制造多晶硅和硅-锗太阳能电池的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及制造硅或硅－锗光电池应用的新的非常规方法和系统。在一些实施方案中，通过热等离子化学蒸气沉积方法或热等离子喷雾技术，硅（或硅锗）的高纯度气体和／或液体中间体化合物直接转化成多晶薄膜。硅（或硅锗）的中间体化合物注入２０００Ｋ至约２０，０００Ｋ温度的热等离子源。化合物离解，并且硅（或硅锗）沉积在基片上。在冷却时得到具有接近体值密度的多晶薄膜。可通过喷雾直接制备ＰＮ结光电池，或者随后将热处理后的掺杂薄膜以高通过量转换成具有高效率、低成本的活力光电池。在一些实施方案中提供滚筒式或群集工具类型的自动连续系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术 一般涉及制造光伏器件或太阳能电池的方法和系统。更具 体地讲，本专利技术涉及以降低的成本和高效率制造多晶硅和硅-锗太阳能 电池的方法和系统。
技术介绍
这些年来，从硅光伏器件产生电能已显著减少成本。然而，普遍采用还需要这些成本突破到低于$1.00/瓦的水平。有一个日渐加深的信条是，这些另外的步骤功能降低不可能来自硅基电池，如对诸如CIGS、 CdTe和非晶硅的供选材料开发的趋势证明。大多数流行方法 M于利用晶片形式的硅进行操作。成本降低突破尤其需要制造晶片 的成本和晶片厚度两者大幅度降低。这两种选择的潜力已极大程度地 耗尽。当前制造高纯度硅的优选方法是西门子(Siemens)法，总体硅法由 7或更多个步骤组成，如附图说明图1A和1B的简化示意图所示。 一般常规方 法包括，在步骤101用碳还原石英，以产生冶金级硅，在步骤102通 过与氯化氢反应使冶金级硅转化成中间体化合物，如硅烷、乙硅烷、 一氯硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷和四氯化硅，在步骤103使中间体化 合物纯化到ppb级或更优，在步骤104将中间体化合物氬还原并热解 成高纯度体多晶硅，然后在步骤105使体硅重新熔融，并从多晶硅生 长硅的单晶掺杂梨晶，在步骤106将梨晶切割成晶片，并在步骤107 将晶片化学机械抛光，以产生抛光的晶片。图1B显示在方法的各个 阶段每千克成本的实例。如图所示，在单晶梨晶生长，切割晶片然后 抛光的方法的最后三个步骤，成本显著增加。另外，在数十年的努力 后，硅基太阳能电池每瓦的成本减少正显示平稳化迹象。硅太阳能电池器件的加工分成单晶和多晶太阳能电池技术，并且 包括许多步骤。在单晶太阳能电池技术中使用相同的一般步骤，然而常规的硅晶片制造方法在步骤107结束截断(图1A和2)，并产生具有 12至24%效率的市售器件lll(图2)。在多晶太阳能电池技术中，常 规的硅晶片制造方法在步骤104结束截断，如图2和3所示。具体地 讲，使体硅重新熔融，并将大晶粒大小的多晶晶锭铸造并变形成晶片， 或者拉条，或者在基片上生长薄膜。用这些晶片、条和薄膜制造具有 10至20%效率的市售器件。无论是使用晶锭108还是梨晶105，仍需 要使体硅重新熔融，在步骤109将晶锭切割成晶片，并在步骤110使 晶片抛光，以产生多晶器件lll。现已作出一些改进，如图3所示， 其中用薄膜112或条113形成器件111,但仍然需要使体硅重新熔融。 另外，前后两种方法产生内在昂贵的太阳能电池，并超过成本/ 瓦，，的关键工业度量，因此限制常规光伏器件的普遍认可和运用，这可 由工业上为了达到低于$1.00/瓦成本目标总体活动朝向探索结晶硅以 外的材料如CIGS、 CdTe和非晶硅得到证明。然而，这些供选材料没 有显示硅的场可靠性，并且制造方法可能产生一系列新的环境问题。 因此，在硅方法中非常需要新的开发和进一步改良。专利技术概述专利技术人特别有利地发现制造多晶硅和硅-锗太阳能电池或光伏器 件的新的方法和系统，所述方法和系统克服常规方法的很多限制，并 且使得能够以显著降低的成本制造此类器件，从而促使公众普遍认可 和采用太阳能电池技术。