[发明专利]太阳能电池硅薄膜制备方法及实现该方法的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池硅薄膜制备方法及实现该方法的装置。

背景技术

太阳能电池是利用光电材料吸收光能后发生光电子转换反应，从而为我们提供电能。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中，大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，而太阳能电池是其中最受瞩目的研究项目之

硅是理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。

薄膜硅太阳能电池主要有单晶硅、非晶硅和多晶硅薄膜太阳能电池。其中单晶硅太阳能电池转换效率最高，一般可达到15％左右，最高的仅24％。但是受单晶硅材料价格及繁琐的电池工艺影响，只是单晶硅成本价格居高不下。从制作成本上来讲，多晶硅太阳能电池比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低。但是多晶硅太阳能电池光电转换效率比较低，其光电转换效率约12％左右。非晶硅光电池一般采用高频辉光放电方法使硅烷气体分解沉积而成，易于大面积化，成本较低，小面积转换效率达到14.6％，大面积大量生产转换效率为8-10％。

传统的多晶硅电池薄膜制备方法有：化学气相沉积法(包括低压化学气相沉积(LPCVD)和等离子增强化学气相沉积(PECVD))、液相外延法(LPPE)和溅射沉积法等。制备多晶硅薄膜的工艺流程一般是：首先，利用LPCVD等方法在衬底上沉炽一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒；然后再通过再结晶技术(固相结晶法和中区熔再结晶法)在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜。可见，传统的制备方法工艺环节多而复杂，生产效率低，由于制备过程中使用了有毒的化学药品，污染大。

发明内容：

本发明要解决的一个技术问题是提供一种工艺环节少、耗电少、污染小、操作人员劳动强度低、并且生产效率高的太阳能电池硅薄膜制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明的太阳能电池硅薄膜制备方法，其特征在于：通过水平传动装置带动太阳能电池基板作匀速直线运动，使给粉装置送出的硅粉均匀覆于基板上；在基板移动过程中，利用高能线激光光束照射基板，使覆于基板表面的硅粉在经过高能线激光光束照射区域时熔融，移出光束区后通过再结晶过程，在基板表面形成硅薄膜。

本发明采用高能线激光光束照射硅粉，使硅粉瞬间熔融，当硅粉移出光束区后在自然条件下再结晶得到硅薄膜。与传统的制造方法相比，工艺环节简单，污染小，减小了能耗，降低了劳动强度。

高能线激光光束的长度根据所需硅薄膜的尺寸确定，高能线激光光束功率、基板的移动速度、给粉装置的送粉量可通过实验确定。

所述高能线激光光束由功率为1000～2000瓦，波长为1064nm的激光器经光束整形、准直和聚焦得到。

所述硅粉的粒度为3μm～10μm。

本发明中，所述给粉装置的送分量为40～50克/分钟，基板移动速度为480～600毫米/分钟，制成宽50毫米的涂层；激光器功率为1000～2000瓦，波长为1064nm，高能线激光光束线宽为0.6～0.8毫米，长度与硅粉涂层的宽度相同。

在上述工艺条件下得到的硅粉厚度约0.5～0.8毫米，获得的硅粉加热温度为1400～1800度。硅粉熔融后再结晶得到的硅薄膜为单晶硅、多晶硅和非晶硅的混合体，其厚度为0.3～0.5毫米；硅薄膜中单晶硅占10～20％、多晶硅占30～50％、非晶硅占30～60％，光电转换效率可达12～18％。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种太阳能电池硅薄膜制备装置。

为了解决上述技术问题，本发明的太阳能电池硅薄膜制备装置包括基板，水平传动装置，给粉装置，高能线激光光源；所述的基板固定于水平传动装置上，给粉装置和高能线激光光源位于基板的上方；水平传动装置带动太阳能电池基板作匀速直线运动，使给粉装置送出的硅粉均匀覆于基板上；在基板移动过程中，利用高能线激光光源发出的线激光光束照射基板，使覆于基板表面的硅粉在经过高能线激光光束照射区域时熔融，移出光束区后通过再结晶过程，在基板表面形成硅薄膜。

所述给粉装置包括恒压装置、粉盒及插板；所述粉盒的上部通过气管接恒压装置，粉盒的下部开有长条形给粉孔，给粉孔处安装可沿垂直于给粉孔长度方向移动的插板。

所述恒压装置采用带有压力阀的气泵。

所述给粉装置的送粉量可以通过插板进行粗调，通过压力阀进行微调。