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2008年第二季 PV Sun Times® 電子通訊期刊為太陽能電池電漿輔助化學氣相沈積 (PECVD)製程中日益增加的製造問題提供解決方案:多電池板內部連續(inline)批次處理時所衍生的射頻電極串擾問題。我們的“請教太陽能專家 (請教太陽能專家！)”專欄討論低溫 TCO 製程選項、太陽能應用產品真空處理的好處以及關於太陽能行業最迫切需要解決的生產問題建議。
透過為内部批處理系统建立適當的多射頻電極來提高生產效能
對於實現「與發電成本一致」 (Grid Parity) 的這一目標來說，持續提高每年供應給消費者的光伏設備瓦數非常重要。因此，太陽能光伏生產工廠總是努力提高電池板的效率和工廠的產能。提高產能方面的一個主要趨勢包含了採用多射頻電極的內部批次處理系統來同時處理多個電池板。
挑戰：射頻串擾
伴隨著多射頻電極趨勢與之相關的共同難題也日益顯現：相鄰射頻電極之間相互影響所導致的射頻串擾。由於新的製程會在一個腔體內使用越來越多的電極，這個問題也變得越來越難以解決。隨著電極數量的增多，電極之間的空間也會縮減，進一步增加串擾的可能性。射頻串擾所導致的損害包括基板拱形和其他缺陷等，這些損害會明顯降低製程和設備的品質等級。其他有可能因為射頻電極串擾而導致的問題包括污染以及固定物、電源和其他設備的損壞。
圖1. 用於多基板 PECVD 處理的理想的內部批次處理製程
圖1說明了太陽能電池生產的 PECVD 製程，在這種生產過程中，一個獨立的腔體中的7個射頻電極（陰極和陽極）間距很小。每一個帶電的電極（陰極）均與一個獨立的射頻電源和阻抗匹配網路相連。通常，其他電極（陽極）與地面相連。有多個玻璃基板被插入這些電極中間。在腔室的頂部，進氣管為該製程提供氣體。該圖展示的是這種裝置的理想狀態，在這種狀態下，每一個電極只與相鄰的接地陽極相互起作用，電漿體依然處在兩個電極之間，玻璃基板則以一種統一的方式被加上了塗層。
但是，實際情況則是，由於射頻電極之間相互影響（串擾），電漿體不受控制地擴散到其他區域的情況極為常見。電漿體有可能會擴散到電極的上面或者下面，這取決於系統和隔離層的設計，以及局部的電壓和總和的電壓情況。電弧有可能發生足以毀壞基板和製程設備的拱起。最大的問題也許發生在隔離層或進氣管之類的腔體內部配件附近。這些部件有可能導電，因而強化射頻電極之間的電氣迴路。不過，即使沒有各種腔室內部部件的影響，電極串擾依然有可能發生，進而抵消這種製程潛在產能方面的優點。
解决方案：CEX 和相移
這種類型的製程設置所產生的問题非常嚴重，但是實現多射頻電極内部批處理系统所帶來的產能提高還是有可能的。以下描述了減輕電極串擾以及相關電漿體偏離的主要策略。
CEX
首先，射頻電源的同步非常重要。Cesar® 射頻電源和其他 AE 產品所提供的 CEX（共同激磁振盪器）功能使得射頻輸出同步。在圖1中，陽極與地面相連接，因此處於接地電位。通常，陰極之間是交互設置的，因此圖1中最左邊的電極設置為0°，中間的電極設置為180°，而右邊的電極則設置為0°。其他系统要求所有電極之間實現0°相移。在圖1中的理想狀態下，陽極和陰極間的電漿體仍然是獨立的。一般來说，這種理想狀態只有在使用 CEX 的情况下才會發生。如果不使用 CEX，電漿體電位則是随機的，電極間會出現有害的干擾。
使用 CEX，AE 的 Cesar 射頻電源可以使高達六個電源實現同步。如果您的製程使用的射頻電源數量超出六個，那麼將一個外部 CEX 與所有電源相連接也能產生相同的功效。
相移
