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薄膜太阳能电池的等离子体处理

太阳能技术的三个主要环节为如何将太阳光转化为电能或热能,如何在便携设备中存储能源,以及如何节约能源。在上述三个环节应用的多种设备中,都需要用到等离子体处理这一重要工艺。在非晶硅设备的制造过程中,所用等离子体的工艺过程含沉积、蚀刻和钝化等。在窗户玻璃镀膜和薄膜电池制造中,也采用等离子体辅助制造工艺。

等离子体非晶硅薄膜沉积技术始创于1965年。薄膜的两个重要特性包括氢化以及特定杂质原子的惨杂。当采用硅烷等离子体进行薄膜沉积时,会把氢自热导入生长中的薄膜内,若在加工气体流中引入磷化氢和硼烷,沉积过程中也会可把磷和硼惨杂到半导体薄膜中。上述两项技术为等离子体技术在薄膜太阳能电池中的应用铺平了道路。

非平衡低温等离子体中的电子温度远高于中性等离子体内的电子温度,使化学催化反应得以增强,从而形成了一种制备薄膜和涂层的等离子体-化学方法。在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺中,电子从电场获取能量并把能量传递给重粒子。能量分配应使重分子的离解、激发和电离按照所需速率进行,而非晶硅和硅氮化物等钝化涂层材料都能满足这一要求,因此人们开始对这两种材料在光伏领域的应用产生了极大兴趣。

甚高频放电可将沉积速率提高到20A/s,远高于射频放电的沉积速率。随着频率的增加,等离子体鞘层的厚度逐渐变薄(d-f-0.7),同时,鞘层压降的减少也有助于降低离子能量,从而减少薄膜缺陷。随着功率消耗的提高,其电子密度增大,从而提高了径向密度,并促进了硅前驱物的形成,更有利于薄膜沉积。据推测,增强流向表面的低能量离子通量将有助于微晶硅薄膜(c-Si:H)的形成,从而促进对光子的吸收。

为了满足大规模商业化需求,薄膜制备工艺应当从一种批量处理工艺发展为另一种连续处理工艺。工业化薄膜制备系统采用了多个腔室,当在一个腔室完成一项特定沉积工艺工序后,基材会在真空状态下移入另一个腔室中继续进行下一道工序。无论集群式配置还是纵列式配置都得到普遍应用。采用上述设计,不仅减少了污染,也是比较理想的多层复合涂覆的装置。

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