用于使用连续过程形成薄膜太阳能电池的方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于制造光电装置的新方法和一种用于实践这些制造方法的设备。本发明专利技术使用一种转移通过系统以使工件衬底前进通过多个处理室组成的集成设备，所述多个处理室控制所述制造过程的每一者。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文揭示的本专利技术大体上涉及光电领域，且更确切地说涉及使用连续过程制造薄膜太阳能电池以及根据所述过程制造的薄膜太阳能电池。
技术介绍
光电(PV)电池、模块和能源系统为全世界对电力日益膨胀的需求提供清洁、可靠、可更新的能量。遗憾的是，产品成本一直未能充分降低以在发展中世界打开关键市场，在发展中世界，对电力的需求驱使其使用会造成污染的、不可更新的来源，例如煤和石油。随着人口膨胀和人均能量消耗的增长，全世界正走向不和谐的未来，届时，能量需求和供应将不可逆转地产生分歧。PV电池为不可更新的能量源提供了一种替代品。然而，虽然可在实验室里制造相对高效的PV电池，但已证明，难以将所述工艺发展成具有对于商业生存而言至关重要的重复能力和效率的商业规模工艺。由于缺乏高效的薄膜制造工艺，使得PV电池无法有效地取代市场上的其它能量源。目前使用多步骤批处理来制造电池，其中在各反应步骤之间转移每一产品零件，且此类转移较为松散而且需要在室内循环进行反应。典型的过程由一系列个别的批处理室组成，每一处理室特别针对电池中各层的形成而设计。这种过程的一个缺点是，衬底被数次从真空转移到空气中再传回真空。替代的系统使用一系列个别的批处理室，其与卷式连续过程耦合以用于每一室。这一过程的主要缺点是系统的非连续性以及需要破坏真空。使用上述方法，一个或一个以上的缺陷可能使整个板块(单个装置)无法使用，且导致产品的那个单元的零良率。这些和其它问题使得薄膜技术仅占全球不到10％的市场份额。
技术实现思路
本专利技术提供一种通过以下方式生产的光电产品提供穿过一系列反应室而安装到托盘上的衬底，在所述反应室中可循序地在所述托盘上形成阻挡层、底部接触层、一个或一个以上半导体层、n型结缓冲层、本征透明氧化层、透明导电氧化层以及顶部金属栅格。在本专利技术的替代实施例中，使用连续制造过程形成薄膜太阳能电池。在此实施例中，通过反应器来处理柔性且连续的衬底，所述反应器具有多个处理区域，所述处理区域沿着反应器的入口与出口之间的连续路径安置。反应器内的每个处理区域由预定的处理环境界定，且专用于装置的一个步骤层的形成。每个区域可进一步包括与一个或一个以上沉积方法相结合的处理条件。进一步揭示一种用于以连续方式形成光电装置的方法。在此实施例中，以预定速率使连续衬底通过具有多个处理区域的反应器，其中每一区域专用于装置制造中的一个生产步骤阶段。这些生产步骤包含1)用于制备衬底的装载或隔离区域；2)用于沉积阻挡层的环境；3)用于沉积底部接触层的环境；4)用于沉积半导体层的环境；5)用于沉积碱性材料的环境；6)用于沉积其它半导体层的环境；7)用于对上述层中的一者或一者以上进行热处理的环境；8)用于沉积n型半导体层的环境，其中这一层充当结缓冲层；9)用于沉积本征透明氧化层的环境；和10)用于沉积导电的透明氧化层的环境。在进一步的实施例中，所述过程可经调整以包括较少的区域，以便制造具有较少层的薄膜太阳能电池，或者也可添加额外的处理。还应了解，可使用额外的区域来使沉积或处理区域彼此隔离，以防化学交叉污染且允许最佳恢复。这些隔离区域可在工件驻留于其中的过程中发生变化，以允许暴露的衬底达到最佳状况，使得真空密封中进行的下一生产步骤可防止交叉污染。根据特定的光电设计，可调整反应器内的一个或一个以上区域。举例来说，可组合包括兼容的沉积环境的一个或一个以上区域。或者，区域可包括可使用变化的沉积环境或子区域的沉积过程的组合。在另一实施例中，可将一个或一个以上层组合成单个层并将其沉积在单个区域中。举例来说，可将半导体层与碱性材料组合以形成含碱的混合相半导体源层。附图说明图1展示通过本专利技术的生产技术生产的薄膜太阳能电池的实施例。图2展示根据本专利技术的用于制造薄膜太阳能电池的连续过程的实施例。