在 CEX 使您的射頻電源同步之後，若您仍受到串擾以及相關問题的困擾，那麼可能您的系统情况比較特殊，您有必要再使用一個相移器來“精確調整”射頻輸出相位。通常，CEX 將射頻輸出相位精確設置在0°或180°。這通常會使電漿體處於比較固定的狀態，消除與射頻串擾相關的問题。但是，每種製程的情况各不相同。腔體配置、設備傳導性、電源之間的電線長度差別以及其他一些情况都可能發生這種情形——180°相移可能並不是理想的狀態。在某些製程中，您也許需要179°或178°的相移，而不是180°。這种情况下，CEX 可與相移相结合，來應對任何製程或特殊系统的特性，並創造最佳的電漿體分布。
執行
也許您的射頻串擾問题可通過使用 CEX 就可以解决，也許您還需要 CEX 外加相移器二段式解决方案，來獲得您的多射頻電極内部批處理系统所能提供的最大化的產能改進。AE 應用工程師有執行上述解决方案的豐富經驗，包括為任何製程確定理想的相移。此外，他們會回答您提出的問题，並且親自為您在特定系统中設置這些解决方案的帮助。請聯絡我們以獲得更多的資訊。
AE 的太陽能專家 Ken Nauman 和 Doug Pelleymounter 在太陽能電池製造方面所涉及的製程長達45年的經驗。在此，他們將針對太陽能行業最迫切的製造問题提供建議。
我們期待您的参與！請將與太陽能相關的問题和評論以電子郵件發送至 PVSunTimes@aei.com。
- 我對 AE 的太陽能產品不怎麼瞭解。請問 AE 能為光伏製造帶來什麼？
- 我們的公司才剛剛開始，立即需要訂購大量設備。AE 可否在短時間內提供我們所需的所有設備嗎？
- 為何我要選擇基於真空的生產製程？與印刷和蒸發等其他光伏生產方法相比，這一技術有哪些優點？
- 我正在進行一項 CIGS 製程，最後一層是 TCO。您對如何控制我的 TCO 製程的溫度從而避免下面的有源層性能降低有什麼建議嗎？
- 我對 AE 的太陽能產品不怎麼瞭解。請問 AE 能為光伏製造帶來什麼？
答：我們該從哪開始呢？AE提供晶體矽、晶圓太陽光電以及重要的薄膜技術（包括非晶矽和微晶矽、CIGS 和碲化鎘）的解决方案。我們擁有業界最全面的產品系列之一，使得我們能够為各階段的光伏製造提供更有效的解决方案：從直流電到 60MHz 電源、溫度量測儀表、一系列氣體、水蒸氣以及電壓控制產品，等等。在這些產品擁有我們25年創新解决方案基礎上高度發展的設計與技術，這些設計與技術能够提高精確度、避免缺陷以及提高產能。事實上，20多年來，很多的開發和製造光伏產品公司已經選用了我們的產品。但是，我們所提供的並不僅僅是我們的產品與技術，還包括專業應用支援、世界级製造設施、完善的全球銷售與支援基礎架構，等等。
垂詢詳情，請參見 AE太陽能的市場網頁。
表1. AE用於太陽能光伏生產的產品
- 我們的公司才剛剛開始，立即需要訂購大量設備。AE 可否在短時間內提供我們所需的所有設備嗎？
答：這是一個令人興奮的時刻，因為在多年以前新的薄膜製程就已經出現了。對新興太陽能市場有益的方面是它可以利用當前有關連市場的所有發展成果。這些發展包括技術、設備生產架構以及支援。AE 在半導體、FPD 和工業塗料等市場的發展已經使我們具備了大批量的生產能力。我們在大陸深圳的世界級工廠擁有現成的製程、設備、廠商和其他必要資源，可有效處理任何規模的訂單，如新的太陽能生產部門30兆瓦特或更大規模的訂單。
除了設備，我們還提供讓您的新生產部門成功營運所需的支援。AE 的應用工程師會隨時在製程開發、設置、優化和疑難排解方面為您提供幫助。他們會基於在眾多市場、生產技術和製程條件領域的長期經驗提供重要見解和專業知識。
憑藉在全球主要生產中心的銷售與服務辦事處，AE 還擁有全球性架構來有效地為太陽能等全球性行業提供服務。例如：如果您在歐洲，那麼我們當地的辦事處就能夠從鄰近方便的位置為您提供幫助。同樣，如果您的客戶位於亞洲，那麼，您也可以求助於我們遍佈在那的多家辦事處。
圖2. AE 位於大陸深圳的世界級工廠可迅速滿足新的太陽能生產部門對大量設備的需求
- 為何我要選擇基於真空的生產製程？與印刷和蒸發等其他光伏生產方法相比，這一技術有哪些優點？
