₃、AsBr₃、AsF₅、SbF₃、SbF₅、SbCl₃、SbCl₅、BiH₃、BiCl₃及BiBr₃。特别是PH₃、PF₃、和AsH₃更适宜。

材料气体可以包括稀释气体如H₂、D₂、He、Ne、Ar、Xe和Kr。

此外，材料气体可以包括含足够小量的硅原子的气体和/或含C、O、N的气体，以便通过分层淀积形成有所要求膜厚的掺杂层。

含硅原子的气体包括SiH₄、Si₂H₆、SiF₄、SiFH₃、SiF₂H₂、SiF₃H、Si₃H₈、SiD₄、SiHD₃、Si₂D₂、SiH₂D和Si₃D₃H₃。含碳原子的气体包括CH₄、CD₄、C_nH_2n+2（n为整数）、C_nH_2n（n是整数）、C₂H₂、C₆H₆、CO₂和CO，含氧原子的气体包括O₂、CO、CO₂、NO、NO₂、N₂O、CH₃CH₂OH和CH₃OH，含氮原子气体包括N₂、NH₃、ND₃、NO、NO₂和N₂O。

引入上述膜形成室的放电电源最好是1KHz-13.56MHz的电源，通过使材料气体电离，形成射频辉光放电或微波等离子体。看来等离子体掺杂是在1KHz-500KHz频率下（低频）进行，离子迁移距离长，离子注入厚度变大。

所引入的电源按等离子体形成空间的体积计最好在0.001-1W/cm³的范围，要求是稳定的连绕的具有小波动的振荡波。直流电源可与放电电源一起引入，最好将10-200V电压加到放电电极和与放电电极分开设置的电极上，该电极侧为正，其值在不引起不规则放电，例如火花放电的范围。

将这样的射频电源引入膜形成室，直流电源最好同时引入，材料气体在膜形成室电离和分解，在条形基片上形成p（或n）-型硅基非晶半导体层。

在这些膜形成条件下所构成的半导体层是由从硅基非晶（包括微晶）到多晶材料的非晶材料形成。

上述这样半导体叠层膜的形成是在膜形成室102A-105C中同时持续规定的时间周期，同时连续移动条形基片，在给定长度的带形基片表面上，形成半导体叠层膜此带形基片在条形基片卷绕室106中，用卷绕轴110连续卷绕。

[条形基片卷取工艺]

当在条形基表面上形成半导体叠层膜到给定长度并在卷绕室用卷绕轴卷绕时，使引入膜形成室102-105的用以供给材料气体并移动和加热条形基片的放电电源中断，把闸门气体供给气门的放电电源也中断。膜形成室102-106分别用联接到各膜形成室的真空泵排气，膜形成室103A和103B的排气由高真空泵转换到低真空泵。膜形成室和将材料气体供给膜形成室的材料气体供给系统用诸如He和Ar等惰性气体充分冲洗。

当膜形成室和将材料气体供给膜形成室的材料气体供给系统的冲洗完成时，就停止室101-106的冲洗，通过将稍低于大气压强的He、Ar等惰性气体充入这些室使室和条形基片冷却。

当各室和条形基片冷却到室温或类似温度时，通过将乾燥的N₂、Ar和He等气体导入设备，使设备的压强等于大气压强以减少加到卷绕轴的驱动力和转矩，在卷片室106中条形基片被切割从伸直室到卷片室的条形基片的一部分保持未切割。将缠绕着条形基片的卷轴110从条形基片卷绕室106中取出。

在本发明的设备中，当条形基片引入室中或从室中取出时，此条形基片伸直室101和卷片室106暴露到空气中。如果空气流进一组膜形成室102A-105C，则杂质气体如蒸汽和氧气就要淀积在膜形成室的内壁上，因此，所形成的半导体膜的特性就要受到不良影响。所以可在条形基片伸直室101和膜形成室102A之间和在条形基片卷片室106和膜形成室105C之间设置一适当的空气阻挡装置，以形成有荷载锁定结构的设备。这时空气阻挡装置包括用以保持膜形成室102A-105C内部空间密封的真空密封装置，在压强减少的条件下，空气阻挡装置通过使不影响膜的形成的惰性气体如He或高纯氮气进入膜形成室102A-105C，气体增压到超过大气压，清洁的气体流到伸直室101和卷片室106，以阻挡空气侵入。

如果应用密封结构，当各室保持在真空状态时，要使条形基片通过是非常困难的，所以最好使用使设备维持真空的O形环，密封垫、螺旋线、和磁流体，所说的设备中用密封结构中的元件或在其间保持有条形基片，所以在条形基片通过膜形成室102A-105C时，能维持真空密封条件。

上述空气阻挡装置可用微波等离子体CVD法设置在i-型半导体层膜形成室103A和103B中。由于在i-型膜形成室中借助微波等离子体CVD法形成膜是在高速下进行，所粘附其内表面的半导体膜的量比在另一膜形成室中的。如果继续以大的膜粘附量来形成半导体膜，则微波输入窗的微波传输系数降低以致使所导入的功率降低，或者成片剥落的膜剥落而掉到半导体膜上引起故障，因此必须对膜形成室103的内部周期性地进行清洗。在这种情况下，采用上述空气阻挡装置对防止因另一膜形成室的空气的侵入产生的有害作用是有效的，因此最好在膜形成室103A、103B和其它膜形成室之间设置空气阻挡装置。

