CN117438491A - 硅异质结太阳电池制备设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅异质结太阳电池制备设备包括沉积装置、输运机构以及控制装置。沉积装置包括预热腔室、多个镀膜腔室及冷却腔室。控制装置控制沉积装置及所述输运机构的运作。各所述镀膜腔室具有多个沉积区域，以对被所述输运机构输运通过各所述镀膜腔室的载板上的多个区域中的多个硅片进行薄膜沉积，而形成用于硅异质结电池的未掺杂非晶硅薄膜、第一型非晶硅薄膜及第二型非晶硅薄膜，以利非晶硅薄膜在平方米级面积上的高度均匀性，同时提高薄膜材料的质量。
Description
技术领域
本发明涉及新能源太阳能光伏技术领域，且特别是涉及一种用于制备硅异质结太阳电池的制备设备。
背景技术
硅异质结太阳电池以其高的转换效率(>25％)而越来越得到关注。相对于传统的晶硅太阳电池技术，硅异质结太阳电池的制备步骤相对简单很多，主要有四步骤，包括清洗制绒步骤、非晶硅镀膜步骤、透明导电层制备步骤及丝网印刷步骤。因此，不需要传统的晶硅太阳电池制造过程中需要掺杂粒子的高温扩散、高温退火的等高能耗的过程，降低生产成本的潜力大。但是硅异质结太阳电池的生产需要用到半导体和显示产业中用到的高性能非晶硅镀膜技术和高真空设备，这些设备的稳定性和可靠性对制备高性能的硅异质结太阳电池是关键，特别是硅异质结太阳电池中的非晶硅薄膜非常薄，只有几十纳米，而这个薄的非晶硅薄膜是硅异质结太阳电池的关键。现在急需解决的问题是这几十纳米厚度的非晶硅薄膜在平方米级面积上的均匀性，降低薄膜之间界面态的影响，以及实现连续、快速的制备。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种硅异质结太阳电池制备设备，其中使用的镀膜腔室具有多个沉积区域，以利硅异质结太阳电池的非晶硅薄膜在平方米级面积上的高度均匀性，降低薄膜之间界面态的影响，以及实现连续、快速的制备。
本发明的另一个目的是提供一种硅异质结太阳电池制备设备，采用模块化的方式实现按照需求进行组合以适应各种定制化的镀膜制备需求，比如使用的预热腔室、各个镀膜腔室及冷却腔室或是以线列式，或是以团簇式，进行排列组合以实现连续制备，提高生产节奏和效率。
为达上述目的，本发明公开了一种硅异质结太阳电池制备设备，包括沉积装置、输运机构以及控制装置。沉积装置包括预热腔室、多个镀膜腔室及冷却腔室。控制装置连接至沉积装置及输运机构，并控制控制沉积装置及所述输运机构的运作。各所述镀膜腔室具有多个沉积区域，以对被所述输运机构输运通过各所述镀膜腔室的载板上的多个区域中的多个硅片进行薄膜沉积，而形成用于硅异质结电池的未掺杂非晶硅薄膜、第一型非晶硅薄膜及第二型非晶硅薄膜。
在优选的实施方式中，各所述镀膜腔室包括下电极板及多个上电极板，构成所述多个沉积区域，且所述载板及所述多个硅片通过所述下电极板及所述多个上电极板之间的沉积通道。
在优选的实施方式中，各所述镀膜腔室还包括：对所述镀膜腔室中的所述多个硅片加热的加热器；设置于所述多个上电极板附近的梳状气路管，用于提供反应气体；以及抽气装置，设置于各所述镀膜腔室的顶部，并且提供抽真空以及抽气的功能。
在优选的实施方式中，所述多个镀膜腔室包括：第一镀膜腔室，用于沉积所述未掺杂非晶硅薄膜及与所述未掺杂非晶硅薄膜相同材料的第二未掺杂非晶硅薄膜；第二镀膜腔室，用于沉积所述第一型非晶硅薄膜；以及第三镀膜腔室，用于沉积所述第二型非晶硅薄膜，其中所述预热腔室、所述第一镀膜腔室、所述第二镀膜腔室、所述第三镀膜腔室及所述冷却腔室依序排列成线列状。
在优选的实施方式中，所述预热腔室、所述第一镀膜腔室、所述第二镀膜腔室、所述第三镀膜腔室及所述冷却腔室的相邻两者之间是通过闸板阀而连接在一起，实现联通和隔断。
在优选的实施方式中，所述控制装置用于控制所述输运机构、所述沉积装置及所述硅异质结太阳电池制备设备的翻面机构依序进行以下动作：输运所述载板进入所述预热腔室以预热各所述硅片；输运所述载板进入所述第一镀膜腔室以于各所述硅片的第一面沉积所述未掺杂非晶硅薄膜；输运所述载板进入所述第二镀膜腔室用于在所述未掺杂非晶硅薄膜上沉积所述第一型非晶硅薄膜；输运所述载板通过所述第三镀膜腔室并进入所述冷却腔室以冷却各所述硅片；将各所述硅片翻面置于所述载板上；输运所述载板进入所述预热腔室以预热各所述硅片；输运所述载板进入所述第一镀膜腔室以于各所述硅片的第二面沉积所述第二未掺杂非晶硅薄膜；输运所述载板通过所述第二镀膜腔室并进入所述第三镀膜腔室，用于在所述第二未掺杂非晶硅薄膜上沉积所述第二型非晶硅薄膜；及输运所述载板进入所述冷却腔室以冷却各所述硅片。
