[發明專利]用于形成薄膜太陽能電池的基于托盤的系統

無效

• 申請號: 200580045183.8
• 申請日: 2005-11-10
• 公開（公告）號: CN101410547A
• 公開（公告）日: 2009-04-15
• 發明（設計）人: 約翰·R·塔特爾
• 申請（專利權）人: 德斯塔爾科技公司
• 主分類號: C23C16/00
• 分類號: C23C16/00;H01L21/00
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 王允方;劉國偉

相關申請案的交叉參考

本申請案主張2004年11月10日申請的第60/626,843號美國臨時專利申請案的優先權。

技術領域

本文揭示的本發明大體上涉及光電領域，且更確切地說，涉及使用基于托盤的系統以在沉積期間防止形成缺陷的制造薄膜太陽能電池的產品和方法。

背景技術

可更新能量的益處尚未完全反映到市場價格中。雖然例如光電(PV)電池的替代能源提供清潔、可靠且可更新的能量，但高生產成本和生產可靠性的缺乏使得這些裝置無法成為可實施的商業產品。隨著對能量的需求的增長，全世界對提供能源的替代品的需求也隨之增加。

雖然可在實驗室里制造相對高效的薄膜PV電池，但已證明，難以將所述工藝發展成具有對于商業生存而言至關重要的重復能力和效率的商業規模制造工藝。此外，與制造相關聯的成本是阻止薄膜太陽能電池更廣泛地被商業化的重要因素。由于缺乏高效的薄膜制造工藝，使得PV電池無法有效地取代市場上的其它能量源。

可根據不同的設計來制造薄膜PV電池。在薄膜PV電池中，將PV材料的薄型半導體層沉積在例如玻璃、金屬或塑料薄片的支承層上。由于薄膜材料的光吸收率高于晶體材料，所以以極薄的連續的原子、分子或離子層的形式沉積薄膜PV材料。典型的薄膜PV電池的活性區域僅若干微米厚。基本的光電堆疊設計示范了PV電池的典型結構。在所述設計中，薄膜太陽能電池包括襯底、阻擋層、背部接觸層、混合類型半導體源層、吸收體層、n型結緩沖層、本征透明氧化層和導電透明氧化層。銅銦鎵二硒(CIGS)化合物最適合用于薄膜電池的吸收體層中，且歸入銅銦硒類(稱為CIS材料)的分類。通常通過基于真空的技術來沉積CIGS薄膜。

薄膜制造過程因沉積過程中出現的產品缺陷而遭受較低的良率。具體地說，這些缺陷是因在處理和材料處置期間發生的污染以及玻璃、金屬或塑料襯底的斷裂導致的。因此，此項技術需要一種既能在處理期間限制潛在的污染同時又將襯底斷裂的可能性最小化的薄膜太陽能電池制造過程。

目前，使用多步驟批處理來制造電池，其中在各反應步驟之間轉移每一產品零件。此類轉移較為繁重而且需要在室內循環進行反應。典型的過程由一系列個別的批處理室組成，每一處理室特別針對電池中各層的形成而設計。問題在于，襯底被數次從真空轉移到空氣中再傳回真空。這種真空破壞可能會導致產品受到污染。因此，此項技術中需要一種將真空破壞的可能性最小化的工藝。

雖然替代的系統使用一系列個別的批處理室，其與用于每一室的卷式連續過程耦合，但系統的非連續性以及需要破壞真空仍然是主要缺點。此外，卷式過程可能會向襯底施加彎曲應力，從而導致破裂和斷裂。這類缺陷使層的粘結性折衷，且可能導致零良率。

需要高溫沉積過程也導致PV電池生產的低良率。所有目前已知的柔性聚酰亞胺或其它聚合物襯底材料一般都不能經受高溫。

舉例來說，由Hollars在2004年4月1日公開的美國專利申請案2004/0063320揭示了一種用于使用卷式系統連續生產光電堆疊的一般方法。如上所述，這一過程要求向襯底施加彎曲應力。這一應力可能會導致破裂和斷裂。破裂或斷裂會削弱高質量的堆疊結構，并降低制造良率。因此，為了成為商業上可實施的過程，所揭示的系統需要用于生產堆疊的柔性襯底。然而，目前已知的柔性聚合物材料均無法承受高溫沉積過程。因此，此項技術中需要一種不會在襯底上施加彎曲應力的工藝，其中襯底可承受高溫沉積過程。因此，需要一種用于有效地制造PV工件并且能夠進行大規模生產的工藝。

發明內容

本發明提供一種通過以下方式生產的光電裝置：將基于托盤的襯底提供到一系列反應室，在所述反應室中可循序地在所述托盤上形成阻擋層、背部接觸層、一個或一個以上半導體層、堿性材料、n型結緩沖層、本征透明氧化層、透明的導電氧化層以及頂部金屬柵格。

進一步揭示一種用于通過使用一串裝載有工件的基于托盤的固持裝置連續地形成光電裝置的方法。在此實施例中，使一系列托盤以界定速率通過具有多個處理區域的反應器，其中每一區域用于裝置制造的一個生產步驟階段。