CN202178284U - 一种制备硅基薄膜太阳电池的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于制备硅基薄膜太阳能电池的装置。利用该装置，该装置由7个以上的化学汽相沉积室、1个溅射室、一个中央传输室、一个进出样室、一个加热室、总控制室、抽真空系统、供机电气(汽)系统组成。特点在于7个沉积室中，1个为金属有机化学汽相沉积室，用于制备硅基薄膜太阳能电池的透明导电电极，6个为等离子体辅助化学汽相沉积室，用于制备p，i，n型硅基薄膜。所有的沉积室、加热室、进出样室可以同时工作，各个p，i，n型材料、透明导电薄膜在不同的腔室中制备而成，避免交叉污染。本实用新型可以制备包括非晶硅单结、微晶硅单结、及非晶/微晶硅双结的太阳能电池，大批量、连续化生产，有效提高硅基太阳能电池效率、提高产能。
Description
技术领域本实用新型涉及一种制备硅基薄膜太阳电池的装置，特别适用于制备非晶/微晶叠层硅基薄膜太阳电池的设备。
背景技术目前制备硅基薄膜太阳能电池的装置多为单室系统，这种系统虽然结构简单，但交叉污染较严重，不适合作非晶/微晶叠层电池，且太阳能电池的硅基材料部分与导电电极部分不在同一系统中完成，当硅基材料制造完成后，需要将材料取出，再放入另一装置制备透明导电电极与金属电极，容易引起材料表面氧化及空气中的杂质渗入，导致电池的光电转换效率降低，所以有待改进。
发明内容本实用新型的目的在于克服背景技术的不足，提供一种制备硅基薄膜太阳电池的装置，将不同的沉积系统包括等离子体辅助化学汽相沉积室、金属有机化学汽相沉积室、磁控溅射室有机的集成在一起，各种材料在不同的腔室中完成，减少了交叉污染与空气污染。同时，可以根据需要加大沉积室的数量，方便扩大产能。该系统采用先进的机电设计与自动控制，可以通过计算机自动控制沉积的全过程，大大减少了沉积时的人为因素的影响，因而重复性很好，使用更为安全和可靠，可连续沉积多层薄膜。采用受计算机控制的机械手进行进出样和取片，对样品放置位置的定位准确度高。各沉积室为独立沉积系统，在其中某一沉积室出现故障的情况下，沉积仍然可以进行。在太阳能电池的沉积中，可以根据需要改变膜层的沉积顺序，及改变电池结构的膜层数目(如从单结电池改变到双结或三结电池)。因此，该系统几乎集中了多室系统与 单室系统所有的优点，可以用于制造高效率的太阳能电池。
本实用新型是这样实现的：一种制备硅基薄膜太阳电池的装置，由7个以上的化学汽相沉积室、一个溅射室、一个中央传输室、一个进出样室、一个加热室和控制抽真空系统、供气、供电系统的总控制室组成，其特征在于中央传输室连接的10个室为一矩形真空室，室与室之间设有密闭开闭的闸板阀，中间设有轨道，轨道上安装有可进行升降、收缩、旋转运动的真空机械手，中央传输室前部为进/出样室和加热室，8个沉积室分列于中央传输室两边，其中4-9室是等离子体辅助化学汽相沉积室，室内设有射频，射频功率由高频发生器提供，射频电源的频率为13.56MHz，最大功率为2KW，等离子体辅助化学汽相沉积4-9室6个腔室可同时放电制备硅基薄膜，中央传输室的后左右侧分别设有制备太阳能电池前电极与背电极透明导电薄膜的金属有机化学汽相沉积室和制备氧化锌掺铝ZnO:Al薄膜的磁控溅射室，进/出样室腔室内设有基座，基座上有支撑玻璃基板的4排支撑柱，腔室对角设置有压缩空气控制的玻璃对齐对准器，加热室腔室中设有玻璃基板加热灯丝，一共