在优选的实施方式中，所述沉积装置还包括第二预热腔室及第二冷却腔室；所述多个镀膜腔室包括：第一镀膜腔室及第四镀膜腔室，分别用于沉积所述未掺杂非晶硅薄膜及与所述未掺杂非晶硅薄膜相同材料的第二未掺杂非晶硅薄膜；第二镀膜腔室，用于沉积所述第一型非晶硅薄膜；第三镀膜腔室，用于沉积所述第二型非晶硅薄膜；其中所述预热腔室、所述第一镀膜腔室、所述第二镀膜腔室及所述冷却腔室依序排列成线列状，且所述第二预热腔室、所述第四镀膜腔室、所述第三镀膜腔室及所述第二冷却腔室依序排列成线列状。
在优选的实施方式中，所述控制装置用于控制所述输运机构、所述沉积装置及所述硅异质结太阳电池制备设备的翻面机构依序进行以下动作：输运所述载板进入所述预热腔室以预热各所述硅片；输运所述载板进入所述第一镀膜腔室以于各所述硅片的第一面沉积所述未掺杂非晶硅薄膜；输运所述载板进入所述第二镀膜腔室用于在所述未掺杂非晶硅薄膜上沉积所述第一型非晶硅薄膜；输运所述载板进入所述冷却腔室以冷却各所述硅片；将各所述硅片翻面置于所述载板上；输运所述载板进入所述第二预热腔室以预热各所述硅片；输运所述载板进入所述第四镀膜腔室以于各所述硅片的第二面沉积所述第二未掺杂非晶硅薄膜；输运所述载板进入所述第三镀膜腔室，用于在所述第二未掺杂非晶硅薄膜上沉积所述第二型非晶硅薄膜；及输运所述载板进入所述冷却腔室以冷却各所述硅片。
在优选的实施方式中，所述多个镀膜腔室包括：第一镀膜腔室及第四镀膜腔室，分别用于沉积所述未掺杂非晶硅薄膜及与所述未掺杂非晶硅薄膜相同材料的第二未掺杂非晶硅薄膜；第二镀膜腔室，用于沉积所述第一型非晶硅薄膜；以及第三镀膜腔室，用于沉积所述第二型非晶硅薄膜，其中所述预热腔室、所述第一镀膜腔室、所述第二镀膜腔室、所述第四镀膜腔室、所述第三镀膜腔室及所述冷却腔室依序排列成线列状。
在优选的实施方式中，所述控制装置用于控制所述输运机构、所述沉积装置及所述硅异质结太阳电池制备设备的翻面机构依序进行以下动作：输运所述载板进入所述预热腔室以预热各所述硅片；输运所述载板进入所述第一镀膜腔室以于各所述硅片的第一面沉积所述未掺杂非晶硅薄膜；输运所述载板进入所述第二镀膜腔室用于在所述未掺杂非晶硅薄膜上沉积所述第一型非晶硅薄膜；将各所述硅片翻面置于所述载板上；输运所述载板进入所述第四镀膜腔室以于各所述硅片的第二面沉积所述第二未掺杂非晶硅薄膜；输运所述载板进入所述第三镀膜腔室，用于在所述第二未掺杂非晶硅薄膜上沉积所述第二型非晶硅薄膜；及输运所述载板进入所述冷却腔室以冷却各所述硅片。
在优选的实施方式中，所述翻面机构位于翻面腔室中，所述翻面腔室位于所述第二镀膜腔室与所述第四镀膜腔室之间。
在优选的实施方式中，各所述镀膜腔室包括下电极板及多个喷淋电极，构成所述多个沉积区域，且所述载板及所述多个硅片通过所述下电极板及所述多个喷淋电极之间的沉积通道。
在优选的实施方式中，各所述镀膜腔室还包括：加热器，对所述镀膜腔室加热；梳状气路管，连接至所述多个喷淋电极，并提供反应气体进入所述多个喷淋电极；以及抽气装置，设置于各所述镀膜腔室的底部，并且提供抽真空以及抽气的功能。
在优选的实施方式中，所述未掺杂非晶硅薄膜、所述第一型非晶硅薄膜及所述第二型非晶硅薄膜的平方米级面积上的不均匀性控制在±5％以内。
在优选的实施方式中，各所述镀膜腔室的本底真空达到10-6托的范围。
在优选的实施方式中，是采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法，在100℃至300℃之间的制备温度下，制备所述未掺杂非晶硅薄膜、所述第一型非晶硅薄膜及所述第二型非晶硅薄膜。
有益效果
依据上述实施例，以一腔室中配置有多个沉积区域的方式，并可提供喷淋电极来提高非晶硅薄膜在大面积上的均匀性。此外，以线列式，或是以团簇式，进行排列组合以实现连续制备，可以提高生产节奏和效率。
本发明的额外内容和优点将经由本发明具体实施例进行阐释。
附图说明
在下文中将简要地说明为了描述本发明实施例或现有技术所必要的附图以便于描述本发明的实施例。显而易见地，下文描述中的附图仅只是本发明中的部分实施例。对本领域技术人员而言，在不需要创造性劳动的前提下，依然可以根据这些附图中所例示的结构来获得其他实施例的附图。
图1为对应本发明的硅异质结太阳电池制备设备制备的硅异质结太阳电池的结构示意图。
图2为本发明第一实施例的硅异质结太阳电池制备设备的示意图。
图3为本发明的镀膜腔室的一个例子的示意图。
图4为本发明第二实施例的硅异质结太阳电池制备设备的示意图。