答：當今的光伏生產方法包括溅射 (PVD)、PECVD、印刷、蒸發等等。但是，PVD 和 PECVD 等基於真空的製程能夠切實提供其他方法所不能提供的益處。具體來說，PVD 和 PECVD 提供原子級控制，讓您能夠更加準確地控制薄膜特徵，如化學計量、結晶度以及基板的一致性。此外，PVD 和 PECVD 產生的缺陷也比其他方法少。這種高水準的控制能夠為當今的太陽能面板製造商帶來兩項重要益處：更高的光伏效率和更高的產能。
圖3. 簡單表示濺射物理氣相沉積(PVD) 的製程——其它光伏製造方法的精度不能與在原子級下進行的真空製程的精度相媲美。
圖3闡明了濺射製程的原子級行為。在該製程（左）的第一步，氬原子處於電離狀態。一個加速的電子與原子產生非彈性碰撞，從原子中分離一個電子，生成一個 Ar+ 離子。接著，在濺射步驟中（中），Ar+離子加速靠近負陰極介面。它用足夠的能量撞擊以分離靶物。最後一步（右），靶物到達基板表面，從而沉積成薄膜。垂詢濺射的更多詳情，請查看 Sputter Spotlight® 電子通訊 。
使用真空製程的另一個好處是已經在PVD 和 PECVD 領域積累了眾多專長和技術開發知識，可直接應用於光伏製造。AE 提供了超過25年的經驗以及一個全面且高度發展的產品組合，與其它次系統製造商相比，它對膜性能的控制水準更加出色。例如，我們產品的缺陷率更低，不僅提高了太陽能電池效率，而且支援更高的運行功率，從而提高了產能。更高的功率運行還支援對大面積基板進行成功塗層。例如，我們的 Crystal® 交流電源在滿足建築玻璃應用（包括被動式太陽能市場的低輻射塗層）所需的功率水準方面有著長期的成功記錄，這也使它成為光伏行業尺寸不斷擴大的基板的理想電源。欲知更多詳情，請查看我們的 Design Aspects of Large-Area Coating Supplies 白皮書。
事實上，AE 在 FPD 和建築玻璃等行業大面積塗層方面的專長可直接應用於大面積光伏製造。我們已經在這些相鄰市場以及半導體行業（當然指的是原始的矽晶圓應用）中優化了我們的產品、技術和專長。你可以說 AE 成長於半導體行業—一個需要高度的製造精度和幾乎不允許或根本不允許誤差的行業。實際上，與其它任何行業相比，半導體有著最小的製程視窗。因此，我們的產品和技術是圍繞精確的概念而設計的，這一事實提高了電池效率和製程產能，從而使太陽能行業受益。
- 我正在進行一項 CIGS 製程，最後一層是 TCO。您對如何控制我的 TCO 製程的溫度從而避免下面的有源層性能降低有什麼建議嗎？
答案：當然！熱控制是如今許多製造應用迫切需要解決的問題。下面是為讀者提供的一些背景資料：大多數的光伏製造製程首先沉積 TCO 層，然後才是其它層。但是，對於 CIGS （以及一些薄膜矽）太陽能電池，則最後沉積 TCO 層。與金屬層不同，TCO 的傳導性極易受熱量的影響，而金屬層的導電性能相對來說不易受溫度的影響，所以可以在冷製程中沉積。為了產生充分的傳導性，傳統的 TCO 製程通常在高溫下進行。問題是對於最後沉積 TCO 的 CIGS 製程來說，它的熱控制可能超過上述所有層。過高的溫度可能導致 TCO 下面的有源層內摻雜劑的擴散，從而導致光伏性能顯著下降。此外，如果基板對溫度比較敏感，它確實可能會在傳統的 TCO 沉積製程的溫度下熔化。這是柔性聚合體基板的一個突出問題。
圖4. 對於一個銅銦鎵硒四元素(CIGS) 太陽能面板最後沉積的是 TCO 層，而在非晶矽和 CdTe 板上最先沉積的則是 TCO 層。這為 CIGS 製造帶來了與熱量相關的特殊挑戰。
那麼，該如何應對這種表面上很糟糕的情況呢？一些有效方法可以在一個溫度範圍內進行運用，在這個範圍內不會導致有源層的擴散或基板熔化，同時可產生良好的 TCO 傳導性。這些都是經需要溫度控制的其它製程的成功記錄證實的標準方法，如面向 FPD 彩色濾光片的電極，以及觸控式面板製程的透明導體。欲獲得有關您的熱敏性製程有效解決方案的詳情，請與我們聯絡。