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薄膜太陽能電池的等離子體處理

太陽能技術的三個主要環節爲如何將太陽光轉化爲電能或熱能,如何在便攜設備中存儲能源,以及如何節約能源。在上述三個環節應用的多種設備中,都需要用到等離子體處理這一重要工藝。在非晶矽設備的制造過程中,所用等離子體的工藝過程含沈積、蝕刻和鈍化等。在窗戶玻璃鍍膜和薄膜電池制造中,也采用等離子體輔助制造工藝。

等離子體非晶矽薄膜沈積技術始創于1965年。薄膜的兩個重要特性包括氫化以及特定雜質原子的慘雜。當采用矽烷等離子體進行薄膜沈積時,會把氫自熱導入生長中的薄膜內,若在加工氣體流中引入磷化氫和硼烷,沈積過程中也會可把磷和硼慘雜到半導體薄膜中。上述兩項技術爲等離子體技術在薄膜太陽能電池中的應用鋪平了道路。

非平衡低溫等離子體中的電子溫度遠高于中性等離子體內的電子溫度,使化學催化反應得以增強,從而形成了一種制備薄膜和塗層的等離子體-化學方法。在等離子體增強化學氣相沈積(PECVD)工藝中,電子從電場獲取能量並把能量傳遞給重粒子。能量分配應使重分子的離解、激發和電離按照所需速率進行,而非晶矽和矽氮化物等鈍化塗層材料都能滿足這一要求,因此人們開始對這兩種材料在光伏領域的應用産生了極大興趣。

甚高頻放電可將沈積速率提高到20A/s,遠高于射頻放電的沈積速率。隨著頻率的增加,等離子體鞘層的厚度逐漸變薄(d-f-0.7),同時,鞘層壓降的減少也有助于降低離子能量,從而減少薄膜缺陷。隨著功率消耗的提高,其電子密度增大,從而提高了徑向密度,並促進了矽前驅物的形成,更有利于薄膜沈積。據推測,增強流向表面的低能量離子通量將有助于微晶矽薄膜(c-Si:H)的形成,從而促進對光子的吸收。

爲了滿足大規模商業化需求,薄膜制備工藝應當從一種批量處理工藝發展爲另一種連續處理工藝。工業化薄膜制備系統采用了多個腔室,當在一個腔室完成一項特定沈積工藝工序後,基材會在真空狀態下移入另一個腔室中繼續進行下一道工序。無論集群式配置還是縱列式配置都得到普遍應用。采用上述設計,不僅減少了汙染,也是比較理想的多層複合塗覆的裝置。

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