[发明专利]光电装置的垂直生产

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2004年11月10日申请的序列号为60/626,843美国临时专利申请案的优先权。

技术领域

本文揭示的本发明大体上涉及制造光电装置，且更具体地说涉及一种用于制造薄膜的设备和使用垂直定向的基于托盘的系统制造薄膜太阳能电池的产品和方法。

背景技术

可更新能量的益处尚未完全反映到市场价格中。虽然例如光电(PV)电池的替代能源提供清洁、可靠且可更新的能量，但高生产成本和生产可靠性的缺乏使得这些装置无法成为可实施的商业产品。随着对能量的需求的增长，全世界对提供能源的替代品的需求也随之增加。

虽然可在实验室里制造相对高效的薄膜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制造工艺。此外，与制造相关联的成本是阻止薄膜太阳能电池更广泛地被商业化的重要因素。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。

可根据不同的设计来制造薄膜PV电池。在薄膜PV电池中，将PV材料的薄型半导体层沉积在例如玻璃、金属或塑料薄片的支承层上。由于薄膜材料的光吸收率高于晶体材料，所以以极薄的连续的原子、分子或离子层的形式沉积PV材料。典型的薄膜PV电池的活性区域仅若干微米厚。基本的光电堆叠设计示范了PV电池的典型结构。在所述设计中，薄膜太阳能电池包括衬底、阻挡层、背部接触层、p型吸收体层、n型结缓冲层、本征透明氧化层和透明导电氧化层。铜铟镓二硒(CIGS)化合物最适合用于薄膜电池的吸收体层中，且归入铜铟硒类(称为CIS材料)的分类。通常通过基于真空的技术来沉积CIGS薄膜。

薄膜制造过程因沉积过程中出现的产品缺陷而遭受较低的良率。具体地说，这些缺陷是因在处理和材料处置期间发生的污染以及玻璃、金属或塑料衬底的断裂导致的。因此，此项技术需要一种既能在处理期间限制潜在的污染同时又将衬底断裂的可能性最小化的薄膜太阳能电池制造过程。

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。此类转移较为繁重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分批处理室组成，每一处理室特别针对电池中各层的形成而设计。问题在于，衬底被数次从真空转移到空气中再传回真空。这种真空破坏可能会导致产品受到污染。因此，此项技术中需要一种将真空破坏的可能性最小化的工艺。

虽然替代的系统使用一系列个别的批处理室，其与用于每一室的卷式连续过程耦合，但系统的非连续性以及需要破坏真空仍然是主要缺点。此外，卷式过程可能会向玻璃或金属衬底施加弯曲应力，从而导致破裂和断裂。这类缺陷使层的粘结性折衷，且可能导致零良率。

需要高温沉积过程也导致PV电池生产的低良率。所有目前已知的柔性聚酰亚胺或其它聚合物衬底材料一般都不能经受高温。

举例来说，由Hollars在2004年4月1日公开的美国专利申请案2004/0063320揭示了一种用于使用卷式系统连续生产光电堆叠的一般方法。如上所述，这一过程要求向衬底施加弯曲应力。在衬底材料为玻璃或金属的情况下，这一应力可能会导致破裂和断裂。破裂或断裂会削弱高质量堆叠结构，并降低制造良率。因此，为了成为商业上可实施的过程，所揭示的系统需要用于生产堆叠的柔性衬底。然而，目前已知的柔性聚合物材料均无法承受高温沉积过程。

此外，Hollars未教示任何用于优化通过其连续系统的产品流的具体设备。水平处理仍然被用作对被加工零件的基本沉积和反应定向，且并不使用任何用于使多个处理流通过区域中的每一者或任何一者的方案。

因此，此项技术中需要一种不会对衬底施加弯曲应力的过程，其中衬底可经受高温沉积过程。因此，需要一种用于有效地制造PV工件且能够进行大规模生产的过程。

发明内容

本发明提供一种通过以下方式生产的光电制品：将垂直定向的产品衬底通过连续反向、传送带构件或通过基于托盘的传输构件提供到一系列反应室，其中阻挡层、背部接触层、p型半导体层、碱性材料、n型结缓冲层、本征透明氧化层、透明导电氧化层和顶部金属栅格可循序形成在所述托盘上。