专利名称：用于连续制造金属薄膜太阳能电池的淀积设备及方法
技术领域：
本发明涉及有机金属气体气相淀积系统，具体涉及一种用于连续制造金属薄膜太阳能电池的淀积设备及方法。
背景技术：
砷化镓太阳能电池是所有太阳能电池光电转换效率最高的品种，且耐温性好。高效能砷化镓太阳能电池是将N型砷化镓材料与P型砷化镓材料先后淀积在砷化镓基板上， 两种异电性材料间的接口能光电转换使太阳光转换成电流并输出，其中砷化镓太阳能电池的基板材料是砷化镓晶片。目前传统的有机金属气体气相淀积系统为圆形真空反应腔室里面的基板加热平台一次可装设39片2吋砷化镓晶片，在一次基本的制造过程从开始将反应腔室抽至真空、 基板加热、气体气相淀积制程、冷却，大约需要四小时，也就是在四小时之内可淀积产出 2. 5cmX2. 5cmX3. 1416X39=765. 765cm2 或 1X1X3. 1416X39=122. 5224 平方吋的砷化镓太阳能电池片。该系统使用的基片材料2吋砷化镓晶片每片价位在110美元左右等于每平方厘米5. 71美元左右的价位，成本非常高昂，且耗能大产量小，只能用在一些不计较成本的精密仪器及航天设备上使用。如何能降低砷化镓太阳能电池生产成本，提高产量，使太阳能发电成本降低到每瓦一美元(W/USD)以下，是光伏产业研究创新的最大目标。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足之处，提出一种用于连续制造金属薄膜太阳能电池的淀积设备及方法，即提供一种用有机金属气体气相淀积方法在金属薄膜上來连续制造砷化镓太阳能电池的设备及工艺方法，该方法运用有机金属气体气相淀积方在卷带式金属薄膜连续制造砷化镓太阳能电池的设备和工艺，给光伏产品成本价格带来彻底的改善，即极大的提高了生产效率，大辐度的降低了砷化镓太阳能电池制造成本。本发明的目的实现由以下技术方案完成
一种用于连续制造金属薄膜太阳能电池的淀积设备，其特征在于所述设备包括一个大型真空腔室及其附属真空排气装置；隔绝在所述真空腔室里至少有如下装置连续性金属薄膜自动出料展料系统及收料系统；淀积反应区；金属气体淀积反应器，及其用于均勻喷洒有机金属气体的喷口组合；基材加热平台；其中所述淀积反应区位于所述出料展料系统和收料系统之间，所述金属气体淀积反应器及其用于喷洒有机金属气体的喷口组合位于所述淀积反应区的上方，所述的淀积反应区的下方设置所述加热平台。所述的金属气体淀积反应器包括至少二套N型有机金属气体淀积反应器和至少二套P型有机金属气体淀积反应器，各套所述金属气体混合反应器在所述真空腔室内的所述淀积反应区的上方依次呈N-P-N-P-N…型依次交错纵向、间隔分布。所述的金属气体淀积反应器包括三套N型有机金属气体淀积反应器和兩套P型有机金属气体淀积反应器，五套所述金属气体混合反应器在所述真空腔室内的所述淀积反应区的上方依次呈N-P-N-P-N型纵向、间隔分布。靠近所述收料系统处的所述真空腔室外壁设置有观测窗口，并在所述的长型真空腔室内设置有真空计和温度量测系统用以量测并控制加热平台温度。一种用于连续制造金属薄膜太阳能电池的淀积方法，涉及权利要求1-4任一项所述设备，其特征在于，所述方法至少包括下列步骤所述连续性金属薄膜自动出料展料系统以可控制的速度缓缓释放展开出金属薄膜，金属薄膜被拉引经过所述淀积反应区，所述金属气体淀积反应器及其用于喷洒有机金属气体的喷口组合将混合的有机金属气体均勻喷洒至金属薄膜表面，有机金属气体淀积并反应成砷化镓材料层，金属薄膜加热平台以直接接触的方式加热金属薄膜，被加热至一个设定的温度，以便促成有机金属气体淀积并反应， 经过连续几次反应过后已成长数层异电性界面的金属薄膜被所述收料系统卷收起来。