图5为本发明第三实施例的硅异质结太阳电池制备设备的示意图。
图6为本发明第四实施例的硅异质结太阳电池制备设备的示意图。
图7为本发明的镀膜腔室的另一个例子的示意图。
图8为本发明的载板上承载硅片的示意图。
具体实施方式
本发明的实施例将会被详细的描示在下文中。在本发明说明书全文中，将相同或相似的组件以及具有相同或相似的功能的组件通过类似附图标记来表示。在此所描述的有关附图的实施例为说明性质的、图解性质的且用于提供对本发明的基本理解。本发明的具体实施说明和实施例不应该被解释为对本发明的限制。
如本文中所使用，术语“大致”、“大体上”、“实质”及“约”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差值小于或等于所述值的平均值的±10％(例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％)，那么可认为所述两个数值“大体上”相同。
再者，为便于描述，“第一”、“第二”、“第三”等等可在本文中用于区分一个图或一系列图的不同组件。“第一”、“第二”、“第三”等等不意欲描述对应组件。
另外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。
在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的一者”、“中的一个”、“中的一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目中的任一者。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的一者”意味着仅A或仅B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的一者”意味着仅A；仅B；或仅C。项目A可包含单个组件或多个组件。项目B可包含单个组件或多个组件。项目C可包含单个组件或多个组件。
在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B(排除C)；A及C(排除B)；B及C(排除A)；或A、B及C的全部。项目A可包含单个组件或多个组件。项目B可包含单个组件或多个组件。项目C可包含单个组件或多个组件。
图1为对应本发明的硅异质结太阳电池制备设备制备的硅异质结太阳电池10的结构示意图。图2为本发明第一实施例的硅异质结太阳电池制备设备100的示意图。如图1与图2所示，硅异质结太阳电池制备设备100包括负责进行沉积动作的沉积装置410、负责进行输运动作的输运机构420、控制装置430以及负责进行翻面动作的翻面机构440。沉积装置410包括预热腔室401(也可称为装片室)、多个镀膜腔室(401-404)及冷却腔室405(也可称为出片室)。控制装置430连接至沉积装置410及输运机构420，并控制沉积装置410及输运机构420的运作。各镀膜腔室具有多个沉积区域D1及D2，以对被输运机构420输运通过各镀膜腔室的载板23上的多个区域A1及A2中的多个硅片11进行薄膜沉积，而形成硅异质结太阳电池10的未掺杂非晶硅薄膜12、第一型非晶硅薄膜13及第二型非晶硅薄膜14。
于本实施例中，多个镀膜腔室包括第一镀膜腔室402、第二镀膜腔室403及第三镀膜腔室404。第一镀膜腔室402用于沉积未掺杂非晶硅薄膜12及与未掺杂非晶硅薄膜12相同材料的第二未掺杂非晶硅薄膜12'。第二镀膜腔室403用于沉积第一型非晶硅薄膜13(P型非晶硅薄膜)。第三镀膜腔室404用于沉积第二型非晶硅薄膜(N型非晶硅薄膜)14。于本实施例中，预热腔室401、第一镀膜腔室402、第二镀膜腔室403、第三镀膜腔室404及冷却腔室405依序排列成线列状，以线列式排列进行连续制备，提高生产节奏和效率。于另一例中，上述腔室以团簇式排列以实现连续制备。于又另一例中，上述腔室以线列式及团簇式排列组合以实现连续制备。此外，预热腔室401、第一镀膜腔室402、第二镀膜腔室403、第三镀膜腔室404及冷却腔室405的相邻两者之间是通过闸板阀24而连接在一起，实现腔室之间的联通和隔断，闸板阀24用于连接前后腔室，并且控制前后腔室之间的连接和断开。于一例中，闸板阀24是采用升降的方式达成腔室的开启及关闭，预热腔室401的前端以及冷却腔室405的后端，由于有足够空间，故可以使用成本较低的翻转阀门25，其可以用枢转90度的方式开启或关闭。
