專利名稱：利用等離子內(nèi)側(cè)氣相沉積的多結(jié)硅薄膜太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣相沉積裝置，更具體地涉及用于制備硅薄膜太陽能電池模塊和面板 的氣相沉積裝置和方法。問題
隨著油價持續(xù)增長和其它能源保持有限，還仍然存在不斷增長的來自于燃燒化石燃料 的排放物造成的全球變暖的壓力。需要發(fā)現(xiàn)和使用替代能源，如太陽能，因為它無費(fèi)用且不 會產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w。為此，許多國家正增加他們在安全可靠的長期電力源尤其是“綠色” 或“清潔”能源方面的投資。然而，盡管太陽能電池(也稱為光伏電池或模塊)已經(jīng)開發(fā)了多 年，但仍具有非常有限的使用，因為制造這些電池或模塊的成本仍很高，難以與化石燃料產(chǎn) 生的能源競爭。目前，單晶硅太陽能電池具有最好的能量轉(zhuǎn)換效率，但它也具有最高的制造成本。 可替換地，薄膜硅盡管不具有與單晶電池一樣高的效率，但它生產(chǎn)起來便宜得多。因此，它 具有用于低成本光伏發(fā)電的潛力。其它類型薄膜材料如銅銦鎵聯(lián)硒化物(“CIGS”)也表現(xiàn)出 有前景的結(jié)果，其效率接近單晶硅，然而成本更低，但仍未低到足以與化石燃料有效競爭。制造昂貴的部分原因在于這些方法的沉積速率低并且耗時。例如，在高濃度氫氣 存在時硅烷等離子輝光放電形成所需硅層的典型工藝獲得大約20A/s或0. 12微米/分鐘 的沉積速率。再例如，形成高質(zhì)量i型硅層的典型等離子化學(xué)氣相沉積(“CVD”)方法獲得 大約15A/s或0. 09微米/分鐘的報道沉積速率。還例如，使用碘蒸氣作為傳輸介質(zhì)沉積多 晶硅的典型化學(xué)氣相傳輸(“CVD”)方法獲得達(dá)到大約3微米/分鐘的膜生長速率。報道的 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(“PECVD”)的最佳沉積速率為大約5A/s。類似于硅太陽能電池技術(shù)，已使用不同技術(shù)進(jìn)行制造CIGS型太陽能電池的努力。 在一種嘗試中，在使用各種前體結(jié)構(gòu)的二步法中制造CIGS型太陽能電池，其被稱為硒化技 術(shù)。已經(jīng)嘗試來改進(jìn)所述硒化技術(shù)。在一種這樣嘗試中，利用帶有輸送器系統(tǒng)的磁控濺射 技術(shù)制備薄膜的二步法是已知的。在另一種嘗試中，使用氣相再結(jié)晶過程制備CIGS膜。再 結(jié)晶過程用作該過程的第二個步驟，其取代現(xiàn)有技術(shù)中教導(dǎo)的硒化過程。在還一種嘗試中， 使用在溶液中的電化學(xué)沉積然后是物理氣相沉積來制備CIGS膜。這種技術(shù)產(chǎn)生總體轉(zhuǎn)換 效率為13. 6%的CIGS型太陽能電池。除了有效制造上述類型的太陽能電池的努力外，還花費(fèi)了其它努力來有效制造其 它類型的太陽能電池，如多結(jié)太陽能電池。這些類型的太陽能電池具有不同材料的多層構(gòu) 造。不同材料具有不同能帶隙，它們將吸收太陽能的各種波長。因此，這些類型的太陽能電 池覆蓋較寬的太陽光譜并可提高太陽能電池的效率。已花費(fèi)了一些努力來有效生產(chǎn)這些類型的太陽能電池。在一種這類努力中，利用無定形硅和銅銦聯(lián)硒化物(“CIS”)和它們的合 金制造多結(jié)太陽能電池。然而，這種制造方法非常復(fù)雜，并且需要不同種類的設(shè)備，因而生 產(chǎn)這些類型的太陽能電池很昂貴。生產(chǎn)CIS或CIGS層的一些例子包括利用溶液生長、濺射 或蒸發(fā)來沉積這些層。另外，利用增強(qiáng)等離子化學(xué)氣相沉積來沉積硅層。此外，除了慢的沉積速率外，太陽能電池制造中存在的另一個緩慢的工藝步驟涉 及摻入ρ型和η型摻雜劑形成半導(dǎo)體材料的ρ-η結(jié)。這個步驟正常情況下在已經(jīng)沉積薄膜 層后在極其緩慢擴(kuò)散爐中完成，從而進(jìn)一步減緩了有效生產(chǎn)太陽能電池的整個過程。另外，對于制造CIGS薄膜的過程，過程通常使用二步或更多步。過程附加步驟的 目的是沉積或調(diào)整這些元素以獲得CIGS薄膜的所需或最佳組成比和相結(jié)構(gòu)。在第一個步 驟中，各種技術(shù)已被用于構(gòu)建所需的膜厚度，并且濃度比相對接近設(shè)計值。這些步驟的組合 抑制了制造CIGS薄膜的有效生產(chǎn)過程。另外，已考慮了多結(jié)太陽能電池。例如，J. Yang等在第一屆World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (1994)做了題為"Progress in Triple-Junction Amorphous Silicon-Based Alloy Solar Cells and Modules Using Hydrogen Dilution，， 的 艮告。最近，X. Deng 在第 31 屆 IEEE Photovoltaic Specialist Conference (2005) 上也報道了三結(jié)光伏電池結(jié)構(gòu)，題目為“Optimization of a SiGe-based triple, tandem and single-junction solar cells”。為了沉積這些半導(dǎo)體薄膜層，Deng使用了電容性耦 合等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(“PEVCD”)工藝，其中完成的系統(tǒng)還包括用于背反射的磁控濺 射單元和透明導(dǎo)電金屬氧化物(“TC0”)層。這種系統(tǒng)由四個PECVD室、四個濺射室和一個 加載互鎖室(load-lock)組成。其可不破壞真空制造沉積管4”x4”三結(jié)太陽能電池。與嘗試解決這些問題相關(guān)的信息可在以下專利中找到1997年7月8日授權(quán)給 Li等的US5646050 ； 1999年8月M日授權(quán)給Li等的US5942049 ；2000年8月8日授權(quán)給 Nishimoto 的 US6100466 ；2001 年 4 月 10 日授權(quán)給Madan 等的 US6214706 ；2001 年 8 月 28 日 授權(quán)給Wang等的US6^1098 ；1992年8月25日授權(quán)給Chen等的US5141564 ；1989年1月17 日授權(quán)給Ermer等的US4798660 ；1990年4月10日授權(quán)給Pollock等的US4915745 ；2000年 4月11日授權(quán)給Kushiya等的US6048442 ；2001年7月10日授權(quán)給Morel等的US6258620 ； 2003年2月11日授權(quán)給Beck等的US6518086 ； 1991年9月3日授權(quán)給Eberspacker等 的US5045409 ;1994年10月18日授權(quán)給Tuttle等的US5!356839 ;1995年8月15日授權(quán) 給 Noufi 等的 US5441897 ； 1995 年 7 月 25 日授權(quán)給 Albin 等的 US5436204 ；1998 年 3 月 24日授權(quán)給Bhattacharya等的US5730852 ； 1998年9月8日授權(quán)給Bhattacharya等的 US5804054 ； 1999 年 2 月 16 日授權(quán)給 Bhattacharya 等的 US5871630 ； 1999 年 11 月 2 日授權(quán) 給 Bhattacharya 等的 US5976614 ;2000 年 9 月 19 日授權(quán)給 Arya 等的 US6121541 ；2002 年 4 月 9 日授權(quán)給 Arya 的 US6368892 ;1976 年 11 月 23 日授權(quán)給 Milnes 等的 US399!3533 ； 1990 年1月2日授權(quán)給Ovshinsky的US4891074 ； 1993年7月27日授權(quán)給Guha等的US5231048 ； 2003年9月2日授權(quán)給Husher的US6613974 ；和2003年12月30日授權(quán)給Kibbel等的 US6670544。解決方案
