专利名称：可移式等离子箱单室大批量镀膜的方法
技术领域：
本发明涉及到大型光伏器件的工业生产方法。特别涉及到一种极大地提高了生产力并降 低了成本的大面积薄膜硅光伏模板的制造方法。
背景技术：
近年来,薄膜光伏器件和大面积模板的开发已受到世界范围的广泛关注。尤其是氢化非晶 硅(a-Si)和纳米晶硅(nc-Si),在如光伏建筑一体化的应'用中显示了可发挥举足轻重作用的巨 大潜力。在低于260 。C的相当低温下形成的薄膜硅光电转换器件(俗称太阳能光伏电池和模 板)的一个重要特征是使用良好成熟的工业镀膜设备和程序，通过在大面积廉价基板上沉积 硅半导体和电接触膜层，来同时达到降低生产成本和提高器件性能的目的。施加在同一玻璃 基板上的不同薄膜的激光划线成型工艺，允许多个太阳能电池元件在薄膜沉积过程中直接形 成集成式的大面积光伏模板，减少了加工步骤也改善了产品的可靠性。薄膜硅光伏模板的生 产中普遍采用的可靠和行之有效的先进设备包括等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和磁控 溅射设备，这两者都可以规模化处理可与一平方米大小或更大尺寸建筑玻璃相比的大面积基 板。然而一个巨大的挑战是这种髙精密度真空镀膜的硬件成本和复杂运作成本居高不下，这 也使得整体生产成本中的人力和维修费用十分可观。为求简便，以下提到的薄膜硅代表氢化非 晶硅、纳米晶硅、及其薄膜硅的合金例如非晶硅锗。太阳能电池是多层器件，各不同层在整个结构中具有不同特点、发挥专门的作用。因此， 一个典型的薄膜太阳能电池具有通过掺杂而形成p型特征(正极或空穴)和n型特征(负极 和电子)的外层和一个本征或非掺杂的中间层，通常叫做i层。由p型、i型和n型薄膜组成 的薄膜太阳能电池和相关大面积光伏模板被称为.,p-i-n型光伏电池，它们通常用PECVD过程 在低温下制成。掺杂层p层和n层在吸收层或i层之中产生一个内置电场。基于硅的i层负责 吸收入射光并直接将它转换成电能。一个完整的太阳饞电池是将p-i-n型硅半导体层夹在薄膜导电电极和支撑材料之间而形 成。图1显示了一个由具有优良结构和化学稳定性的透明盖板1、透明导电氧化物(TCO)电 极2、 p层6、 i层8、 n层9、另一个TCO薄膜'22、 一个金属膜45、密封黏合剂46和背保护和/或支撑板21组成的单结太阳能电池。操作中，太阳光如箭头所示从前盖板或基板1的 外面射入太阳能电池。p层6选用的材料通常是一种硼掺杂的宽光能带隙的非晶硅合金，例 如非晶硅碳或纳米晶硅。太阳能电池吸收层i层8 (也被称为光伏转换层)由基于硅的本征薄 膜(特别包括非晶硅、纳米晶硅和非晶硅锗)组成。磷掺杂的n层19通常是由非晶硅和/或 纳米晶硅制成。前透明电极2 —般由氟掺杂的氧化锡(Sn02:F)或者铝掺杂的氧化锌(ZnO:Al) 组成。TC0 22通常由ZnO:Al组成，它和金属膜45—起作为器件的光反射体和背电接触(反 射电极)。TCO层2和22通过镀膜技术例如常压化学气相沉积法(APCVD)或磁控溅射形成。 因为本征i层8相当薄(非晶硅小于450纳米，纳米晶硅小于2500纳米)，前电极2如图1 所示，被特意制作成具有一个绒面(纹理表面)，用来散射入射光，从而帮助i层8吸收不易被 捕获的长波光子(红光和红外光)。使用薄膜硅光伏器件的一个重要考虑是它在持续太阳光照射下的稳定性。因为与非晶硅 有关的材料的光伏转换能力随着光曝时间而衰退(著名的Staebler-Wronski效应，即S-W效应)， 必须限制p-i-n型光伏电池中本征i层的厚度，以确保器件的长期性能。