[發明專利]太陽能電池硅薄膜制備方法及實現該方法的裝置

有效

• 申請號: 201110216366.9
• 申請日: 2011-07-29
• 公開（公告）號: CN102270704A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 王希軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 王淑秋

技術領域

本發明涉及一種太陽能電池硅薄膜制備方法及實現該方法的裝置。

背景技術

太陽能電池是利用光電材料吸收光能后發生光電子轉換反應，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，不產生任何的環境污染。在太陽能的有效利用當中，大陽能光電利用是近些年來發展最快，最具活力的研究領域，而太陽能電池是其中最受矚目的研究項目之

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換效率最高，一般可達到15％左右，最高的僅24％。但是受單晶硅材料價格及繁瑣的電池工藝影響，只是單晶硅成本價格居高不下。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，節約電耗，總的生產成本較低。但是多晶硅太陽能電池光電轉換效率比較低，其光電轉換效率約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，小面積轉換效率達到14.6％，大面積大量生產轉換效率為8-10％。

傳統的多晶硅電池薄膜制備方法有：化學氣相沉積法(包括低壓化學氣相沉積(LPCVD)和等離子增強化學氣相沉積(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；然后再通過再結晶技術(固相結晶法和中區熔再結晶法)在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜?？梢?，傳統的制備方法工藝環節多而復雜，生產效率低，由于制備過程中使用了有毒的化學藥品，污染大。

發明內容：

本發明要解決的一個技術問題是提供一種工藝環節少、耗電少、污染小、操作人員勞動強度低、并且生產效率高的太陽能電池硅薄膜制備方法。

為了解決上述技術問題，本發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過高能線激光光束照射區域時熔融，移出光束區后通過再結晶過程，在基板表面形成硅薄膜。

本發明采用高能線激光光束照射硅粉，使硅粉瞬間熔融，當硅粉移出光束區后在自然條件下再結晶得到硅薄膜。與傳統的制造方法相比，工藝環節簡單，污染小，減小了能耗，降低了勞動強度。

高能線激光光束的長度根據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驗確定。

所述高能線激光光束由功率為1000～2000瓦，波長為1064nm的激光器經光束整形、準直和聚焦得到。

所述硅粉的粒度為3μm～10μm。

本發明中，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％，光電轉換效率可達12～18％。

本發明要解決的另一個技術問題是提供一種太陽能電池硅薄膜制備裝置。

為了解決上述技術問題，本發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出的線激光光束照射基板，使覆于基板表面的硅粉在經過高能線激光光束照射區域時熔融，移出光束區后通過再結晶過程，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行粗調，通過壓力閥進行微調。