所述出料展料系统展开金属薄膜的速度与收料系统卷收金属薄膜的速度匹配，由此速度来控制成长太阳能电池之厚度。本发明的优点是，降低了生产制造砷化镓太阳能电池成本，提高了生产效率，可批量化投入生产。与传统型设备相比，在用来淀积制程的有机金属气体成本都类似的情况下， 相差近25倍的生产速度，且基材成本不到传统基材成本的七百分之一。本发明涉及的有机金属气体气相淀积系统用来连续制造卷带式金属薄膜砷化镓太阳能电池将给光伏产品成本价格上带来彻底的改善，有机会将太阳能发电成本降低在比一般传统火力发电每瓦1. 1 美元以下的成本，也就是有机会使其大量推广，以取代传统耗能排污(二氧化碳)的火力发电行业。
图1为本发明真空腔室结构示意图2为发明金属薄膜自动出料展料及收料系统结构示意图； 图3为本发明N型有机金属气体混合反应器工作系统结构示意图； 图4为本发明P型有机金属气体混合反应器工作系统结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解
附图1-4中标号1-20分别表示真空腔室1、金属薄膜卷出料展料轮轴2、干式真空排气泵浦3、待淀积金属薄膜4、N型有机金属气体混合反应器5、P型有机金属气体混合反应器6、已淀积金属薄膜7、薄膜表面检查影像存取窗口 8、金属薄膜卷收料轮轴9、基材加热平台10、有机金属气体11、有机金属气体12、冷却水循环系统13、喷嘴组合14、真空计15、基材温度检查窗口(石英柱)16、温度感测输出点17、信息输出点18、电力输入点19、排气方向 20、尾气处理机21。如图1-4所示，本实施例设置一长型的真空腔室1，在其内部进行有机金属气体淀积的作业，在长型真空腔室1底部对称设置两个与其相连通的真空泵浦3，可以实现快速抽真空，藉由电力输入点19，控制讯号及其它信息输入点，以及其它腔内外传输配件，包括真空计15、基材温度检查窗口(石英柱)16、温度感测输出点17、信息输出点18等，控制真空腔内制程装置确保制程依照设定的各种条件准确进行制程。而从金属薄膜表面检查影像存取窗口 8以摄像记录已成长砷化镓材料层表面结构状况。在长型真空腔室1内两端部分别架设金属薄膜卷出料展料轮轴2和金属薄膜卷收料轮轴9，并将两轮轴分别连接位于真空腔室1腔体外的可调速动力系统，从而构成连续性金属薄膜自动出料展料系统及收料系统，金属薄膜卷出料展料轮轴2和金属薄膜卷收料轮轴9之间的区域为淀积反应区，位于该区域的金属薄膜下方均勻间隔布设与金属薄膜相接触的可调节温度的基材加热平台10，将金属薄膜直接触加热至一个设定的温度，以便促成有机金属气体淀积并反应，位于该区域的金属薄膜上方间隔依次设置N型有机金属气体混合反应器5、P型有机金属气体混合反应器6和N型有机金属气体混合反应器5，上述的三个混合反应器分别连通有有机金属气体垫积喷嘴组合14，该喷嘴组合14可将混合反应器5 中的混合的有机金属气体均勻喷洒至金属薄膜。本实施例涉及设备在具体生产时，长型真空腔室1内的连续性金属薄膜自动出料展料系统及收料系统，能以可控制的速度通过金属薄膜卷出料展料轮轴2缓缓释放出待淀积金属薄膜4，在可加热的淀积反应区，接受有机金属气体混合后淀积并反应成砷化镓材料层，反应过后通过金属薄膜卷收料轮轴9将已淀积金属薄膜7卷收起来。其中在可加热的淀积反应区中，N型有机金属气体混合反应器5和P型有机金属气体混合反应器6让可精密控制流量的特殊有机金属气体11、12进入并均勻混合，通过喷嘴组合14喷洒进入淀积反应区
