专利名称：硅烷的再循环和再利用的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来再循环和再利用硅烷的方法和设备，具体来说是用于制造太阳能电池。
背景技术：
硅烷和硅烷-氢气混合物被用于制造太阳能电池，主要用于沉积硅层。一般来说， 流过等离子体室沉积硅的硅烷的实际利用率小于10%至最低3%，余下的硅烷仍然未发生 反应。在沉积过程中氢气经常以4 1至10 1的体积比用作硅烷的稀释剂，在此整个过 程中，氢气基本上保持不发生反应。在现有的太阳能电池制造方法中，从等离子体室排出的 未反应的硅烷或硅烷/氢气混合物需要在等离子体室下游的燃烧室中破坏掉，所述燃烧室 通常位于排气泵的后面。但是这样会导致大量的废(即未使用和未反应的)硅烷以及硅烷 /氢气混合物，这会增加太阳能电池的制造成本。显然希望对来自等离子体室的未反应的硅烷进行再循环和再利用，以减少废硅烷 的量。但是存在与这种再循环和再利用相关的很多问题。具体来说，用于沉积工艺的硅烷 经常与太阳能电池制造过程中使用的其它气体(例如硼烷、膦、甲基硅烷或甲烷)混合，使 得硅烷分离和回收难以进行。另外，所述硅烷或者与氢气混合的硅烷的流速在生产周期过 程中会发生很大的变化，在给定时段内，其流速会从零至最大流速变化数次。另外，在等离 子体条件下发生的硅烷气相反应会导致气体组成发生变化，如果将这些气体再循环使用， 会给工艺控制带来问题。因此，本领域需要对硅烷的再循环和再利用进行改进，特别是用于太阳能电池的 制造。
发明内容
本发明提供了一种解决上述问题的方案，提供了用来制备薄膜硅层、特别是用于 太阳能电池制造的薄膜硅层的制造中所用的硅烷和硅烷/氢气混合物进行回收和再利用 的方法和设备。具体来说，本发明依赖于以下情况在硅薄膜沉积过程中的特定时段，只有单独含 硅烷的气体(例如硅烷或乙硅烷)或者硅烷与氢气的混合气体流过沉积室。换而言之，在 沉积过程中有一些时段，没有任何另外的气体，例如含硼、磷或碳的气体的气流。可以确定 这些硅烷流过的时段，在这些时段，我们不把未反应的气体导向废气破坏装置，而且将未反 应的气体重新导向收集容器。当未反应的气体包含另外的组分，例如硼、磷、碳的时候，根据 标准处理将未反应的气体导向废气破坏装置。
图1是现有技术已知的用来制造太阳能电池的标准的多室PECVD系统的示意图。图2是根据本发明一个实施方式制造太阳能电池的多室PECVD系统的示意图。
图3是根据本发明另一个实施方式制造太阳能电池的多室PECVD系统的示意图。
具体实施例方式本发明提供了一种解决上述关于对制备薄膜硅层、特别是用于太阳能电池制造的 薄膜硅层的制造中所用的硅烷和硅烷/氢气混合物进行回收和再利用的问题的方案。在制造薄膜硅太阳能电池的工艺中，在大约0. 001-10乇的压力下使硅烷之类的 气体流入反应室中，使其受到热、微波或等离子体之类的能源作用，使硅薄膜能根据所制 造的太阳能电池电子器件的性能要求进行沉积。例如，在制造太阳能电池的时候可以采用 LP-PECVD(低压等离子体增强化学气相沉积)法。为了形成太阳能电池的这些层，通常在一 系列沉积步骤中使用一些气体和混合物。通常使用硅烷或硅烷/氢气混合物沉积硅层，而 与其它气体混合的硅烷可以用来沉积具有各种组成的层。如上所述，流入反应室内的硅烷 的利用率通常低于10%。必须将未反应的硅烷从沉积室清除，有时候与其它的气体一起清 除，通常在离开反应室的化学反应中破坏掉。对未反应的硅烷进行再循环和再利用显然可 以带来所希望的机会和优点，但是这并不是一项普通的任务。具体来说，为了对硅烷进行再 循环和再利用，需要设计一种收集和再循环系统，该系统是经济，安全，可靠的，而且不会对 形成的太阳能电池的质量带来负面影响。本发明提供了所有这些优点。具体来说，本发明提供了一种方法和设备，所述方法 和设备依赖于在沉积过程中的一些特定时段，仅有硅烷或硅烷/氢气混合物流过沉积室。 在这些时段，可以收集所述硅烷或硅烷/氢气混合物，对收集的气体进行再循环，用于在另 外的沉积工艺中再利用。本发明提供了用来沉积薄膜硅太阳能电池的改进的方法和设备。常规的沉积方法 包括几个步骤。具体来说，使硅烷或者乙硅烷流入一个或多个LP-PECVD室内。