采用10根灯丝，每根灯丝功率为1.5KW，灯丝上部设有支撑玻璃基板的金属网格基板，等离子体辅助化学汽相沉积4-9室其中4室为p室，用于制备p型硅基薄膜，5-8室为i室，用于制备i型硅基薄膜，9室为n室，用于制备n型硅基薄膜，4-9室设有上、下极板，上极板用于射频电源的馈入，下极板用于支撑玻璃基板，可升降，设有基板温度加热器，金属有机化学汽相沉积室中也设有上下两个极板，其中上极板称喷淋式极板用于反应气体的导入，下极板用于支撑玻璃基板，可升降，并在底部设有基板温度加热器，上下两个极板之间的距离可调节，玻璃基板放在下极板上，在玻璃基板上制备透明导电氧化物薄膜，在装置的一侧设有总控制 室，总控制室包括连接抽真空、供气、供电系统，抽真空系统由机械泵、罗茨泵、真空管道组成，并通过气动阀门与各个真空室相连接，供气系统包括气源、气体管道、控制气体流量的质量流量计、及各个阀门，供电系统包括工频、高频及装置电源。
本实用新型达到了预期的设计目的，本实用新型将不同的沉积系统，如等离子体辅助化学汽相沉积室、金属有机化学汽相沉积室、磁控溅射室有机的集成在一起加以改进，各种材料在不同的腔室中完成，减少了交叉污染与空气污染。同时，可以根据需要加大沉积室的数量，方便扩大产能。该系统采用先进的机电设计与自动控制，可以通过计算机自动控制沉积的全过程，大大减少了沉积时的人为因素的影响，因而重复性很好，使用更为安全和可靠，可连续沉积多层薄膜。采用受计算机控制的机械手进行进出样和取片，对样品放置位置的定位准确度高。各沉积室为独立沉积系统，在其中某一沉积室出现故障的情况下，沉积仍然可以进行。在太阳能电池的沉积中，可以根据需要改变膜层的沉积顺序，及改变电池结构的膜层数目(如从单结电池改变到双结或三结电池)。因此，该装置创新了了多室系统与单室系统所有的优点，可以用于制造高效率的太阳能电池。
附图说明结合附图进一步描述：
图1是一种制备硅基薄膜太阳电池的装置外形结构示意图
图2是一种制备硅基薄膜太阳电池的装中央传输室传动结构图
图3是一种制备硅基薄膜太阳电池的装置的支撑玻璃基板的基座结构图
图4喷淋式极板结构图
图5上下两个极板结构示意图
图中：1、中央传输室2、进/出样室3、加热室
10、金属有机化学汽相沉积室
11、磁控溅射室12、轨道13、小车14、真空机械手
15、基座16、支撑柱17、喷淋式极板18、上极板
19、下极板20、喷淋孔
21、闸板阀22、总控制室
具体实施方式
根据本实用新型设计方案，专利权人实施例首选实施在一种非晶硅薄膜太阳电池装置中，首先大气机械手将洗净、并经过激光划线的玻璃基板从大气搬入进/出样室(2)，进/出样室(2)与大气连通的闸板阀门随即关闭，抽真空，到达10-3托后，中央传输室(1)中的真空机械手(14)将玻璃基板从进/出样室(2)送入到加热室(3)中进行加热。当玻璃基板加热到一定温度后，真空机械手(14)将玻璃基板从加热室(3)送入4室，4室发生等离子体放电，沉积P型硅基薄膜，p型非晶碳化硅，沉积结束后，中央传输室(1)的真空机械手(14)将玻璃基板从4室送入到5-8室中，5-8室发生等离子体放电，沉积I型非晶硅，沉积结束后，真空机械手(14)将玻璃基板取出，送入9室中，用于沉积N型硅基薄膜，沉积的是N型非晶硅，沉积结束后，中央传输室(1)的真空机械手(14)将玻璃基板从9室中取出，送入室(10)，在室(10)中通过金属有机汽相沉积法制备背电极透明导电氧化物薄膜，沉积结束后，真空机械手(14)将玻璃基板从室(10)送入到磁控溅射室(11)中，在磁控溅射室(11)中沉积氧化锌掺铝薄膜，沉积结束后，真空机械手(14)将玻璃基板送入进/出样室(2)。进/出样室(2)与机械泵之间的阀门关闭，充气阀打开，给 进/出样室(2)充入压缩空气，进/出样室(2)达到大气状态后，大气机械手将玻璃基板取出，完成整个制备过程。