当纳米晶硅用作为p-i-n 型光伏电池的本征i层(吸收层)时，这种担心基本上被消除了。然而，相对于非晶硅合金i 层，纳米晶硅i层必须被做地相当厚(比如2000纳米)，以便吸收足够的光来产生高输出功率。 同时，形成纳米晶硅i层的等离子体镀膜条件也要苛刻得多，需要使用更昂贵的真空镀膜设 备，更长的镀膜时间，因而具有较低的生产量和颇高的成本。人们希望光伏电池能够有效地将光能转化为电能，并做了大量的研究来提高其光电能量 转换效率，并使其在有效使用期间表现良好性能。 一个众所周知的成功改善这种能量转换效 率的技术方法是形成一个叠式太阳能电池，也叫做多结太阳能电池，它能有效增加不同能量 和波长的被吸收光子的总量，并有效减少具有非晶硅及其合金本征i层的光伏器件的光致衰 退。多结光伏器件由两个或多个p-i-n型光伏单元紧密叠加而成。每个p-i-n排列通常被称为 多结光伏器件的一个"结"。多结光伏器《牛中的两个或多个p-i-n型光伏单元不论从电力上还 是光学上都紧密相连。也就是，每个由p、 i和n层组成的光伏单元在另一个与之具有直接电 连接关系的光伏单元旁边形成。入射光相继通过每个光伏单元。这种多结光伏器件，在技术 背景中也被称为叠式太阳能电池，在Hanak发表的美国专利号为4,272,641的专利和 Ovshinsky和Adler发表的美国专利号为4, 891, 074的专利中公开，在此仅作为参考。这些专 利特别讲述了疊式非晶硅(a-Si)太,能电^的构造，其特征在于每个光伏单元(或每结)都 具有上述的p-i-n结构。图2显示了一个由两个p-i-ii结组成的基于薄膜硅的双结太阳能电池的层状结构， 一个结 叠加在另一个之上。与如图l所示的单结太阳能电池的例子相似，两个p-i-n结被夹在前电极2、背电极22和45之间，被盖板l、 21和密封层46支撑并保护。由pl (6)、 il (8)、和nl (19)组成的首结(第一光伏单元)可以吸收短波长太阳光辐射(蓝光和绿光)，同时由p2 (26)、 i2 (28)、和n2 (29)组成的底结(第二光伏单元)被用来吸收长波光(大部分红光和红外线 光)。与图1的单结太阳能电池相比较，叠式太阳能电池结构有利于增强转换效率并提高薄膜 硅光伏器件长期使用的稳定性。从图2可以明显看出，当镀膜顺序是p、 i、 n、 p、 i、 n时， 非掺杂的硅薄膜i2 (28)在上述的掺杂层包括nl(9)之后形成。为提高制造效率和降低成本， 所有的薄膜硅层应该在单组设备中、而不是在分开的装置中形成。特别值得注意的是相比 于il层(8)， i2层(28)通常为一个需要更长镀膜时间的较厚硅薄膜。虽然多结光伏器件可 以使功率输出最大化并提高光伏器件的稳定性，但由于上述传统生产设备的固有局限性，这种器件的生产成本更高。例如，对于双结光伏器件来说，硅层的p-i-n顺序必须形成两次，并 不像单结太阳能电池那样只有一次。因此，高性能叠式薄膜硅光伏转换器件的生产，必须采 用高产出的、在相同机器中能够重复并相继沉积掺杂的和本征的硅层的PECVD设备。在图一所示的单结太阳能电池和图二所示的叠式太阳能电池都使用的PECVD制备过程 中，为了添加到镀膜里，掺杂气体与含硅源气体混合，通常被氢气稀释，为等离子体提供适 量掺杂剂。传统PECVD系统的一个至关重要的缺点就是当在同一个真空室中沉积一个掺杂的 薄膜之后连续镀膜时，硅i层很容易被交叉污染。交叉污染主要是由掺杂的硅镀膜，例如硼 掺杂的(P型)硅材料或磷掺杂的(n型)硅材料在电极上和反应盒(反应箱)内壁上积聚引起 的。