通過本申請中公開的制備多結(jié)硅薄膜太陽能電池模塊和面板的等離子內(nèi)側(cè)氣相沉積 裝置和方法(“制備太陽能電池模塊和面板的裝置”)解決了上述問題并實現(xiàn)了技術(shù)進(jìn)步。該
6新裝置提供了明顯較高的沉積速率，從而導(dǎo)致低得多的制造成本。用于制造太陽能電池模 塊和面板的裝置提供了在襯底上的薄膜層沉積，襯底可為旋轉(zhuǎn)管狀部件或由旋轉(zhuǎn)管狀部件 支撐。用于制造太陽能電池模塊和面板的裝置提供了在管狀部件的內(nèi)壁上沉積薄膜，其 自動為反應(yīng)物和產(chǎn)物提供隔離環(huán)境以在管狀部件的內(nèi)壁上形成薄膜。用于制造太陽能電池 模塊和面板的裝置提供比現(xiàn)有設(shè)計更簡單的用于制造太陽能電池模塊和面板的排氣系統(tǒng)。 用于制造太陽能電池模塊和面板的裝置使用感應(yīng)耦合等離子炬制造薄膜太陽能電池模塊 和面板。除了它的更高沉積速率外，用于制造太陽能電池模塊和面板的裝置還提供高的沉 積材料純度、更好的組成和結(jié)構(gòu)控制、層厚度均勻性、不受限制的不同類型薄膜層的組合和 更簡單的設(shè)備設(shè)計。本發(fā)明的用于制造太陽能電池模塊和面板的裝置不需要四個不同的PECVD室來 沉積所有半導(dǎo)體層。如本文所述，本發(fā)明的用于制造太陽能電池模塊和面板的裝置可重復(fù) 多次一些需要的沉積步驟。另外，本發(fā)明的用于制造太陽能電池模塊和面板的裝置提供了比制造太陽能電池 的常規(guī)間歇型方法高的沉積速率。本發(fā)明的用于制造太陽能電池模塊和面板的裝置在沉積 在沉積管上的材料類型方面也非常靈活，因為容易改變被供應(yīng)到等離子火焰的反應(yīng)物化學(xué) 物質(zhì)。而且，可容易地控制每個層的厚度，從而提供了沉積這些薄膜層的易控手段。在一種實施方案中，本發(fā)明的用于制造太陽能電池模塊和面板的裝置包括支撐 襯底的構(gòu)件，襯底具有外表面和內(nèi)表面；位置靠近內(nèi)表面用于在襯底內(nèi)表面上沉積至少一 個薄膜層的等離子炬構(gòu)件，等離子炬構(gòu)件位于距離襯底一定距離處；和供應(yīng)反應(yīng)物化學(xué)物 質(zhì)到等離子炬構(gòu)件的構(gòu)件，其中所述至少一個薄膜層形成硅薄膜太陽能電池模塊。在另一種實施方案中，本發(fā)明的用于制造太陽能電池模塊和面板的裝置包括制造 硅薄膜太陽能電池模塊的方法，包括支撐襯底，襯底具有外表面和內(nèi)表面；提供包含線圈 的高頻感應(yīng)耦合等離子炬，所述感應(yīng)耦合等離子炬經(jīng)選擇以可沿襯底內(nèi)表面的表面區(qū)域定 位；將基本由惰性氣體組成的等離子氣體引入到高頻感應(yīng)耦合等離子炬中以在線圈內(nèi)形成 等離子；注入至少一種反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)到高頻感應(yīng)耦合等離子炬內(nèi)；和在襯底內(nèi)表面上沉 積至少一個薄膜層，其中所述至少一個薄層構(gòu)成硅薄膜太陽能電池模塊。附圖簡述
下面通過結(jié)合本文通過引用結(jié)合進(jìn)來的附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實施方案。

圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明一種實施方案的用于制造太陽能電池模塊和面板的等離 子沉積裝置的橫截面圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明另一種實施方案的用于制造太陽能電池模塊和面板的等離子 沉積裝置的橫截面圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明另一種實施方案的用于制造太陽能電池模塊和面板的等離子 沉積裝置的橫截面圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明一種實施方案的三結(jié)光伏電池的結(jié)構(gòu)疊層的正視圖； 圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明一種實施方案的三維太陽能面板的透視圖； 圖6A圖示了根據(jù)本發(fā)明一種實施方案的半圓形太陽能面板的透視圖； 圖6B圖示了根據(jù)本發(fā)明一種實施方案的圖6A的半圓形太陽能面板的橫截面圖；圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明一種實施方案的制造太陽能電池的方法的流程圖； 圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明另一種實施方案的制造太陽能電池的另一種方法的流程圖；和 圖9圖示了根據(jù)本發(fā)明另一種實施方案的制造太陽能電池面板的方法的流程圖。附圖詳述
參考附圖和示意圖，描述了為屬于光纖設(shè)計和制造領(lǐng)域的技術(shù)人員提供實施要求保護(hù) 的裝置和方法所需信息的實施例。具體實施例的使用僅僅是用于幫助理解所述和所要求保 護(hù)的裝置和方法。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員能容易地確定在附屬的權(quán)利要求范圍內(nèi)的進(jìn)一步 變化、示例和替代硬件實施和布置。圖1圖示了安裝有工件或沉積管4的等離子沉積裝置2的實施方案，其中工件或 沉積管4可為襯底，并由管或可成為太陽能電池、太陽能模塊和/或太陽能面板一部分的管 支撐。沉積裝置2包括支撐可移動平臺8的車床或夾盤架，平臺8通過平臺平移驅(qū)動裝置 (未示出)可在垂直方向“A”上移動。安裝在可移動平臺8上的為第一可旋轉(zhuǎn)卡盤或頭架5， 和第二可旋轉(zhuǎn)卡盤或尾架6。頭架5和尾架6包括用于固定沉積管4并使其繞沉積管縱軸 旋轉(zhuǎn)的一對錠子14?？ūP5和6的一個或二個可彼此獨(dú)立地在垂直A方向上移動，以允許 安裝和卸下沉積管4。在一個方面中，為了操作和安全目的，沉積裝置2可定位在沉積室(未 示出)內(nèi)部。等離子氣體進(jìn)料器噴嘴16可由組合支撐和等離子氣體輸送管18支撐在沉積管4 內(nèi)部。等離子氣體進(jìn)料器噴嘴16應(yīng)基本位于沉積管4中心并具有連接到其上的旋轉(zhuǎn)氣體 連接器20。等離子氣體進(jìn)料器噴嘴16和沉積管4之間的示例性間隙為大約1mm。在一個 方面中，組合支撐和等離子氣體輸送管18的材料和構(gòu)造必須能承受等離子氣體進(jìn)料器噴 嘴16的重量和工作溫度條件。當(dāng)閱讀本說明書時，這類構(gòu)造和材料的選擇為光纖制造領(lǐng)域 的技術(shù)人員可容易作出的設(shè)計選擇。