一系列上述工艺能保证在本发明的设备中，在条形基片上连续形成半导体叠层膜。

下面说明使用连续形成半导体叠层膜的设备的实施例，但本发明不限于这些实施例。

首先说明双层串连型电池的实施例。

（实施例1-1）

使用如设备实例1-1中所示的连续形成半导体叠层膜的设备，其i-型半导体层分别由非晶硅锗和非晶硅组成的双n-i-p结构型光电池按此顺序叠层在基片上，就可连续加工由有n-i-p-n-i-p结构的硅基非晶半导体构成的光电池。在膜形成室103中的这种加工过程中，此双i-型半导体层在三个含有具有不同锗原子浓度的材料气体的室中形成，所以在膜形成室103中连续形成的此i-型半导体层在膜厚方向有大-小-大的锗含量的变化。

首先，在SUS  430  HA条形不锈钢板（宽12cm，长200m，厚0.15mm）上形成叠层，其为厚500nm的Ag层的厚为约2μm的ZnO透明导电层，是有轻度凹凸表面的条形基片，它缠绕在卷轴109上并经过各气门107贯穿膜形成室102A-105B送到条形基片卷绕室106，基片受到拉力使其避免松弛。一缠有足够干燥的aramid纸膜保持膜（由Dupont制造的Normex（商品名称），宽12cm，长200m，厚0.05mm）设置在条形基片卷绕室106中，所以此保护膜也与带形基片缠绕在一起。

设置条形基片后，将101-106各室内部用一泵（未示出）排气，所说的泵是旋转泵和机械增压泵的组合。在排气后引入He气，并将各室在200巴He气压下加热到约350℃进行热烘干。

在热烘干后，对101-106各室进行一次排气，膜形成室101，102A，105A，102B，104，105B，106顺次用连通到各膜形成室的旋转泵和机械增压泵的组合泵排气，而膜形成室103A用两个分别联接到各室的油扩散泵（ES-6，由Varian制）排气。当保持这样条件时闸门气体H₂被分别输送，各材料气体以予定量输送到膜形成室102A-105B，通过调整安装在101-106各室的排气管上减压阀的开口来调节各室内部的压强，如下述那样：条形基片伸直室101和卷绕室106：125巴;膜形成室102A：130巴;室103A：约1巴;室105A：130巴;室102B：130巴;室104：135巴和室105B：130巴。

当每个室中内部压强稳定时，在条形基片卷绕室106中的卷绕轴110被启动旋转，条形基片108沿从膜形成室102A到105B的方向，以100cm/分的恒定速度连续不断地移动。用装配在各膜形成室102A-105C中的温度控制部件（未绘出）进行温度控制，所以在各室的膜形成空间，移动的条形基片被控制在予定温度。

当条形基片的温度稳定时，经各电源的机械装置将13.56MHz的RF电源从平衡板电极引到膜形成室102A，105A，102B，104;2.45GHz的微波电源从安装在每一边壁上微波输入窗引入安装在膜形成室103中的各膜形成室;75KHz的RF电源从平行板电极引入膜形成室105B。然后，经机械装置从各电源（未绘出）引入的13.56MHz的RF电源由安装在微波输入窗前面与条形基片平行的条形通路电极引入安装在膜形成室103中的各膜形成室。当相对膜形成室103中条形基片的移动方向在所有情况下的长度约是20cm时，在半导体层形成区相对于条形基片的移动方向的长度可通过在条形基片表面和等离区之间安装一恒定长度的屏蔽板（也有予防等离子体泄漏功能）来进行调节。通过启动放电电源，在膜形成室102A-105B中的材料气体返回等离子区，半导体膜形成在各个膜形成室中的移动的条形基片上;从而使n-i-p-n-i-p结构的半导体叠层膜形成在条形基片的表面上。表1示出在膜形成室102A-105A中第一光电池的膜形成条件，表示出在膜形成室102A-102B中第二光电池的膜形成条件。

从启动条形基片传送装置开始条形基片连续移动180分钟，则在170分钟时间周期内连续形成半导体叠层膜。

在形成半导体叠层膜170分钟之后使充电电源的引入，材料气体的馈送，条形基片和膜形成室的加热都停止，清洗各膜形成室内部，再充分冷却条形基片和设备内部。然后将缠绕在卷轴110的条形基片从条形基片卷绕室取出到设备外边。

把已取下的条形基片继续进一步用连续的调整装置进行处理。70nm的ITO（In₂O₃+Sno₂）薄膜作为透明电极形成在用本发明设备加工成的半导体叠层膜的整个表面上，与固定空间成一列的电极作集电极。通过调整，例如使单元电池串联，尺寸为35cm×35cm的由具有不同能带隙的叠层光电池组成双层级联太阳电池的太阳电池组件被连续加工。如图5所示简略地表示出太阳电池产品的层结构。

在应用1.5（100mW/cm²）AM模拟日光束的情况下测定出已制造出的太阳电池组件的特性后，其光电转换效率的平均值为1.15的较好的值，比使用常规的连续滚动传输基片的系统设备制造的太阳电池的1.00的光电转换效率的平均值要好，所说的设备是使用高频等离子体CVD法形成的所有P-型半导体层所用的设备。由常规设备引起的组件之间的±5%的光电转换效率的偏差，减少到±3%之内。