图3为本发明的镀膜腔室的一个例子的示意图。如图3所示，第一镀膜腔室402、第二镀膜腔室403及第三镀膜腔室404的每一个包括下电极板29B及多个上电极板29T，构成多个沉积区域D1及D2，且载板23及硅片11被输运通过下电极板29B及多个上电极板29T之间的沉积通道。此外，各镀膜腔室还包括加热器22、梳状气路管28及抽气装置26。加热器22位于镀膜腔室的内部的载板23下方，采用内加热的方式来加热载板23及硅片11。梳状气路管28设置于多个上电极板29T旁或附近，并提供反应气体，使气流均匀的分布和通过上电极板29T，提高所制备薄膜的均匀性。抽气装置26设置于各镀膜腔室的顶部，并且提供抽真空以及抽气的功能，与梳状气路管28互相配合，进一步改善气体在上电极板29T区域的气流分布，有利于进一步提高制备薄膜的均匀性。
如图2至图3所示，腔室外部的输运机构420的步进电机421将动力传输到腔室内部的输运机构420的传动组件422，譬如是齿轮，齿条实现载板23在各个腔室中移动使得输运机构420可以依据需求，在真空或非真空环境下移动载板23至一定位置后，进行预定的工艺。于一例子中，所有的腔室中的载板同步运动，达到步调一致。载板23上的硅片11分成两个区域A1与A2放置，本实施例中每个区域放置24片156毫米×156毫米的硅片，总共48片，在腔室中正对于两个上电极板29T，反应气体通过梳状气路管28从两个上电极板29T的两侧(左侧及右侧)或周围往中间通气，抽气装置26位于腔室的顶部，从而在沉积空间(沉积区域D1、D2)中形成均匀稳定的气流，最后由中间的抽气路径VP排出。两个上电极板29T分别通过两个功率馈入27获得功率(power)或电源电力，而下电极板29B可以与输运机构420整合在一起，从而在上电极板29T和载板23之间形成等离子体，以在硅片11上沉积薄膜。
虽然上述输运机构420的步进电机421是设置于腔室外部，但是并未将本发明限制于此。于另一实施例中，每个腔室都配有自己的步进电机及传动组件，以驱动载板在各腔室之间输运。
如图1至图3所示，控制装置430控制输运机构420、沉积装置410及翻面机构440依序进行以下镀膜工艺流程的动作。
首先，将清洗干净的硅片11放置在载板23上，分成两个区域A1与A2，以可以分别对准沉积区域D1与D2为基准，使得这两个区域A1与A2的间距与镀膜腔室的沉积区域D1与D2相对应，以便在线列式排列的腔室之间进行连续制备时可以轻易地定位，提高生产节奏和效率。
接着，利用输运机构420输运载板23进入预热腔室401，抽真空使腔室的本底真空达到10-5托(Torr)的范围，迅速加热硅片11和载板23到设定的温度，本实施例所设定的温度大约是150℃，对各硅片11进行预热。
然后，利用输运机构420输运输运载板23进入第一镀膜腔室402，抽真空使本底真空达到10-6托(Torr)的范围，加热使温度维持在150℃，进行PECVD，以于各硅片11的第一面11A沉积未掺杂非晶硅薄膜12。于本实施例中，未掺杂非晶硅薄膜12的厚度大约为5纳米。
接着，利用输运机构420输运载板23进入第二镀膜腔室403，然后抽真空使本底真空达到10-6托(Torr)的范围，加热使温度维持在150℃、进行PECVD，以于未掺杂非晶硅薄膜12上沉积第一型非晶硅薄膜13。于本实施例中，第一型非晶硅薄膜13为P型非晶硅薄膜，厚度大约为7纳米。
然后，利用输运机构420输运载板23通过第三镀膜腔室404(不进行PECVD)并进入冷却腔室405，以冷却各硅片11，此腔室可以抽真空使本底真空达到10-5托(Torr)的范围，也可以对腔室充气到大气压范围。冷却到一定温度范围之后，利用输运机构420输运载板23以及其上的各硅片11到冷却腔室405外部。
接着，利用翻面机构440将各硅片11翻面置于载板23上。可以理解的，于一例子中，翻面机构440可以是使用机器手臂，设置于冷却腔室405中；于另一例子中，翻面机构440可以设置于腔室外部，譬如使用机器手臂来对各硅片11翻面，且此机器手臂亦可用来于执行上述将清洗干净的硅片11放置在载板23上的动作。
然后，利用输运机构420输运载板23进入预热腔室401以预热各硅片11，预热动作类似于上述动作。
接着，利用输运机构420输运载板23进入第一镀膜腔室402，然后抽真空、加热、进行PECVD，以于各硅片11的第二面11B沉积第二未掺杂非晶硅薄膜12'，厚度大约为5纳米。
然后，利用输运机构420输运载板23通过第二镀膜腔室403(不进行PECVD)并进入第三镀膜腔室404，然后抽真空、加热、进行PECVD，以于第二未掺杂非晶硅薄膜12'上沉积第二型非晶硅薄膜14。