非掺杂硅i层的磷交叉污染对光电器件的转换功效影响最为显著。例如，在沉积硼掺杂 的p层之后，在真空室中特别是在等离子体反应盒子中残留的硼逐渐不断的逸散到等离子体 区域中。因此，非掺杂的i层因为在相同等离子体反应器中继p层之后沉积而受到硼污染。 同样地，等离子体反应器在n层镀膜后被污染，之后生成的p层尤其是i层的性能受到悬浮 在真空系统中残留磷类的影响。实际上，且不论生产量如何，传统单室PECVD设备始终无法 生产高性能薄膜硅光电转换器件。尽管通过大面积真空抽泵、气体冲释或反掺杂，污染能够 被减少，但是这些程序耗资、费时也并不完全可靠。此外，反掺杂会对形成光伏电池的各层 品质造成破坏性影响。交叉污染问题的传统解决办法是在含有多个独立等离子体反应器的单 独真空室中分别沉积非掺杂的i层和掺杂的p层和/或n层。传统的硅薄膜太阳能电池的制造设备采用了具有多个线形互相耦合的镀膜室的内嵌 (inline).系统或具有多个环绕着中转室(也叫做转移室)的反应室的多室簇形加工(cluster tool)系统。内嵌系统中，形成硅薄膜的基板必须从始至终不断从一个反应室中移动到另一个 反应室中，这意味着如果其中一个反应室出现问题或需要维修，那么整个系统不得不停止运 作。这种所有反应室互相之间的链式依赖，严重影响了内嵌系统的稳健性、制约了生产力。关于簇形加工型PECVD设备，基板通过中转室被运入或运出所有的镀膜室。每个镀膜室和中转 室之间有一个活动门(门阀)使得单个镀膜室是密封状态。因为假如一个镀膜室出现故障或 需要维修，其它镀膜室不会受到影响可以继续工作，所以这种类型的设备容错性更高。然而， 由几个镀膜室组成的簇形加工型设备极其复杂并且昂g，特别是适用于大型基板镀膜的系统， 由于快捷可靠的运行对其机械精确度要求极高。另外，由于空间有限，只有少量镀膜室能与中 转室连接，这意味着无法通过增添镀膜室来增加生产量。实际上，内嵌型和簇形多室PECVD 系统最初都被在单个晶体硅片上制造微电子电路(半导体芯片)的半导体行业所使用。这种 单个晶体硅片远远小于本发明所考虑的被应用于大型光伏器件的大面积基板。因此，上述 PECVD系统不适用于薄膜硅光电转换器件的低成本和高产量生产。长期运行镀膜室，会导致不需要的硅膜积聚于等离子体反应器中，并产生粉尘。这些粉 尘颗粒会增加交叉污染，特别是导致对光复器件有极大影响的镀膜中小孔的形成。为了消除 不需要的镀膜积聚，等离子体反应器包括真空室的定期清洗是必要的。 一些反应室的角落清 理起来相当困难并且经常使生产中断。在传统的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中，激发等离子体的电能是以电容耦 合的方式导入一对平行电极之间的狭窄区域而产生辉光放电。每个激发电极(power electrode, 供能电极，亦称阴极或负极)都提供一个、而且通常只有一个相应的镀膜表面。用于镀膜的基 板被放置在一个电极上，通常是被放在接地龟极(正极)上。生成等离子体的常用手段是采 用交流电，为激发电极供能。可用射频(RF)、极高频(VHF)和低频激发，目前流行的办法是 射频激发。为了让大面积镀膜具有良好的均匀厚度，负电极(激发电极)板通常凿有适当密 度的孔穴，与喷淋板(showerhead) —起均匀分布含硅的气体混合物，如硅烷(SiH4)。此外， 因为接地电极和激发电极的表面积差别颇大，所以这种系统具有不对称性，这种不对称性使 它不可能同时在接地电极和激发电极上沉^相同的薄膜。