在柔性衬底上形成光伏电池的系统技术方案

在柔性衬底上沉积薄膜光伏电池的沉积系统包括与所述罩壳外部的环境流体地隔离的罩壳，以及在罩壳中的多个沉积室。所述多个沉积室中的至少一个沉积室包含磁控溅射装置，其将一种或多种靶材的物质流引向布置在所述多个沉积室的至少一个沉积室中的所述柔性衬底的一部分。所述罩壳中的衬底释放辊提供柔性衬底，所述柔性衬底被引导通过所述多个沉积室的每一个到达罩壳中的衬底卷取辊。所述罩壳中的至少一个导辊被配置成将所述柔性衬底引向或引出所述多个沉积室中的给定沉积室。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在柔性衬底上形成光伏电池的系统交叉引用本申请要求2012年1月18日提交的序列号为61/587,994的美国临时专利申请的优先权，所述申请全部通过引用并入本文中。
技术介绍
薄膜太阳能(或光伏)电池可以通过在衬底上沉积材料层而形成。这样的材料层可以包括光活性层。材料层可以借助于沉积系统顺序沉积。光伏器件结构可以在包括光伏器件的吸收体在内的各个材料层沉积后形成。具有用于形成薄膜光伏电池的各种沉积系统和方法。这样的系统包括气相沉积系统和溅射系统。沉积系统的例子包括卷对卷(roll-to-roll)沉积系统。
技术实现思路
虽然目前有可用于形成薄膜太阳能(或光伏)电池的系统，但在此认识到与这样的系统有关的各种局限。例如，利用蒸发来沉积薄膜的系统和化学气相沉积系统在保持组成控制方面可能经历比使用溅射多得多的困难，并且这样的蒸发系统的沉积速率通常低于溅射系统。虽然目前有可用于形成光伏电池的溅射系统(例如，卷对卷溅射系统)，但这样的系统未必能够监测光伏电池的单个层，因为，例如，给定的层是与其他层相互作用的和同时形成。此外，卷对卷溅射系统的各工作站应该始终以高产率工作，否则一些形成好的层将被形成差的层损害，降低所述工艺总体的净产率。所述系统的一个部分的故障迫使整个卷对卷过程停止，这可能不利地造成停工时间。一些卷对卷工艺利用衬底幅材(web)释放和卷取(或拾取)滚筒来支承衬底。这样的工艺的缺点可引起衬底温度受限并增加了在具有比聚合衬底高得多的模量的薄金属衬底的幅材操作中的困难。鉴于当前可用于形成光伏电池的系统和方法的至少一些在此认识到的局限性，需要的是改进的形成光伏电池的系统和方法。本公开提供了具有用于沉积薄膜太阳能电池的各个层的灵活性的辊涂系统。形成光伏电池的系统可包括多个模块，每个模块被配置成沉积所述电池的一个层。因此，某个层的问题可以在其他机器继续生产的同时校正。本公开描述了卷对卷涂层设备的结构，其可以克服现行系统的至少一部分缺点。本公开提供了用于在成卷的薄柔性衬底上涂布材料的溅射沉积系统和方法。一些实施方式提供了用于在薄柔性金属衬底的卷上形成薄膜太阳能电池的各个层的溅射装置(例如微型室)和方法。本公开的系统用于以相对迅速和经济的方式形成光伏电池。本公开提供了可用于比现行的设备更快和更经济地生产薄膜太阳能电池的机器。本公开的系统结合了构造灵活性，其可以适应沉积薄膜太阳能电池的不同层。本公开的一个方面提供了在柔性衬底上沉积薄膜光伏电池的沉积系统。所述沉积系统可包含罩壳，所述罩壳包含与所述罩壳外部的环境流体地隔离的流体空间，以及在所述流体空间中的多个沉积室。所述多个沉积室中的至少一个沉积室可包含磁控溅射装置，它将一种或多种靶材的物质流引向所述柔性衬底的布置在所述多个沉积室的所述至少一个沉积室中的部分上。所述沉积系统还可在所述罩壳中包含衬底释放(payout)辊和衬底卷取(take-up)辊。所述衬底释放辊提供被引导通过所述多个沉积室的每一个到达所述衬底卷取辊的柔性衬底。所述沉积系统在所述罩壳中可包含至少一个导辊。所述导辊可被配置成将所述柔性衬底引向或引出所述多个沉积室中的给定沉积室。