專(zhuān)利名稱(chēng)：玻璃襯底上光控制備硅薄膜太陽(yáng)能電池的方法及沉積室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在玻璃襯底上制備硅薄太陽(yáng)能電池的方法。
背景技術(shù)：
在玻璃襯底上制備硅薄膜太陽(yáng)能電池是未來(lái)太陽(yáng)能電池具有潛力的發(fā)展方向，玻璃具有優(yōu)良的透光性，成本低廉，具有一定的強(qiáng)度，可以耐一定的高溫，并且是一種建筑材料，在廉價(jià)的玻璃襯底上制備硅薄膜太陽(yáng)能電池極具商業(yè)價(jià)值。制備需要的硅薄膜是制作薄膜太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵，硅薄膜太陽(yáng)能電池分為非晶硅太陽(yáng)能電池、微晶硅太陽(yáng)能電池和多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池，因?yàn)槠胀úＡ?yīng)變點(diǎn)低的限制，所以通常用等離子化學(xué)反應(yīng)氣相沉積(Plas腿Enhance Chemical V即or D印osition CVD)非晶硅薄膜，然后制備非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池，非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池是最早商業(yè)化的薄膜電池，非晶硅引入大量的氫(10%)后，禁帶寬度從l. leV升高到1.7eV，有很強(qiáng)的光吸收性。但是，非晶硅電池長(zhǎng)期被光照射時(shí)，電池效率會(huì)明顯地下降，這就是所謂的光致衰退(s-w)效應(yīng)，這是非晶硅薄膜電池遇到的主要問(wèn)題，于是，人們通過(guò)常規(guī)電阻爐加熱、鋁誘導(dǎo)、激光掃描等方法再晶化做多晶硅薄膜電池。制備硅薄膜常用的方法是首先用等離子化學(xué)反應(yīng)氣相沉積非晶硅薄膜，然后二次晶化。按再晶化處理溫度的高低劃分，目前分為三類(lèi)低溫工藝、中溫工藝和高溫工藝。低溫是指電池制備過(guò)程的處理溫度在55(TC以下。適宜這類(lèi)電池的襯底通常有玻璃、不銹鋼以及塑料等，通過(guò)直接沉積法制備晶粒尺寸僅在納晶范圍(幾十個(gè)nm左右)的薄膜太陽(yáng)電池。其最大優(yōu)點(diǎn)就是投入的熱能少，可以利用廉價(jià)、透明、易于大面積制備。中溫是指電池制備過(guò)程的處理溫度在550-1000°C 。先利用PECVD法在可以耐較高溫度的玻璃等襯底上低溫沉積硅薄膜，然后采用中溫晶化工藝(550-1000°C)將晶粒增大，制備薄膜電池。高溫是指電池制備過(guò)程的處理溫度在100(TC以上。 一般來(lái)說(shuō)，高溫工藝容易制備出大顆粒的硅薄膜，但是，目前很難找到一種廉價(jià)的無(wú)污染的耐高溫襯底，另外耗能高、成本高(比如用激光晶化)；就低溫工藝來(lái)說(shuō)，用PECVD法直接沉積的硅薄膜晶粒較小、缺陷較多、光電性能較差?？傊?，用等離子化學(xué)反應(yīng)氣相沉積非晶硅薄膜，然后二次晶化制備硅薄膜太陽(yáng)電池需要在沉積室沉積、二次晶化分步完成，工藝復(fù)雜，工業(yè)應(yīng)用成本高。另外，在非晶硅薄膜退火制備多晶硅薄膜過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生硅薄膜與玻璃襯底有明顯的分離現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種在玻璃襯底上光控制備硅薄膜太陽(yáng)能電池的方法。該制備方法大大降低工藝復(fù)雜度和生產(chǎn)成本，玻璃與硅膜不易分離，提高硅薄膜的結(jié)晶效果及其硅薄膜電池的效率和穩(wěn)定性。 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是該玻璃襯底上光控制備硅薄膜太陽(yáng)能電池的方法，其特征在于是按下述步驟制備而成1、以標(biāo)準(zhǔn)工藝清洗的帶有織構(gòu)的透明導(dǎo)電膜的玻璃為襯底；2、將清洗過(guò)的玻璃襯底置于沉積室中，用所需頻率的光照，依次用等離子體反應(yīng)沉積，制備穩(wěn)定均勻的P、 i、 n層硅薄膜太陽(yáng)能電池，光的頻率條件1012-1017Hz ;光照退火時(shí)間2-70分鐘，不同的頻率的光子能量不同，產(chǎn)生不同性質(zhì)的多晶硅 薄膜，在真空狀態(tài)下自然冷卻到室溫； 3、然后取出，然后再蒸鍍金屬電極鋁，電池電極從透明導(dǎo)電膜和鋁引出，這樣就在 玻璃襯底上制備硅薄太陽(yáng)能電池。 進(jìn)一步的所述沉積和光照的步驟可以在沉積室內(nèi)沉積、光照退火一次完成。
所述沉積和光照的步驟可以根據(jù)需要在沉積室內(nèi)沉積、光照退火交替多次進(jìn)行。