由于一次只有一个和电极差不多大 小的基板可以被放置在传统的PECVD反应器中镀膜，这严重限制了这种PECVD系统的生产 力。这种系统另一个常见的缺点是镀膜厚度通常不均匀，并且基板外围的厚度往往大不相 同。这种厚度差异非常不可取，并且差异随电极表面积或基板尺寸的增加而更加明显。因此，这些传统的PECVD系统不适用于低成本、高产量的制造基于薄膜硅的大面积光 伏器件。为了试图克服一些上述困难，Zoltan J.Kiss (在美国专利号为4, 576， 830的专利中)提出 了可以让四块基板同时在含有一个激发电极和两个接地电极的被放置在较大真空室中镀膜的 "箱载体"概念。激发电极被放置在箱载体两个侧壁之间的中部。最多有四块基板可被同时 在箱载体中镀膜，中间激发电极的两面各放置一块，两个接地电极上各放置一块基板。从载体中发生反应以后，整个真空室不需要被定期清理。从而镀膜被限制在箱载体的内部表面和 基板上。这消除了反应室中的交叉污染，减少粉末的形成，以及薄膜不均匀性。箱载体和整 个反应室一起使用使得可用于镀膜的面积增大了。同时这种方法提供了非常高的内部电极表 面利用率，提高了每个PECVD系统的生产力。包含了单个射频激发电极的最初箱载体概念由相邻放置了多个这种箱载体而被延伸，每 个箱载体都具有自己的镀膜空间和喷淋板(Dae-Won Kim，美国专利号为6, 079， 358)。这种设 计相当复杂，它需要基板固定设备来在每一轮镀膜过程中单独移进或移出反应室。其它公开的背景技术的包括用于同时在多个硅片两面上用多个极高频激发电极镀膜的 PECVD设备(美国专利号为7, 047, 903)，用多段电极连接到一个普通的电源上在多个硅片上 镀膜(A. Sherman, Thin Solid Films Vol. 113, p. 135, 1984)，和同时在一批垂直放置在平行电 极板之间小基板上镀膜(美国专利号为4， 987， 004)。这些PECVD反应器可以处理数量有限的 相当小的基板(大多是硅片，用于微电子电路例如电脑芯片的制造)，但不适用于PECVD处 理大面积基板。此外，没有具体的程序描述用这些设备来制造基于薄膜的光伏器件。发明内容基于上述考虑，申请人拟订了本发明的首要目的提供一个用来制造极大提高了生产力 和降低了成本的、性能优越的、可靠薄膜硅光伏器件的PECVD设备和方法。本发明的另一个目的是，提供一个用可移式等离子箱的单室PECVD设备，帝隨p-i-n型 薄膜硅光伏器件的方法。本发明的进一步目的是，提供通过采用为可移式等离子箱和其中的多个基板单独加热和 冷却的设备，.并极大地降低了设备复杂性、提高了设备利用率的制造p-i-n型薄膜硅光伏器件 的设备和方法。为了达到上述目的，本发明的一个方面是极大地增大了 PECVD反应室中每单位时间和单 位体积中可用于基板镀膜的表面积。本发明的又一个方面是一种可同时在大量被放置在与加热和降温设备相分离的、单一 PECVD室中的可移式等离子箱中的基板上镀膜的，大批量模式生产薄膜硅光伏器件的设备和 方法。一种根据本发明的同时大批量制造薄膜硅光伏器件的方法是利用承载多个电极和大量基 板的可移式等离子箱来进行生产。基板和可移式等离子箱贯穿于所有硅镀膜步骤一起移动， 相关步骤包括将基板装进运输车上的可移式等离子箱中，把等离子箱推进预热室中，加热 等离子箱中的基板，然后将等离子箱从预热室中取出再放入PECVD系统的真空室中，抽气而获得真空，沉积各种组成光伏器件的硅i，然后把等离子箱移入降温室中冷却，最后从可 移式等离子箱中取出基板。由于电极边缘积聚硅薄膜，'等离子箱可能需要被清理。