（比较例1-1）

n-i-p-n-i-p结构的硅基非晶半导体叠层膜用实施例1同样方法连续形成，除了设备例1-1中所示的本发明设备的P-型半导体的膜形成室105B用膜形成室代替之外，i-型半导体层上的作为掺杂层的P-型半导体层完全用RF等离子体CVD法形成，由此加工成太阳电池组件。表3示出在膜形成室102B和105B中第二光电池的膜形成条件。

在1.5（100mw/cm²）AM的假太阳光下测定产品太阳电池组件的性能，它的光电转换效率1.0与在实施例1-1所制造的太阳电池组件相应值1.15相比是低的。组件间的偏差是±5%，是不小的。

（比较例1-2）

除了在设备例1-1中所示的本发明设备的P型半导体膜形成室105A用等离子体掺杂室代替外，n-i-p-n-i-p结构的硅基非晶半导体叠层膜用实施例1-1同样的方法连续形成，作为掺杂层的P-型半导体层完全用RF等离子体CVD法形成，由此加工成太阳电池组件。表4示出在膜形成室102A和105A中第一光电池的膜形成条件，表2示出在膜形成室102B和105B中第二光电池的膜形成条件。

在1.5（100mw/cm²）AM的假太阳光下测定太阳电池组件产品的性能，弯曲系数是低的，它的光电转换效率0.95，与在实施例1-1所制造的太阳电池组件相应值1.15相比是低的。

（实施例1-2）

使用如在设备例1-1中所示的本发明的半导体叠层膜的连续形成设备，如实施例1-1一样，除了用非晶碳化硅代替i-型半导体层外，在基片上在i-型衬底半导体之上再叠层成由非晶硅锗和非晶碳化硅构成的双n-i-p结构的光电池，从而连续形成由n-i-p-n-i-p结构的硅非晶半导体构成的二个光电池。通过连续积木化，连续制造成由双层级联型太阳电池组成的35cm×35cm的太阳电池组件。在形成第一光电池的膜形成室102A-105A中的膜形成条件与在图1所示的实施例1-1中的条件相同，仅在形成第三光电池的膜形成室102B-105B中的膜形成条件如表5所示发生变化。图12是所制造的太阳太池的层结构的示意图。

所制造的太阳电池组件在应用AM1.5（100mw/cm²）的模拟太阳光测定其特性后，其光电转换效率的平均值是较好的为1.15，比用常规的连续地卷装进出系统设备制造的太阳电池组件的1.00的光电转换效率要好，所说的连续地卷装进出系统设备是使用高频率离子体CVD法形成全部P-型半导体层的设备。组件间的光电转换效率的±5%偏差，减少到±3%范围内。

（实施例1-3）

使用在设备例1-1中所示的本发明的半导体叠层膜的连续形成设备，除了通过等离子体掺杂形成P-型半导体层的膜形成室105B的变化的放电频率75KHz-13.56MHz之外，与实施例1-1相同连续形成非单晶硅的n-i-p-n-i-p结构的叠层膜。通过进一步积木化，连续形成由具有不同带隙的光电池叠层构成的双层级联型太阳电池构成的35cm×35cm太阳电池组件。图12是太阳电池产品的分层结构的示意图。

制造的太阳电池组件在应用AM1.5（100mw/cm²）的模拟太阳光测定其特性后，其1.15的光电转换效率的平均值比使用常规连续地卷装进出系统设备制造的太阳电池的1.00光电转换效率要优越，所说的卷装进出系统设备是使用高频等离子体CVD法形成的全部P-型半导体层的设备。由于使用常规设备在组件间引起的±5%的组件间的光电转换效率的偏差减少到±3%范围内。

（实施例1-4）

使用在设备例1-1中所示的本发明的半导体叠层膜的连续形成设备，除以以通过淀积形成10nm半导体层所需的3sccm的足够小的量的SiH₄气体加进源气体之外，所说的源气体是被引入通过等离子掺杂形成P-型半导体的膜形成室105B中的气体，用与实施例1-1相同的方法，连续形成非单晶硅的n-i-p-n-i-p结构的叠层膜。通过进一步积木化，连续形成由具有不同能带隙的光电器件叠层成的双层级联型构成的35cm×35cm太阳电池组件。图13是所制造的太阳电池的分层结构的示意图。

在应用AM1.5（100mw/cm²）的模拟太阳光测定太阳电池组件的特性后，其光电转换效率的平均值是1.14，比使用常规连续地卷装进出系统设备制造的太阳电池组件的1.00光电转换效率要优越，所说的卷装进出系统设备是使用高频等离子体CVD法形成全部P-型半导体层的设备。

由于使用常规设备引起的组件间的光电转换效率的±5%的偏差，降低到±3%范围内。

（比较例1-3）

除将通过淀积形成10nm厚半导体层所需的仅30sccm的SiH₄气体加到材料气体外，用与实施例1-4同样的方法连续形成n-i-p-n-i-p结构型硅基非晶半导体的叠层膜，材料气体引入典型设备1-1所示的本发明各设备的p-型半导体层的膜形成室105B，然后加工太阳电池组件。

在AM1.5（100mw/cm²）的模拟太阳光下测定太阳电池产品的特性。它的光电转换效率是0.85比使用常规连续地卷装进出系统设备制造的太阳电池组件的光电转换效率的平均平均值1.00要低，所说的卷装进出系统设备是使用高频等离子体CVD法形成全部p-型半导体层的设备。组件之间的偏差是±6%，是不小的。

