專利名稱：柔性非晶硅太陽電池制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能大量生產(chǎn)的可巻曲的薄膜非晶硅太陽電池的制 造工藝。
背景技術(shù)：
柔性非晶硅太陽電池的生產(chǎn)技術(shù)由6層不同薄膜的半導(dǎo)體和金屬 薄膜組成，光線通過基體高透光率聚酰亞胺膜1，透明導(dǎo)電膜ZnOx2 (方塊電阻為 10Q - cm)進(jìn)入由3、 4、 5三層不詞導(dǎo)電類型的非晶硅 薄膜組成的非晶硅薄膜電池內(nèi)，由于3和5是兩種不同導(dǎo)電類型的半 導(dǎo)體材料，兩層之間是本征層4形成了一個(gè)強(qiáng)度〉104V/cm的高電場(chǎng) 區(qū)，在無電或者其它激發(fā)狀態(tài)存在時(shí)，它是一個(gè)耗盡區(qū)，即除本征載 流子以外無過剩載流子。當(dāng)光子通過l、 2、 3層進(jìn)入4時(shí)，產(chǎn)生大量 的過剩載流子(電子和空穴)，這些電子和空穴在結(jié)內(nèi)電場(chǎng)E的驅(qū)動(dòng) 下作遷移運(yùn)動(dòng)，電子進(jìn)入3，空穴進(jìn)入5，成為3和5半導(dǎo)體膜中的 多子(即光生電流)導(dǎo)電電極2和6分別作為電池的正極和負(fù)極將光 生電流引出到外電路，向負(fù)載供電，這種電池的Voc(開路電壓)取決 于2和4的有效摻雜濃度即費(fèi)米能級(jí)在導(dǎo)帶頂和價(jià)帶底的位置。
目前尚未發(fā)現(xiàn)一種用最簡(jiǎn)單的工藝，制造柔性非晶硅太陽電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種柔性非晶硅太陽電池制造工藝，用外購的厚度為
0.3mm巻狀透明聚酰亞胺膜，按下列工藝步驟鍍層
(1) 將巻有透明聚酰亞胺膜滾筒裝入一套常規(guī)磁控濺射設(shè)備的沉 積室內(nèi)，架在一個(gè)軸承架上，使之能平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，將繞在滾筒上外端的 聚酰亞胺膜拉出，通過磁控濺射設(shè)備的沉積區(qū)后固定在另一個(gè)滾筒 上，該滾筒能在一個(gè)電源的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，以5-10cm/秒的速度通過沉 積區(qū)，生成一層ZnOx導(dǎo)電膜層，其電阻率小于10Q -cm;
(2) 將鍍有ZnOx導(dǎo)電膜層的聚酰亞胺膜滾筒取出，送入一個(gè)單室 大型PECVD設(shè)備中，內(nèi)部沉積溫度為210°C，采用13.5MZ的射頻 作電源，用等離子增強(qiáng)法沉積p、 i、 n型非晶石i薄膜，在PECVD反 應(yīng)室內(nèi)有兩個(gè)可自動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)速度的軸承A、 B，可正向、逆向旋轉(zhuǎn)， 已沉^R有ZnOx膜的聚酰亞胺薄膜滾筒，固定在一個(gè)A軸承上，將已 沉積有ZnOx膜的聚酰亞胺薄膜一端拉出，通過等離子沉積區(qū)后，繞 到另一個(gè)軸承B的滾筒上，其沉積p、 i、 n型非晶硅薄膜步驟分別是
a,先沉積p型非晶硅，其工藝參數(shù)如下 反應(yīng)氣體硅垸和硼烷混合氣體比例是硼烷/硅烷=2%，氣體流量是 250sccm,聚酰亞胺薄膜溫度210。C，反應(yīng)功率20mW/cm2，反應(yīng)壓力 1乇，沉積速度3-5A/S，厚度8-10nm;聚酰亞胺薄膜的移動(dòng)速度 10cm/S;
b，沉積i層時(shí)，將該滾筒A、 B逆向旋轉(zhuǎn)，同樣采用PECVD的方 法沉積本征層i,聚酰亞胺薄膜的移動(dòng)速度為l-1.5nm/S，沉積厚度為300nm，射頻功率20 mW /cm2，沉積溫度210°C,采用純硅烷，流量 為500sccm，反應(yīng)壓力1乇；