示例性材料為石英和不銹鋼。其它示例性材料包括鈦 和高溫合金，如Ni、Cr、Fe和其它金屬的INC0NEL以及等價物。感應(yīng)線圈22被支撐環(huán)繞沉積管4的外部。常規(guī)類型的射頻(“RF”)等離子能量源 例如80卡瓦(“kW”)的能量源連接到感應(yīng)線圈22上。能夠理解到發(fā)生器的功率可在20kW 至SOkW的范圍內(nèi)變化，取決于沉積管4的直徑。例如，對于具有64mm外徑的管，典型的功 率范圍可在30至40kW之間。感應(yīng)線圈22和等離子氣體進(jìn)料器噴嘴16被支撐以優(yōu)選在圖 1所示排列中保持固定。在另一種實施方案中，可使用微波等離子作為誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的能量 源。利用所述組合支撐和輸送管18，將干等離子氣體或等離子形成性氣體M從沉積 管4的頂端通過旋轉(zhuǎn)連接器20輸送到等離子氣體進(jìn)料器噴嘴16內(nèi)，所述干等離子氣體 或等離子形成性氣體M的例子包括Ar、H2, He、Kr或它們的混合物，優(yōu)選總水分含量小于 IOppb 0H。反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)和/或載氣(都或獨(dú)立地用沈表示)可通過管觀從沉積管4的 底側(cè)被供入。在一個方面中，當(dāng)反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)為氣體或氣相時，不需要使用載氣。為了阻 止從沉積管4底側(cè)的水分?jǐn)U散，可優(yōu)選與管觀一起使用另一個旋轉(zhuǎn)連接器(未示出)。通過在感應(yīng)線圈22通電期間引入等離子氣體M到等離子氣體進(jìn)料器噴嘴16內(nèi) 產(chǎn)生等離子或等離子火焰30。等離子氣體進(jìn)料器噴嘴16和等離子火焰30可形成或作為感 應(yīng)耦合等離子炬42的一部分或全部。在一個例子中，感應(yīng)耦合等離子炬42可進(jìn)一步由二 個石英管構(gòu)成外石英管(未示出)和較短的內(nèi)石英管(未示出)，它們可被連接到不銹鋼室(未示出)。另外，如本文進(jìn)一步所述，可通過光纖束或鏡子布置將激光器光44引導(dǎo)、傳輸和 /或反射到管內(nèi)部用于在沉積的薄膜材料上劃線。激光器44可通過電力線48被連接到電 源46上，這在本領(lǐng)域中是公知的。優(yōu)選保持管觀相對于組合支撐和輸送管18不動，從而等離子氣體進(jìn)料器噴嘴16 的下端16A和管觀的上端28A之間的距離“DV”被保持在固定距離。等離子氣體進(jìn)料器噴 嘴16的下邊緣16A和石英玻璃管的上部固定邊緣28A之間的示例性距離可為大約200mm。 在一個方面中，距離DV可隨等離子氣體M和反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈的不同的流速而不同。來自端口的反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)/載氣進(jìn)料沈被從管觀底部輸入并與等離子氣體M 逆向流動。新沉積的薄膜材料可形成在等離子氣體進(jìn)料器噴嘴16的上側(cè)上。應(yīng)理解到，當(dāng) 沉積管4向上移動以及當(dāng)管觀相對于垂直方向A向下移動時，沉積裝置2可在兩個方向上 沉積薄膜材料。排氣32從沉積管4的上端除去副產(chǎn)物氣體以及這些未沉積的煙灰顆粒。典型地， 沉積管4內(nèi)部的壓力將被保持在大約一個大氣壓(“Atm”)。但是，沉積過程可在從0. 1至
1.OAtm的范圍內(nèi)進(jìn)行。用于實施執(zhí)行排氣32功能的裝置的商業(yè)設(shè)備(未示出)可從各種供 應(yīng)商得到，并由本發(fā)明相關(guān)普通技術(shù)人員容易地選擇。在一種實施方案中，通過平臺8在垂直方向上的反復(fù)循環(huán)進(jìn)行沉積，每次循環(huán)都 沉積薄膜。平臺移動速度的示例性范圍為大約1米到20米每分鐘(“m/min”)。對于每次通 過，可部分地依據(jù)層厚度選擇速度。例如，速度越高越大，沉積的薄膜層就越薄。在一個方 面中，可沿管的長度布置二個或多個具有小噴嘴的管40，其可注射溫度受控的液體或氣體 到沉積管4的外壁上。這可保持沉積管4的所需沉積溫度。如圖1中所示，載氣沈和反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈從管觀供入，它們與來自組合支撐 和等離子氣體輸送管18的等離子氣體M逆向流動，從而新沉積的薄膜材料將形成在等離 子氣體進(jìn)料器噴嘴16的上側(cè)上。應(yīng)認(rèn)識到，相對于垂直方向A，當(dāng)管4向上移動時和當(dāng)沉積 管4向下移動時，沉積裝置2都可沉積薄膜材料。可以在沒有管觀的情況下供應(yīng)反應(yīng)物化 學(xué)物質(zhì)26，但管觀的使用典型是優(yōu)選的，這通常會為化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)更穩(wěn)定和更好控制的條 件。另外，等離子氣體M可從沉積裝置2頂部供入，反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)26可從沉積裝置2底 部供入。而且，等離子氣體M可從沉積裝置2底部供入，反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈可從沉積裝置 2頂部供入，尤其當(dāng)反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈可為固體形式時。 在一種實施方案中，可在沉積管4的同一端將反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈和等離子氣體M 引入到沉積管4內(nèi)。圖2圖示了在水平位置上取向的沉積裝置2的實施方案。在這種實施 方案中，反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈和等離子氣體M從沉積管4的同一端被供應(yīng)到沉積管4內(nèi)。圖 3圖示了沉積裝置2也在水平位置上取向的實施方案。在這種實施方案中，可通過沉積管4 的中心供應(yīng)等離子氣體M，而反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈更靠近沉積管4的內(nèi)壁被供應(yīng)到沉積裝置2。在一個方面中，沉積管4的一定長度可產(chǎn)生相應(yīng)的太陽能面板面積。例如，具有大 約150cm長度和大約30cm直徑的沉積管4可產(chǎn)生具有大約94cm乘以150cm的面積的襯底 面板。另外，例如，還可以使具有更大或更小長度和直徑的沉積管4產(chǎn)生具有所需面積的太 陽能電池、襯底、模塊和/或面板。等離子形成性氣體或等離子氣體M可為具有低活化能并且可具有化學(xué)惰性特性從而不會形成氧化物或氮化物的氣體。一些示例性氣體包括氬氣和氫氣。對于沉積裝置2， 還可使用等離子形成性氣體或等離子氣體M的混合物。例如，當(dāng)優(yōu)選還原性環(huán)境時，可優(yōu) 選使用與氫氣混合的氬氣。反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈可為包含制造太陽能電池、模塊、和面板等所需要的元素(一 種或多種)的化學(xué)元素或化合物。反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)26可為所需的形式，例如氣體、蒸氣、氣 溶膠和/或小顆粒?