專利名稱：太陽能電池硅薄膜制備方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池硅薄膜制備方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。
背景技術(shù)：
太陽能電池是利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電子轉(zhuǎn)換反應(yīng)，從而為我們提供電能。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，也是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染。在太陽能的有效利用當(dāng)中，大陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域，而太陽能電池是其中最受矚目的研究項(xiàng)目之硅是理想的太陽能電池材料，這也是太陽能電池以硅材料為主的主要原因。薄膜硅太陽能電池主要有單晶硅、非晶硅和多晶硅薄膜太陽能電池。其中單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，一般可達(dá)到15%左右，最高的僅對％。但是受單晶硅材料價(jià)格及繁瑣的電池工藝影響，只是單晶硅成本價(jià)格居高不下。從制作成本上來講，多晶硅太陽能電池比單晶硅太陽能電池要便宜一些，材料制造簡便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低。但是多晶硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率比較低，其光電轉(zhuǎn)換效率約12%左右。非晶硅光電池一般采用高頻輝光放電方法使硅烷氣體分解沉積而成，易于大面積化，成本較低，小面積轉(zhuǎn)換效率達(dá)到14. 6 %，大面積大量生產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率為8-10%。傳統(tǒng)的多晶硅電池薄膜制備方法有化學(xué)氣相沉積法(包括低壓化學(xué)氣相沉積 (LPCVD)和等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD))、液相外延法(LPPE)和濺射沉積法等。制備多晶硅薄膜的工藝流程一般是首先，利用LPCVD等方法在襯底上沉熾一層較薄的非晶硅層，再將這層非晶硅層退火，得到較大的晶粒；然后再通過再結(jié)晶技術(shù)(固相結(jié)晶法和中區(qū)熔再結(jié)晶法)在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜?？梢?，傳統(tǒng)的制備方法工藝環(huán)節(jié)多而復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，由于制備過程中使用了有毒的化學(xué)藥品，污染大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的一個技術(shù)問題是提供一種工藝環(huán)節(jié)少、耗電少、污染小、操作人員勞動強(qiáng)度低、并且生產(chǎn)效率高的太陽能電池硅薄膜制備方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的太陽能電池硅薄膜制備方法，其特征在于通過水平傳動裝置帶動太陽能電池基板作勻速直線運(yùn)動，使給粉裝置送出的硅粉均勻覆于基板上；在基板移動過程中，利用高能線激光光束照射基板，使覆于基板表面的硅粉在經(jīng)過高能線激光光束照射區(qū)域時(shí)熔融，移出光束區(qū)后通過再結(jié)晶過程，在基板表面形成硅薄膜。本發(fā)明采用高能線激光光束照射硅粉，使硅粉瞬間熔融，當(dāng)硅粉移出光束區(qū)后在自然條件下再結(jié)晶得到硅薄膜。與傳統(tǒng)的制造方法相比，工藝環(huán)節(jié)簡單，污染小，減小了能耗，降低了勞動強(qiáng)度。高能線激光光束的長度根據(jù)所需硅薄膜的尺寸確定，高能線激光光束功率、基板的移動速度、給粉裝置的送粉量可通過實(shí)驗(yàn)確定。所述高能線激光光束由功率為1000 2000瓦，波長為1064nm的激光器經(jīng)光束整形、準(zhǔn)直和聚焦得到。所述硅粉的粒度為3μπι ΙΟμπι。本發(fā)明中，所述給粉裝置的送分量為40 50克/分鐘，基板移動速度為480 600毫米/分鐘，制成寬50毫米的涂層；激光器功率為1000 2000瓦，波長為1064nm，高能線激光光束線寬為0. 