本公开的另一个方面提供了在柔性衬底上沉积薄膜光伏电池的沉积系统。所述沉积系统可包含罩壳，所述罩壳包含与所述罩壳外部的环境流体地隔离的流体空间，以及在所述流体空间中的多个沉积室。所述多个沉积室可包括第一沉积室和第二沉积室。所述第一沉积室可包括磁控溅射装置，其将第一物质流引向一部分所述柔性衬底的一部分的第一侧面。所述第二沉积室可包含磁控溅射装置，其将第二物质流引向所述部分的与所述第一侧面相反的第二侧面。所述沉积系统还可在所述罩壳中包含释放辊和卷取辊。所述释放辊可顺序地将所述柔性衬底引导通过所述多个沉积室的每一个到达所述卷取辊。本公开的另一个方面提供了用于沉积与柔性衬底相邻的光伏电池器件结构的方法，所述方法包括提供在密封罩壳中包含多个沉积室的沉积系统。所述多个沉积室中的至少一个沉积室可包含磁控溅射装置，它将一种或多种靶材的物质流引向柔性衬底的布置在所述至少一个沉积室中的部分上。所述沉积系统还可包含在所述罩壳中的释放辊和卷取辊，和将所述柔性衬底引向或引出所述多个沉积室中的给定沉积室的至少一个导辊。接下来，在所述至少一个导辊的帮助下，所述柔性衬底可从所述释放辊被引导顺序通过所述多个沉积室的每一个，以形成与所述柔性衬底相邻的光伏电池器件结构。然后所述柔性衬底可从所述多个沉积室被引导到所述卷取辊。根据下面的详细说明，本公开的其他方面和优点对本领域技术人员将变得很容易明白，其中只显示和描述了本公开的说明性实施方式。正如将认识到的，本公开能够有其他和不同的实施方式，并且它的若干细节能够以各种显而易见的方面加以修改，它们全都没有背离本公开。因此，附图和描述本质上被认为是说明性的，而不被认为是限制性的。通过引用并入本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请在此通过引用并入，其程度如同专门并且分别地指出各个单独的出版物、专利或专利申请通过引用并入一样。附图说明本专利技术的新颖特征在所附权利要求书中详细阐述。通过参考下面阐述利用本专利技术原理的说明性实施方式的详细说明、以及附图，将获得对本专利技术的特征和优点的更好理解，在所述附图中：图1是本专利技术的涂层装置的整体三维透视图。图2是透视截面图，显示了本专利技术的涂层装置的内部细节。图3是简化的平面截面图，只限于显示本专利技术的涂层装置的主要设计元件。图4是图3的典型涂层站的截面示意图，显示了本专利技术的沉积室的一种基本实施方式的详细构造。图5是组合的截面示意图，示出了本专利技术的沉积室的其他涂层构造的细节。图6是组合的截面示意图，显示了用于本专利技术的沉积室的各种涂层构造的常规滚筒和传输系统实施方式。图7显示了完全以更常规的涂层滚筒实施方式构造的本专利技术的涂层设备的截面图。图8显示了本专利技术的涂层设备当配置用于在薄金属箔衬底上涂布CIGS型薄膜太阳能电池的背面电极时的截面示意图。图9显示了本专利技术的涂层设备当配置用于在薄金属箔衬底上涂布CIGS型太阳能电池的吸收体层时的截面示意图。图10显示了本专利技术的涂层设备当配置用于在薄金属箔衬底上涂布CIGS型太阳能电池的结层(junctionlayer)时的截面示意图。图11显示了本专利技术的涂层设备当配置用于在薄金属箔衬底上涂布CIGS型太阳能电池的透明顶部电极时的截面示意图。图12显示了本专利技术的涂层设备当被配置成避免传输辊与幅材的涂层表面接触时的截面示意图。图13显示了本专利技术的涂层设备具有避免传输辊与幅材的涂层表面接触直到涂层完成的可选构造的截面示意图。图14示意性地示出了经编程或以其它方式被配置成执行本公开的方法的计算机系统。具体实施方式虽然本文中显示和描述了本公开的专利技术的各种实施方式，但对本领域技术人员显而易见的是，这样的实施方式只作为例子提供。