；蛘撸稍诖髿鈮合禄蛘婵諚l件下在惰性氣氛如氬氣中在合適的位置 處將半導(dǎo)體材料如純硅的粉末(如納米顆粒粉末)引入到等離子氣體進(jìn)料器噴嘴16和/或 感應(yīng)耦合等離子炬42內(nèi)。通過在等離子氣體進(jìn)料器噴嘴16和/或感應(yīng)耦合等離子炬42存在時的反應(yīng)物化 學(xué)物質(zhì)26的反應(yīng)產(chǎn)生產(chǎn)生薄膜材料的反應(yīng)產(chǎn)物。感應(yīng)耦合等離子炬42優(yōu)選使用惰性等離 子氣體以形成等離子，其中在反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)26和感應(yīng)耦合等離子炬42之間發(fā)生反應(yīng)以 在沉積管4內(nèi)部沉積薄膜材料或反應(yīng)產(chǎn)物。一些示例性反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈包括硅烷、氫氣、 甲烷、二硼烷、三甲基硼烷、膦和它們的混合物。反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)26可包括或為其它物質(zhì)形 式，如氣體、蒸氣、氣溶膠、小顆?；蚍勰?。反應(yīng)產(chǎn)物的薄膜材料優(yōu)選為單一元素、化合物、或元素或化合物的混合物，并包括 元素和化合物如銅、銦、鎵、硒、硅、本征I型層、P型摻雜硅層和N型摻雜硅。在一種實施方 案中，薄膜材料為太陽能電池中存在的銅銦鎵聯(lián)硒化物(“CIGS”)層。典型的太陽能電池可具有P-I-N或N-I-P層結(jié)構(gòu)。此外，可用下面的化學(xué)物質(zhì)形 成用于硅太陽能電池的各個層。對于本征硅(I-型層)，硅烷(“SiH4”)、三氯硅烷(“TCS” SiHCl3)和/或四氯化硅(“STC” ；SiCl4)可為用于這些硅層的材料。另外，還可添加氫氣 (“H2”)到制造所需Si:H I型層的氣流中。對于P型摻雜娃，例如，可使用SiH4、HjP/或 B2H6氣體混合物或SiH4W2和三甲基硼B(yǎng) (CH3) 3氣體混合物。對于N型摻雜硅，例如，可使用 SiH4和PH3氣體混合物或SiH4W2和PH3氣體混合物。當(dāng)沉積包含鍺的層時，可優(yōu)選使用氫 化鍺(GeH4)作為反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈。另外，可優(yōu)選使用四氯化鍺(GeCl4)或四氟化鍺(GeF4) 作為反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)26。此外，可向硅-鍺合金中添加碳以釋放硅-鍺和硅的層之間的應(yīng)變，它還可以改變 合金的帶隙。碳可被加入到硅-鍺混合物中允許三元硅-鍺-碳的形成，其中一個碳原子 補(bǔ)償大約十個鍺原子的應(yīng)變。這種合金可允許在減少缺陷數(shù)目的同時生長厚度和鍺濃度增 加的層。一些示例性含碳化合物包括CH3SiH3*/或CH4。如本文所述，本發(fā)明的用于制造 太陽能電池模塊和面板的裝置不需要增加額外的室或輔助設(shè)備來制造三元合金；它僅僅需 要與反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)26進(jìn)料一起添加這些要被供應(yīng)到等離子火焰30的化合物。沉積管4可為石英玻璃管、玻璃管支撐的高溫聚酰亞胺膜或由適合太陽能電池應(yīng) 用的非金屬材料制成的任何管。在一個方面中，使用的反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈可購自商業(yè)供應(yīng)商。此外，可獲得商業(yè) 化學(xué)物質(zhì)輸送系統(tǒng)輸送所需的元素、化合物或化合物的混合物到沉積裝置2。例如，Applied Materials或iCon Dynamics公司可為“齊全(turnkey)”系統(tǒng)的來源。另外，還可以用各 個的控制部件構(gòu)建定制系統(tǒng)。對于氣相反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈，沉積裝置2可使用質(zhì)量流量控 制器來調(diào)節(jié)氣態(tài)反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)。對于液相狀態(tài)的反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈，沉積裝置2可使用 載氣傳輸反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)26的氣相或使用閃蒸器在注入到感應(yīng)耦合等離子炬42前制備反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈。通常，較大面積的光伏電池比較小面積的光伏電池能收集更多的太陽能能量并更 好地將更多光能轉(zhuǎn)換成電力。盡管如此，為了更好利用產(chǎn)生的能量，優(yōu)選將大的電池分割成 小的電池，并在各個太陽能電池之間產(chǎn)生合適的互連，以形成具有所需輸出特性如開路電 壓(“Voc”)、短路電流(“Isc”)和占空因數(shù)(“FF”)的模塊或面板，占空因數(shù)(“FF”)被定義為 在最大功率點(diǎn)處產(chǎn)生的最大功率除以Isc和Voc的積。為了將太陽能電池轉(zhuǎn)變成太陽能模 塊，裝置可包括能使相鄰太陽能電池的前和后直接串聯(lián)互連而不需要在電池之間進(jìn)一步焊 接連接的激光刻劃序列。有二種在太陽能模塊上形成這些互連的常用方法。一種方法使用利用激光器44的刻劃工藝，其在沉積或形成每個獨(dú)立的層之后刻 劃，而另一種方法在沉積或形成全部層之后刻劃。后一方法包括在沉積全部層后對它們刻 劃，是可在從沉積轉(zhuǎn)鼓中取出完全沉積的沉積管4之后使用的方法。沉積管4可安裝在激 光刻劃系統(tǒng)上，如本領(lǐng)域中通常所知的那樣。一些示例性的系統(tǒng)由U. S. Laser Corp.和 Synova/Manz Automation 單位制造。前一方法包括在沉積每個薄膜層之后刻劃。這種方法可以不需要從沉積裝置2中 取出沉積管4，而是恰好在沉積每個薄膜層之后進(jìn)行刻劃過程。優(yōu)選地，可使用具有輸送高 功率激光能的光纖束和聚焦光學(xué)器件的激光器系統(tǒng)。纖維束的端部可被安裝在靠近等離子 氣體進(jìn)料器噴嘴16的管內(nèi)部并指向沉積薄膜位于的沉積管4的內(nèi)壁。激光器44和它的電 源46可被定位在沉積室或沉積裝置2的外面。當(dāng)沉積管4的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動停止時，則頭架5和 尾架6的來回運(yùn)動可劃出平行于沉積管4縱軸的線。當(dāng)來回運(yùn)動停止時，則沉積管4的旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動將劃出垂直于沉積管4縱軸的線。利用針對每個線的合適分度，可容易地形成設(shè)計 好的模塊圖案。一種示例性激光器系統(tǒng)由Newport Corporation Coherent Corporation 制造。另外，可使用用于劃出互連網(wǎng)格和單元的纖維激光器系統(tǒng)來形成太陽能電池模塊。典型的太陽能面板是平的，在二維尺寸上通常為矩形。