2GaCl3 +3 + AsH3 = 2GaAs(s) +6 HClw+ H2(g)。进入P型有机金属气体混合反应器6的有机金属气体11为2 GaCl3 +3 H2 ；有机金属气体12为SiH4+ AsH3+ H2,来淀积P型电性砷化镓层，其中有机金属气体在气体混合器与P型参杂气体SiH4充份混合后送入反应区，气体混合器保持在室温250C。因此正电性砷化镓层一P型砷化镓层之淀积反应 2GaCl3 +3 + AsH3 = 2GaAs(s) +6 HCl (g) + H2(g)。+正电性参杂气体SiH4ig)。进入N型有机金属气体混合反应器5的有机金属气体11为2 GaCl3 +3 H2 ；有机金属气体12为=Zn(C2H5)2 + AsH3+ H2,来淀积N型电性砷化镓层，其中有机金属气体在气体混合器与N型参杂气体Si(C2H5)2充份混合后送入反应区，气体混合器保持在室温250C。
因此负电性砷化镓层一N型砷化镓层之淀积反应 2GaCl3 +3 + AsH3 = 2GaAs(s) +6 HCl (g) + H2(g)。+负电性参杂气体Zn(C2H5)2。上述一个N型与P型砷化镓材料层之间形成一异电性接口层，显然本实施例中依次间隔设置的N-P-N-P型反应器布设方式，形成了兩个异电层界面。如欲形成三个接口层可再增加一层P型砷化镓材料层即N-P-N-P，则其反应区内的反应器布设方式可采用间隔设置的N-P-N-P型反应器布设方式。在形成第三个以后的介面层，因为增加的光电转换效率非常有限，比起所增加消耗的有机金属气体费用已不符合经济原则，所以通常顶多作三个异电性介面层。让混合的有机金属气体，均勻喷洒至金属薄膜的有机金属气体垫积喷嘴组合14，与之配套必须有一闭路冷却水循环系统13，以防止已混合的砷化镓材料过早淀积反应。本实施例涉及设备的传动系统将真空腔室1腔体外可调速动力系统传导入真空腔内来驱动连续性金属薄膜自动出料展料系统及收料系统，即为金属薄膜卷出料展料轮轴 2和金属薄膜卷收料轮轴9提供动力，排气方向20为各干式真空帮浦排气集中方向，并送交尾气处理机21将其中所含剩余未反应之砷化镓去除尽净，使排气不污染环境，达到环保要求。本实施例与目前传统技术相比，例如目前传统的有机金属气体气相淀积系统为圆形真空反应腔室里面的基材加热平台一次可装设39片2吋砷化镓芯片，一次基本的制程从开始抽真空，加热，淀积制程，冷却，大约四小时，也就是在四小时之内可淀积产出 2. 5cmX2. 5cmX3. 1416X39=765. 765cm2 平方公分或 1X1X3. 1416X39=122. 5224 平方吋的砷化镓太阳能电池片。而本实施例的淀积系统可在四小时之内产制出卷带式金属薄膜砷化镓电池片在 45cmX IOOcmX 4=18, OOOcm2 =2752平方吋，其产量大幅增加25倍。传统的有机金属气体气相淀积系统使用的基片材料2吋砷化镓芯片每片价位在 110美元，等于每平方公分5. 71美元，非常高的价位。而本实施例以成本非常低廉的金属薄膜，以不锈钢薄膜，厚度0. 26mm的不锈钢薄板3. 2平方公尺面积，重量才有1公斤，每公斤20美元，平均每平方公分不到0. 07分美元成本，也就是金属薄膜基材只有砷化镓芯片1/700之成本。因此本发明与传统型技术相比，用在淀积制程的有机金属气体成本都类似的情况下，相差近25倍的生产速度，配上不到七百分之一价位的基材成本，使用本发明技术方案构造的有机金属气体气相淀积系统用来连续制造卷带式金属薄膜砷化镓太阳能电池，将给光伏产品成本价格带来彻底的改善，有机会将太阳能发电成本降低在比一般传统火力发电每瓦1. 1美元以下的成本，也就是有机会实现大量推广，以取代传统耗能排污(二氧化碳) 的火力发电行业。
