專利名稱：低成本且高性能的太陽能電池制造機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種太陽能電池的工程技術(shù)。
背景技術(shù)：
因為泰國幾乎一整年都有強烈的陽光照射，所以太陽能為合適的替代能源之一。非晶硅太陽能電池因為價格合理，所以在泰國是最適用的太陽能電池種類。此外，相較于單晶太陽能電池與多晶太陽能電池，當(dāng)溫度上升時，其效率損失最少?，F(xiàn)今，泰國已有兩家公司生產(chǎn)此種太陽能電池。自從2003年Bangkok太陽能有限公司以稱為“單腔體”的生產(chǎn)技術(shù)制造非晶硅太陽能電池。各別稱為頂部電池與底部電池(a-Si/a-Si)的雙層硅太陽能電池結(jié)構(gòu)，以此技術(shù)形成。而國家科學(xué)與科技發(fā)展結(jié)構(gòu)(NSTDA)暨能源科技中心(ENTEC)可以生產(chǎn)最高效率達(dá)15％的太陽能電池。此外，因叢集科技與雙層硅太陽能電池結(jié)構(gòu)(a-Si/μc-Si)，這些結(jié)構(gòu)可發(fā)展出效率8％的太陽能電池模塊。
現(xiàn)在，有兩技術(shù)團體生產(chǎn)非晶硅太陽能電池。
1.多重腔體生產(chǎn)可分為-卷軸式(Roll to roll)技術(shù)-線上型(In-line)技術(shù)-叢集式(Cluster)技術(shù)2.單腔體式(single chamber)生產(chǎn)此兩種技術(shù)的優(yōu)缺點如下


由上表的信息，可總結(jié)在泰國單腔體是生產(chǎn)太陽能電池的最合適技術(shù)。因此，Bangkok太陽能有限公司因基板便宜(可在泰國制造)，所以使用此簡易技術(shù)。單腔體技術(shù)(圖1)可有高生產(chǎn)功率是因為基板3可增加到如每一單腔體孔洞那么多。電極1將固定在作為接地2的支撐板(backing plate)之間。此外，針對一個頻率生器4，4個基板可同時涂布薄膜(圖1)。目前，美國EPV公司及Bangkok太陽能有限公司已采用此技術(shù)同時生產(chǎn)48片板的基板。通過放置平板電極(圖2)在接地板與13.56Mz(射頻，RF)的頻率產(chǎn)生器之間，當(dāng)其置于輪上31(圖3)，基板將被水平地涂布薄膜。為了支撐與防止掉落，沿著基板的長度有很多輪子。在頂部，有很多支撐物輔助連接電極與接地32。完成的太陽能電池是一個模塊有47W或5％的效率。就成本來說，1瓦特花費1.79美元。然而，因為在基板邊緣的薄膜稍微薄于中央部份，所以會發(fā)現(xiàn)薄膜的均勻性并不完全完美(參見A.E.Delahoy等人的“低成本非晶硅生產(chǎn)的大量平行處理”)。此外，水平地放置基板在輪子上，輪子41(圖4)上以及上支撐物42下方的區(qū)域?qū)⒉粫煌坎急∧?。因此造成失去太陽能電池某些面積，太陽能電池的效率也相對地降低。因此，應(yīng)該有一方法使降低太陽能失去的面積達(dá)最小。
在單腔體技術(shù)，平面電極通常伴隨13.56MHz的射頻使用?？砂l(fā)現(xiàn)，此頻率的使用在結(jié)晶硅膜覆蓋中會造成問題，因為H2僅可以離子化少數(shù)自由基(H2自由基，H+)。這些H2自由基在微晶硅的薄膜形成扮演重要角色，其可增強太陽能電池的效率。此外，通過加入更多能量以增加沉積速率不是一個好的方案，因為增加能量將影薄響膜的品質(zhì)，因其在薄膜的中產(chǎn)生缺陷。對于商業(yè)生產(chǎn)而言，增加薄膜形成時間亦是不切實際的。