图3说明根据本专利技术在连续过程中从左向右馈送衬底的一个实施例。图4说明根据本专利技术的连续过程的一个实施例。图5说明根据本专利技术的连续过程的另一实施例，其中各区域进一步包括一个或一个以上子区域。图6A展示处理方法的实施例，其中通过根据本专利技术的循序溅镀-蒸镀过程同时馈送和处理两个衬底。图6B展示处理方法的实施例的俯视图，其中通过循序溅镀-蒸镀/溅镀-蒸镀过程同时馈送和处理两个衬底。为了清楚起见，每个图式中均包含参考数字。这些参考数字遵照通用的命名方法。参考数字将具有三个或四个数字。前一个或两个数字代表首次使用参考数字的图号。举例来说，首先在图一中使用的参考数字将具有如同1XX的数字，而首先在图五中使用的数字将具有如同5XX的数字。其后的两个数字代表图式中的特定物件。图1中的一个物件将为101，而另一物件将为102。在随后的图中使用的相同参考数字表示相同物件。具体实施例方式本专利技术使用一种新的生产设备以便生产光电装置。特定的设备将取决于特定的光电装置设计，其可以发生变化。图1展示光电装置或薄膜太阳能电池100，其包括衬底105、阻挡层110、底部接触层120、半导体层130、碱性材料140、另一半导体层150、n型结缓冲层160、本征透明氧化层170和透明的导电氧化层180。所属领域的技术人员将认识到，薄膜太阳能电池可包括较少的层且仍根据本专利技术发挥作用。举例来说，装置不需要具有碱性材料。提供集成生产设备的两种变化形式。在每种情况下，提供一系列处理室，其中每一室提供特定的处理体系，以便形成特定的层沉积或层处理。这些处理室中的每一者均允许一构件将正被制造成光电装置的工件从第一设计的室传输通过循序的多个室，直到已将工件制造成设计的光电堆叠为止。这些多个具备传输机构的反应或处理室也可包含一个或一个以上隔离室，其确保在特别需要的室中保持特别有效的反应物，且不会污染下游过程。当然，这种隔离系统在形成光电装置的半导体层时特别重要，其中相对少量的材料确定层是p型还是n型半导体。这一载体可配置有参考构件，以确保在界定的位置处将工件定位在产生设备内。本专利技术设想两种类型的用于将工件传输通过设备的传输机构。第一种是连续滚动系统，其中使相对柔性的衬底贯穿系统并将其收集起来。在完成堆叠之后，可将衬底分割成多个小份，或者，如果光电堆叠设计允许的话，可在完成的卷轴上将其收集。第二种方法是在装置上提供多个工件衬底，所述装置能够将衬底夹持到载体上，所述载体还具有允许零件以精确的方式行进穿过生产设备的构件。参看图1，所有层均沉积在衬底105上，衬底105可包括多个功能材料中的一者，例如玻璃、金属、陶瓷或塑料。直接沉积在衬底105上的是阻挡层110。阻挡层110包括较薄的导体或非常薄的绝缘材料，并且用以阻挡不合需要的元素或化合物从衬底向外扩散到电池的其余部分。这一阻挡层110可包括铬、钛、氧化硅、氮化钛和具有所需导电性和耐受性的相关材料。接下来沉积的层是底部接触层120，其包括非反应性金属，例如钼。下一层沉积在底部接触层120上，且为p型半导体层130，以便改进吸收体层与底部接触层120之间的粘附性。P型半导体层130可为I-IIIa，b-VI同型半导体，但优选的成份为Cu:Ga:Se、Cu:Al:Se或Cu:Tn:Se与前述化合物中的任一者的合金。在此实施例中，p型吸收体层的形成包含多个离散的层的相互扩散。最终如图1所示，p型半导体层130和150组合成单个的复合层155本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造光电装置的设备，其包括用于将衬底连续提供到以下区域的构件：　　　　能够提供用于沉积导电后层的环境的区域；　　　　能够提供用于沉积ｐ型半导体层的环境的区域；　　　　能够提供用于沉积ｎ型半导体层的环境的区域；和　　　　能够提供用于沉积透明导电前层的环境的区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰R塔特尔，
申请(专利权)人：德斯塔尔科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]