然后，可 移式等离子箱可重复上述步骤，再次用于下一批基板镀膜。可以同时采用多个等离子箱，以 致在任何时候真空室中都有一个等离子箱，这样就大大提高了昂贵的PECVD系统的利用率。 由于等离子箱独一无二的特征提供了最简单、经济的制造薄膜硅光伏模板的办法，用于 薄膜器件工业处理的基于这种等离子箱的PECVD系统的应用，极大地提高了生产力、优化了光伏器件fe性能。本发明的核心是一个可移式等离子箱，它允许在单一真空室中的单个等离子体反应器中， 在大量基板上同时连续沉积光电转换器件中的所有非掺杂的和掺杂的硅薄膜。如图3所示， 等离子箱20由多个激发电极88、多个接地电极77和两个也是接地电极的侧壁板77A组成。 所有平坦的电极77， 77A，和88被互相平行地保持预定距离地垂直组装起来。激发电极88 和接地电极77被交替放置，每一个都夹在两个相反极性的电极之间。所述电极77和88的两 个平坦表面都可以放置被用于镀膜的基板3。侧壁77A只能在它内部表面(等离子箱20的内 壁)放置一个基板。辉光放电等离子体在镀膜过程中两个相邻电极之间的区域31中形成。等 离子箱20中的激发电极88的数量根据系统设计要求可以是任何整数，例如2， 4， 5， 6， 8， 12等等。为了说明，图3显示了四个激发电极88。实际上，最好是使用更多的激发电极，因 为一次可在更大量的基板上镀膜，提高PECVD设备的生产力。激发电极88与等离子箱20的 其余部分被绝缘体61和62隔离。被屏蔽的电缆86被用于将激发电极88连接到真空室10外 部的电源89上。等离子箱20顶部的喷淋板(布气板、showerhead) 50为放置在电极上的基 板3之间的多个区域31,均匀分散地引入气体原材料。两个前后门被垂直放置在电极排列的 两端(图中没有显示)，将引入气体的流动限制于等离子体区域31中。真空室10上的进气口 53A通过一个金属软管连接到等离子箱顶部的喷淋器50的进气口 53上。源气体混合物，例 如硅烷(SiH4)和氢气(H2)通过53A和53被引入等离子箱20中，从喷淋板50底部的诸多孔隙 55中流下来,.沿着间隙区31流动，从低部结构90的中空部分91流出到等离子箱20和真空 室10内壁之间的空间中，并由出气口 16被排出真空室。电加热器被附加在真空室10的壁面 上，用来提高或保持整个真空室10和等离子箱20的温度。可让等离子箱移动的滚轮96被安 放在等离子箱低部结构90之上。在相反电极之间的等离子体区域31负责生成含有硅的镀膜反应物质。因为等离子体可以 在相邻电,间的每一个区域31中形成，每个等离子体接触的电极表面都能够用于在基板上镀 膜。根据本发明，在等离子箱20中，电极的接触等离子体的所有大面积平坦表面均可被基板3所覆盖。因为所有基板在每一轮镀膜过程后被大批未镀膜的新基板所替换，所以等离子箱20的内部电极表面在各种硅薄膜重复镀膜后保持相当干净。因此，等离子箱20可以避免在 电极表面大量产生镀膜。与其它PECVD系统相比，反应器中重复镀膜之后的硅薄膜积聚率低 是等离子箱20的一个至关重要的内在优势。等离子箱20可被用于多轮薄膜硅光电转换器件 的生产而不需要被高度清理，这大大縮短了 PECVD系统操作中的停产时间。所有硅层镀膜之间或之后，不需要采用去污染程序，因为等离子箱绝大部分内部表面都 被接触等离子体的基板所覆盖，所以残留掺杂剂的影响在等离子箱20中可以被最小化。在一 个新的等离子体周期的开始，在这些基板上先形成的薄膜立即被基板上新生成的薄膜所覆盖。 新生成的薄膜阻止了先形成或吸附的杂质和掺杂种类逸出。