用于改进太阳能电池的制造成品率的系统和方法
【技术领域】
[0001]本公开一般涉及太阳能电池的制造。更具体地，本公开涉及用于改进太阳能电池制造的成品率的系统和方法。
【背景技术】
[0002]化石燃料负面的环境影响以及其上升的成本已经导致了对更清洁的、更廉价的可替代能源的迫切需要。在不同形式的可替代能源中，太阳能发电因为其清洁和广泛的实用性而颇受青睐。
[0003]太阳能电池使用光伏效应将光转化成电力。存在几种基本的太阳能电池结构，包括单个p-n结、p-1-n/n-1-p和多结。通常的单个p-n结包括P型掺杂层和η型掺杂层。具有单个ρ-η结的太阳能电池可以是同质结太阳能电池或者异质结太阳能电池。如果P掺杂层和η掺杂层均由相似材料(具有相等的带隙的材料)构成，那么太阳能电池被称为同质结太阳能电池。相反，异质结太阳能电池包括至少两层不同带隙的材料。p-1-n/n-1-p结构包括P型掺杂层、η型掺杂层和夹在P层和η层之间的本征(未掺杂)半导体层(i层)。多结结构包括堆叠起来的多个不同带隙的单个结结构。
[0004]在太阳能电池中，光在p-n结附近被吸收，生成载流子。载流子扩散到p-n结中，并且被内置电场分隔开，因而产生通过设备和外部电路的电流。确定太阳能电池的质量的重要度量是其能量转化效率，所述能量转化效率被定义为当太阳能电池与电路相连接时转化的电力(从吸收的光到电能)和采集的电力之间的比例。
[0005]对于同质结太阳能电池而言，由于悬空键的存在而导致的电池表面的少数载流子重组会明显降低太阳能电池效率；因此需要好的表面钝化处理。另外，相对厚的重掺杂的发射极层(通过掺杂物扩散形成)可能极大地降低对短波长光的吸收。相比而言，异质结太阳能电池(诸如硅异质结(SHJ)太阳能电池)是有优势的。图1呈现了例示示例性SHJ太阳能电池(现有技术)的图。SHJ太阳能电池100包括正面栅格电极102、重掺杂非晶硅(a-Si)发射极层104、本征a-Si层106、晶体硅衬底108和背面栅格电极110。图1中的箭头指示入射的太阳光。因为在a-Si层106和晶体硅(c-Si)层108之间存在固有的带隙偏移，a-Si层106可以被用于通过为少数载流子创建势皇来减少表面重组速率。a-Si层106还通过修复存在的Si悬空键将晶体硅层108的表面钝化。而且，比起同质结太阳能电池的发射极层，重掺杂的a-Si发射极层104的厚度可以薄得多。因此，SHJ太阳能电池可以提供更高的效率，具有更高的开路电压(V。。)和更大的短路电流(Js。)。
[0006]还已示出，基于隧穿效应的异质结器件可以通过场效应和表面钝化的结合提供很好的开路电压(V。。)。为了形成这样的器件，将超薄的量子隧穿势皇(QTB)层沉积在晶体硅基层的一面或两面上。然而，这样的超薄的QTB层的膜质量对环境因素非常敏感。气氛中的气态污染物和水分可能经常导致QTB层和相应的结结构的劣化，这导致太阳能电池性能的降低。
【发明内容】
[0007]描述了一种用于在大规模的太阳能电池制备设施中制备太阳能电池的系统。所述系统包括第一处理站、第二处理站和位于第一处理站和第二处理站之间的晶片储存装置。晶片储存装置内的微环境基本上与大规模的太阳能电池制备设施的大环境分隔开，并且微环境被过滤以减少化学物、水分和挥发性有机化合物。晶片储存装置被配置为暂时存储从第一处理站出来并排队等待在第二处理站进行处理的晶片。
[0008]在此实施例的变化中，微环境内的一个或多个环境因素被仔细控制以确保在晶片上形成的中间层的完整性。
[0009]在进一步的变化中，环境因素包括以下中的一个或多个:清洁度水平、气态污染物水平、温度、湿度和压力。
[0010]在此实施例的变化中，所述晶片储存装置包括容纳第二处理站并且其环境受监测和控制的室。
[0011]在进一步的变化中，所述室装配有以下中的一个或多个:颗粒物过滤器、基于水的空气净化器、气相化学物过滤器以及温度和湿度控制模块。
[0012]在此实施例的变化中，晶片储存装置包括以下中的一个或多个:气密的箱、气密的舱和气密的通道，其被配置为将第一处理站耦合到第二处理站以允许在不暴露到大环境的情况下将晶片从第一处理站转移到第二处理站。