根据所要 沉积的层的组成，可以将硅烷气体与其它气体混合，例如氢气、氩气、氮气、膦、氦气、乙硼烷 等。然后使用能源激发这些气体，使得在该室内在基片上化学气相沉积硅层，以形成电子器 件。过量的未反应的气体从LP-PECVD室清除，在现有技术中抽到或排到废气破坏装置中， 将未反应的气体破坏，或者送到稀释系统中，用其它气体对这些气体进行稀释。使用多个 LP-PECVD室便于提高太阳能电池的生产量。以上方法会导致很大的硅烷浪费。具体来说，流入沉积室中的硅烷中只有不到 10%实际用于沉积该层。本发明提供了对所述过量的硅烷中的至少一部分进行再循环和再 利用的方法和设备。具体来说，本发明确定了沉积过程中的某些时段，在这些时段中，只有 单独含硅烷的气体(例如硅烷或乙硅烷)或者硅烷与氢气的混合气体流过。在这些时段中， 没有另外的气体，例如含硼、磷或碳的气体从沉积室流过，或沉积室中也不含这些另外的气 体。因此，根据本发明，在这些时段，将硅烷导向收集容器，而不是导向常规的废气破坏装 置。在存在另外的组分气体(例如硼、磷、碳)的时段，未反应的气体继续通向标准的废气 破坏装置。根据本发明，使用干泵(dry pump)之类的泵抽装置将收集的硅烷或者硅烷/氢气 混合物压缩至较高的压力。所述压缩系统必须确保所述气体不会与泵油/密封油或者冷却 水接触。然后可将较高压力的硅烷气体再循环至用于等离子体反应室的气体供应流中。为 了确保为沉积室提供的气体具有均一的气体组成，可以将再循环的气体与新鲜的硅烷、氢气、或者两者混合。在本发明的一个实施方式中，使用喷射器或者文丘里器将这些气体送回 气体供应流。在此实施方式中，在沉积过程中用于稀释硅烷所需的氢气用作原动力，因此无 需使用另外的气体。本发明特别可用于使用多个沉积室的工艺，这是因为可以将来自所有的工艺沉积 的回收的硅烷气体混合在一起，以便于进一步的处理。另外，可以对再循环速率进行优化， 这样反应室中等离子体反应的副产物不会在沉积过程中累积。本发明便于回收5-80%的未反应的硅烷或硅烷/氢气气体混合物。由此可以将硅烷总体利用率从低于10%提高到15%，有可能高达25%。现在将参照附图更详细地描述本发明。图1是现有技术已知的用来制造太阳能电 池的标准的多室PECVD系统10的示意图。在此系统10中，多个沉积室20各自随时间按照 特定的顺序和流动方式根据需要从沉积气体源30接受工艺气体，例如硅烷、硅烷/氢气混 合物，或者与其它沉积气体混合的硅烷，沉积所需的硅膜，以形成太阳能电池。由制造者对 顺序以及沉积时间的选择进行设定，因此不同的制造操作，这些顺序和沉积时间可以是不 同的。所有的未反应的气体从沉积室20排出，送到标准的废气处理装置40，用于废气处理。图2是根据本发明一个实施方式制造太阳能电池的多室PECVD系统100的示意 图。以与图ι所示的标准沉积系统类似的方式，多个沉积室120各自随时间按照特定的顺 序和流动方式根据需要从沉积气体源130接受工艺气体，例如硅烷、硅烷/氢气混合物，或 者与其它沉积气体混合的硅烷，沉积所需的硅膜，以形成太阳能电池。如上所述，对顺序以 及沉积时间的选择可以根据不同的制造操作变化。在操作中确定的一些时段，仅有硅烷或 硅烷/氢气混合物从沉积室120排出，将排出的废气送到收集装置150，然后再循环，在沉积 室120中再利用。在此实施方式中，使用干泵160将收集的气体从收集装置150抽回到沉 积室120。在一些时段中，从沉积室120排出的废气中含有其它的气体，例如硼、磷、碳等，此 时将废气送到标准的废气处理装置140，用于进行废气处理。图3是根据本发明一个实施方式制造太阳能电池的多室PECVD系统200的示意 图。该系统200可以几乎与图2所示的系统相同。在此实施方式中，系统200包括多个沉 积室220，其各自随时间按照特定的顺序和流动方式根据需要从沉积气体源230接受工艺 气体，例如硅烷、硅烷/氢气混合物，或者与其它沉积气体混合的硅烷，沉积所需的硅膜，以 形成太阳能电池。再次对顺序以及沉积时间的选择可以根据不同的制造操作变化。在操作 中确定的一些时段中，仅有硅烷或硅烷/氢气混合物从沉积室220排出，将该废气送到收集 装置250，然后再循环，在沉积室220中再利用。