一方面，本专利技术的实施方案用代表所用硅前体初始形式根本变化 的高纯度气体前体、液体前体或液体前体和气体前体的混合物或液体 前体和固体前体的混合物制备多晶硅或硅-锗薄膜和太阳能电池。一方面，本专利技术的实施方案提供形成太阳能电池或光伏器件的方 法，其特征在于，用氬热处理液体或气体形式的一种或多种硅中间体，以直接在基片上形成多晶硅薄膜，其中所述热处理被设计成促进提高 形成的多晶硅薄膜的晶粒品质。另一方面，本专利技术的实施方案提供形成太阳能电池或光伏器件的 方法，所述方法包括以下步骤，在热等离子源中产生等离子流，将一 种或多种硅中间体化合物注入热等离子源，在其中硅中间体化合物离 解，将氢注入热等离子源，并在接近热等离子源布置的一个或多个基 片的表面上沉积多晶硅薄膜，其中使氢结合到多晶硅薄膜，以促进在 多晶硅薄膜中形成的硅晶粒钝化。本专利技术的 一些实施方案进一 步提供形成太阳能电池或光伏器件 的方法，所述方法包括以下步骤，通过与囟化氬反应使冶金级硅转化成一种或多种硅中间体化合物；将硅中间体化合物纯化成约99.5%和 更高纯度的硅中间体化合物；在热等离子源中产生等离子流；将纯化 的硅中间体化合物注入热等离子源，在其中硅中间体化合物离解，将 氬注入热等离子源，并在接近热等离子源布置的一个或多个基片的表 面上沉积多晶硅薄膜，所述多晶硅薄膜显示提高的晶粒品质和生长速 率。本专利技术另外提供一种太阳能电池或光伏器件，所述太阳能电池或 光伏器件包括根据所述方法形成的多晶硅薄膜或硅-锗薄膜。另 一方面，本专利技术提供一种制造太阳能电池或光伏器件的系统， 所述系统包括，操作机构，所述操作机构被构造成支持和传送一个或 多个基片；等离子室，所述等离子室包括热等离子喷枪，等离子喷枪 被构造成产生热等离子喷雾，以便在基片传送通过等离子室时在一个 或多个基片的表面上沉积多晶硅或硅-锗薄膜；和后沉积室，所述后沉 积室包括至少一个加热机构，加热机构^t构造成产生聚焦的线性光 束，线性光束在一个或多个基片传送通过后沉积室时使多晶硅或硅-锗薄膜在线性区域熔融。熔融的区域在光束扫描离开时重新结晶。另 一方面，本专利技术提供一种制造太阳能电池或光伏器件的系统， 所述系统包括，操作机构，所述操作机构被构造成支持和传送一个或 多个基片；等离子室，所述等离子室包括热等离子喷枪，等离子喷冲全^皮构造成产生热等离子喷雾，以便在基片传送通过等离子室时在一个 或多个基片的表面上沉积多晶硅或硅-锗薄膜；和后沉积室，所述后沉 积室包括至少一个加热才几构，加热机构纟皮构造成产生脉冲的大面积光 束，脉冲的大面积光束在一个或多个基片传送通过后沉积室时使多晶 硅或硅-锗薄膜熔融。熔融的薄膜在脉冲后重新结晶。附图简述通过阅读专利技术详述和以下提供的附加权利要求并参考附图，本专利技术的其他方面、实施方案和优点将变得显而易见，其中图1A和1B显示一般性说明常规西门子方法和总体硅方法的简化 示意方法；图2为筒化示意方法图解，显示基于常规西门子方法制造单晶硅 和多晶硅太阳能电池的常规制造方法；图3描绘在基片硅太阳能电池上产生条和薄膜的常规制造方法的 筒化示意方法图解；图4A和4B图示简化示意方法图解，显示根据本专利技术的一些实施 方案制造硅太阳能电池的系统和方法；图5为显示根据本专利技术的一些实施方案的系统的筒化横截面并且图6为可用于本专利技术的实施方案的热等离子喷枪的一个实施方案 的透^见图；并且图7为显示根据本专利技术的一些实施方案的等离子喷雾系统和利用 后处理步骤的方法的示意方法图解。专利技术详述现在详细描述本专利技术的实施方案。在一个实施方案中，本专利技术提 供形成太阳能电池或光伏器件的方法，所述方法一般包括以下步骤， 在热等离子源中产生等离子流；将一种或多种液体和/或气体形式的硅中间体化合物注入热等离子源，在其中硅中间体化合物离解；将氢注 入热等离子源；并在接近热等离子源布置的一个或多个基片的表面上 沉积多晶硅薄膜，其中使氢结合到多晶硅薄膜，以促进在多晶硅薄膜 中形成的硅晶粒钝化。