[发明专利]在柔性衬底上形成光伏电池的系统

说明书

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。

背景技术

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。

发明内容

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。