在此实施方式中，使用喷射器或者文丘里型 装置260将收集的气体从收集装置250送回沉积室220，使用来自氢气源270的氢气作为原 动力。在一些时段中，从沉积室220排出的废气中含有其它的气体，例如硼、磷、碳等，此时 将废气送到标准的废气处理装置240，用于进行废气处理。本发明提供了很多的益处。具体来说，安全回收和再循环5-80%的所述未反应的 硅烷或者硅烷/氢气混合物保证了降低太阳能电池的制造成本。另外，所述再循环操作给 工艺带来的变化极小，这是因为反应副产物混入的量很少，对制造的太阳能电池的质量没 有影响。另外，在使用喷射器或者文丘里装置以及氢气作为原动力的实施方式中，不存在运 动部件，因此保养要求很低。尽管已经关于特别适用于太阳能电池装置中的薄膜硅层的制造描述了本发明的方法和设备，但是本发明同样适用于在至少一部分沉积操作过程中使用硅烷或硅烷/氢气 混合物的其它层的沉积。 预期本领域技术人员通过阅读以上内容，可以容易想到本 发明地其它实施方式以 及变化，这些实施方式和变化同样包括在所附权利要求陈述的本发明范围以内。
权利要求
一种对来自硅层沉积工艺中使用的沉积室的硅烷或硅烷/氢气混合物进行回收和再循环的方法，该方法包括确定所述沉积工艺过程中的时段，在这些时段，仅有过量的硅烷或硅烷/氢气混合物从沉积室排出；在所述确定的时段中，收集所述从沉积室排出的硅烷或硅烷/氢气混合物；以及将收集的硅烷或硅烷/氢气混合物再循环到所述沉积室。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅沉积工艺是薄膜硅层沉积工艺。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅沉积工艺是太阳能电池制造工艺。
4.一种用来沉积硅层的系统，该系统包括 沉积室；固定在沉积室内的基片； 与所述沉积室连通的硅烷源；与沉积室相连的能源，用来活化硅烷，以在基片上沉积硅层；收集装置，所述收集装置与沉积室连通，用来收集过量的从沉积室排出的硅烷，将收集 的硅烷再循环到沉积室。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统是用来沉积硅薄膜的系统。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统是用来制造太阳能电池的系统。
7.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述能源是热能源、微波能源或等离子体能源。
8.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述硅烷源是硅烷、乙硅烷或者硅烷/氢气 混合物。
9.一种在沉积室内在基片上沉积硅层的方法，该方法包括在沉积循环的第一部分，为沉积室提供硅烷源，用来在所述基片上沉积硅层； 在沉积循环的第二部分，向沉积室提供与至少一种其它气体混合的硅烷源，用来在基 片上沉积混合的硅层；在所述沉积循环的第二部分中，将从沉积室排出的过量的气体送到废气处理装置； 在沉积循环的第一部分中，收集从沉积室排出的过量的硅烷，并将收集的硅烷再循环 到沉积室。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述硅层是硅薄膜。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述硅层是太阳能电池的一部分。
12.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述硅烷源是硅烷、乙硅烷或者硅烷/氢气 混合物。
全文摘要
本发明描述了对通过等离子体增强化学气相沉积法制备薄膜太阳能电池中使用的硅烷和硅烷/氢气混合物进行回收和再循环的方法和设备。通过收集来自沉积室的未反应的硅烷或硅烷/氢气混合物，将收集的气体再循环到沉积室，使得硅烷的利用率可以提高2-5倍。
文档编号C01B33/00GK101808937SQ200880024496
公开日2010年8月18日 申请日期2008年6月5日 优先权日2007年6月7日
发明者B·库德贝克, N·玛木伦, N·萨克希纳 申请人:琳德有限公司