因此，使用超過13.56MHz的較高頻率是增加微晶硅膜或增加沉積速率的一種方案。通常頻率使用范圍是定義在超高頻(VHF)的30MHz-100MHz。在超高頻下，SiH4與H2可以很容易地離子化而無需高能量。因此，薄膜就會有好品質(zhì)與較少缺陷。然而，鋁或不銹鋼制成的平面電極在VHF使用，將導(dǎo)致電極上散播的電磁波不一致。當(dāng)頻率增加時，電極的阻抗將相對增加，因此電磁波將不一致。因此，整個基板上薄膜的均勻性變差，厚度也不相等。此外，信號極是連接到底平板電極的中央邊緣，且以信號線連接到腔體前(圖5)。這造成使用長信號線連接到VHF源。因為長信號線的使用亦已增加阻抗，傳輸?shù)诫姌O的能量會損耗。有必要設(shè)計VHF相容的新電極以及幫助信號平均地散布整個極板。假如整個基板是平均地涂布薄膜，太陽能電池將是高性能與高成本效益的。研究者已發(fā)展一種新電極在叢集科技中伴隨VHF使用。此新電極可增加微晶硅膜形成的沉積速率。來自此電極的太陽能電池模塊已經(jīng)增加效率到8％。因此，我們使用新電極于低成本與高性能太陽能電池制造機構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面在于提供一種低成本與高性能的太陽能電池制造機構(gòu)，其包含真空腔體，電極與箱載體等。
研究者已發(fā)明新電極解決當(dāng)平電極用于VHF(30MHz-100MHz)時會發(fā)生的問題。新電極不同于舊平板電極是在于它是有很多孔洞(圖6)的平電極?？锥吹闹睆?1相等，且孔洞之間的距離62亦相等。信號極固定在極板63前緣的中央。這將減短連接到VHH產(chǎn)生器64的信號線距離。因此，到達(dá)電極的能量損失將減少并且改善它的工作效率。
孔洞狀的電極阻抗將因為所需的頻率而改變。因此電磁波將徹底地散布在所有電極。因此，在極板上電極與接地之間的電場將會均等。也因此薄膜也有良好均勻性。在同樣尺寸面積的能量比較，顯示出孔洞狀電極比起一般平板電極會得到更多能量。因此，孔洞狀電極比起一般平電極消耗更少能量。
箱載體是設(shè)計來解決損耗太陽能電池面積的問題。因為薄膜是垂直地涂布在基板(圖7)，所以不同于舊箱載體。相較于水平涂布的基板，可發(fā)現(xiàn)其具有較小區(qū)域未被涂布薄膜。這些區(qū)域包含在輪子81上方以及上支撐物82下方的區(qū)域。新箱載體是鋁腔體。在里面，有很多平行的平板電極垂直豎立。平板電極置放于連接到腔體墻壁的平金屬板，并且作用為統(tǒng)的接地?；迦缓筮B接到腔體內(nèi)每一電極與接地。


圖1與射頻(RF13.56MHz)共同作用，并且具有平板電極的太陽能電池制造機構(gòu)；圖2平板電極；圖3以水平涂布薄膜的太陽能電池制造機構(gòu)；圖4水平涂布的薄膜；圖5信號極連接在底平板電極的中央邊緣，并且連接到VHF產(chǎn)生器；圖6固定在電極前緣中央的孔洞狀電極與其信號極；圖7垂直涂布薄膜的基板與太陽能電池制造機構(gòu)；圖8垂直涂布基板的薄膜；以及圖9具有與VHF(30MHz-100MHz)作用的孔洞狀電極的太陽能制造機構(gòu)。
圖式元件符號說明1電極2接地3基板4頻率產(chǎn)生器具體實施方式
低成本與高性能太陽能電池制造機構(gòu)包含以下組件。
1.真空腔體腔體本身是以不銹鋼304制造，焊接成箱形，其尺寸是1700mm×1200mm×1000mm。腔體連接到真空泵以維持壓力在1×10-6Torr。有兩個開口提供箱載體進(jìn)出。外部有4個加熱器在每一邊提供加熱基板。在一側(cè)，有一個開口供連接真空泵。
2.電極一種新式設(shè)計的電極，稱為孔洞狀電極，其相容于VHF產(chǎn)生器，是很多孔洞貫穿的平坦鋁制成。這些洞有同樣的直徑并且他們之間有同樣的距離。在鉆完洞之后，需要以砂紙磨平以移除金屬屑。這會幫助基板緊固地連接到電極。