接着，利用输运机构420输运载板23进入冷却腔室405以冷却各硅片11。
然后，取出冷却的硅片11后，可以利用已知技术形成透明导电膜15于第一型非晶硅薄膜13上及第二型非晶硅薄膜14上，然后制备金属栅电极16于透明导电膜15(材料譬如是透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide，TCO))上，以完成整体的硅异质结太阳电池10。
在本实施例中，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法制备非晶硅薄膜，在大约100℃至300℃之间的制备温度下，制备未掺杂非晶硅薄膜12、第一型非晶硅薄膜13及第二型非晶硅薄膜14。PECVD是利用物理作用来激活粒子的化学气相沉积反应的一种薄膜沉积技术，制备温度大约在100至300°C之间。在沉积过程中，产生等离子体，从宏观上看这种等离子体温度不高，但其内部却处于受激发的状态，其电子能量足以使分子键断裂，并导致具有化学活性的物质(活化分子、原子、粒子、原子团等)产生，使本来需要在高温下才能进行的化学反应，在较低的温度下甚至常温下就能在衬底(硅片)上形成固态薄膜。
本实施例中PECVD使用的反应气体为硅烷、甲烷、硼烷，磷烷和氢气，按照一定的比例通入密闭腔室中，对混合气体施加一定的功率(直流、射频或者微波)以形成等离子体，电离形成的各种基团在衬底上形成各种功能的硅基薄膜。
可以理解的，将上述第一镀膜腔室402、第二镀膜腔室403与第三镀膜腔室404设置成具有类似的结构，这种模块化设计提供柔性可调整生产流程的优点，且多了一道缓冲的腔室，可以在单一腔室发生故障时，适时地调整其他腔室的功用，达到互相支持的效果。
申请人发现，在单一腔室中使用单一沉积区域时，因为电源频率的驻波效应会导致电极尺寸的限制，太大的电极会让PECVD产生的薄膜的不均匀性增大，譬如以156毫米×156毫米的硅片而言，申请人发现在单沉积区域中，一载板23放置24片硅片可以达到产能与均匀性的较佳方案，降低大面积电极造成的驻波效应的影响。申请人发现，在电容耦合式平行电极的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中，当电极的线性尺寸接近和超过交流激发电能的自由空间波长的1/8时，电磁波的反射、干涉和驻波等现象变得十分严重，使得电场的分布不均匀，尤其是在大面积反应腔室中，电磁效应(如驻波效应和趋肤效应)会显着地影响放电过程，并引起等离子体的不均匀性，其中驻波效应会使得等离子体密度的最大值出现在放电中心处；另一方面当等离子体密度较高时，射频波在等离子体中的趋肤深度将小于等离子体的厚度，此时，电磁波只能在等离子体表面传播，因此趋肤效应会使得等离子体密度的最大值出现在径向边缘处，大型PECVD反应器的另一个问题是，高频电场在电极边缘的非均匀变化在一定程度上向电极的中部延伸。上述现象导致等离子体激发电场在大面积电极表面的非均匀性，使得源气体的分解效率，也就是薄膜沉积(或蚀刻)速率随着衬底的位置而变化。所以，大面积PECVD沉积系统激发电极必须具有特殊的设计以满足等离子体处理过程中的均匀性要求。通过使用单一腔室中有多沉积区域，其潜力在于可以扩大沉积尺寸而不会导致均匀性降低，可将PECVD产生的未掺杂非晶硅薄膜12、第一型非晶硅薄膜13及第二型非晶硅薄膜14，其平方米级面积上的不均匀性控制在±5％以内，提高薄膜的质量。相较于通过调整电源的多个连接点、改变电极结构、调整反应气压及/或调整内部空间的距离的方式在单一大面积实现均匀性的已知技术作法，本发明实施例克服已知技术偏见，采用小面积电极的多个沉积区域的方式，可以获得较为优化的效果。
图4为本发明第二实施例的硅异质结太阳电池制备设备的示意图。如图4所示，类似于第一实施例地，本实施例的硅异质结太阳电池制备设备100中，沉积装置410还包括第二预热腔室401'及第二冷却腔室405'。另外，多个镀膜腔室包括第一镀膜腔室402、第二镀膜腔室403、第三镀膜腔室404及第四镀膜腔室402'。第一镀膜腔室402及第四镀膜腔室402'分别用于沉积未掺杂非晶硅薄膜12及与未掺杂非晶硅薄膜12相同材料的第二未掺杂非晶硅薄膜12'。第二镀膜腔室403用于沉积第一型非晶硅薄膜13。第三镀膜腔室404用于沉积第二型非晶硅薄膜14。预热腔室401、第一镀膜腔室402、第二镀膜腔室403及冷却腔室405依序排列成线列状，且第二预热腔室401'、第四镀膜腔室402'、第三镀膜腔室404及第二冷却腔室405'依序排列成线列状。可以理解的是，上述八个腔室可以排列成单一线列状或双线列状，其中可以是两条平行或相交成譬如大约90度、120度或其他角度。