本领域技术人员可以在不背离本专利技术的情况下想到许多变更、改变和替代。应该理解，在实施本文中阐述的任何一项专利技术中，可以使用本文中描述的本专利技术实施方式的各种可替代方案。术语“光伏电池”或“太阳能电池”在本文中使用时是指具有通过光伏(PV)效应将电磁辐射(或光)的能量转变成电的活性材料(或吸收体)的固态电气装置。术语“吸收体”在本文中使用时，通常是指在暴露于电磁辐射时通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在柔性衬底上沉积薄膜光伏电池的沉积系统，所述沉积系统包括：a)罩壳，所述罩壳包含与所述罩壳外部的环境流体地隔离的流体空间；b)在所述流体空间中的多个沉积室，其中所述多个沉积室中的至少一个沉积室包含磁控溅射装置，其将一种或多种靶材的物质流引向所述柔性衬底的布置在所述多个沉积室的所述至少一个沉积室中的部分上；c)在所述罩壳中的衬底释放辊和衬底卷取辊，其中所述衬底释放辊提供的柔性衬底被引导通过所述多个沉积室的每一个到达所述衬底卷取辊；和d)在所述罩壳中的至少一个导辊，其中所述导辊被配置成将所述柔性衬底引向或引出所述多个沉积室中的给定沉积室。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.18 US 61/587,9941.用于在柔性衬底上沉积薄膜光伏电池的沉积系统，所述沉积系统包括：a)罩壳，所述罩壳包含与所述罩壳外部的环境流体地隔离的流体空间；b)在所述流体空间中的多个沉积室，其中所述多个沉积室中的至少一个沉积室包含磁控溅射装置，其将一种或多种靶材的物质流引向所述柔性衬底的布置在所述多个沉积室的所述至少一个沉积室中的部分上；b1)其中每个所述包含磁控溅射装置的沉积室包括所述柔性衬底通过的开口和安排在所述开口处的可调节的传导限制器，以在所述衬底和所述传导限制器之间形成间隙；c)在所述罩壳中的衬底释放辊和衬底卷取辊，其中所述衬底释放辊提供的柔性衬底被引导通过所述多个沉积室的每一个到达所述衬底卷取辊；和d)在所述罩壳中的至少一个导辊，其中所述导辊被配置成将所述柔性衬底引向或引出所述多个沉积室中的给定沉积室；并且其中所述至少一个沉积室包含磁控溅射装置，所述磁控溅射装置包含：与平面磁控管相邻的可旋转磁控管；和一个或多个在所述可旋转磁控管和所述平面磁控管之间形成子腔室的屏，其中所述平面磁控管被配置成包含具有第一材料的液体靶材并向所述可旋转磁控管提供具有所述第一材料的物质流，和其中所述可旋转磁控管被配置成相对于所述平面磁控管旋转具有第二材料的固体靶材，并向所述柔性衬底提供具有所述第一和第二材料的物质流。2.权利要求1的沉积系统，其中所述第一材料具有第一熔点，其比所述第二材料的第二熔点低。3.权利要求1的沉积系统，其中所述第一材料是镓而所述第二材料是铟。4.权利要求1的沉积系统，其中所述可旋转磁控管的形状是至少部分圆柱形的。5.权利要求1的沉积系统，其中所述平面磁控管包含与磁控管主体相邻的背板，并且其中所述磁控管主体包括一个或多个磁体和所述背板适合于保持所述液体靶材。6.权利要求1的沉积系统，其中所述可旋转磁控管包含适合于相对于所述平面磁控管旋转所述固体靶材的支撑构件。7.权利要求1的沉积系统，其中所述平面磁控管适合于包含具有第三材料的另一种液体。8.权利要求1的沉积系统，其中所述平面磁控管被配置成在所述子腔室中提供所述第一材料的流。9.权利要求1的沉积系统，其还包含与所述平面磁控管相邻的另一...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·D·哈克特曼，J·博尼古特，钱清，D·R·霍拉斯，刘晓东，
申请(专利权)人：纳沃萨恩公司，
类型：发明
国别省市：美国;US