c，沉積n層，其過程和沉積p型非晶硅相似，將n型非晶硅膜沉 積在本征層之上，其工藝參數(shù)如下
聚酰亞胺薄膜溫度210°C ，反應(yīng)氣體硅烷和磷烷PH3/Si2H4為1.5% 的比例，流量250 sccm，聚酰亞胺薄膜移動(dòng)速度為0.3-0.5nW/S，沉 積厚度30-35nm;
(3) 將裝有聚酰亞胺薄膜的滾筒，安裝入一個(gè)專門用來沉積鋁層的 磁控濺射設(shè)備中，采用直流磁控濺射的方法沉積一層鋁，其傳輸過程 和制造ZnOx膜相似，聚酰亞胺薄膜移動(dòng)速度30cm/s，鋁膜的厚度約 300nm， '
(4) n型電極采用鋁超聲焊接，p型電極采用低溫銀-鋁漿法封裝。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，工藝簡(jiǎn)單，成本低，適宜一可大批量生產(chǎn)。


附圖1本發(fā)明的各鍍層結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖2是本發(fā)明制造工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱附圖1示，本發(fā)明自太陽光線照射，向里的各鍍層是高 透光率聚酰亞胺薄膜l，氧化鋅導(dǎo)電膜2， P型非晶硅膜3，本征型非 晶硅膜4， N型非晶硅膜5，鋁膜6;本發(fā)明制造工藝如下本發(fā)明專利采用外購巻狀透明聚酰亞胺膜作電池的基體，膜的厚度
為0.3mm，透光率高于92%,能承受300°C以上高溫，膜的寬度30cm， 長(zhǎng)度1000m，膜是纏繞在，個(gè)帶有軸承的金屬滾筒上，第一步將滾筒 裝入一套常規(guī)磁控濺射設(shè)備的沉積室內(nèi)，裝架在一個(gè)軸承架上，使之 能平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，將繞在滾筒上外端的聚酰亞胺膜拉出，通過磁控濺射設(shè) 備的沉積區(qū)后固定在另一個(gè)滾筒上，該滾筒能在一個(gè)電機(jī)的帶動(dòng)下旋 轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度可以自動(dòng)控制，其目的是使寬30cm的膜能均勻地以 5-10cm/秒的速度通過沉積區(qū)，生成一層ZnOx導(dǎo)電膜，其電阻率小 于10Q - cm。約30-60分鐘時(shí)間可將1000米長(zhǎng)度的膜連續(xù)沉積上 ZnOx導(dǎo)電膜。第二步是將聚酰亞胺連帶滾筒取出，即送入另一個(gè)單 室大型PECVD設(shè)備中，內(nèi)部沉積溫度為210t，采用13.5MZ的射 頻作電源，用等離子增強(qiáng)法沉積p、 i、 n型非晶硅薄膜，在PECVD 反應(yīng)室內(nèi)有兩個(gè)可自動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)速度的軸承A和B，他們可以正向、 逆向旋轉(zhuǎn)。滾筒被固定在一個(gè)A軸承上，將己沉積有ZnOx膜的聚酰 亞胺薄膜的最外一端拉出通過等離子沉積區(qū)固定在另一個(gè)安裝在旋 轉(zhuǎn)軸承B軸滾筒上，先沉積p型非晶硅，其工藝參數(shù)如下