本發(fā)明的用于制造太陽能 電池模塊和面板的裝置還包括三維太陽能面板，不用額外步驟來形成它們。例如，一旦所 有薄膜層被沉積在沉積管4上，就可穿過沉積管4的縱軸來橫向或垂直地切割沉積管4以 產(chǎn)生三維太陽能模塊。此外，這些三維太陽能模塊可被安裝在典型的平面矩形面板上產(chǎn)生 沿圖5所示太陽能面板的段，圖5圖示了本發(fā)明的圓形三維太陽能面板的示例性實施方案 500。太陽能面板500可包括上面有多個510太陽能電池504的面板襯底502。通過在如 506所示長度上垂直切割沉積管4產(chǎn)生太陽能電池504。在全部薄膜層被沉積到沉積管4 上后，將沉積管4切割成這些太陽能電池504。這些太陽能電池504可通過具有集成到面板 襯底502內(nèi)的連接器或線或通過其它手段來電學(xué)互連。如所示，太陽能面板500的太陽能 能量吸收區(qū)域大于其它常規(guī)矩形平面太陽能電池面板。當(dāng)太陽在太陽能面板500上移動時，太陽能面板504不需要被傾斜或以其它方式 移動面板跟隨太陽。這是因為日光沖擊太陽能電池504內(nèi)壁或表面508上的吸收層，將光 轉(zhuǎn)變成電能。從太陽能電池504的內(nèi)壁508反射的光射線可被吸收在太陽能電池504內(nèi)壁 508的其它部分上，其然后被轉(zhuǎn)變成電能。通過本發(fā)明的用于制造太陽能電池模塊和面板的 裝置生產(chǎn)的太陽能面板500增加了太陽能面板500的吸收面積并有效捕獲和吸收反射光線 和太陽能能量。圖6A為本發(fā)明的半圓形太陽能面板的示例性實施方案600。本發(fā)明的用于制造太陽能電池模塊和面板的裝置還可產(chǎn)生具有半圓形面板設(shè)計的太陽能面板。在這種實施方 案中，通過沿縱軸或中心軸切割沉積管4并安裝并排的半圓形太陽能電池604到面板襯底 602上產(chǎn)生太陽能面板600。由于半圓形沉積管604的形狀比常規(guī)平面太陽能面板具有更 多可用表面積，因此太陽能面板600吸收比常規(guī)平面太陽能面板更多的光。另外，從常規(guī)平 面太陽能面板表面反射出來的所有光都丟失。相反，太陽能面板600的太陽能電池604的 形狀將光反射朝著其半圓形形狀的中心。這種反射的光可被在太陽能電池604每一個的焦 點(diǎn)(圓中心)處的太陽能電池608捕獲。盡管顯示了僅僅一個太陽能電池608，但任意數(shù)量 的太陽能電池604可包括位于半圓形焦點(diǎn)處的太陽能電池608。另外，不是具有位于太陽能 電池604焦點(diǎn)處的太陽能電池608，可使用熱管或包含用于吸收反射光的熱量的流體的其 它管道。圖6B為接近太陽能電池608的半圓形沉積管604的示例性實施方案，其顯示了來 自太陽的日光光線蹤跡610被反射離開半圓形沉積管604的內(nèi)表面612。在這種實施方案 中，太陽離半圓形沉積管604和太陽能電池608很遠(yuǎn)，從而入射光光線蹤跡610可以在接觸 半圓形沉積管604的內(nèi)表面612時基本平行。太陽能量(日光)將發(fā)射接觸半圓形沉積管 604的內(nèi)表面612的光，其可被朝著太陽能電池608反射回去。在這種實施方案中，一部分 太陽能量被太陽能面板600的半圓形沉積管604吸收，一部分太陽能量被太陽能電池608 吸收。由于半圓形沉積管604的形狀，反射的光被引向或聚焦在太陽能電池608上。如本 文所討論的，優(yōu)選放置和/或定位太陽能電池608使得它處于來自太陽的反射光光線蹤跡 610的焦點(diǎn)處。在一個方面中，太陽能電池608可為包含用于吸收反射光的熱量的流體的吸 熱管。除了本發(fā)明的沉積裝置2的上述方面和實施方案以外，本發(fā)明還包括制造太陽能 電池模塊和面板的方法。圖7圖示了一種這類方法的實施方案700的流程圖。在這種實施 方案中，制造在玻璃襯底上的N-I-P型薄膜硅光伏電池。在步驟702中，洗滌玻璃管襯底的 表面，清潔，并優(yōu)選干燥。在一個方面中，其它材料可用于沉積管4，如高溫聚合物膜。在步 驟704中，通過沉積裝置2將薄的鉬層沉積到沉積管4的內(nèi)表面或內(nèi)壁上。這個步驟可通 過沉積裝置2或通過用于制造太陽能電池模塊和面板的單獨(dú)的儀器、機(jī)器或沉積裝置來實 現(xiàn)?？墒褂梅墙饘俟茏鳛槌练e管4的支撐體，并且薄膜可被安裝在沉積管4的內(nèi)表面或壁 上。在步驟706中，將襯底或沉積管4裝載在沉積裝置2上。這個步驟可進(jìn)一步包括 連接等離子氣體M和反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)26到等離子氣體進(jìn)料器噴嘴16和旋轉(zhuǎn)氣體連接器 20。在步驟708中，通過加熱/冷卻單元(未示出)控制沉積裝置2和/或沉積管4的溫度。 示例性溫度為例如大約350°C。可依據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員使用其它溫度。在一個方面中，壓力 可為基本大氣壓，溫度范圍可為從約150°C至約350°C。在步驟710中，操作排氣系統(tǒng)。在一個方面中，排氣系統(tǒng)的主要功能是除去副產(chǎn)物 氣體和未沉積的反應(yīng)產(chǎn)物。還需要被平衡使得壓力優(yōu)選保持在接近大氣壓。在步驟712中， 可在相對于沉積管4在初始位置處定位或放置感應(yīng)耦合等離子炬42。在一個方面中，感應(yīng) 耦合等離子炬42可被放置在沉積管4的一端或另一端。這個步驟可進(jìn)一步包括相對于感 應(yīng)耦合等離子炬42旋轉(zhuǎn)沉積管4。在另一個方面中，可相對于沉積管4旋轉(zhuǎn)感應(yīng)耦合等離 子炬42。這個步驟進(jìn)一步包括點(diǎn)燃感應(yīng)耦合等離子炬42的等離子火焰30。這個步驟還可進(jìn)一步包括穩(wěn)定等離子火焰30和注入反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈到等離子火焰30內(nèi)。此外，然后 可相對于沉積管4移動或來回移動感應(yīng)耦合等離子炬42，從而在等離子火焰30存在下由反 應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈得到薄的反應(yīng)產(chǎn)物層。這個步驟還可包括相對于沉積裝置2來回移動頭 架5和尾架6，從而沿沉積管4的內(nèi)表面沉積薄膜材料。在步驟714中，在沉積管4的內(nèi)表面上沉積第一薄膜材料層。在一種實施方案中， 第一薄膜材料層可為N型摻雜硅，此時反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈可為SiCl4、&和PH3。頭架5和 尾架6可使沉積管4上下或來回移動，從而在沉積管4的內(nèi)表面上沉積所需厚度的薄材料 層。除了頭架5和尾架6的旋轉(zhuǎn)速度和來回移動速度外，還可通過控制反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈 的流速來控制這種過程。SiCl4可用作硅的反應(yīng)物源。另外，硅源還可為例如SiHCl3、SiH4 和/或SiF4。還可使用化合物的混合物作為硅源。在一個方面中，第一薄膜材料層的厚度 優(yōu)選在例如0. 1微米一 0. 5微米。在步驟716中，在沉積管4的內(nèi)表面上沉積第二薄膜材料層。在一種實施方案中， 第二薄膜材料層可為通過停止PH3流和增加吐供應(yīng)到等離子火焰30產(chǎn)生的I型硅。頭架 5和尾架6可使沉積管4前后來回移動直到所需厚度的I型硅沉積在沉積管4上。在一個 方面中，第二薄膜材料層的厚度優(yōu)選在例如1微米一 5微米。更優(yōu)選地，厚度可在1微米一 2微米。