[发明专利]用于在光伏模块衬底上薄膜层的高速沉积的系统和方法

说明书

技术领域

本文公开的主题总体涉及用于在衬底上沉积薄膜层的系统和方法，且更特别地涉及用于在光伏模块衬底上沉积多个薄膜层的高吞吐量系统。

背景技术

薄膜光伏(PV)模块(也称为“太阳电池板”或“太阳能模块”)在行业中正在获得广泛认可和注意，尤其是基于与硫化镉(CdS)配对的碲化镉(CdTe)作为光敏器件的模块。CdTe是具有尤其适合于用来将太阳能(日光)转换成电力的特性的半导体材料。例如，CdTe具有1.45eV的能带隙，这使得其与历史上用于太阳能电池应用的较低能带隙(1.1eV)的半导体材料相比能够从太阳光谱转换更多能量。此外，CdTe在弱光或扩散光条件下与较低能带隙材料相比更有效地转换能量，且因而与其它常规材料相比在白天或弱光(例如多云)条件下期间有更长的有效转换时间。

典型地，CdTe PV模块包括在CdTe层的沉积之前沉积在玻璃衬底上的多个薄膜层。例如，透明导电氧化物(TCO)层首先沉积在玻璃衬底的表面上，而电阻性透明缓冲物(RTB)层然后涂敷在TCO层上。RTB层可为锌-锡氧化物(ZTO)层并且可称为“ZTO层”。在RTB层上涂敷硫化镉(CdS)层。这些不同的层可以在常规溅射沉积过程中涂敷，溅射沉积过程包括从靶标(即材料源)喷射材料，并将喷射的材料沉积在衬底上以形成薄膜。

使用CdTe PV模块的太阳能系统通常被认为是在所产生功率的每瓦成本方面最具成本效益的商业上可获得的系统。然而，尽管CdTe有多种优点，太阳能作为工业或民用动力的补充或主要来源的可持续商业开发和接受取决于大规模并以成本合算的方式生产高效PV模块的能力。与模块的生产相关的资本成本，尤其是用来沉积上述多个薄膜层所需的机械和时间，是主要的商业考虑。

因此，在行业内对于用来经济上可行且高效地大规模生产PV模块尤其是基于CdTe的模块的改善的系统存在持续的需求。

发明内容

本发明的多个方面和优点将在以下描述中部分地陈述，或者可从该描述而明显，或者可通过本发明的实践而获悉。

总体上提供了一种装置，用于将靶标源材料作为薄膜顺序溅射沉积在光伏模块衬底上。该装置包括加载真空室、第一溅射沉积室以及第二溅射沉积室。加载真空室连接到配置成将加载真空室内的压力降低到初始加载压力的加载真空泵上。第一溅射沉积室包括第一靶标，其可以配置成在衬底上沉积第一薄膜层。第二溅射沉积室包括第二靶标，其可以配置成在衬底上沉积第二薄膜层。输送机系统可操作地设置在该装置内，并配置成以连续布置在受控的速度下将衬底运送进入并通过加载真空室，进入并通过第一溅射沉积室，且进入并通过第二溅射沉积室。第一溅射沉积室和第二溅射沉积室一体地连接，使得被运送通过该装置的衬底被保持在小于大约760Torr的系统压力下。

还总体上提供了一种方法，用于制造薄膜碲化镉薄膜光伏装置。衬底被运送进入连接到加载真空泵上的加载真空室，且使用该加载真空泵在加载真空室中抽真空，直至在该加载真空室中达到初始加载压力。然后将该衬底从加载真空室转移到包括第一靶标源材料的第一溅射沉积室中，且该第一靶标源材料被溅射以在衬底上形成第一薄膜层。衬底然后被从第一溅射沉积室转移到包括第二靶标源材料的第二溅射沉积室中，且第二靶标源材料被溅射以在第一薄膜层上形成第二薄膜层。衬底被运送通过处于小于大约760Torr的系统压力下的第一溅射沉积室和第二溅射沉积室。

参考以下描述和附图，本发明的这些以及其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在此说明书中并构成此说明书的一部分的附图图示了本发明的实施例，并且与说明一起用于解释本发明的原理。

附图说明

说明书中针对本领域技术人员陈述了参考附图的本发明的完整且能够实施的公开，包括其最佳模式，其中：

图1是CdTe光伏模块的横截面视图；

图2显示了根据本发明的一个实施例的示例性系统的俯视平面图；

图3是衬底承载器构造的一个实施例的透视图；

图4是衬底承载器构造的一个备选实施例的透视图；

图5是用于在衬底上沉积薄膜的溅射室的一个实施例的示意性视图；以及

图6是溅射室的一个备选实施例的示意性视图。

本说明书和附图中参考标号的反复使用意图呈现相同或类似的特征或元件。

零部件列表

10装置

12衬底

14tco层

16rtb层

18硫化镉层

20碲化镉层

22后接触层

24封装玻璃