6 0. 8毫米，長度與硅粉涂層的寬度相同。在上述工藝條件下得到的硅粉厚度約0. 5 0. 8毫米，獲得的硅粉加熱溫度為 1400 1800度。硅粉熔融后再結(jié)晶得到的硅薄膜為單晶硅、多晶硅和非晶硅的混合體，其厚度為0. 3 0. 5毫米；硅薄膜中單晶硅占10 20%、多晶硅占30 50%、非晶硅占30 60%，光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)12 18%。本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種太陽能電池硅薄膜制備裝置。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的太陽能電池硅薄膜制備裝置包括基板，水平傳動裝置，給粉裝置，高能線激光光源；所述的基板固定于水平傳動裝置上，給粉裝置和高能線激光光源位于基板的上方；水平傳動裝置帶動太陽能電池基板作勻速直線運(yùn)動，使給粉裝置送出的硅粉均勻覆于基板上；在基板移動過程中，利用高能線激光光源發(fā)出的線激光光束照射基板，使覆于基板表面的硅粉在經(jīng)過高能線激光光束照射區(qū)域時(shí)熔融，移出光束區(qū)后通過再結(jié)晶過程，在基板表面形成硅薄膜。所述給粉裝置包括恒壓裝置、粉盒及插板；所述粉盒的上部通過氣管接恒壓裝置， 粉盒的下部開有長條形給粉孔，給粉孔處安裝可沿垂直于給粉孔長度方向移動的插板。所述恒壓裝置采用帶有壓力閥的氣泵。所述給粉裝置的送粉量可以通過插板進(jìn)行粗調(diào)，通過壓力閥進(jìn)行微調(diào)。所述高能線激光光源由激光器、光束整形系統(tǒng)、準(zhǔn)直系統(tǒng)和聚焦系統(tǒng)組成；激光器發(fā)出的激光光束經(jīng)光束整形系統(tǒng)、準(zhǔn)直系統(tǒng)和聚焦系統(tǒng)后變換為高能線激光光束。線激光光束能量集中、分布均勻，且功率可控。通過調(diào)節(jié)水平傳動裝置的傳送速度、給粉裝置的送分量可方便控制硅粉涂層的厚度。通過調(diào)節(jié)激光器的功率可調(diào)節(jié)硅粉的加熱溫度，通過調(diào)節(jié)水平傳動裝置的傳送速度可調(diào)節(jié)硅粉的加熱時(shí)間，從而得到單晶硅、多晶硅、非晶硅比例不同的硅薄膜。本發(fā)明的有益效果1.與傳統(tǒng)的太陽能電池硅薄膜制造方法相比，工藝環(huán)節(jié)簡單，污染小，從而減小了能耗和降低了勞動強(qiáng)度。2.通過調(diào)節(jié)給粉裝置的送粉量可方便的調(diào)節(jié)生成的硅薄膜厚度；調(diào)節(jié)激光光源的功率及傳送速率即可對硅的熔融和再結(jié)晶的速度進(jìn)行控制，從而對生成硅薄膜的晶態(tài)進(jìn)行控制。3.與制作工藝最簡單的非晶硅電池相比較，可以簡化制背電極和高溫加熱兩道工序，其中高溫加熱是高耗能工藝。本發(fā)明節(jié)能效果明顯。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1為本發(fā)明的本發(fā)明的太陽能電池硅薄膜制備裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為硅粉涂層的俯視圖。
圖3為給粉裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為高能線激光光源結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明的太陽能電池硅薄膜制備裝置包括如圖1所示，本發(fā)明的太陽能電池硅薄膜制備裝置包括基板2，水平傳動裝置1，給粉裝置4，高能線激光光源5 ；所述水平傳動裝置1采用高精度移動平臺；所述的基板2固定于高精度移動平臺上，給粉裝置4和高能線激光光源5位于基板2的上方；水平傳動裝置1帶動太陽能電池基板2作勻速直線運(yùn)動，使給粉裝置4送出的硅粉3 (粒度為3 μ m 10 μ m)均勻覆于基板2上；在基板2移動過程中，利用高能線激光光源5發(fā)出的線激光光束照射基板2，使覆于基板2表面的硅粉 3在經(jīng)過高能線激光光束照射區(qū)域時(shí)熔融，移出光束區(qū)后通過再結(jié)晶過程，在基板2表面形成硅薄膜6。如圖3所示，所述給粉裝置4包括恒壓裝置45、粉盒41及插板43 ；所述粉盒41的上部通過氣管44接恒壓裝置45，粉盒41的下部開有長條形給粉孔42，給粉孔42處安裝可沿垂直于給粉孔42長度方向移動的插板43。所述恒壓裝置45采用帶有壓力閥的氣泵。