如图1、图2与图4所示，控制装置430控制输运机构420、沉积装置410及翻面机构440依序进行以下动作，以下仅作概要说明，制备参数可以与第一实施例相同。
首先，将清洗干净的硅片11放置在载板23上。然后，输运载板23进入预热腔室401以预热各硅片11。接着，输运载板23进入第一镀膜腔室402以于各硅片11的第一面11A沉积未掺杂非晶硅薄膜12。然后，输运载板23进入第二镀膜腔室403以于未掺杂非晶硅薄膜12上沉积第一型非晶硅薄膜13。接着，输运载板23进入冷却腔室405以冷却各硅片11。然后，翻面机构440将各硅片11翻面置于载板23上。接着，输运载板23进入第二预热腔室401'以预热各硅片11。然后，输运载板23进入第四镀膜腔室402'以于各硅片11的第二面11B沉积第二未掺杂非晶硅薄膜12'。接着，输运载板23进入第三镀膜腔室404，以于第二未掺杂非晶硅薄膜12'上沉积第二型非晶硅薄膜14。然后，输运载板23进入第二冷却腔室405'以冷却各硅片11。
图5为本发明第三实施例的硅异质结太阳电池制备设备的示意图。如图5所示，类似于第二实施例地，本实施例的硅异质结太阳电池制备设备100中，多个镀膜腔室包括第一镀膜腔室402、第二镀膜腔室403、第三镀膜腔室404及第四镀膜腔室402'。第一镀膜腔室402及第四镀膜腔室402'分别用于沉积未掺杂非晶硅薄膜12及与未掺杂非晶硅薄膜12相同材料的第二未掺杂非晶硅薄膜12'。第二镀膜腔室403用于沉积第一型非晶硅薄膜13。第三镀膜腔室404用于沉积第二型非晶硅薄膜14。预热腔室401、第一镀膜腔室402、第二镀膜腔室403、第四镀膜腔室402'、第三镀膜腔室404及冷却腔室405依序排列成线列状。相较于图4的实施例，可以省去两个腔室，降低成本。
如图1、图2与图5所示，控制装置430控制输运机构420、沉积装置410及翻面机构440依序进行以下动作，以下仅作概要说明，制备参数可以与第一实施例相同。
首先，将清洗干净的硅片11放置在载板23上。然后，输运载板23进入预热腔室401以预热各硅片11。接着，输运载板23进入第一镀膜腔室402以于各硅片11的第一面11A沉积未掺杂非晶硅薄膜12。然后，输运载板23进入第二镀膜腔室403以于未掺杂非晶硅薄膜12上沉积第一型非晶硅薄膜13。接着，将各硅片11翻面置于载板23上。然后，输运载板23进入第四镀膜腔室402'以于各硅片11的第二面11B沉积第二未掺杂非晶硅薄膜12'。然后，输运载板23进入第三镀膜腔室404，以于第二未掺杂非晶硅薄膜12'上沉积第二型非晶硅薄膜14。接着，输运载板23进入冷却腔室405以冷却各硅片11。
图6为本发明第四实施例的硅异质结太阳电池制备设备的示意图。如图6所示，本实施例类似于第三实施例，差异点在于翻面机构440位于翻面腔室406中，且翻面腔室406位于第二镀膜腔室403与第四镀膜腔室402'之间，翻面腔室406亦设置有抽气装置和加热装置，以获得真空中维持温度下实现翻面的效果。
图7为本发明的镀膜腔室的另一个例子的示意图。图8为本发明的载板上承载硅片的示意图。如图7与图8所示，采用一腔室中有四个沉积区域，各镀膜腔室包括下电极板29B及多个喷淋电极29C，构成多个沉积区域D1、D2、D3与D4，分别对应载板23上的多个区域A1与A2、A3与A4中的硅片11。载板23及硅片11被输运通过下电极板29B及四个喷淋电极29C之间的沉积通道。此外，各镀膜腔室还包括：加热器22，对镀膜腔室加热；梳状气路管28，连接至喷淋电极29C，并提供反应气体进入喷淋电极29C；以及抽气装置26，设置于各镀膜腔室的底部，并且提供抽真空以及抽气的功能而产生抽气路径VP，从而在沉积区域形成均匀稳定的气流。本实施例中每个区域放置24片156毫米×156毫米的硅片，总共96片，在腔室中正对于四个喷淋电极29C。因此，采用一腔室具有多个沉积区域，可使硅片的数量成倍的增加。四个喷淋电极29C分别通过四个功率馈入27获得功率，从而在喷淋电极29C和载板23之间形成等离子体，在硅片11上形成薄膜。喷淋电极29C可进一步提高非晶硅薄膜在大面积上的均匀性。