（实施例1-5）

使用如设备例1-1所示的本发明的半导体叠层膜连续形成设备，除了所形成的半导体层的导电类型反向变化，在膜形成室102A和102B中形成p-型半导体层，在膜形成室105A和105B中形成n-型半导体层外，用与实施例1-1同样的方法连续形成n-i-p-n-i-p结构型硅基非晶半导体的叠层膜。然后，这些叠层膜组合成组件，用以连续制造由有不同能带隙的光电池叠层成的双层级联型太阳电池构成的35cm×35cm的太阳电池组件。在形成第一光电池的膜形成室102A和105A中的膜形成条件示于表6中，在形成第二光电池的膜形成室102B和105B中的膜形成条件示于表7中。图14是例示所制造的太阳电池的分层结构的示意图。

在应用AM1.5（100mw/cm²）的模拟太阳射束下测定所制造的太阳电池组件的特性后，其光电转换效率的平均值是1.15，比使用常规系统设备制造的太阳电池组件的光电转换效率的平均值1.00要优越，所说的常规系统设备是使用高频等离子CVD法形成所有n-型半导体层的设备。由使用常规设备引起的组件间的光电转换效率的±5%的偏差降低到±3%范围内。

（实施例1-6）

使用像设备例1-2中所示的本发明的半导体叠层膜的连续形成装置，双n-i-p结构型光电池的每个由非晶硅锗和非晶硅组成的i-型半导体在基片上以适当的顺序叠层形成，除了在用微波等离子CVD法形成i-型半导体层之前和之后用RF等离子CVD法形成i-型半导体层之外，用与实施例1-1相同的方法连续形成n-i-p-n-i-p结构型硅基非晶半导体叠层膜。然后，由此叠层膜组合成组件用以制造由有不同能带间隙的光电池叠层成的双层级联型太阳电池构成的35cm×35cm的太阳电池组件。在形成第一光电池的膜形成室202A和205A中的膜形成条件示于表8中，在形成第二光电池的膜形成室202B和205B中的膜形成条件示于表2中。而且，图14是示出所制造的太阳电池的分层结构的示意图。

在应用AM1.5（100mw/cm²）的模拟太阳光束测定所制造的太阳电池组件的特性后，其光电转换效率的平均值是1.18比使用常规设备制造的光电池组件的光电转换效率的平均值1.00要优越，所说的常规系统设备是使用高频等离子CVD法形成所有的p-型半导体层的设备。因使用常规设备引起的组件间的光电转换效率的±5%偏差，降低到±2%范围内。

（实施例1-7）

使用如设备例1-2中所示的本发明的半导体叠层膜连续形成设备，除了使用有36cm宽的宽条形基片外，用与实施例1-6同样的方法连续形成n-i-p-n-i-p结构型硅基非晶半导体叠层膜，然后连续加工由有不同能带间隙的太阳电池层叠成的双层级联型太阳电池构成的35cm×35cm太阳电池组件。

在此实施例中所用的设备在沿条形基片的宽度方向的尺寸比实施例1-1-1-6所用设备大三倍。在设置在膜形成室203中供微波等离子CVD法使用的三个膜形成室中，在条形基片的两边上分别相对地设置微波反射装置，所以微波电源要从在膜形成室203中的6个微波发射装置发出。每个相对设置的微波投射装置的电场都沿垂直方向取向。在形成第一光电池的膜形成室202A和205A中的膜形成条件示于表9中，在形成第二光电池的膜形成室202B和205B中的膜形成条件示于表10中。而且图14是例示所制造的太阳电池的分层结构的示意图。

在应用AM1.5（100mw/cm²）的模拟日光束测定所制造的太阳电池组件的特性后，其光电转换效率的平均值是1.18，比使用常规系统设备制造的太阳电池组件的光电转换效率的平均值1.00要优越，所说的常规系统设备是使用高频等离子CVD法形成所有p-型半导体层的设备。因使用常规设备在组件间引起的±5%的光电转换效率的偏差，减少到±2.5%范围内，这就证实能在大面积上均匀地形成光电池的高流量的半导体叠层膜。

下面将说明三层级联型电池的一实施例。

（实施例2-1）

使用如设备例2-1所示的半导体叠层膜连续形成装置，分别由非晶硅锗、非晶硅锗和非晶硅组成的i-型半导体层的三个n-i-p结构的光电池以这种顺序层叠层地形成在基片上，再连续制造成由n-i-p-n-i-p-n-i-p结构的硅基非晶半导体层叠成的光电池。在膜形成室103A和103B中的这种加工中，三个i-型半导体层在内装有不同锗原子浓度的材料气体的三个不同的室中形成，所以在膜形成室103A和103B中连续形成的此i-型半导体层沿膜厚度方向有按大-小-大规律变化的锗含量。

首先，在SUS  430  BA条形不锈钢板（宽12cm，长200m，厚0.15mm）上叠层地形成厚500nm的Ag层和厚约2μm的ZnO透明导电层的有稍微凹凸表面的条形基片（宽12cm×长200m×厚0.15mm）在缠绕到卷轴109上的条件下设置到带形基片伸直室101;此带形基片经各气门107贯穿膜成形室102A-105C并输送到条形基片卷绕室106，基片受到压力而松弛。一缠绕有足够干燥的aramid纸膜（由Du  pont制造的Normec商品名），宽12cm，长200m，厚0.05mm）保护膜的卷轴设置在条形基片缠绕室106中，所以保护膜也可与条形基片一起缠绕。