[0013]在进一步的变化中，晶片储存装置用净化过的氮气填充。
[0014]在进一步的变化中，氮气具有至少99.9%的纯度和在760和770托之间的压力。
[0015]在此实施例的变化中，第一处理站包括湿处理站，并且湿处理站被配置为在晶片的一面或两面上形成超薄的氧化物层。
[0016]在进一步的变化中，第二处理站包括被配置为在超薄的氧化物层的表面上形成掺杂半导体层的化学气相沉积器械。
[0017]在此实施例的变化中，晶片包括:6英寸乘6英寸的正方形的硅晶片或者6英寸乘6英寸的伪正方形的硅晶片。
【附图说明】
[0018]图1显示了示出示例性SHJ太阳能电池的图(现有技术)。
[0019]图2显示了示出示例性双面隧穿结太阳能电池的图。
[0020]图3显示了示出根据本发明的实施例的示例性太阳能电池制备设施的原理图。
[0021]图4显示了示出根据本发明的实施例的示例性太阳能电池制备设施的原理图。
[0022]图5显示了示出根据本发明的实施例的制备太阳能电池的处理的图。
[0023]图6显示了示出根据本发明的实施例的示例性太阳能电池生产线的操作的流程图。
[0024]在所述图中，相似的附图标记指的是相同的图元件。
【具体实施方式】
[0025]在下文给出说明书，使本领域技术人员能做出并使用所述实施例，并且在特定应用及其要求的背景下提供所述说明书。对公开的实施例的各种修改对本领域技术人员而言将是明显的，而本文定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下应用到其它实施例和应用。因此，本发明不局限于示出的实施例，而是符合与本文公开的原理和特征一致的最宽的范围。
[0026]概览
[0027]本发明的实施例提供用于改进高效太阳能电池的制造成品率的系统和方法。在隧穿结太阳能电池的制备期间，仔细控制在处理之间存储未完成的晶片处的位置的微环境，以将对晶片上的中间层的劣化最小化。
[0028]在一些实施例中，使用基于水的空气净化器和气相化学物过滤器来移除气态污染物，诸如SOx、H2S、NOx、NH3、挥发性有机化合物(V0C)等等，以及其它来自微环境的颗粒物。空气净化系统可以包括三个阶段的净化过程:(I)雾洗，用于移除空气中的颗粒物和肉眼可见的污物，(2)除湿，(3)化学物过滤，用于移除气体形式的有害化学物。所述微环境可以实现为处理站之间的密闭的填充氮的箱、室或通道。
[0029]制备设施
[0030]已经示出，特定类型的SHJ太阳能电池(S卩，隧穿结太阳能电池)可以提供出众的性能，因为量子隧穿势皇(QTB)层可以有效地钝化基层的表面，而不损害载流子收集效率。隧穿结可以位于所述太阳能电池的任何一面或两面。图2呈现了例示示例性双面隧穿结太阳能电池的图。双面隧穿结太阳能电池200包括基层202、覆盖基层202的两个表面并且使表面缺陷状态钝化的量子隧穿势皇(QTB)层204和206、形成正面发射极208的正面掺杂a-Si层、形成BSF层210的背面掺杂a-Si层、正面透明导电氧化物(TCO)层212、背面TCO层214、正面金属栅格216以及背面金属栅格218。隧穿结的主要优势在于，沉积在基层的任何一面或两面上的超薄的隧穿氧化物层能实现非常低的界面缺陷密度(Dlt)，所述界面缺陷密度可以小于IX 10n/cm2，而不明显增加与穿过这样的氧化物层的隧穿效应相关联的串联电阻。结果是，可以实现具有大于715mV的开路电压(V。。)的高效率的太阳能电池。有关双面隧穿结太阳能电池200的细节(包括制备方法)可以在提交于2010年11月12日、标题为“Solar Cell withOxide Tunneling Junct1ns”、发明人为Jiunn Benjiamin Heng、Chentao Yu、Zheng Xu和Jianming Fu的美国专利号8686283(代理人案卷编号SSP10-1002US)中找到，通过引用将此公开完全并入本文。
[0031]注意到，在太阳能电池的