上述预热腔室中亦配有加热系统，可以迅速提升硅片和载板的温度到设定值，并且配有低、高真空抽气装置，分别用于将腔室抽气到低真空，进而抽气到高真空，依据使用需求自动进行转换。上述抽气装置可以是一种高真空抽气装置，用于将腔室抽气到高真空，在镀膜沉积时也使腔室处于一定的反应气压，以及镀膜完成后维持腔室处于高真空状态。此外，冷却腔室中可以配置有冷却系统，可以使硅片和载板迅速降温，并可以配有低、高真空抽气装置分别用于将腔室抽气到低真空，进而抽气到高真空，依据使用需求自动进行转换。上述控制装置中设置有软件系统，以控制实现自动化生产管理，同时提供人机界面智能提示提高人机协调能力。
可以理解的，虽然以上实施例是以具有翻面机构的情况下作为说明，但是并不限于此。于其他实施例中，本发明的一腔室中具有多个沉积区域的配置，亦可适用于不具有翻面机构的例子，譬如是将载板23设计成可承载硅片11进行双面进行薄膜沉积，以在确保在大面积薄膜的不均匀性小于±5％的同时，提高产量。此外，于另一例子中，也可以将沉积区域的配置成2×2、3×3、4×4等正方形矩阵，以在单一腔室中对上电极板或喷淋电极进行优化配置，进一步提高非晶硅薄膜在大面积上的均匀性，同时提升产量。
依据上述实施例，以一腔室中配置有多个沉积区域的方式，并可提供喷淋电极来提高非晶硅薄膜在大面积上的均匀性。此外，以线列式进行排列进行连续制备，可以提高生产节奏和效率。
对太阳光伏电池器件而言，可以避免高温沉积过程对电池性能的损害影响，同时降低生产成本，特别是现在高效(效率>25％)的硅异质结太阳电池中，几纳米厚度的非晶硅薄膜(钝化层)对高温退火很敏感，高温下及其容易使钝化层失去钝化能力，导致电池损坏。同时低温的制备方式，可以降低生产能耗，减少生产成本。此外，本发明的制备方法清洁环保，对人体无害，工艺简单，成本低，可以实现大面积工业化生产。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。
Claims (16)
1.一种硅异质结太阳电池制备设备，其特征在于，包括：
沉积装置，包括预热腔室、多个镀膜腔室及冷却腔室；
输运机构；以及
控制装置，连接至所述沉积装置及所述输运机构，并控制所述沉积装置及所述输运机构的运作，其中各所述镀膜腔室具有多个沉积区域，以对被所述输运机构输运通过各所述镀膜腔室的载板上的多个区域中的多个硅片进行薄膜沉积，而形成用于硅异质结电池的未掺杂非晶硅薄膜、第一型非晶硅薄膜及第二型非晶硅薄膜。
2.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池制备设备，其特征在于，各所述镀膜腔室包括下电极板及多个上电极板，构成所述多个沉积区域，且所述载板及所述多个硅片通过所述下电极板及所述多个上电极板之间的沉积通道。
3.根据权利要求2所述的硅异质结太阳电池制备设备，其特征在于，各所述镀膜腔室还包括：对所述镀膜腔室中的所述多个硅片加热；梳状气路管，设置于所述多个上电极板附近，用于提供反应气体；以及抽气装置，设置于各所述镀膜腔室的顶部，并且提供抽真空以及抽气的功能。
4.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池制备设备，其特征在于，所述多个镀膜腔室包括：
第一镀膜腔室，用于沉积所述未掺杂非晶硅薄膜及与所述未掺杂非晶硅薄膜相同材料的第二未掺杂非晶硅薄膜；
第二镀膜腔室，用于沉积所述第一型非晶硅薄膜；以及
第三镀膜腔室，用于沉积所述第二型非晶硅薄膜；其中所述预热腔室、所述第一镀膜腔室、所述第二镀膜腔室、所述第三镀膜腔室及所述冷却腔室依序排列成线列状。
5.根据权利要求4所述的硅异质结太阳电池制备设备，其特征在于，所述预热腔室、所述第一镀膜腔室、所述第二镀膜腔室、所述第三镀膜腔室及所述冷却腔室的相邻两者之间是通过闸板阀而连接在一起，实现联通和隔断。
6.根据权利要求4所述的硅异质结太阳电池制备设备，其特征在于，所述控制装置控制所述输运机构、所述沉积装置及所述硅异质结太阳电池制备设备的翻面机构依序进行以下动作：
输运所述载板进入所述预热腔室以预热各所述硅片；
输运所述载板进入所述第一镀膜腔室以于各所述硅片的第一面沉积所述未掺杂非晶硅薄膜；
输运所述载板进入所述第二镀膜腔室用于在所述未掺杂非晶硅薄膜上沉积所述第一型非晶硅薄膜；
输运所述载板通过所述第三镀膜腔室并进入所述冷却腔室以冷却各所述硅片；
将各所述硅片翻面置于所述载板上；
输运所述载板进入所述预热腔室以预热各所述硅片；
输运所述载板进入所述第一镀膜腔室以于各所述硅片的第二面沉积所述第二未掺杂非晶硅薄膜；
输运所述载板通过所述第二镀膜腔室并进入所述第三镀膜腔室，用于在所述第二未掺杂非晶硅薄膜上沉积所述第二型非晶硅薄膜；及
输运所述载板进入所述冷却腔室以冷却各所述硅片。