高性能太陽能電池制造機構(gòu)(圖9)需要與VHF作用。為了幫助連接VHF產(chǎn)生器以及減少信號線長度，信號極也需要固定在電極之前緣中央。因此，使用短信號線將降低轉(zhuǎn)移到電極的能量損失?？锥礌铍姌O91將放置在作為接地的平板92之間。VHF產(chǎn)生器94可同時涂布薄膜到4塊基板。
3.箱載體箱載體設(shè)計為矩形盒子，可以垂直置放許多電極與接地。因此，基板將被垂直地涂布薄膜。箱載體是由鋁制成，其尺寸為1480mm×903mm×813mm。其前端是開放式以供基板進(jìn)出。氣體箱是連接在箱載體之后方，其為具有孔洞的不銹鋼箱子，以一個散布?xì)怏w到箱載體，也用于混合涂布薄膜時所用的氣體。箱載體的頂部與底部的開口可打開與閉合，以讓空氣流進(jìn)流出。只有當(dāng)基板加熱時才將其打開。在箱載體中，有很多平行的孔洞狀電極垂直豎立。這些電極置立于同樣尺寸的平板之間。這些平板連接到箱子的墻壁，并且作為統(tǒng)的接地?；灞环胖靡越佑|箱子內(nèi)每一電極與接地。在電極與接地的底部有很多小輪子支撐且?guī)椭迦牖濉?br> 建議孔洞狀電極應(yīng)以鋁制成。所有孔洞的直徑相等。且為了易于定義阻抗，孔洞間的距離應(yīng)該相等。在鉆洞之后，以砂紙磨平以去除鉆洞產(chǎn)生的金屬屑。電極應(yīng)該直立，所以將覆膜的基板可以緊固地連接。此外，信號極應(yīng)該緊固地接到電極之前緣，所以信號可以有效地傳輸。箱載體中的每一電極與接地應(yīng)該安裝在相等距離，所以薄膜形成的厚度也會相等。小輪子用于支撐與防止基板掉落，其應(yīng)該要足夠強以緊固地支撐基板，并且可以自由地移除，所以基板可以易于插入。在實際安裝之前所有設(shè)備應(yīng)該以酒精清潔，以移除灰塵與油污。
氣體箱應(yīng)連接箱載體之后方?？锥吹闹睆綉?yīng)相等，所以出口氣體會相等。因此，薄膜一致性會良好。在安裝之前，所有設(shè)備都應(yīng)清潔以防止被灰塵或金屬屑堵塞。
權(quán)利要求
1.一種與VHF頻率產(chǎn)生器作用的高效率太陽能電池制造機構(gòu)，用于垂直地涂布非晶硅膜及微晶硅膜于基板上，包含真空腔體、箱載體以及電極，其特征在于基板上非晶硅膜及微晶硅膜的涂布是垂直地進(jìn)行、孔洞狀電極與VHF產(chǎn)生器的合力作用、以及電極前緣中央內(nèi)安裝信號極，以涂布非晶硅膜及微晶硅膜。
2.如權(quán)利要求1所述的制造機構(gòu)，其中電極由平坦鋁制成且有很多孔洞貫穿，孔洞的直徑相等并且孔洞間的距離亦相等，信號極連接于電極前緣的中央。
3.如權(quán)利要求1所述的制造機構(gòu)，其中箱載體由鋁制成，在箱載體中有很多孔洞狀電極垂直豎立，電極放在同樣尺寸的平板之間，這些板連接到箱的墻壁并且作為接地，基板將裝到箱內(nèi)每一電極板及接地板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高性能及成本效益的太陽能電池制造機構(gòu)，其包含以下組件真空腔體、箱載體以及電極。此箱載體不同于舊型的箱載體，在于基板將被垂直地涂布薄膜。與水平薄膜涂布相較，可發(fā)現(xiàn)其沒有被膜涂布的區(qū)域較少。這些區(qū)域包含輪子上方及上支撐物下方的區(qū)域。當(dāng)浪費的區(qū)域減少，太陽能電池將更有效益。此電極是稱為孔洞狀電極的新式設(shè)計，其具有一個信號極連接到腔體之前緣。當(dāng)與VHF一起使用時，太陽能電池會有高性能。
文檔編號H01L31/20GK101062499SQ20061017170
公開日2007年10月31日 申請日期2006年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者波本斯·西卡納吉斯特, 奈拉特·平門, 佳朗·斯瑞薩拉辛昆, 皮拉瓦特·青拉郎斯思, 派提潘·庫魯塔得, 索拉克·胡拉克薩 申請人:國家科技發(fā)展機構(gòu)