例如，在制备硅薄膜p-i-n型光伏 电池过程中，在等离子箱20中形成的p型硅(p层)立即被一个其后形成的i型硅膜所覆盖， 所以等离子箱中硼残留的影响被大大遏制了。等离子箱中交叉污染情况轻微的另一个重要原 因是等离子箱20的侧壁77A、'喷淋板50和(这里没有显示的)前后门相当紧密的排在一起。 所以当高流量的源气体混合物被引入等离子箱时，等离子箱里面的气压略高于真空室中其它 部位的气压。因此，来自真空室内部的杂质气体大部分被排斥于等离子箱之外。等离子箱的设计为等离子体反应器提供了最高的镀膜表面利用率。换句话说，相比于其 它同等大小的不同设计的等离子体反应器，等离子箱能够容纳最多的基板。例如， 一个含有 十二个激发电极的等离子箱可以同时承载并处理四十八块基板。原则上讲，用等离子箱方法 可平行处理基板的数量是无限制的。因为含有多个电极和基板的等离子箱20容量大、具有巨大的热容量，需要长时间加热后 才能使基板达到所需的温度，特别是在真空条件下。例如，依靠真空室内壁给等离子箱加热， 从室温到220 。 C需要八到十六个小时，才可使等离子箱内部达到较均匀的"高温"。在真空 室中镀膜之后冷却等离子箱的速度也很慢。为了避免使用昂贵的PECVD设备来加热或冷却， 并且提高PECVD的镀膜使用率，本发明提供了一个单独预热装置和降温箱，让可移式等离 子箱20在PECVD真空室10外进行加热和冷却，从而在连续制造薄膜硅光伏模板的过程中 大大提高了 PECVD系统的生产力(参考图6)。图4显示了一个被用于给可移式等离^l加热的预热装置9。当多个干净、未镀膜的基 板被贴着电极放置在其中时，它们的温度接近于室温。 一个具有良好保温性的封闭室内，顶 部57安放有加热器、空气过滤器、和鼓风机。无尘热空气.流从出口 58被吹出，穿过等离子 箱上半开的终端门76进入等离子箱20，流过置于其内的基板表面，从等离子箱的另一边的 另外一个半开的终端门76出来。空气通过进口59回到加热部分57。通过半开的等离子箱的 加热气流，使得等离子箱和其中基板的温度均匀且相当快速地升高并保持稳定。一个降温室被用来在如图3所示的PECVD系统中镀膜之后冷却等离子箱和其中所包含的基板。热空气再次被吹入半开的等离子箱，但是空气温度渐渐因热空气混合了周围冷空气而 被降低。空气过滤器在这里也被使用。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。 图1显示了一个基于薄膜硅的p-i-n型单结太阳能电池的层状结构。 图2显示了一个由两个p-i-n结一起组成的基于薄膜硅的双结太阳能电池的层状结构。 图3显示了一个由真空室和放置在真空室中的等离子箱组成的PECVD系统。 图4显示了一个有一个等离子箱在其中的气流导热型预热室的侧面图。 图5是一个流程图，显示了一个典型的用单独的预热室、PECVD系统和降温室制造薄膜 硅光伏器件的程序。图6是一个方框图，显示了在制造薄膜硅光伏器件的过程中等离子箱的典型运动过程。
具体实施方式
本发明涉及到应用一个具有多个电极的可移式等离子箱高产量、低成本地制造薄膜硅 p-i-n型光伏器件的方法。可移式等离子箱贯穿所有有关薄膜硅光伏层镀膜的步骤过程，与始 终与基板一起移动。以下的生产实例就是本发明的一个最佳说明。图5是一个流程图，它显示了一个典型的采用如图3所示的PECVD系统制作大批量双 结p-i-n型薄膜硅光伏器件的程序。第一步Sl，新的镀有氧化锡的玻璃基板3被装载到放置在运输车上的可移式等离子箱20中。