所述光照退火處理過(guò)程中的最高溫度應(yīng)稍微高于玻璃軟化點(diǎn)溫度，這樣可以使玻 璃軟化，與硅膜因處理過(guò)程中產(chǎn)生的變化相適應(yīng)。 所述沉積室設(shè)有光窗，光源安裝在沉積室光窗的外部，光源發(fā)出的光通過(guò)光窗透 射到該沉積室襯底上。 所述光窗是石英玻璃，不影響光的傳遞。 所述沉積室上設(shè)有可擦去沉積室內(nèi)壁石英玻璃上沉積物的除塵裝置。
所述除塵裝置具有機(jī)械臂，機(jī)械臂的端部連接有的刮塵刷。 所述除塵裝置具有在沉積室內(nèi)鉸接的支桿，支桿端部連接有刮塵刷，在支桿對(duì)應(yīng)
的沉積室的外壁上設(shè)有磁力傳動(dòng)器，通過(guò)磁力傳動(dòng)器控制支桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 采用上述技術(shù)方案的有益效果本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法相比較，使用有利于晶化、
可以控制頻率的光照射，一方面可以提高硅薄膜的結(jié)晶效果，提高硅薄膜電池的效率和穩(wěn)
定性；另一方面因?yàn)槿サ袅藗鹘y(tǒng)光照方法中其他多余頻率的光，所以降低了沉積室內(nèi)溫度，
從而可以使用廉價(jià)的低軟化點(diǎn)玻璃，降低生產(chǎn)成本；另外光退火與PECVD法沉積硅薄膜在
一個(gè)室內(nèi)完成，從而使工藝簡(jiǎn)單。玻璃襯底的軟化點(diǎn)溫度與光照退火溫度相當(dāng)，使玻璃的軟
化點(diǎn)溫度與最高退火溫度點(diǎn)相匹配，處理過(guò)程中的最高溫度應(yīng)稍微高于玻璃軟化點(diǎn)溫度，
這樣可以使玻璃軟化，與硅膜因處理過(guò)程中產(chǎn)生的變化相適應(yīng)，這樣在生產(chǎn)過(guò)程中就可以
形成一個(gè)整體，不出現(xiàn)玻璃與硅膜相分離的現(xiàn)象。沉積室上設(shè)有可擦去沉積室內(nèi)壁石英玻
璃上沉積物的刮塵裝置，保證了光照射的穩(wěn)定性?？傊?，本方法使制備硅薄膜太陽(yáng)能電池工
藝簡(jiǎn)單和生產(chǎn)成本降低。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明方法所用的沉積室結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例 本發(fā)明在玻璃襯底上制備硅薄太陽(yáng)能電池的方法是按下述步驟制備而成
1、以標(biāo)準(zhǔn)工藝清洗的帶有織構(gòu)的透明導(dǎo)電膜的玻璃為襯底，具體步驟如下(1) 首先將玻璃用洗滌劑清洗，并用超聲波清洗5分鐘；(2)去離子水將洗滌劑清洗干凈，再用 丙酮清洗，同樣也用超聲波清洗5分鐘，去除油污；(3)用去離子水將丙酮清洗干凈，再用
酒精清洗，同樣也用超聲波清洗5分鐘；(4)用去離子水將酒精清洗干凈，再用超聲波清洗 5分鐘；(5)浸泡于去離子水中，用潔凈的鑷子夾起玻璃的一角，垂直緩慢拉出水面，觀(guān)察玻 璃上是否有均勻水膜，有則烘干，無(wú)則重復(fù)上述四步驟；(6)將干燥的玻璃置于潔凈濾紙上放入培養(yǎng)皿中加蓋保存。 2、將清洗過(guò)的玻璃襯底置于沉積室中，射頻輝光放電依次分解氣源磷烷、硅烷 和硼烷，同時(shí)通入氫氣，依次在玻璃襯底上制備沉積p型、i型、n型三層硅薄膜，真空度 5. 6X10-4Pa，氫稀釋比95%，沉積室中電極間距2cm，工作氣壓133. 3Pa，放電功率為60W， 襯底溫度為30(TC，沉積時(shí)間依次為7分鐘、70分鐘和20分鐘，同時(shí)，用頻率為1. 2X lO"Hz 和2X1015Hz照射，沉積和光照的步驟可以在沉積室內(nèi)沉積、光照退火一次完成，所述沉積 和光照的步驟可以根據(jù)需要在沉積室內(nèi)沉積、光照退火交替多次進(jìn)行。玻璃襯底的軟化點(diǎn) 溫度與光照退火溫度相當(dāng)，使玻璃的軟化點(diǎn)溫度與最高退火溫度點(diǎn)相匹配，處理過(guò)程中的 最高溫度應(yīng)稍微高于玻璃軟化點(diǎn)溫度，這樣可以使玻璃軟化，與硅膜因處理過(guò)程中產(chǎn)生的 變化相適應(yīng)，這樣在生產(chǎn)過(guò)程中就可以形成一個(gè)整體，不出現(xiàn)玻璃與硅膜相分離的現(xiàn)象。在 真空狀態(tài)下自然冷卻到室溫，然后取出，然后再蒸鍍金屬電極鋁(Al)。電池電極從透明導(dǎo)電 膜和鋁引出，這樣就在玻璃襯底上制備硅薄太陽(yáng)能電池，其結(jié)構(gòu)可表示為glass/TCO/pin/ Al。 如圖1所述本發(fā)明所用的沉積室，具有沉積室殼體l，在殼體1上設(shè)有光窗3，光 源2安裝在沉積室光窗的外部，光源發(fā)出的光通過(guò)光窗透射到該沉積室襯底上。光窗3是 石英玻璃材料，不影響光的傳遞。