在设置条形基片后，101-106各室内部用引入到该室的He气冲洗，在冲洗后接着在约200巴He气压下加热到约350℃对各室进行热烘干。

在热烘干后，101-106各室进行一次排气，膜形成室101、102A、105A、102B、105B、102C、104、105C、106用连通到各膜形成室的旋转泵和机械增压泵构成的组合泵顺次排气，而膜形成室103A和103B用分别连接到该室的两个油扩散泵（由Varian制造的HS-16型）的一个排气。当保持这样条件时，500sccm量的闸门气H₂分别馈送到各闸门107，各材料气体以予定量分别馈送到膜形成室102A-105C。各室的内部压强通过调节安装在101-106各室的排气管上的节流阀的开口来调节，如下所述。条形基片伸直室101和卷绕室106：125巴，膜形成室102A：130巴，103A：约1巴，105A：130巴，102B：约130巴，103B：1巴，105B：130巴，102C：130巴，104：135巴和105C：130巴。

当各室的内部压强稳定时，条形基片卷绕室106中的卷轴110被启动旋转，条形基片108以100cm/分的恒定速度沿从膜形成室102A到105C的方向连续移动。用固定在各膜形成室102A-105C的温度控制部件（未绘出）进行温度控制，所以在各室的膜形成空间将移动的条形基片控制到予定的温度。

当条形基片的温度稳定时，经各电源的匹配装置（未绘出），将13.56MHz的RF电源由平行板电极引入到各膜形成室102A、105A、102B、105B、102C、104;2.45GHz的微波电源由安装在各自的一个边壁上的微波输入窗引入到安装在膜形成室103A和103B中的各膜形成室;75KHz的RF电源由平行板电极引入到膜形成室105C。当在膜形成室103A和103B中的条形基片的移动方向的长度在所有情况下是约20cm时，相对半导体层的脉形成区中条形基片移动方向的长度可通过在条形基片表面和等离子区之间安装一定长度的屏蔽板（它也有防等离子体泄漏功能）来调节。通过接通放电电源，在102A-105C各膜形成室中的材料气体转变成等离子体，半导体膜形成在多膜形成室中的移动的条形基片上;从而在条形基片表面上连续形成n-i-p-n-i-p-n-i-p结构的半导体叠层膜。表11示出在膜形成室102A-105A中第一光电池的膜形成条件，表12示出在膜形成室102B-105B中第二光电池的膜形成条件，表13示出在膜形成室102C-105C中第三光电池的膜形成条件。

条形基片从启动条形基片输送装置开始连续移动180分钟，半导体叠层膜在170分钟的周期时间中连续形成。

在约170分钟形成半导体叠层膜之后，将引入充电电源、馈送材料气体、加热条形基片和膜形成室等都停止，驱气各膜形成室内部，使条形基片和设备内部充分冷却。此后将缠绕在卷轴110上的条形基片从条形基片卷绕室106中取出到设备外边。

用连续调整设备进一步处理取下的条形基片。70nm厚的ITO（In₂O₃+SnO₂）薄膜作为透明电极形成在用本发明的设备形成的半导体叠层膜的整个表面上，与固定空间成一列形成Ag电极作为集电极。通过调整，例如使单元电池串联，连续制造成由有不同能带间隙的光电电池层叠成的三层串联太阳电池构成的35cm×35cm的太阳电池组件。图5示意性地示出太阳电池产品的分层结构。在AM（100mw/cm²）的模拟太阳光下测定太阳电池组件产品。它的光电转换效率的平均值是1.15，比用连续地卷装进出设备借助形成所有p-型半导体层所用RF等离子CVD法常规生产的太阳电池组件光电转换效率的平均值1.00要优越的多。常规产品的组件间±5%的偏差在本发明产品减少到±3%。

（比较例2-1）

除了p-型半导体层的膜形成室105C用一膜形成室代替外，用如设备例2-1同样的方式连续形成n-i-p-n-i-p结构的硅基非晶半导体叠层膜，作为掺杂层的p-型半导体层完全用RF等离子CVD法形成，由此制造太阳电池组件。

表14示出在膜形成室102C-105C中第三光电池的膜形成条件。

图5示意地示出太阳电池产品的分层结构。

在AM 1.5（100mw/cm²）的模拟太阳光下测定太阳电池组件产品的性能。它的光电传输效率是1.00，与实施例2-1中制造的太阳电池组件的1.15相比是低的。组件间的偏差是±5%，是不小的。

（比较例2-2）

除了膜形成室105A和105B分别用等离子掺杂室代替外，其余均按设备例2-1同样方式连续形成n-i-p-n-i-p-n-i-p结构的硅基非晶半导体叠层膜，作为掺杂层的p-型半导体层完全用RF等离子CVD法形成，由此制造太阳电池组件。表15示出在膜形成室102C-105C中第二光电池的膜形成条件。

在AM 1.5（100wm/cm²）的模拟太阳光下测定太阳电池组件产品的性能。弯曲系数是低的，其光电传输效率值为0.95，与在实施例2-1中制造的太阳电池组件的相应值1.15相比是低的。