第二步S2,等离子箱20被转移装入如图4所示的预热室9中加热到范围为160-260 ° C 之间的预置温度。第三步S3,承,板的加热后的可移式等离子箱20被传送到PECVD系统的真空室10 中。 一旦等离子箱20被移进单一真空室10中并被牢靠地固定，真空室的门被关闭并且被一 组干泵进行抽气，来创造一个符合条件的真空环境。真空室10的室壁一直保持高温。等离子 箱20的各个区域包括基板3的温度在一段时间以后将达到稳定状态值。第四步S4，气体混合物被引入等离子箱20并且激发电极88被激发以导致各种p层，i 层和n层在如图3所示的等离子精20中的基板3上依续形成。所有这些硅光伏层在一个完全固定的模式下、不移动基板或等离子箱、不需要真空室等离子体清理的情况下形成。为了 防止残留掺杂剂的交叉污染，在沉积如图2所示的双结光伏器件的il层8和i2层28之前， 要对等离子箱进行几轮气体冲释。第五步S5，在完成了所有的硅层镀膜之后，等离子箱被移出真空室并运送到一个降温箱 中，让等离子箱渐渐地相对均匀地冷却下来。同时，最好有另一个含有未镀膜基板的预热等 离子箱准备着被迅速推进真空室，以便于在下一批基板上镀膜。因此，PECVD系统很少被闲 置。第六步S6，镀完膜的基板被拉出等离子箱以便进行下一步光伏板的处理。如有必要，等 离子箱自身可被检査并迅速清理碎片和粉尘。然后等离子箱被再次投入下一批基板的镀膜过 程。因为镀膜等离子体(含硅垸的辉光放电)完全被限制于可移式等离子箱内部，PECVD系 统的单个真空室不需要被清理。图6形象地显示了涉及到三台单独设备的上述制造程序，每台装置被轮流用于完成专门 的任务。通过在硅膜沉积前运用预热室9加热，之后运用降温箱ll冷却，昂贵的PECVD真 空室10的体积可被縮小，其生产力被提高。本发明的等离子箱PECVD系统具有单一、完全 独立的真空室，是一种成本最低的大型生产设备。通过重复SI-S6的步骤，这种高生产力和低维修率的制造方法可以持续、可靠、简单地 生产低成本的高性能薄膜硅光伏器件。
权利要求
1. 一个可移式等离子箱，用于同时在大量基板上用PECVD过程沉积薄膜材料，其特征在于它主要由以下部分组成a)多个等距离平行垂直放置的矩形平坦电极，分别为交替放置的多个接地电极和多个激发电极；b)在每个电极上承载至少一块基板的手段；c)使激发电极与所述可移式等离子箱的其它部分保持电绝缘的手段；d)激发所述多个激发电极的手段，由被屏蔽的电缆和牢固连接在激发电极上的连接器组成；e)将多个接地电极牢靠接地的手段，从而允许在相邻所述接地电极和所述激发电极之间形成等离子体辉光放电；f)当所述激发电极被激发时，向所述可移式等离子箱引入气体混合物并导致在其中形成镀膜的手段；g)一个用于分布所述气体混合物的具有孔穴状底板的喷淋器；h)让所述可移式等离子箱可被打开，在其中放置所述基板或从中取出所述基板的前后门；i)从所述可移式等离子箱排出废气的手段；j)移动手段，使所述可移式等离子箱可从各种设备室中被移进或移出，并可被放置于运输工具之上在生产线各段之间运输。
2、 根据权利要求l所述的可移式等离子箱，其特征在于它还包括了在引入所述气体混 合物和激发所述激发电极之前的齐,它内部同时预热所有被所述电极承载的基板的手段；
3、 根据权利要求2所述的可移式等离子箱，，其特征在于所述预热手段是一个产生热空 气流的加热箱，热空气流直接穿过所述可移式等离子箱并流经所述基板的表面。
4、 根据权利要求l所述的可移式等离子箱，其特征在于它还包括内部同时冷却所有承 载在所述电极上的基板的手段。