在上述制作过程中，通过中央传输室(1)的真空机械手(14)将玻璃基板从一个腔室转移到另一个腔室，所有过程同时操作，可以提高生产效率。在硅基薄膜的p，i，n三层中，i层最厚，因此，采用了5个腔室来制备，以达到各个沉积室在速率上的一致性。另外，可根据需要扩展沉积腔室的数目，方便扩大产能。因此，该系统具有很好的灵活性。由于各个沉积室分别列于中央传输室两边，相对独立，方便维护，且避免交叉污染。因此，该装置适合制作高效率的太阳能电池。
利用该装置，在1.3m×1.1m玻璃基底上可制备效率超过9％的硅基薄膜太阳能电池，效率高于单室系统的20～50％，单台设备的产能达到15MW/年。
Claims (1)
1.一种制备硅基薄膜太阳电池的装置，由7个以上的化学汽相沉积室、一个溅射室、一个中央传输室、一个进出样室、一个加热室和控制抽真空系统、供气、供电系统的总控制室组成，其特征在于中央传输室(1)连接的10个室为一矩形真空室，室与室之间设有密闭开闭的闸板阀(21)，中间设有轨道(12)，轨道(12)上安装有可进行升降、收缩、旋转运动的真空机械手(14)，中央传输室(1)前部为进/出样室(2)和加热室(3)，8个沉积室分列于中央传输室(1)两边，其中4-9室是等离子体辅助化学汽相沉积室，室内设有射频，射频功率由高频发生器提供，射频电源的频率为13.56MHz，最大功率为2KW，等离子体辅助化学汽相沉积4-9室6个腔室可同时放电制备硅基薄膜，中央传输室(1)的后左右侧分别设有制备太阳能电池前电极与背电极透明导电薄膜的金属有机化学汽相沉积室(10)和制备氧化锌掺铝ZnO:Al薄膜的磁控溅射室(11)，进/出样室(2)腔室内设有基座(15)，基座(15)上有支撑玻璃基板的4排支撑柱(16)，腔室对角设置有压缩空气控制的玻璃对齐对准器，加热室(3)腔室中设有玻璃基板加热灯丝，一共采用10根灯丝，每根灯丝功率为1.5KW，灯丝上部设有支撑玻璃基板的金属网格基板，等离子体辅助化学汽相沉积4-9室其中4室为p室，用于制备p型硅基薄膜，5-8室为i室，用于制备i型硅基薄膜，9室为n室，用于制备n型硅基薄膜，4-9室设有上、下极板(18、19)，上极板(18)用于射频电源的馈入，下极板(19)用于支撑玻璃基板，可升降，设有基板温度加热器，金属有机化学汽相沉积室(10)中也设有上下两个极板，其中上极板称喷淋式极板(17)用于反应气体的导入，下极板(19)用于支撑玻 璃基板，可升降，并在底部设有基板温度加热器，上下两个极板之间的距离可调节，玻璃基板放在下极板(19)上，在玻璃基板上制备透明导电氧化物薄膜，在装置的一侧设有总控制室(22)，总控制室(22)包括连接抽真空、供气、供电系统，抽真空系统由机械泵、罗茨泵、真空管道组成，并通过气动阀门与各个真空室相连接，供气系统包括气源、气体管道、控制气体流量的质量流量计、及各个阀门，供电系统包括工频、高频及装置电源。
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