权利要求
1.一种用于连续制造金属薄膜砷化镓太阳能电池的有机金属气体气相淀积设备，其特征在于所述设备包括一个大型真空腔室及其附属真空排气装置；隔绝在所述真空腔室里至少有如下装置连续性金属薄膜自动出料展料系统及收料系统；淀积反应区；金属气体淀积反应器，及其用于均勻喷洒有机金属气体的喷口组合；基材加热平台；其中所述淀积反应区位于所述出料展料系统和收料系统之间，所述金属气体淀积反应器及其用于喷洒有机金属气体的喷口组合位于所述淀积反应区的上方，所述的淀积反应区的下方设置所述加热平台。
2.根据权利要求1所述的一种用于连续制造金属薄膜砷化镓太阳能电池的有机金属气体气相淀积设备，其特征在于所述的金属气体淀积反应器包括至少二套N型有机金属气体淀积反应器和至少二套P型有机金属气体淀积反应器，各套所述金属气体混合反应器在所述真空腔室内的所述淀积反应区的上方依次呈N-P-N-P-N…型依次交错纵向、间隔分布。
3.根据权利要求2所述的一种用于连续制造金属薄膜砷化镓太阳能电池的有机金属气体气相淀积设备，其特征在于所述的金属气体淀积反应器包括三套N型有机金属气体淀积反应器和兩套P型有机金属气体淀积反应器，五套所述金属气体混合反应器在所述真空腔室内的所述淀积反应区的上方依次呈N-P-N-P-N型纵向、间隔分布。
4.根据权利要求1所述的一种用于连续制造金属薄膜砷化镓太阳能电池的有机金属气体气相淀积设备，其特征在于靠近所述收料系统处的所述真空腔室外壁设置有观测窗口，并在所述的长型真空腔室内设置有真空计和温度量测系统用以量测并控制加热平台温度。
5.一种用于连续制造金属薄膜砷化镓太阳能电池的有机金属气体气相淀积方法，涉及权利要求1-4任一项所述设备，其特征在于，所述方法至少包括下列步骤所述连续性金属薄膜自动出料展料系统以可控制的速度缓缓释放展开出金属薄膜，金属薄膜被拉引经过所述淀积反应区，所述金属气体淀积反应器及其用于喷洒有机金属气体的喷口组合将混合的有机金属气体均勻喷洒至金属薄膜表面，有机金属气体淀积并反应成砷化镓材料层，金属薄膜加热平台以直接接触的方式加热金属薄膜，被加热至一个设定的温度，以便促成有机金属气体淀积并反应，经过连续几次反应过后已成长数层异电性界面的金属薄膜被所述收料系统卷收起来。
6.根据权利要求5所述的一种用于连续制造金属薄膜砷化镓太阳能电池的有机金属气体气相淀积方法，其特征在于所述出料展料系统展开金属薄膜的速度与收料系统卷收金属薄膜的速度匹配，由此速度来控制成长太阳能电池之厚度。
全文摘要
本发明涉及有机金属气体气相淀积系统，具体涉及一种用于连续制造金属薄膜砷化镓太阳能电池的有机金属气体气相淀积设备及方法,所述设备包括一个大型真空腔室及其附属真空排气装置；隔绝在所述真空腔室里至少有如下装置连续性金属薄膜自动出料展料系统及收料系统；淀积反应区；金属气体淀积反应器，及其用于均匀喷洒有机金属气体的喷口组合；基材加热平台；其中所述淀积反应区位于所述出料展料系统和收料系统之间，所述金属气体淀积反应器及其用于喷洒有机金属气体的喷口组合位于所述淀积反应区的上方，所述的淀积反应区的下方设置所述加热平台。该设备采用卷带式金属薄膜连续制造砷化镓太阳能电池，极大的提高了生产效率，大辐度的降低了砷化镓太阳能电池制造成本。
文档编号C23C16/30GK102424958SQ201110365540
公开日2012年4月25日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者陈聪茂 申请人:陈聪茂