反應(yīng)氣體硅烷和硼烷混合氣體比例是硼烷/硅烷=2%，氣體流量是 250sccm，基體溫度210。C，反應(yīng)功率20mW/cm2，反應(yīng)壓力1乇，沉 積速度3-5A/S，厚度8-10nm，基體移動(dòng)速度10cm/S，約150-200分 鐘沉積完p層。此時(shí)原來繞有1000米聚酰亞胺膜的滾筒上已無聚酰 亞胺膜，但這一聚酰亞胺膜尾部仍固定在這一滾筒上，在制造i層時(shí)， 僅僅需要將該滾筒逆向旋轉(zhuǎn)，將膜繞回到A軸上的滾筒上，同樣采用PECVD的方法沉積本征層(i),其厚度為300nm，沉積速率為 l-1.5nm/S，射頻功率20mW/cm2,沉積溫度21(TC，采用純硅垸，流 量為500sccm，反應(yīng)壓力l乇，沉積時(shí)間,30-40小時(shí)，沉積完本征層， 1000米長(zhǎng)、30cm寬的聚酰亞胺基體，已被返回繞到了 A軸的滾筒上， 僅僅是頭部固定在B軸承的旋轉(zhuǎn)軸上，n型非晶硅膜的制造過程和p 型非晶硅相似，是將基體從A軸上滾筒自動(dòng)走向B軸承上，在通過 等離子體時(shí)，將n型非晶硅膜沉積在本征層之上，工藝參數(shù)如下
基體溫度21(TC，反應(yīng)氣體、硅烷和磷垸PH3/Si2H4為1.5%的比 例，流量250 sccm，沉積厚度30-35nm，沉積率0.3-0.5nW/S， 1000 米沉積時(shí)間約450-600分鐘，在完成n型層之后，可打開單室PECVD 沉積裝置，將裝在B軸承上的滾筒取出，并可ft時(shí)安裝上新的滾筒， 關(guān)閉真空室，又可開始第二個(gè)1000米的沉積過程。
在完成了 2、 3、 4、 5層膜后，又要將裝有基體的滾筒安裝入一個(gè) 專門用來沉積鋁層的磁控濺射設(shè)備中，采用直流磁控濺射的方法沉積 一層鋁，其傳輸過程和制造ZnOx膜相似，鋁膜的厚度約300nm，基 體移動(dòng)速度30cm/s， 1000米基體約需1小時(shí)。
在完成了鋁膜6的沉積后， 一巻長(zhǎng)約1000米，寬30cm的非晶硅 太陽電池已做完，如在室外強(qiáng)光下照射(100mm/cm2，AM1.5)條件 下，每平方厘米能提供約14mA的工作電流和0.580V的直流工作電 壓，面積為0.3mX1000m的非晶電池推算，能發(fā)出電能1.8萬瓦，但 是要它成為一個(gè)實(shí)用的組件，下一步是按用戶要求，將整體電池進(jìn)行 分割。分割的單個(gè)電池背面采用超聲焊接引出負(fù)電極，正面采用印刷低溫銀鋁漿的辦法，將負(fù)極從ZnOx表面引出，焊完了正負(fù)極的單體 電池要在測(cè)試后進(jìn)行性能檢測(cè)和分類。
光伏作用過程是光線通過基體高透光率聚酰亞胺膜1，透明導(dǎo)電
膜ZnOx 2 (方塊電阻為 10Q - cm)進(jìn)入由3、 4、 5三層不同導(dǎo)電類 型的非晶硅薄膜組成的非晶硅薄膜電池內(nèi)，由于3和5是兩種不同導(dǎo) 電類型的半導(dǎo)體材料，兩層之間是本征層4形成了一個(gè)強(qiáng)度〉104V/cm 的高電場(chǎng)區(qū)，在無電或者其它激發(fā)狀態(tài)存在時(shí)，它是一個(gè)耗盡區(qū)，即 除本征載流子以外無過剩載流子。當(dāng)光子通過l、 2、 3層進(jìn)入4時(shí)， 產(chǎn)生大量的過剩載流子(電子和空穴)，這些電子和空穴在結(jié)內(nèi)電場(chǎng) E的驅(qū)動(dòng)下作遷移運(yùn)動(dòng)，電子進(jìn)入3，空穴進(jìn)入5，成為3和5半導(dǎo) 體膜中的多子(即光生電流)導(dǎo)電電極2和6分別作為電池的正極和 負(fù)極將光生電流引出到外電路，向負(fù)載供電，這種電池的Voc(開路電 壓)取決于2和4的有效摻雜濃度即費(fèi)米能級(jí)在導(dǎo)帶頂和價(jià)帶底的位 置。
權(quán)利要求