特别有利利用液体和/或气体硅中间体化合物。在一个优选的实施 方案中，使用具有约99.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成太阳能电池或光伏器件的方法，其特征在于用氢热处理液体和／或气体形式的一种或多种硅中间体，以直接在基片上形成多晶硅薄膜，其中所述热处理被设计成促进提高形成的多晶硅薄膜的晶粒品质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-7-28 60/833,630;US 2007-7-26 11/881,5011.一种形成太阳能电池或光伏器件的方法，其特征在于用氢热处理液体和/或气体形式的一种或多种硅中间体，以直接在基片上形成多晶硅薄膜，其中所述热处理被设计成促进提高形成的多晶硅薄膜的晶粒品质。2. 权利要求1的方法，其中所述热处理通过热等离子喷雾沉积来 进行。3. 权利要求1的方法，其中所述热处理通过热等离子增强化学蒸 气沉积来进行。4. 权利要求1的方法，其中所述热处理进一步包括形成高温气体 或等离子，所述高温气体或等离子包括氦、氢、氩或其混合物的任何 一种或多种。5. 权利要求1的方法，其中所述硅中间体进一步包括液体和/或 气体化合物与固体硅化合物的混合物。6. 权利要求1的方法，其中所述硅中间体选自SiH4、 Si2H6、 SiH2Cl2、 SiHCl3、 SiCU或其组合的任何一种或多种。7. 权利要求1的方法，其中所述热处理进一步包括混合一种或多 种锗中间体与所述硅中间体，以形成多晶硅-锗薄膜。8. 权利要求1的方法，其中所述热处理进一步包括与所述硅中间 体同时或随后混合一种或多种掺杂剂化合物，以形成掺杂的多晶硅薄 膜。9. 权利要求8的方法，其中所述掺杂剂化合物选自BC13、 A1C13、 P0C13或其组合的任何一种或多种。10. 权利要求1的方法，其中所述基片包括金属、半导体、绝缘 体、陶瓷、玻璃、任何介电材料或其组合的任何一种或多种。11. 权利要求7的方法，其中所述锗中间体选自GeCU、 GeH4或 其组合的任何一种或多种。12. —种形成太阳能电池或光伏器件的方法，所迷方法包括 在热等离子源中产生等离子流；将液体和/或气体形式的 一种或多种硅中间体化合物注入热等离 子源，在其中硅中间体化合物离解； 将氢注入热等离子源；并且在接近所述热等离子源布置的 一 个或多个基片的表面上沉积多 晶硅薄膜，其中使氢结合到多晶硅薄膜，以促进在多晶硅薄膜中形成 的硅晶粒钝化。13. 权利要求12的方法，其中所述热等离子源在约2000K至 20，000K的温度工作。14. 权利要求12的方法，所述方法进一步包括 在注入一种或多种硅中间体化合物之前首先将硅颗粒注入到所述基片上，以在基片上形成硅晶种层。15. 权利要求12的方法，所述方法进一步包括 热处理在一个或多个基片上形成的多晶硅薄膜。16. 权利要求12的方法，所述方法进一步包括 注入一种或多种锗中间体化合物与所述硅中间体化合物，以形成多晶硅-锗薄膜。17. 权利要求16的方法，其中选择注入所述锗中间体化合物，使 得硅与锗(Si/Ge)的组成可以控制。18. 权利要求12的方法，其中所述等离子流包括氦、氢、氩或其 混合物的任何一种或多种。19. 权利要求12的方法，所述方法进一步包括与所述硅中间体化 合物同时或随后混合一种或多种掺杂剂化合物，以在一个或多个基片 的表面上形成掺杂的多晶硅薄膜。20. 权利要求12的方法，其中所述硅中间体化合物选自SiH4、 Si2H6...

【专利技术属性】
技术研发人员：S辛哈，
申请(专利权)人：塞纳根设备有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]