（实施例2-2）

使用如设备例2-1中所示的本发明的半导体叠层膜的连续形成设备，除了用非晶碳化硅代替i-型半导体层外，其余与实施例2-1相同，在基片的i-型衬底半导体上依次叠层的n-i-p-n-i-p-n-i-p结构的光电器件由非晶硅锗、非晶硅锗和非晶碳化硅构成，连续形成了由n-i-p-n-i-p-n-i-p结构的硅非晶半导体构成的光电器件。

通过连续积木化，连续加工成由三层串联型太阳电池构成的35cm×35cm的太阳电池组件。在膜形成室102A-105A中形成第一光电器件的模形成条件和在模形成室102B-10  B中形成第二光电器件的膜形成条件与在表11和12中所示的实施例2-1的条件相同，仅在膜形成室102C-105C中形成第三光电器件的膜形成条件如表7所示是改变的。图15是所制造的太阳电池的分层结构的示意图。

在应用AM1.5（100mw/cm²）的模拟太阳光测定所制造的太阳电池组件的特性后，其光电转换效率的平均值是1.15，比用常规的连续地卷装进出系统设备制造的太阳电池组件的光电转换效率的平均值1.00要优越，所说的卷装进出系统设备是使用高频等离子CVD法形成全部p-型半导体层的设备。因使用常规设备造成的组件间光电转换效率的±5%的偏差，降低到±3%范围内。

（实施例2-3）

使用如设备例2-1所示的本发明的半导体叠层膜的连续形成设备，除了通过等离子掺杂使p-型半导体层的膜形成室105C的放电频率从75KHz改变为13.56MHz外，其余都与实施例2-1条件相同，连续形成n-i-p-n-i-p-n-i-p结构的非单晶硅的叠层膜。通过进一步积木化，连续形成由不同能带间隙的光电器件叠层成的三层级联型太阳电池构成的35cm×35cm太阳电池组件。图15是表示太阳电池产品的分层结构的示意图。

在应用AM 1.5（100mw/cm²）的模拟太阳光测定所制造的太阳电池组件的特性后，其光电转换效率的平均值是1.15，比用常规的卷装进出系统设备制造的太阳电池组件的光电转换效率的平均值1.00要优越，所说的卷装进出系统设备是使用高频等离子CVD法形成全部p-型半导体层的设备。因使用常规设备产生的光电转换效率的±5%偏差，减少到±3%范围内。

（实施例2-4）

使用如设备例2-1所示的本发明的半导体叠层膜连续形成设备，除了为了通过淀积形成10nm的半导体层所需的3sccm足够小量的SiH₄气体通过等离子掺杂加到被引入p-型半导体膜形成室105C的源气体外，连续形成n-i-p-n-i-p-n-i-p结构的非单晶硅的叠层膜。通过进一步积木化，连续形成由有不同能带间隙的半导体器件叠层成的三层串联型太阳电池构成的35cm×35cm太阳电池组件。图15是所制造的太阳电池的分层结构的示意图。

应用AM 1.5（100mw/cm²）的模拟太阳光测定所制造的太阳电池组件的特性后，其光电转换效率的平均值是1.14，比使用常规连续地卷装进出系统设备制造的太阳电池组件的光电转换效率的平均值1.00要优越，所说的卷装进出系统设备是使用高频等离子CVD法形成全部p-型半导体层的设备。因使用常规设备产生的光电转换效率的±5%偏差减少到±3%范围内。

（比较例2-3）

除了将为形成10nm半导体层所需的30sccm足够小量的SiH₄气体加到被引入设备例2-1所示的本发明的p-型半导体膜形成室105C中的源气体外，其余与实施例2-4相同，连续形成n-i-p-n-i-p-n-i-p结构硅的单晶半导体的叠层膜，以制造太阳电池组件。

应用AM 1.5（100mw/cm²）的模拟太阳光测定所制造的太阳电池组件的特性后，其光电转换效率的平均值是0.85，比用常规卷装进出系统设备制造的太阳电池组件的光电转换效率的平值1.00要差，所说的卷装进出系统设备是使用高频等离子CVD法形成所有p-型半导体层的设备。组件间光电转换效率的偏差有较大值±6%。

（实施例2-5）

使用设备例2-1所示的本发明的连续形成设备来形成半导体叠层膜，除了使半导体层的导电类型上下颠倒外，与实施例2-1一样，在膜形成室102A、102B、102C中形成p-型半导体层，在膜形成室105A，105B，105C中形成n-型半导体层，n-i-p-n-i-p-n-i-p结构硅的非单晶半导体的叠层膜被继续形成。通过进一步积木化，连续形成由有不同能带间隙的光电器件层叠成的三层串联型太阳电池构成的35cm×35cm太阳电池组件。

表18列出膜形成室102A-105A形成第一光电器件的膜形成条件。表19列出膜形成室102B-105B形成第二光电器件的膜形成条件。表20列出膜形成室102C-105C形成第三光电器件的膜形成条件。图16示出所制造的太阳电池的膜结构的示意图。

应用AM 1.5（100mw/cm²）的模拟太阳光测定所制造的太阳电池组件的特性后，其光电转换效率平均值是1.15比使用常规连续地卷装进出系统设备制造的太阳电池组件的光电转换效率平均值1.00要优越，所说的卷装进进系统设备是用高频等离子CVD法形成所有p-型半导体层的设备。因使用常规设备产生的组件间光电转换效率的±5%的偏差减少到±3%范围内。