在步驟718中，可在沉積管4的內(nèi)表面上沉積第三薄膜材料層。在一種實施方案 中，第三薄膜材料層可為P型摻雜硅材料?？山档突驕p少到等離子火焰30的H2供應(yīng)，并添 加IH6到反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈的混合物中。頭架5和尾架6可持續(xù)使沉積管4來回移動，直 到沉積所需厚度的P型材料。在一個方面中，第三薄膜材料層的厚度優(yōu)選在例如0. 3微米一 0.8微米。在沉積步驟結(jié)束時，可停止反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈，并關(guān)閉等離子火焰30。而且，還可 停止旋轉(zhuǎn)和來回移動功能。然后可從沉積裝置2中取出沉積管4。在步驟720中，可在沉 積管4上沉積透明導(dǎo)電金屬氧化物(“TC0”)層作為頂電極。這個步驟可包括在本領(lǐng)域技術(shù) 人員熟知的真空蒸發(fā)處理室中沉積TCO。TCO材料可為單一氧化物或氧化物的混合物，包括 銦、錫或鋅的氧化物。這個過程產(chǎn)生光伏電池，其然后可被進(jìn)一步加工成本文進(jìn)一步描述的 光伏模塊或面板，并被組裝成光伏系統(tǒng)。圖8圖示了制造多結(jié)光伏太陽能電池的方法的實施方案800的流程圖。在步驟 802中，洗滌襯底如玻璃管的表面，清潔，并優(yōu)選干燥。在一個方面中，其它材料可用于沉積 管4，如高溫聚合物膜。非金屬管可用作沉積管4的支撐體，薄膜可被安裝在沉積管4的內(nèi) 表面或壁上。在步驟804中，通過沉積裝置2將薄的鉬層沉積到沉積管4的內(nèi)表面或內(nèi)壁 上。這個步驟可通過沉積裝置2或通過用于制造太陽能電池模塊和面板的單獨(dú)的儀器、機(jī) 器或沉積裝置來實現(xiàn)。在步驟806中，將襯底或沉積管4裝載在沉積裝置2上。這個步驟可進(jìn)一步包括 連接等離子氣體M和反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)26到等離子氣體進(jìn)料器噴嘴16和旋轉(zhuǎn)氣體連接器 20。在步驟808中，通過加熱/冷卻單元(未示出)控制沉積裝置2和/或沉積管4的溫度。 示例性溫度為例如大約350°C?？梢罁?jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員使用其它溫度。在一個方面中，壓力 可為基本大氣壓，溫度范圍可為從約150°C至約400°C。更優(yōu)選地，溫度可為約150°C至約 350 "C。
在步驟810中，操作排氣系統(tǒng)。在步驟812中，可在相對于沉積管4的初始位置處 定位或放置感應(yīng)耦合等離子炬42。在一個方面中，排氣系統(tǒng)的主要功能是除去副產(chǎn)物氣體 和未沉積的反應(yīng)產(chǎn)物。還需要被平衡使得壓力優(yōu)選保持在接近大氣壓。在一個方面中，感 應(yīng)耦合等離子炬42可被放置在沉積管4的一端或另一端。這個步驟可進(jìn)一步包括相對于 感應(yīng)耦合等離子炬42旋轉(zhuǎn)沉積管4。在另一個方面中，可相對于沉積管4旋轉(zhuǎn)感應(yīng)耦合等 離子炬42。這個步驟進(jìn)一步包括點(diǎn)燃感應(yīng)耦合等離子炬42的等離子火焰30。這個步驟還 可進(jìn)一步包括穩(wěn)定等離子火焰30和注入反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈到等離子火焰30內(nèi)。此外，然 后可相對于沉積管4移動或來回移動感應(yīng)耦合等離子炬42，從而在等離子火焰30存在下由 反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈得到薄的反應(yīng)產(chǎn)物層。這個步驟還可包括相對于沉積裝置2來回移動 頭架5和尾架6，從而沿沉積管4的內(nèi)表面沉積薄膜材料。在步驟814中，在沉積管4的內(nèi)表面上沉積第一薄膜材料層。在一種實施方案中， 第一薄膜材料層可為N型摻雜硅，此時反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈可為SiCl4、&和PH3。頭架5和 尾架6可使沉積管4上下或來回移動，從而在沉積管4的內(nèi)表面上沉積所需厚度的薄材料 層。除了頭架5和尾架6的旋轉(zhuǎn)速度和來回移動速度外，還可通過控制反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈 的流速來控制這種過程。SiCl4可用作硅的反應(yīng)物源。另外，硅源還可為例如SiHCl3、SiH4 和/或SiF4。還可使用化合物的混合物作為硅源。在一個方面中，第一薄膜材料層的厚度 優(yōu)選例如0. 2微米一 0. 5微米。在步驟816中，在沉積管4的內(nèi)表面上沉積第二薄膜材料層。在一種實施方案中， 第二薄膜材料層可為通過增加吐供應(yīng)到等離子火焰30產(chǎn)生的I型硅-鍺材料。優(yōu)選地，鍺 的濃度高于硅的濃度。在另一個方面中，可使用其它含鍺化合物。例如，帶隙為大約1.4ev 的層中，鍺化硅(SiGe)中鍺的百分比可為約40%至約50%。在沉積這個層期間，可關(guān)閉PH3 的供應(yīng)。另外，GeH4和吐的濃度可被引入到等離子火焰30中。頭架5和尾架6可使沉積 管4前后來回移動直到所需厚度的I型硅沉積在沉積管4上。在一個方面中，第二薄膜材 料層的厚度優(yōu)選例如1. 5微米一 5微米。在步驟818中，可在沉積管4的內(nèi)表面上沉積第三薄膜材料層。在一種實施方案 中，第三薄膜材料層可為P型摻雜硅材料?？山档突驕p少到等離子火焰30的H2供應(yīng)，并關(guān) 閉GeH4供應(yīng)和添加IH6到反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈的混合物中。頭架5和尾架6可持續(xù)使沉積 管4來回移動，直到沉積所需厚度的P型材料。在一個方面中，第三薄膜材料層的厚度優(yōu)選 例如0. 2微米一 0. 8微米。步驟814-818產(chǎn)生多結(jié)光伏太陽能電池中的第一太陽能電池。在步驟820中，在沉積管4上產(chǎn)生第二太陽能電池的第一層。在這個步驟中，對于 沉積管4內(nèi)表面上的第二太陽能電池，沉積第一薄膜材料層。在一種實施方案中，第一薄膜 材料層可為N型摻雜硅，此時反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈可為SiCl4W2和PH3。另外，前面的IH6供 應(yīng)將被關(guān)閉，PH3將被供應(yīng)到等離子火焰30。頭架5和尾架6可使沉積管4上下或來回移 動，從而在沉積管4的內(nèi)表面上沉積所需厚度的薄材料層。除了頭架5和尾架6的旋轉(zhuǎn)速 度和來回移動速度外，還可通過控制反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)26的流速來控制這種過程。在一個方 面中，薄膜材料層的厚度優(yōu)選例如0. 2微米一 0. 5微米。在步驟822中，在沉積管4的內(nèi)表面上沉積用于第二太陽能電池的第二薄膜材料 層。在一種實施方案中，第二薄膜材料層可為通過添加GeH4供給而產(chǎn)生的I型硅-鍺，但 小于在上面步驟816中的添加的量。優(yōu)選地，鍺的濃度低于硅的濃度。在沉積這種層期間可關(guān)閉PH3W供應(yīng)。另外，一定濃度的GeH4和H2可被引入到等離子火焰30內(nèi)。