在沉積室上設(shè)有可擦去沉積室內(nèi)壁石英玻璃上沉積物的 除塵裝置4，除塵裝置具有機(jī)械臂，機(jī)械臂的端部連接有的刮塵刷，由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂 往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)刮塵刷刮除沉積室內(nèi)壁石英玻璃上的積物，不影響光的傳遞。除塵裝置 4還可以是在沉積室鉸接的支桿，支桿端部連接有刮塵刷，在支桿對(duì)應(yīng)的沉積室的外壁上設(shè) 有磁力傳動(dòng)器，通過(guò)磁力傳動(dòng)器控制支桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使刮塵刷刮除沉積室內(nèi)壁石英 玻璃上沉積物。
權(quán)利要求
一種玻璃襯底上光控制備硅薄膜太陽(yáng)能電池的方法，其特征在于是按下述步驟制備而成(1)、以標(biāo)準(zhǔn)工藝清洗的帶有織構(gòu)的透明導(dǎo)電膜的玻璃為襯底；(2)、將清洗過(guò)的玻璃襯底置于沉積室中，用所需頻率的光照，依次用等離子體反應(yīng)沉積，制備穩(wěn)定均勻的p、i、n層硅薄膜太陽(yáng)能電池，光的頻率條件1012-1017Hz；光照退火時(shí)間2-70分鐘，不同的頻率的光子能量不同，產(chǎn)生不同性質(zhì)的多晶硅薄膜，在真空狀態(tài)下自然冷卻到室溫；(3)、然后取出，然后再蒸鍍金屬電極鋁，電池電極從透明導(dǎo)電膜和鋁引出，這樣就在玻璃襯底上制備硅薄太陽(yáng)能電池。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃襯底上光控制備硅薄膜太陽(yáng)能電池的方法，其特征在于所述沉積和光照的步驟可以在沉積室內(nèi)沉積、光照退火一次完成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃襯底上光控制備硅薄膜太陽(yáng)能電池的方法，其特征在于所述沉積和光照的步驟可以根據(jù)需要在沉積室內(nèi)沉積、光照退火交替多次進(jìn)行。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃襯底上光控制備硅薄膜太陽(yáng)能電池的方法，其特征在于所述光照退火處理過(guò)程中的最高溫度應(yīng)稍微高于玻璃軟化點(diǎn)溫度，這樣可以使玻璃軟化，與硅膜因處理過(guò)程中產(chǎn)生的變化相適應(yīng)。
5. —種用于權(quán)利要求1所述方法的沉積室，具有殼體，其特征在于所述沉積室的殼體上設(shè)有光窗，光源安裝在沉積室光窗的外部，光源發(fā)出的光通過(guò)光窗透射到該沉積室襯底上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的沉積室，其特征在于所述光窗是石英玻璃，不影響光的傳遞。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的沉積室，其特征在于所述沉積室上設(shè)有可擦去沉積室內(nèi)壁石英玻璃上沉積物的除塵裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的沉積室，其特征在于所述除塵裝置具有機(jī)械臂，機(jī)械臂的端部連接有的刮塵刷。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的沉積室，其特征在于所述除塵裝置具有在沉積室內(nèi)鉸接的支桿，支桿端部連接有刮塵刷，在支桿對(duì)應(yīng)的沉積室的外壁上設(shè)有磁力傳動(dòng)器，通過(guò)磁力傳動(dòng)器控制支桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了玻璃襯底上光控制備硅薄膜太陽(yáng)能電池的方法及適用該方法的沉積室，方法是在帶有織構(gòu)的透明導(dǎo)電膜(TCO)玻璃為襯底，在沉積室內(nèi)沉積硅薄膜，用所需頻率的光照，依次用等離子體反應(yīng)沉積，制備穩(wěn)定均勻的p、i、n層硅薄膜太陽(yáng)能電池。光的頻率條件1012-1017Hz；光照時(shí)間退火2-70分鐘。不同的頻率的光子能量不同，產(chǎn)生不同性質(zhì)的多晶硅薄膜，沉積和光照的步驟可以在沉積室內(nèi)沉積、光照退火一次完成，并且可以根據(jù)需要交替多次進(jìn)行。該制備方法大大降低工藝復(fù)雜度和生產(chǎn)成本，玻璃與硅膜不易分離，提高硅薄膜的結(jié)晶效果及其硅薄膜電池的效率和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)C23C14/24GK101719528SQ200910172569
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月16日
發(fā)明者李定珍, 王玉蒼, 郭新峰, 靳瑞敏 申請(qǐng)人:靳瑞敏