一種生產(chǎn)異質(zhì)結(jié)太陽能電池的pecvd設(shè)備及工作方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及太陽能電池領(lǐng)域，尤其涉及一種生產(chǎn)異質(zhì)結(jié)太陽能電池的PECVD設(shè)備及其工作方法。
[0002]技術(shù)背景
異質(zhì)結(jié)太陽能電池是一種高效太陽能電池生產(chǎn)技術(shù)，它將非晶硅與晶體硅太陽能電池結(jié)合起來，進行優(yōu)勢互補。異質(zhì)結(jié)太陽能電池使用a-Si構(gòu)成PN結(jié)，能夠在200°C以下的低溫完成整個工序，和原來的熱擴散型的結(jié)晶太陽電池的形成溫度(?900°C )相比較，大幅度地降低了制造工藝的溫度。由于這種對稱構(gòu)造和低溫工藝的特征，減少了因熱量或者膜形成時產(chǎn)生的硅晶片的變形和熱損傷，對實現(xiàn)晶片的輕薄化和高效化來說極為有利，具有業(yè)界領(lǐng)先的高轉(zhuǎn)換效率，即使在高溫下，轉(zhuǎn)換效率也極少降低，而且利用雙面單元可以進一步提高發(fā)電量。因此，異質(zhì)結(jié)太陽能電池近年來已經(jīng)成為太陽能電池領(lǐng)域的研究熱點。
[0003]PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposit1n)是等離子增強的化學(xué)氣相沉積技術(shù)的簡稱，是目前制備異質(zhì)結(jié)太陽能電池的一種主要的技術(shù)。它是一種在較低的壓力下，利用電磁場產(chǎn)生放電，通過電子碰撞使通入氣體分解成高活性的粒子，從而在基板表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而沉積薄膜的方法。一般來說，PECVD設(shè)備有兩種常見的結(jié)構(gòu):團簇式或者直列式的PECVD設(shè)備結(jié)構(gòu)。通常直列式PECVD設(shè)備結(jié)構(gòu)由于難以解決無污染的自動化傳輸問題和產(chǎn)量不高，以及沉積N型、P型非晶硅薄膜的托盤不便更換等一系列問題很難滿足工業(yè)上的生產(chǎn)要求，只能用于實驗室的研究工作，并且直列式的PECVD設(shè)備通常每次也只能處理較小面積的硅片。因此，目前在大規(guī)模生產(chǎn)中針對能一次處理多硅片的大面積托盤的情況，人們更多的采用團簇式的設(shè)備結(jié)構(gòu)。然而，對于面積超過Im2的大型托盤而言，團簇式設(shè)備對其傳輸系統(tǒng)提出非常高的要求，主要表現(xiàn)在:1)托盤在各腔體之間的運行都需要先到傳輸系統(tǒng)進行中轉(zhuǎn)，增加了傳輸腔中機械手的工作負擔(dān)；2)由于托盤的尺寸和質(zhì)量的影響，為了減少機械手在傳輸過程中的抖動，使機械手的運動速度受到限制，延長了機械手的工作時間，這成為了限制機臺產(chǎn)量的瓶頸，而若要增加托盤的傳送速度，又無疑為開發(fā)人員帶來更多的技術(shù)挑戰(zhàn)；3)機械手在傳輸腔中需要實現(xiàn)360°的旋轉(zhuǎn)，一方面增加了設(shè)計研發(fā)困難，另一方面也要求傳輸腔中具有較大的空間，增加了設(shè)備開發(fā)和制造成本；4)由于傳輸腔內(nèi)機械手復(fù)雜的運動情況，使得其對應(yīng)的控制算法更加復(fù)雜，也使得設(shè)備在安裝調(diào)試過程中面臨更多的問題。
[0004]因此，在生產(chǎn)異質(zhì)結(jié)太陽能電池的PECVD設(shè)備中，如果能夠克服團簇式設(shè)備結(jié)構(gòu)中存在的諸多傳輸問題，必將具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)異質(zhì)結(jié)太陽能電池的PECVD設(shè)備，其進片腔、第一反應(yīng)腔、傳輸腔、第二反應(yīng)腔和出片腔共同構(gòu)成U型結(jié)構(gòu)，解決了工業(yè)生產(chǎn)中針對大尺寸的襯底托盤情況在傳輸腔內(nèi)所產(chǎn)生的一系列傳輸問題，諸如:減少真空機械手的傳輸次數(shù)，可適當(dāng)降低傳輸速度，節(jié)省了傳輸腔的空間體積，減輕了對傳輸腔真空機械手的控制算法、制造、調(diào)試的要求，從而降低了設(shè)備的生產(chǎn)成本和技術(shù)難度。
[0006]為了達到以上目的，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)異質(zhì)結(jié)太陽能電池的PECVD設(shè)備，包括:按順序依次排列的進片腔、第一反應(yīng)腔、傳輸腔、第二反應(yīng)腔和出片腔，所述進片腔和出片腔分別用于襯底托盤的傳入和傳出，所述第一反應(yīng)腔和第二反應(yīng)腔均采用PECVD方法制備所需薄膜，所述傳輸腔用于將所述襯底托盤從所述第一反應(yīng)腔傳入至所述第二反應(yīng)腔，其特征在于:成一直線排布的所述進片腔與第一傳輸腔、所述傳輸腔、成另一直線排布的所述第二反應(yīng)腔與出片腔共同構(gòu)成U型結(jié)構(gòu)，所述傳輸腔內(nèi)的傳輸方向垂直于所述進片腔與第一傳輸腔內(nèi)的傳輸方向，所述傳輸腔內(nèi)的傳輸方向也垂直于所述第二反應(yīng)腔與出片腔內(nèi)的傳輸方向。