7.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池制备设备，其特征在于，
所述沉积装置还包括第二预热腔室及第二冷却腔室；以及
所述多个镀膜腔室包括：第一镀膜腔室及第四镀膜腔室，分别用于沉积所述未掺杂非晶硅薄膜及与所述未掺杂非晶硅薄膜相同材料的第二未掺杂非晶硅薄膜；第二镀膜腔室，用于沉积所述第一型非晶硅薄膜；第三镀膜腔室，用于沉积所述第二型非晶硅薄膜；其中所述预热腔室、所述第一镀膜腔室、所述第二镀膜腔室及所述冷却腔室依序排列成线列状，且所述第二预热腔室、所述第四镀膜腔室、所述第三镀膜腔室及所述第二冷却腔室依序排列成线列状。
8.根据权利要求7所述的硅异质结太阳电池制备设备，其特征在于，所述控制装置用于控制所述输运机构、所述沉积装置及所述硅异质结太阳电池制备设备的翻面机构依序进行以下动作：
输运所述载板进入所述预热腔室以预热各所述硅片；
输运所述载板进入所述第一镀膜腔室以于各所述硅片的第一面沉积所述未掺杂非晶硅薄膜；
输运所述载板进入所述第二镀膜腔室用于在所述未掺杂非晶硅薄膜上沉积所述第一型非晶硅薄膜；
输运所述载板进入所述冷却腔室以冷却各所述硅片；
将各所述硅片翻面置于所述载板上；
输运所述载板进入所述第二预热腔室以预热各所述硅片；
输运所述载板进入所述第四镀膜腔室以于各所述硅片的第二面沉积所述第二未掺杂非晶硅薄膜；
输运所述载板进入所述第三镀膜腔室，用于在所述第二未掺杂非晶硅薄膜上沉积所述第二型非晶硅薄膜；及
输运所述载板进入所述第二冷却腔室以冷却各所述硅片。
9.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池制备设备，其特征在于，
所述多个镀膜腔室包括：第一镀膜腔室及第四镀膜腔室，分别用于沉积所述未掺杂非晶硅薄膜及与所述未掺杂非晶硅薄膜相同材料的第二未掺杂非晶硅薄膜；第二镀膜腔室，用于沉积所述第一型非晶硅薄膜；以及第三镀膜腔室，用于沉积所述第二型非晶硅薄膜；其中所述预热腔室、所述第一镀膜腔室、所述第二镀膜腔室、所述第四镀膜腔室、所述第三镀膜腔室及所述冷却腔室依序排列成线列状。
10.根据权利要求9所述的硅异质结太阳电池制备设备，其特征在于，所述控制装置用于控制所述输运机构、所述沉积装置及所述硅异质结太阳电池制备设备的翻面机构依序进行以下动作：
输运所述载板进入所述预热腔室以预热各所述硅片；
输运所述载板进入所述第一镀膜腔室以于各所述硅片的第一面沈沉所述未掺杂非晶硅薄膜；
输运所述载板进入所述第二镀膜腔室用于在所述未掺杂非晶硅薄膜上沉积所述第一型非晶硅薄膜；
将各所述硅片翻面置于所述载板上；
输运所述载板进入所述第四镀膜腔室以于各所述硅片的第二面沉积所述第二未掺杂非晶硅薄膜；
输运所述载板进入所述第三镀膜腔室，以于所述第二掺杂非晶硅薄膜上沉积所述第二型非晶硅薄膜；及
输运所述载板进入所述冷却腔室以冷却各所述硅片。
11.根据权利要求10所述的硅异质结太阳电池制备设备，其特征在于，所述翻面机构位于翻面腔室中，所述翻面腔室位于所述第二镀膜腔室与所述第四镀膜腔室之间。
12.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池制备设备，其特征在于，各所述镀膜腔室包括下电极板及多个喷淋电极，构成所述多个沉积区域，且所述载板及所述多个硅片通过所述下电极板及所述多个喷淋电极之间的沉积通道。
13.根据权利要求12所述的硅异质结太阳电池制备设备，其特征在于，各所述镀膜腔室还包括：加热器，对所述镀膜腔室加热；梳状气路管，连接至所述多个喷淋电极，并提供反应气体进入所述多个喷淋电极；以及抽气装置，设置于各所述镀膜腔室的底部，并且提供抽真空以及抽气的功能。
14.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池制备设备，其特征在于，所述本征非晶硅薄膜、所述第一型非晶硅薄膜及所述第二型非晶硅薄膜的平方米级面积上的不均匀性控制在±5％以内。
15.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池制备设备，其特征在于，各所述镀膜腔室的本底真空达到10-6托的范围。
16.根据权利要求1所述的硅异质结太阳电池制备设备，其特征在于，是采用等离子体增强化学气相沉积法，在100℃至300℃之间的制备温度下，制备所述未掺杂非晶硅薄膜、所述第一型非晶硅薄膜及所述第二型非晶硅薄膜。
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