（实施例2-6）

使用设备例2-2中所示的本发明的连续形成设备来形成半导体叠层膜，除了i-型半导体层由非晶硅锗、非晶硅锗、非晶硅构成外，用几乎与实施例2-1同样的工艺，使三层n-i-p-n-i-p-n-i-p结构光电池按顺序叠层在基片上，以便连续形成n-i-p-n-i-p-n-i-p结构硅的非单晶半导体的叠层膜。通过进一步积木化连续形成由有不同能带间隙的半导体器件叠层成的三层串联型太阳电池构成的35cm×35cm太阳电池组件。

表21列出在膜形成室202A-205A中形成第一光电器件的膜形成条件，表22列出在膜形成室202B-205B形成第二光电器件的膜形成条件，表23列出在膜形成室202C-205C中形成第三光电器件的膜形成条件。图17是所制造的太阳电池的分层结构的示意图。

用AM 1.5（100mw/cm²）的模拟太阳光测定太阳电池组件产品的性能。它的光电传输效率是1.18比用形成所有p-型半导体层所用的RF等离子CVD法常规生产的太阳电池组件的平均效率1.00要优越。常规产品的组件间的±5%的偏差，在本发明产品中下降到±2%。

（实施例2-7）

除了使用36cm宽的条形基片外，用与实施例2-6同样的方法，使用设备例2-2中所示的本发明的连续形成设备连续形成n-i-p-n-i-p-n-i-p结构的半导体，从而连续制造成有不同能带间隙的光电池叠层成的三层串联型太阳电池构成的35cm×35cm太阳电池组件。

由于本实施例的带形基片的宽度尺寸是实施例2-1～2-6中所用的条形基片宽度尺寸的三倍，所以本实施例所用的设备与实施例2-1～2-6中所用的设备不同。三个膜形成室设置在微波等离子CVD法用的膜形成室203A和203B中;在条形基片两边以相面对的形式设置有微波引入装置;膜形成室203A和203B分别接收来自6个微波导入装置的微波功率。互相面对排列的微波导入装置的两个电场互相垂直。表24示出在膜形成室202A-205A中第一光电池的膜形成条件，表25示出在膜形成室202B-205B中第二光电池的膜形成条件，表26示出在膜形成室202C-205C中第三光电池的膜形成条件。图17示意性示出太阳电池产品分层结构。

用AM 1.5（100mw/cm²）的模拟太阳光测定太阳电池组件产品的性能。它的光电转换效率的平均值是1.18，比用形成所有p-型半导体层的RF等离子CVD法生产的太阳电池组件的平均效率1.00要好得多。常规产品的组件间±6%的偏差，在本产品中降低到±2.5%;因此可确定能大面积地均匀地制造出光电池的高质量的半导体层。

                表5

                表7

                        表8

                        表9

                        表10

            表11

            表12

                    表13

                  表14

                表15

              表16

                    表17

            表18

                表19

                表20

                      表21

                      表22

                表23

                      表25

                  表26

本发明能用连续地卷装进出系统在大的面积上高速地，无特性变化和特性均匀地连续形成非晶光电池的半导体叠层膜。

此外，本发明也能连续形成双层或三层串联型光电池的半导体叠层膜，它能在大面积上以高速度无光损害地形成，并有高的光电转换效率。

Claims (20)

1、一种有叠层结构的光电池，它包括：由硅基非晶半导体构成并有第一导电类型的第一半导体层；其主要部分是用微波等离子CVD法形成的第一i-型半导体层；有与第一导电类型相反的导电类型的第二半导体层；有第一导电类型的第三半导体层；用RF等离子CVD法形成的第二i-型半导体层；有与第一导电类型相反的导电类型的第四半导体层；其特征在于：

所说的第二半导体层用RF等离子CVD法形成，所说的第四半导体层用等离子掺杂形成。

2、一种通过在基片上形成硅基非晶半导体叠层膜制造光电池的方法，它包括如下步骤：用RF等离子CVD法形成一n（或p）-型半导体层;用微波等离子CVD法形成一i-型半导体层;用RF等离子CVD法形成一p（或n）-型半导体层;用RF等离子CVD法形成一n（或p）-型半导体层;用RF等离子CVD法形成i-型半导体层;和用等离子掺杂形成p（或n）-型半导体层。

3、一种在条形基片上连续形成硅基非晶半导体叠层膜的光电池制造设备，它至少包括：一条形基片伸直室;取决于RF等离子CVD法的一n（或p）-型半导体层的膜形成室;一取决于微波等离子CVD法的i-型半导体层的膜形成室;一取决于RF等离子CVD法的p（或n）-型半导体层的膜形成室;一取决于RF等离子CVD法的n（或p）-型半导体层的膜形成室;一取决于RF等离子CVD法的i-型半导体层的膜形成室;一取决于等离子掺杂的p（或n）-型半导体层的膜形成室;和一条形基片缠绕室;其特征在于：所说的各室沿所说的条形基片移动方向按上述顺序排列，并分别与气门连接，以便在通过所说的膜形成室连接移动的所说的条形基片上连续形成硅基非晶半导体层的叠层膜。

4、按照权利要求3所说的光电池制造设备，其特征在于i-型半导体层的膜形成室具有气门，并把它安装在取决于所说的微波等离子CVD法的所说的i-型半导体层的膜形成室和取决于所说的RF等离子CVD法装有所说的气门的所说的p（或n）-型半导体层的膜形成室之间。