[0007]可選地，所述第一反應(yīng)腔和所述第二反應(yīng)腔內(nèi)進行不同的處理工藝，所述第一反應(yīng)腔用于沉積I型非晶硅薄膜，所述第二反應(yīng)腔用于沉積P型或者N型非晶硅薄膜。
[0008]可選地，所述傳輸腔內(nèi)設(shè)置有真空機械手，所述真空機械手上設(shè)置有機械手臂和承載機械手臂的機械本體，所述機械手臂用于將所述襯底托盤從所述第一反應(yīng)腔內(nèi)取出和將所述襯底托盤放入所述第二反應(yīng)腔內(nèi)，所述機械本體用于將所述襯底托盤從所述第一反應(yīng)腔位置傳輸至所述第二反應(yīng)腔位置。
[0009]可選地，所述第一反應(yīng)腔或者所述第二反應(yīng)腔在豎直方向上堆疊1-10個子反應(yīng)腔。
[0010]可選地，所述U型結(jié)構(gòu)的開口端連接自動化輔助設(shè)備，所述自動化輔助設(shè)備包括:大氣機械手搬運模塊、襯底托盤裝盤或卸盤功能模塊、襯底轉(zhuǎn)運槽架裝載或卸載模塊、襯底視覺檢測功能模塊。
可選地，所述自動化輔助設(shè)備密閉于一個溫度和濕度可以控制的微潔凈室中。
[0011]可選地，所述襯底托盤的面積大于lm2。
[0012]可選地，采用兩個所述PECVD設(shè)備并將其串聯(lián)，能夠制備雙面異質(zhì)結(jié)太陽能電池。
[0013]本發(fā)明還提供了一種生產(chǎn)異質(zhì)結(jié)太陽能電池的PECVD設(shè)備的工作方法，其特征在于:該方法工作流程為:
第一步，將襯底托盤依次傳輸至所述進片腔和所述第一反應(yīng)腔中，在所述第一反應(yīng)腔中沉積得到I型非晶硅薄膜；
第二步，所述傳輸腔內(nèi)的真空機械手將所述襯底托盤從所述第一反應(yīng)腔中抓取至所述傳輸腔內(nèi)，并將其傳輸至所述第二反應(yīng)腔位置處，然后所述真空機械手再將所述襯底托盤從所述傳輸腔中抓取至所述第二反應(yīng)腔內(nèi)；
第三步，在所述第二反應(yīng)腔內(nèi)沉積得到P型或者N型非晶硅薄膜；
第四步，將所述襯底托盤依次從所述第二反應(yīng)腔和所述出片腔中傳出，完成異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
I)通過U型結(jié)構(gòu)PECVD設(shè)備的設(shè)計，可以使得真空機械手只要完成將托盤從第一反應(yīng)腔取出和送入第二傳輸腔中的工作即可，不需要像現(xiàn)有簇式結(jié)構(gòu)的PECVD設(shè)備那樣，使得托盤在各個腔體之間的運行都必須先到傳輸腔中進行中轉(zhuǎn)，U型結(jié)構(gòu)的PECVD設(shè)備減少了進片腔到第一反應(yīng)腔、第二反應(yīng)腔到出片腔的傳輸任務(wù)，因此減少了傳輸腔內(nèi)真空機械手的工作負擔(dān)，延長了其使用壽命；同時，也避免了簇式結(jié)構(gòu)中傳輸腔必須采用很大空間才能放置進行360°旋轉(zhuǎn)的真空機械手的情況，節(jié)省了占地面積，從而降低了成本。
[0015]2)在簇式結(jié)構(gòu)中，受托盤的尺寸和質(zhì)量的影響，以及機械手繁重的工作任務(wù)的限制，使得真空機械手在快速傳輸過程中容易發(fā)生抖動，從而降低太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，為了解決這個問題，人們不得不減真空慢機械手的傳輸速度，使之輸運更加平穩(wěn)，而這又與真空機械手的傳輸工作任務(wù)耗時相矛盾，成為限制機臺產(chǎn)量的瓶頸；而在本發(fā)明所揭示的U型結(jié)構(gòu)中，由于真空機械手具有較少的傳輸任務(wù)，使得傳輸腔內(nèi)的真空機械手可以從容應(yīng)對，克服了傳輸腔內(nèi)傳輸?shù)臅r間瓶頸并且減少了真空機械手的抖動，從而提高了太陽嫩光電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0016]3)在簇式結(jié)構(gòu)中，由于傳輸腔內(nèi)機械手的復(fù)雜運動，對機械開發(fā)帶來了很多技術(shù)困難，例如需要在傳輸腔內(nèi)對承載大質(zhì)量大面積托盤的機械手進行360°的翻轉(zhuǎn)，對機械手的高精度的控制算法，對龐大傳輸腔內(nèi)復(fù)雜機械手的制造和調(diào)試等等，這些都為設(shè)備的開發(fā)、制造、安裝、維護等工作帶來巨大的挑戰(zhàn)；而U型結(jié)構(gòu)的PECVD設(shè)備，能夠以簡潔方便的設(shè)計解決上述問題，降低技術(shù)難度和節(jié)省設(shè)備的開發(fā)、制造、安裝、維護的費用。
[0017]4)在U型結(jié)構(gòu)的PECVD設(shè)備設(shè)計中，分別采用了第一反應(yīng)腔和第二反應(yīng)腔來進行不同工藝的薄膜沉積，以及采用了進片腔和出片腔兩個腔體來進行襯底托盤的傳入和傳出，并且在整個異質(zhì)結(jié)太陽能電池的生產(chǎn)過程中能夠不破真空環(huán)境，從而在最大