5、 根据权利要求l所述的可移式等离子箱，其特征在于所述前后门可以半开，可允许 热气流穿过相邻基板表面之间区域将基板预热到^个预置的温度范围。
6、 一个镀膜方法，它使用根据权利要求l所述的可移式等离子箱来大批量地制造薄膜硅 光伏器件，其特征在于它由以下步骤组成-a)将多个基板放入所述可移式等离子箱中；b) 通过用定向热气流穿过所述可移式等离子箱吹向所述多个基板的方法，在预热室 中将所述多个基板加热；c) 将所述可移式等离子箱放入一个PECVD装置中，所述PECVD装置由以下部分组 成i. 一个真空室，具有良好的密封性，ii. 加热所述真空室和所述可移式等离子箱到预置温度范围和保持所述温度范 围的手段，iii. 一个用于使所述真空室达到所霄真空状态的真空抽气系统，iv. 高频电源和相应的阻抗匹配器，通过被屏蔽的电缆穿过所述真空室被连接到 所述可移式等离子箱的多个激发电极上，v. 引入气体混合物，包括至少一种含硅气体的手段，vi. 将废气排出所述真空室中的手段，vii. 处理从所述真空室排出的废气的装置；d) 在所述PECVD装置中，同时在所述可移式等离子箱中的多个基板上形成薄膜硅 光伏层；e) 将所述可移式等离子箱从真空室中移送到所述降温室中，让所述多个基板通过定 向冷空气流而冷却；f) 从所述可移式等离子箱中取出所述多个基板；g) 清理所述可移式等离子箱中形成的硅薄膜和粉末。
7、 根据权利要求6所述的镀膜方法，其特征在于它被用来形成由两个p-i-n型光伏单元 叠加而成的薄膜硅双结光伏器件，每个p-i-n型光伏单元由以下部分组成a) —个p层，从包含了至少一种含硅气体、 一种含硼或/和铝的p型掺杂气体和其它 指定的活性稀释气体的气体混合物中沉积形成；b) —个n层，从包含了至少一种含硅气体、 一种含磷或/和砷的n型掺杂气体和其它 指定的活性稀释气体的气体混合物中沉积形成；c) 一个i层，被放置于所述p层和所述n层之间，从包含了至少一种含硅气体、氢气 和其它指定的稀释气体的气体混合物中形成。
8、 根据权利要求7所述的镀膜方法，其特征在于所述两个p-i-n型光伏单元的第二个 光伏单元的i层由在温度不超过23(TC条件下形成的厚度不超过2500纳米的纳米晶硅组成。
9、 根据权利要求l所述的可移式等离子箱，其特征在于所述多个激发电极比所述多个接地电极要窄，所述激发电极与所述电缆的接触点在两侧被相邻接地电极屏遮。
10、 根据权利要求l所述的可移式等离子箱，其特征在于所述多个激发电极的数量 不少于12个。
11、 根据权利要求l所述的可移式等离子箱，其特征在于所述多个电极的面积都不 小于l. l平方米。
全文摘要
本发明公开了一个制造大面积薄膜硅光伏器件的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备和方法。采用能承载多个电极和大量基板的可移式等离子箱并使用单一真空室，制造基于薄膜硅p-i-n型光伏器件的方法包括以下步骤将基板放入等离子箱，然后让等离子箱在一个预热炉中加热，再将等离子箱放入PECVD系统中的单一真空室里，在固定的等离子箱中将硅薄膜沉积在基板上，然后把等离子箱从PECVD真空室移入一个降温室中，最后从等离子箱中取出基板。等离子箱可在下一批基板处理之前被清理。这是一个简单、高产出的生产低成本高效率光伏器件的方法。
文档编号H01L31/0264GK101245450SQ200710005090
公开日2008年8月20日 申请日期2007年2月14日 优先权日2007年2月14日
发明者李沅民, 昕 马 申请人:北京行者多媒体科技有限公司