頭架5和 尾架6可使沉積管4前后來回移動直到所需厚度的I型硅沉積在沉積管4上。在一個方 面中，第二薄膜材料層的厚度優(yōu)選是例如Imm — 3mm。更優(yōu)選地，第二薄膜材料層的厚度是 Imm — 1.5mm。在一個方面中，鍺化硅(SiGe)中鍺的濃度為約10%至約20%。另外，氫的 濃度可影響這個層的帶隙。在另一個方面中，較高的氫濃度可能需要SiGe化合物中更多的 鍺來獲得所需的1.6ev帶隙。在步驟824中，可在沉積管4的內(nèi)表面上沉積用于第二太陽能電池的第三薄膜材 料層。在一種實施方案中，第三薄膜材料層可為P型摻雜硅材料?？山档突驕p少到等離子 火焰30的H2供應(yīng)，并關(guān)閉GeH4供應(yīng)，和可以添加到供應(yīng)到等離子火焰30的反應(yīng)物化 學(xué)物質(zhì)26的混合物中。頭架5和尾架6可持續(xù)使沉積管4來回移動，直到沉積所需厚度的 P型材料。在一個方面中，第三薄膜材料層的厚度優(yōu)選為例如0.2微米一 0.8微米。步驟 820-8M產(chǎn)生多結(jié)光伏太陽能電池中的第二太陽能電池。在步驟826中，在沉積管4上產(chǎn)生第三太陽能電池的第一層。在這個步驟中，在沉 積管4的內(nèi)表面上為第三太陽能電池沉積第一薄膜材料層。在一種實施方案中，第一薄膜 材料層可為N型摻雜硅，此時反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈可為SiCl4W2和PH3。另外，前面的IH6供 應(yīng)可被關(guān)閉，PH3可被供應(yīng)到等離子火焰30。頭架5和尾架6可使沉積管4上下或來回移 動，從而在沉積管4的內(nèi)表面上沉積所需厚度的薄材料層。除了頭架5和尾架6的旋轉(zhuǎn)速 度和來回移動速度外，還可通過控制反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)26的流速來控制這種過程。在一個方 面中，這一薄膜材料的厚度優(yōu)選是例如0. 2微米一 0. 5微米。在步驟828中，在沉積管4的內(nèi)表面上沉積用于第三太陽能電池的第二薄膜材料 層。在一種實施方案中，第二薄膜材料層可為通過停止PH3流動和增加吐供應(yīng)到等離子火 焰30產(chǎn)生的I型硅材料。頭架5和尾架6可使沉積管4前后來回移動直到所需厚度的I 型硅沉積在沉積管4上。在一個方面中，這種薄膜材料層的厚度優(yōu)選是例如0.8微米一 1.0 微米，但其可為大約2微米厚。在步驟830中，可在沉積管4的內(nèi)表面上沉積用于第三太陽能電池的第三薄膜材 料層。在一種實施方案中，第三薄膜材料層可為P型摻雜硅材料?？山档突驕p少到等離子 火焰30的H2供應(yīng)，并可添加IH6到供應(yīng)到等離子火焰30的反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈的混合物 中。頭架5和尾架6可持續(xù)使沉積管4來回移動，直到沉積所需厚度的P型材料。在一個 方面中，這一薄膜材料層的厚度優(yōu)選是例如0. 2微米一 0. 5微米。步驟擬6-830產(chǎn)生多結(jié) 光伏太陽能電池中的第三太陽能電池。總之，步驟802-830產(chǎn)生成形的三結(jié)光伏太陽能電 池。在沉積步驟結(jié)束時，可停止反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)沈和關(guān)閉等離子火焰30。另外，還可停止 旋轉(zhuǎn)和來回移動功能。然后從沉積裝置2中取出沉積管4。在步驟832中，可在沉積管4上沉積透明導(dǎo)電金屬氧化物(“TC0”)層作為頂電極。 這個步驟可包括在本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的真空蒸發(fā)處理室中沉積TCO。TCO材料可為單一 氧化物或氧化物的混合物，包括銦、錫或鋅的氧化物。這個過程產(chǎn)生三結(jié)光伏太陽能電池， 其然后可被進(jìn)一步加工成本文進(jìn)一步描述的光伏模塊或面板，并被組裝成光伏系統(tǒng)。本發(fā)明的用于制造太陽能電池模塊和面板的裝置不需要將靶或襯底來回地從一 個室移動到另一個室以沉積不同組成的層。如本文所述，本發(fā)明的用于制造太陽能電池模 塊和面板的裝置優(yōu)選僅僅改變不同化學(xué)物質(zhì)到等離子火焰30的供應(yīng)。這不僅減少了處理時間，而且還具有允許使用者在需要時不用增加更多的室就能構(gòu)建多結(jié)電池的優(yōu)點(diǎn)。此外， 本發(fā)明的用于制造太陽能電池模塊和面板的裝置具有產(chǎn)生不同尺寸的能力來沉積薄膜；本 發(fā)明的用于制造太陽能電池模塊和面板的裝置允許容易地改變在沉積過程中使用的沉積 管4的長度和/或直徑。例如，本發(fā)明的用于制造太陽能電池模塊和面板的裝置可用于在 尺寸為大約94cm χ 150cm的沉積管4上沉積那些薄膜層，所述尺寸是現(xiàn)有技術(shù)中報道的面 積的大約二個數(shù)量級大。圖9圖示了制造太陽能面板的方法的實施方案900的流程圖。在步驟902中，如 本文所述，將薄膜層沉積在沉積管4上。在步驟904中，如本文所述，在沉積管4中刻劃出 太陽能電池互連。在步驟906中，如本文所述，形成太陽能電池模塊或其被切割成部分。在 步驟908中，然后將太陽能電池模塊固定或附著到面板襯底上。單晶硅可具有約1.1電子伏特(ev)的能帶間隙(Eg)。當(dāng)制造硅薄膜光伏電 池時，由于添加氫到作為吸收層的硅中，因此帶隙變成約1.8ev，其遠(yuǎn)離太陽光譜的峰值 (1. 5ev)0為了更好利用峰值帶處的太陽能能量吸收，可能需要降低帶隙或增加太陽能電池 吸收層的波長。在一種實施方案中，本發(fā)明的用于制造太陽能電池模塊和面板的裝置包括使用可 以具有帶隙不同的類似晶體結(jié)構(gòu)的不同材料。例如，硅和鍺具有類似的晶體結(jié)構(gòu)，但具有不 同的帶隙。另外，由于可以改變硅和鍺的混合比，所以也可改變帶隙。當(dāng)使用二者的混合物 作為光伏電池上的吸收層時，它們可經(jīng)構(gòu)造以吸收來自太陽光譜不同波長區(qū)域的光子能。 本發(fā)明的用于制造太陽能電池模塊和面板的裝置包括制造具有多個串聯(lián)的硅和硅-鍺合 金薄膜層的太陽能電池，這種太陽能電池可允許更多的太陽能能量被吸收，從而提高了光 伏電池的效率。由于硅和鍺晶體結(jié)構(gòu)上的類似性，因而對層之間的失配關(guān)注較少。此外，由于硅和鍺物理性質(zhì)的類似性，可以制造覆蓋更寬太陽能光譜范圍和提高 電池效率的多結(jié)太陽能電池。例如，圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的用于制造太陽能電池模塊和 面板的裝置的實施方案的多結(jié)光伏太陽能電池的不同層的疊層關(guān)系。提及上述實施方案 時，來自太陽的一些光可以穿過太陽能電池的能量吸收層，而另外的光被吸收在太陽能電 池的能量吸收層中。在一個方面中，為了與被吸收的相同數(shù)量能量相匹配，對于第一或底部 吸收層，層厚度可變得更厚。盡管已描述了目前認(rèn)為是本發(fā)明的用于制造太陽能電池模塊和面板的裝置的優(yōu) 選實施方案，但應(yīng)認(rèn)識到，在不脫離本發(fā)明精神或本質(zhì)特性的情況下，本發(fā)明的用于制造太 陽能電池模塊和面板的裝置可以以其它具體方式體現(xiàn)。例如，在不脫離本發(fā)明的用于制造 太陽能電池模塊和面板的裝置的精神或本質(zhì)特性的情況下，可使用不同于本文所述那些的 其它等離子炬或不同的沉積模塊組合。因此，本文的實施方案在所有方面都被認(rèn)為是示例 性而不是限制性的。本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求而不是前面的描述來指示。
