[發明專利]在柔性襯底上形成光伏電池的系統

有效

• 申請號: 201380013651.8
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN104169459B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: B·D·哈克特曼;J·博尼古特;錢清;D·R·霍拉斯;劉曉東
• 申請（專利權）人: 納沃薩恩公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;H01L31/20
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 吳亦華

交叉引用

本申請要求2012年1月18日提交的序列號為61/587,994的美國臨時專利申請的優先權，所述申請全部通過引用并入本文中。

背景技術

薄膜太陽能(或光伏)電池可以通過在襯底上沉積材料層而形成。這樣的材料層可以包括光活性層。材料層可以借助于沉積系統順序沉積。光伏器件結構可以在包括光伏器件的吸收體在內的各個材料層沉積后形成。

具有用于形成薄膜光伏電池的各種沉積系統和方法。這樣的系統包括氣相沉積系統和濺射系統。沉積系統的例子包括卷對卷(roll-to-roll)沉積系統。

發明內容

雖然目前有可用于形成薄膜太陽能(或光伏)電池的系統，但在此認識到與這樣的系統有關的各種局限。例如，利用蒸發來沉積薄膜的系統和化學氣相沉積系統在保持組成控制方面可能經歷比使用濺射多得多的困難，并且這樣的蒸發系統的沉積速率通常低于濺射系統。

雖然目前有可用于形成光伏電池的濺射系統(例如，卷對卷濺射系統)，但這樣的系統未必能夠監測光伏電池的單個層，因為，例如，給定的層是與其他層相互作用的和同時形成。此外，卷對卷濺射系統的各工作站應該始終以高產率工作，否則一些形成好的層將被形成差的層損害，降低所述工藝總體的凈產率。所述系統的一個部分的故障迫使整個卷對卷過程停止，這可能不利地造成停工時間。一些卷對卷工藝利用襯底幅材(web)釋放和卷取(或拾取)滾筒來支承襯底。這樣的工藝的缺點可引起襯底溫度受限并增加了在具有比聚合襯底高得多的模量的薄金屬襯底的幅材操作中的困難。

鑒于當前可用于形成光伏電池的系統和方法的至少一些在此認識到的局限性，需要的是改進的形成光伏電池的系統和方法。

本公開提供了具有用于沉積薄膜太陽能電池的各個層的靈活性的輥涂系統。形成光伏電池的系統可包括多個模塊，每個模塊被配置成沉積所述電池的一個層。因此，某個層的問題可以在其他機器繼續生產的同時校正。本公開描述了卷對卷涂層設備的結構，其可以克服現行系統的至少一部分缺點。

本公開提供了用于在成卷的薄柔性襯底上涂布材料的濺射沉積系統和方法。一些實施方式提供了用于在薄柔性金屬襯底的卷上形成薄膜太陽能電池的各個層的濺射裝置(例如微型室)和方法。本公開的系統用于以相對迅速和經濟的方式形成光伏電池。

本公開提供了可用于比現行的設備更快和更經濟地生產薄膜太陽能電池的機器。本公開的系統結合了構造靈活性，其可以適應沉積薄膜太陽能電池的不同層。

本公開的一個方面提供了在柔性襯底上沉積薄膜光伏電池的沉積系統。所述沉積系統可包含罩殼，所述罩殼包含與所述罩殼外部的環境流體地隔離的流體空間，以及在所述流體空間中的多個沉積室。所述多個沉積室中的至少一個沉積室可包含磁控濺射裝置，它將一種或多種靶材的物質流引向所述柔性襯底的布置在所述多個沉積室的所述至少一個沉積室中的部分上。所述沉積系統還可在所述罩殼中包含襯底釋放(payout)輥和襯底卷取(take-up)輥。所述襯底釋放輥提供被引導通過所述多個沉積室的每一個到達所述襯底卷取輥的柔性襯底。所述沉積系統在所述罩殼中可包含至少一個導輥。所述導輥可被配置成將所述柔性襯底引向或引出所述多個沉積室中的給定沉積室。

本公開的另一個方面提供了在柔性襯底上沉積薄膜光伏電池的沉積系統。所述沉積系統可包含罩殼，所述罩殼包含與所述罩殼外部的環境流體地隔離的流體空間，以及在所述流體空間中的多個沉積室。所述多個沉積室可包括第一沉積室和第二沉積室。所述第一沉積室可包括磁控濺射裝置，其將第一物質流引向一部分所述柔性襯底的一部分的第一側面。所述第二沉積室可包含磁控濺射裝置，其將第二物質流引向所述部分的與所述第一側面相反的第二側面。所述沉積系統還可在所述罩殼中包含釋放輥和卷取輥。所述釋放輥可順序地將所述柔性襯底引導通過所述多個沉積室的每一個到達所述卷取輥。

本公開的另一個方面提供了用于沉積與柔性襯底相鄰的光伏電池器件結構的方法，所述方法包括提供在密封罩殼中包含多個沉積室的沉積系統。所述多個沉積室中的至少一個沉積室可包含磁控濺射裝置，它將一種或多種靶材的物質流引向柔性襯底的布置在所述至少一個沉積室中的部分上。所述沉積系統還可包含在所述罩殼中的釋放輥和卷取輥，和將所述柔性襯底引向或引出所述多個沉積室中的給定沉積室的至少一個導輥。接下來，在所述至少一個導輥的幫助下，所述柔性襯底可從所述釋放輥被引導順序通過所述多個沉積室的每一個，以形成與所述柔性襯底相鄰的光伏電池器件結構。然后所述柔性襯底可從所述多個沉積室被引導到所述卷取輥。