5、按照权利要求3所说的光电池制造设备，其特征在于i-型半导体层的膜形成室还安装有气体闸门，此气体闸门安装在取决于所说的微波等离子CVD法的所说的i-型半导体层的膜形成室和取决于所说的RF等离子CVD法并装有所说的气体闸门的所说的n（或p）-型半导体层的膜形成室之间。

6、按照权利要求4所说的光电池制造设备，其特征在于i型半导体层的膜形成室还安装有气体闸门，此气体闸门安装在取决于所说的微波等离子CVD法的所说的i-型半导体层的膜形成室和取决于所说的RF等离子CVD法并装有所说的气体闸门的所说的n（或p）-型半导体层的膜形成室之间。

7、一种有叠层结构的光电池包括：由硅基非晶半导体构成并有第一导电类型的第一半导体层;其主要部分是用微波等离子CVD法形成的第一i-型半导体层;有与第一导电类型相反的导电类型的第二半导体层;有第一导电类型的第三半导体层;其主要部分是用微波等离子CVD法形成的第二i-型半导体层;有与第一导电类型相反的导电类型的第四半导体层;有第一导电类型的第五半导体层;用RF等离子CVD法形成的第三i-型半导体层;和有与第一导电类型相反的导电类型的第六半导体体层;其特征在于：所说的第二半导体层和所说的第四半导体层用RF等离子CVD法形成，所说的第六半导体层用等离子掺杂形成。

8、一种将硅基非晶半导体叠层膜形成在基片上的制造光电池的方法包括以下步骤：用RF等离子CVD法形成一n（或p）-型半导体层;用微波等离子CVD法形成一i-型半导体层;用RF等离子法形成一p（或n）-型半导体层;用RF等离子CVD法形成一n（或p）-型半导体层;用微波等离子CVD法形成一i-型半导体层;用RF等离子CVD法形成-p（或n）-型半导体层;用RF等离子法形成一n（或p）-型半导体层;用RF等离子CVD法形成i-型半导体层;用等离子掺杂形成p（或n）-型半导体层。

9、一种在条形基片上连续形成硅基非晶半导体叠层膜的光电池制造设备，它至少包括：条形基片伸直室;一取决于RF等离子CVD法的n（或p）-型半导体层的膜形成室;一取决于微波等离子CVD法的i-型半导体层的膜形成室;一取决于RF等离子CVD法的p（或n）-型半导体层的膜形成室;一取决于RF等离CVD法的n（或p）-型半导体层的膜形成室;一取决于微波等离子CVD法的i-型半导体层的膜形成室;一取决于RF等离子CVD法的p（或n）-型半导体层的膜形成室;一取决于RF等离子CVD法的n（或p）-型半导体层的膜形成室;一取决于RF等离子CVD法的i-型半导体层的膜形成室;一取决于等离子掺杂的P（或n）-型半导体层的膜形成室;和一条形基片卷绕室;其特征在于：所说的各室沿所说的条形基片的移动方向按上述顺序排列并分别与气门连接，以便在通过所说的各膜形成室连续移动的所说的条形基片上连续形成硅基非晶半导体层的叠层膜。

10、按照权利要求9所说的光电池制造设备，其特征在于i-型半导体层的膜形成室还装配有气门，此气门至少装配在取决于微波等离子CVD法的所说的i-型半导体层的膜形成室和取决于所说的RF等离子CVD法并装有所说的气门的所说的p（或n）-型半导体层的膜形成室之间的一个位置上。

11、按照权利要求9所说的光电池制造设备，其特征在于i-型半导体层的膜形成室还装配有气门，此气门至少装配在取决于微波等离子CVD法的所说的i-型半导体层的膜形成室和取决于所说的RF等离子CVD法并装有所说的气体闸门的所说的n（或p）-型半导体层的膜形成室之间的一个位置上。

12、按照权利要求10所说的光电池制造设备，其特征在于i-型半导体层的膜形成室还装置有气门、此气门至少装配在取决于微波等离子CVD法的所说的i-型半导体层的膜形成室和取决于所说的RF等离子CVD法并装有所说的气门的所说的n（或p）-型半导体层的膜形成室之间的一个位置上。

13、按照权利要求2所说的制造光电池的方法，其特征在于所说的等离子掺杂是一等离子CVD法。

14、按照权利要求13所说的制造光电池的方法，其特征在于所说的等离子CVD法的频率是1KHz-500KHz。

15、按照权利要求2所说的制造光电池的方法，其特征在于所说的等离子掺杂中氢气的流量是含杂质气体流量的10倍或更高。

16、按照权利要求2所说的制造光电池的方法，其特征在于所说的等离子掺杂中条形基片的温度是400℃或更低。

17、按照权利要求8所说的制造光电池的方法，其特征在于所说的等离子掺杂是等离子CVD法。

18、按照权利要求17所说的制造光电池的方法，其特征在于所说的等离子CVD法的频率是1KHz-500KHz。

19、按照权利要求8所说的制造光电池的方法，其特征在于在所说的等离子掺杂中氢气的流量是含杂质气体流量的10倍或更高。

20、按照权利要求8所说的制造光电池的方法，其特征在于所说的等离子掺杂中条形基片的温度是400℃或更低。

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