所述給粉裝置4的送粉量可以通過插板43的移動進(jìn)行粗調(diào)，通過壓力閥進(jìn)行微調(diào)。如圖4所示，所述高能線激光光源5由激光器51、光束整形系統(tǒng)52、準(zhǔn)直系統(tǒng)53 和聚焦系統(tǒng)討組成；激光器51發(fā)出的激光光束經(jīng)光束整形系統(tǒng)52、準(zhǔn)直系統(tǒng)53和聚焦系統(tǒng)M后變換為高能激光線光束。線激光光束能量集中、分布均勻，且功率可控。通過調(diào)節(jié)高精度移動平臺的傳送速度、給粉裝置4的送分量可方便控制硅粉3涂層的厚度。通過調(diào)節(jié)激光器51的功率可調(diào)節(jié)硅粉的加熱溫度，通過調(diào)節(jié)高精度移動平臺的傳送速度可調(diào)節(jié)硅粉的加熱時(shí)間，從而得到單晶硅、多晶硅、非晶硅比例不同的硅薄膜6。實(shí)施例1給粉裝置4的送分量為50克/分鐘，基板2移動速度為480毫米/分鐘，如圖2 所示，制成的涂層寬度L1等于50mm;激光器51的功率為1000瓦，波長為1064nm，線激光光束的線寬L2為0. 6mm、線激光光束的長度與硅粉涂層的寬度L2相同。在上述工藝條件下得到的硅粉厚度約0. 8mm,獲得的硅粉加熱溫度為1500度。硅粉熔融后再結(jié)晶得到的硅薄膜為單晶硅、多晶硅和非晶硅的混合體，其厚度為0. 5mm ；硅薄膜中單晶硅占20%、多晶硅占50%、非晶硅占30%，光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)18%。實(shí)施例2給粉裝置4的送分量為50克/分鐘，基板2移動速度為600毫米/分鐘，如圖2 所示，制成的涂層寬度L1等于50mm的；激光器51的功率為1000瓦，波長為1064nm，線激光光束的線寬L2為0. 6mm、線激光光束的長度與硅粉涂層的寬度L2相同。在上述工藝條件下得到的硅粉厚度約0. 5mm,獲得的硅粉加熱溫度為1450度。硅粉熔融后再結(jié)晶得到的硅薄膜為單晶硅、多晶硅和非晶硅的混合體，其厚度為0. 3 ；硅薄膜中單晶硅占10%、多晶硅占30%、非晶硅占60%，光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)12%。實(shí)施例3
給粉裝置4的送分量為50克/分鐘，基板2移動速度為550毫米/分鐘，如圖2 所示，制成的涂層寬度L1等于50mm的；激光器51的功率為1000瓦，波長為1064nm，線激光光束的線寬L2為0. 6mm、線激光光束的長度與硅粉涂層的寬度L2相同。在上述工藝條件下得到的硅粉厚度約0. 8mm,獲得的硅粉加熱溫度為1480度。硅粉熔融后再結(jié)晶得到的硅薄膜為單晶硅、多晶硅和非晶硅的混合體，其厚度為0. 5mm ；硅薄膜中單晶硅占12%、多晶硅占30%、非晶硅占58%，光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)13%。實(shí)施例4給粉裝置4的送分量為40克/分鐘，基板2移動速度為500毫米/分鐘，如圖2 所示，制成的涂層寬度L1等于50mm的；激光器51的功率為2000瓦，波長為1064nm，線激光光束的線寬L2為0. 8mm、線激光光束的長度與硅粉涂層的寬度L2相同。在上述工藝條件下得到的硅粉厚度約0. 7mm,獲得的硅粉加熱溫度為1800度。硅粉熔融后再結(jié)晶得到的硅薄膜為單晶硅、多晶硅和非晶硅的混合體，其厚度為0. 4mm ；硅薄膜中單晶硅占15%、多晶硅占30%、非晶硅占55%，光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)15%。實(shí)施例5給粉裝置4的送分量為50克/分鐘，基板2移動速度為550毫米/分鐘，如圖2 所示，制成的涂層寬度L1等于50mm的；激光器51的功率為2000瓦，波長為1064nm，線激光光束的線寬L2為0. 8mm、線激光光束的長度與硅粉涂層的寬度L2相同。在上述工藝條件下得到的硅粉厚度約0. 8mm,獲得的硅粉加熱溫度為1720度。硅粉熔融后再結(jié)晶得到的硅薄膜為單晶硅、多晶硅和非晶硅的混合體，其厚度為0. 5mm ；硅薄膜中單晶硅占13 %、多晶硅占27 %、非晶硅占60 %，光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)13 %。實(shí)施例6給粉裝置4的送分量為50克/分鐘，基板2移動速度為600毫米/分鐘，如圖2 所示，制成的涂層寬度L1等于50mm的；激光器51的功率為2000瓦，波長為1064nm，線激光光束的線寬L2為0. 8mm、線激光光束的長度與硅粉涂層的寬度L2相同。