權(quán)利要求
1.用于制造硅薄膜太陽能電池模塊的等離子內(nèi)側(cè)氣相沉積裝置，包括 用于支撐襯底的構(gòu)件，所述襯底具有外表面和內(nèi)表面；位置靠近所述內(nèi)表面用于在所述襯底的所述內(nèi)表面上沉積至少一個薄膜層的等離子 炬構(gòu)件，所述等離子炬構(gòu)件位于距離所述襯底一定距離處；和用于供應(yīng)反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)到所述等離子炬構(gòu)件的構(gòu)件，其中所述至少一個薄膜層形成 所述硅薄膜太陽能電池模塊。
2.權(quán)利要求1的用于制造硅薄膜太陽能電池模塊的等離子內(nèi)側(cè)氣相沉積裝置，其中所 述用于支撐的構(gòu)件包括可移動平臺，用于使所述襯底沿其縱軸相對于所述等離子炬構(gòu)件移動。
3.權(quán)利要求1的用于制造硅薄膜太陽能電池模塊的等離子內(nèi)側(cè)氣相沉積裝置，其中所 述用于支撐的構(gòu)件還包括至少一個可旋轉(zhuǎn)卡盤，用于使所述襯底繞其縱軸相對于所述等離子炬構(gòu)件旋轉(zhuǎn)。
4.權(quán)利要求1的用于制造硅薄膜太陽能電池模塊的等離子內(nèi)側(cè)氣相沉積裝置，還包括位置靠近所述內(nèi)表面的刻劃器，用于在所述至少一個薄膜層中刻劃互連來產(chǎn)生所述硅 薄膜太陽能電池模塊。
5.權(quán)利要求4的用于制造硅薄膜太陽能電池模塊的等離子內(nèi)側(cè)氣相沉積裝置，其中所 述刻劃器為激光器。
6.權(quán)利要求4的用于制造硅薄膜太陽能電池模塊的等離子內(nèi)側(cè)氣相沉積裝置，還包括位置靠近所述外表面的至少一個注入噴嘴，用于注入液體和氣體中的一種來控制所述 襯底的溫度。
7.權(quán)利要求4的用于制造硅薄膜太陽能電池模塊的等離子內(nèi)側(cè)氣相沉積裝置，其中所 述裝置沿著基本垂直位置取向。
8.權(quán)利要求4的用于制造硅薄膜太陽能電池模塊的等離子內(nèi)側(cè)氣相沉積裝置，其中所 述裝置沿著基本水平位置取向。
9.權(quán)利要求1的用于制造硅薄膜太陽能電池模塊的等離子內(nèi)側(cè)氣相沉積裝置，其中所 述等離子炬構(gòu)件為感應(yīng)耦合等離子炬。
10.制造硅薄膜太陽能電池模塊的方法，包括 支撐襯底，所述襯底具有外表面和內(nèi)表面；提供包含線圈的高頻感應(yīng)耦合等離子炬，所述感應(yīng)耦合等離子炬經(jīng)選擇可沿所述襯底 的所述內(nèi)表面的表面區(qū)域定位；將等離子氣體引入到所述高頻感應(yīng)耦合等離子炬中以在所述線圈內(nèi)形成等離子； 注入至少一種反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)到所述高頻感應(yīng)耦合等離子炬；和 在所述襯底的所述內(nèi)表面上沉積至少一個薄膜層，其中所述至少一個薄膜層構(gòu)成所述 硅薄膜太陽能電池模塊。
11.權(quán)利要求10的制造硅薄膜太陽能電池模塊的方法，其中所述沉積至少一個薄膜層 還包括使所述襯底沿其縱軸相對于所述高頻感應(yīng)耦合等離子炬前后來回移動。
12.權(quán)利要求10的制造硅薄膜太陽能電池模塊的方法，其中所述沉積至少一個薄膜層 還包括使所述襯底繞其縱軸相對于所述高頻感應(yīng)耦合等離子炬旋轉(zhuǎn)。
13.權(quán)利要求10的制造硅薄膜太陽能電池模塊的方法，其中所述沉積至少一個薄膜層 還包括刻劃所述至少一個薄膜層用于在所述硅薄膜太陽能電池模塊之間產(chǎn)生互連。
14.權(quán)利要求10的制造硅薄膜太陽能電池模塊的方法，還包括在所述外表面上注射液體和氣體中的一種來控制所述襯底的溫度。
15.權(quán)利要求10的制造硅薄膜太陽能電池模塊的方法，還包括在沉積所述至少一個薄膜層之前在所述內(nèi)表面上沉積薄的鉬層。
16.權(quán)利要求10的制造硅薄膜太陽能電池模塊的方法，其中所述沉積至少一個薄膜層 還包括在所述襯底的所述內(nèi)表面上沉積η型摻雜硅層。
17.權(quán)利要求10的制造硅薄膜太陽能電池模塊的方法，其中所述沉積至少一個薄膜層 還包括在所述襯底的所述內(nèi)表面上沉積i型摻雜硅層。
18.權(quán)利要求10的制造硅薄膜太陽能電池模塊的方法，其中所述沉積至少一個薄膜層 還包括在所述襯底的所述內(nèi)表面上沉積P型摻雜硅層。
19.權(quán)利要求10的制造硅薄膜太陽能電池模塊的方法，其中所述至少一種反應(yīng)物化學(xué) 物質(zhì)選自由 SiCl4、SiH4, SiHCl3、SiF4、含硅化合物、PH3> B2H6, GeH4, GeCl4, GeF4 和含鍺化合 物組成的組。
20.權(quán)利要求10的制造硅薄膜太陽能電池模塊的方法，其中所述反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)為選 自由氣體、蒸氣、氣溶膠、小顆粒和粉末組成的組的形式。
21.權(quán)利要求10的制造硅薄膜太陽能電池模塊的方法，其中所述沉積至少一個薄膜層 還包括在沉積所述至少一個薄膜層之后在所述襯底的所述內(nèi)表面上沉積透明導(dǎo)電金屬氧化物薄膜層。
22.權(quán)利要求21的制造硅薄膜太陽能電池模塊的方法，其中所述透明導(dǎo)電金屬氧化物 為選自由銦、錫和鋅組成的組中的氧化物。
23.權(quán)利要求10的制造硅薄膜太陽能電池模塊的方法，其中所述等離子氣體選自由氦 氣、氖氣、氬氣、氫氣和其混合物組成的組。
24.權(quán)利要求10的制造硅薄膜太陽能電池模塊的方法，其中所述硅薄膜太陽能電池模 塊選自由p-i-n和n-i-p型層狀結(jié)構(gòu)組成的組。
25.權(quán)利要求10的制造硅薄膜太陽能電池模塊的方法，還包括切割所述太陽能電池模塊成將被安裝在襯底上用于生產(chǎn)太陽能電池面板的更小部分。
26.硅薄膜光伏面板，包括硅薄膜太陽能電池模塊的多個位置彼此相鄰的凹圓柱形部分；和在硅薄膜太陽能電池模塊的所述多個凹圓柱形部分之間用于導(dǎo)電的互連。
27.權(quán)利要求沈的硅薄膜光伏面板，其中所述硅薄膜太陽能電池模塊選自由p-i-n和 n-i-p型層狀結(jié)構(gòu)組成的組。
28.硅薄膜光伏面板，包括硅薄膜太陽能電池模塊的多個位置彼此相鄰的盤形部分；和 在硅薄膜太陽能電池模塊的所述多個盤形部分之間用于導(dǎo)電的互連。
29.權(quán)利要求觀的硅薄膜光伏面板，其中所述硅薄膜太陽能電池模塊選自由p-i-n和 n-i-p型層狀結(jié)構(gòu)組成的組。
全文摘要
用于制造硅薄膜太陽能電池模塊的等離子內(nèi)側(cè)氣相沉積裝置包括支撐襯底的構(gòu)件，襯底具有外表面和內(nèi)表面；位置靠近內(nèi)表面用于在襯底內(nèi)表面上沉積至少一個薄膜層的等離子炬構(gòu)件，等離子炬構(gòu)件位于距離襯底一定距離處；和用以供應(yīng)反應(yīng)物化學(xué)物質(zhì)到等離子炬構(gòu)件的構(gòu)件，其中所述至少一個薄膜層形成硅薄膜太陽能電池模塊。
文檔編號H01L21/00GK102084459SQ200980122479
公開日2011年6月1日 申請日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月15日
發(fā)明者C·德盧卡, M·阿斯拉米, 武韜 申請人:硅石技術(shù)責(zé)任有限公司