1. 一種柔性非晶硅太陽電池制造工藝，用外購的厚度為0.3mm卷狀透明聚酰亞胺膜，按下列工藝步驟鍍層(1)將卷有透明聚酰亞胺膜滾筒裝入一套常規(guī)磁控濺射設(shè)備的沉積室內(nèi)，架在一個(gè)軸承架上，使之能平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，將繞在滾筒上外端的聚酰亞胺膜拉出，通過磁控濺射設(shè)備的沉積區(qū)后固定在另一個(gè)滾筒上，該滾筒能在一個(gè)電源的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，以5-10cm/秒的速度通過沉積區(qū)，生成一層ZnOx導(dǎo)電膜層，其電阻率小于10Ω-cm；(2)將鍍有ZnOx導(dǎo)電膜層的聚酰亞胺膜滾筒取出，送入一個(gè)單室大型PECVD設(shè)備中，內(nèi)部沉積溫度為210℃，采用13.5MZ的射頻作電源，用等離子增強(qiáng)法沉積p、i、n型非晶硅薄膜，在PECVD反應(yīng)室內(nèi)有兩個(gè)可自動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)速度的軸承A、B，可正向、逆向旋轉(zhuǎn)，已沉積有ZnOx膜的聚酰亞胺薄膜滾筒，固定在一個(gè)A軸承上，將已沉積有ZnOx膜的聚酰亞胺薄膜一端拉出，通過等離子沉積區(qū)后，繞到另一個(gè)軸承B的滾筒上，其沉積p、i、n型非晶硅薄膜步驟分別是a，先沉積p型非晶硅，其工藝參數(shù)如下反應(yīng)氣體硅烷和硼烷混合氣體比例是硼烷/硅烷＝2％，氣體流量是250sccm，聚酰亞胺薄膜溫度210℃，反應(yīng)功率20mW/cm2，反應(yīng)壓力1乇，沉積速度id="icf0001" file="S2008100385225C00011.gif" wi="14" he="4" top= "228" left = "60" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>，厚度8-10nm；聚酰亞胺薄膜的移動(dòng)速度10cm/S；b，沉積i層時(shí)，將該滾筒A、B逆向旋轉(zhuǎn)，同樣采用PECVD的方法沉積本征層i，聚酰亞胺薄膜的移動(dòng)速度為1-1.5nm/S，沉積厚度為300nm，射頻功率20mW/cm2，沉積溫度210℃，采用純硅烷，流量為500sccm，反應(yīng)壓力1乇；c，沉積n層，其過程和沉積p型非晶硅相似，將n型非晶硅膜沉積在本征層之上，其工藝參數(shù)如下聚酰亞胺薄膜溫度210℃，反應(yīng)氣體硅烷和磷烷PH3/Si2H4為1.5％的比例，流量250sccm，沉積率為0.3-0.5nW/S，沉積厚度30-35nm；(3)將裝有聚酰亞胺薄膜的滾筒，安裝入一個(gè)專門用來沉積鋁層的磁控濺射設(shè)備中，采用直流磁控濺射的方法沉積一層鋁，其傳輸過程和制造ZnOx膜相似，聚酰亞胺薄膜移動(dòng)速度30cm/s，鋁膜的厚度約300nm；(4)n型電極采用鋁超聲焊接，p型電極采用低溫銀-鋁漿法封裝。
全文摘要
本發(fā)明提供一種柔性非晶硅太陽電池制造工藝，用外購的厚度為0.3mm卷狀透明聚酰亞胺膜，按下列工藝步驟鍍層1.將卷有透明聚酰亞胺膜滾筒架在一個(gè)軸承架上，通過磁控濺射，生成一層ZnOx導(dǎo)電膜層，其電阻率小于10Ω-cm；2.將鍍有ZnOx導(dǎo)電膜層的聚酰亞胺膜滾筒取出，送入另一個(gè)單室大型PECVD設(shè)備中，內(nèi)部沉積溫度為210℃，采用13.5MZ的射頻作電源，用等離子增強(qiáng)法沉積p、i、n型非晶硅薄膜；3.將裝有聚酰亞胺薄膜的滾筒，安裝入一個(gè)專門用來沉積鋁層的磁控濺射設(shè)備中，采用直流磁控濺射的方法沉積一層鋁；n型電極采用鋁超聲焊接，p型電極采用低溫銀-鋁漿法封裝。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，工藝簡(jiǎn)單，成本低，適宜一可大批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101290955SQ20081003852
公開日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2008年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月4日
發(fā)明者胡宏勛, 君 鄭 申請(qǐng)人:胡宏勛;鄭 君