在上述工藝條件下得到的硅粉厚度約0. 7mm,獲得的硅粉加熱溫度為1650度。硅粉熔融后再結(jié)晶得到的硅薄膜為單晶硅、多晶硅和非晶硅的混合體，其厚度為0. 4mm ；硅薄膜中單晶硅占12 %、多晶硅占觀％、非晶硅占60 %，光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)13 %。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池硅薄膜制備方法，其特征在于通過水平傳動裝置帶動太陽能電池基板作勻速直線運(yùn)動，使給粉裝置送出的硅粉均勻覆于基板上；在基板移動過程中，利用高能線激光光束照射基板，使覆于基板表面的硅粉在經(jīng)過高能線激光光束照射區(qū)域時(shí)熔融， 移出光束區(qū)后通過再結(jié)晶過程，在基板表面形成硅薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池硅薄膜制備方法，其特征在于所述高能線激光光束由功率為1000 2000瓦，波長為1064nm的激光器經(jīng)光束整形、準(zhǔn)直和聚焦得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池硅薄膜制備方法，其特征在于所述給粉裝置的送分量為40 50克/分鐘，基板移動速度為480 600毫米/分鐘，硅粉涂層寬50毫米；激光器功率為1000 2000瓦，波長為1064nm，高能線激光光束線寬為0. 6 0. 8毫米，長度與硅粉涂層的寬度相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池硅薄膜制備方法，其特征在于給粉裝置的送分量為50克/分鐘，基板移動速度為480毫米/分鐘，硅粉涂層寬50毫米；激光器功率為1000 瓦，波長為1064nm，高能線激光光束線寬為0. 6mm，長度與硅粉涂層的寬度相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池硅薄膜制備方法，其特征在于給粉裝置的送分量為40克/分鐘，基板移動速度為500毫米/分鐘，硅粉涂層寬50毫米；激光器功率為2000 瓦，波長為1064nm，高能線激光光束線寬為0. 8mm，長度與硅粉涂層的寬度相同。
6.一種太陽能電池硅薄膜制備裝置，其特征在于包括基板O)，水平傳動裝置(1)，給粉裝置G)，高能線激光光源(5)；所述的基板O)固定于水平傳動裝置(1)上，給粉裝置 (4)和高能線激光光源( 位于基板O)的上方；基板( 在水平傳動裝置(1)的帶動下作直線移動，使給粉裝置(4)送出的硅粉均勻覆于基板(2)上；高能線激光光源(5)發(fā)出的線激光光束照射到基板(2)上，使覆于基板(2)表面的硅粉在經(jīng)過高能線激光光束照射區(qū)域時(shí)熔融。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能電池硅薄膜制備裝置，其特征在于所述給粉裝置(4) 包括恒壓裝置(45)、粉盒及插板；所述粉盒Gl)的上部通過氣管G4)接恒壓裝置(45)，粉盒的下部開有長條形給粉孔(42)，給粉孔02)處安裝可沿垂直于給粉孔長度方向移動的插板G3)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能電池硅薄膜制備裝置，其特征在于所述恒壓裝置05) 采用帶有壓力閥的氣泵。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能電池硅薄膜制備方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置，該方法及裝置通過高精度移動平臺帶動太陽能電池基板作勻速直線運(yùn)動，使給粉裝置送出的超細(xì)硅粉均勻覆于基板上；在基板移動過程中，利用高能線激光光束照射基板，使覆于基板表面的硅粉在經(jīng)過高能線激光光束照射區(qū)域時(shí)熔融，移出光束區(qū)后通過再結(jié)晶過程，在基板表面形成硅薄膜。本發(fā)明采用高能線激光光束照射硅粉，使硅粉瞬間熔融，當(dāng)硅粉移出光束區(qū)后在自然條件下再結(jié)晶得到硅薄膜。與傳統(tǒng)的制造方法相比，工藝環(huán)節(jié)簡單，污染小，減小了能耗，降低了勞動強(qiáng)度。
文檔編號H01L31/18GK102270704SQ20111021636
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者王希軍 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所