製造太陽能電池的裝置和方法
2023-10-09 15:24:04 1
專利名稱：製造太陽能電池的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及可太陽能電池製造領域，尤其涉及允許製造薄膜太陽能電池的裝置以及用於這種製造的方法。
背景技術：
薄膜太陽能電池通常通過將材料真空汽化到玻璃襯底上被製造。所使用的光電(PV)材料可以是Cu、In、Ga和Se(通常叫作CIGS、CIGSe或CIGS2)。另一種類型是Cu、In和S(通常叫作CIS)。第三種類型使用Cu、In、Ga、Se和S(通常叫作CIGSS或CIGSS2)。使用Si或Cd和Te的其它類型薄膜電池也是可以的。製造方法是多種多樣的，但通常包括真空共同汽化(co-evaporation)，並且有時與高溫下的硒化。其他所使用的方法是密閉空間升華(CSS)和濺射。
為了提高電池效率，襯底通常在汽化過程中被加熱。這使得汽化的原子和分子能夠更容易地找到它們在襯底上所形成的晶狀結構中的位置。為了達到電池的最大效率，襯底應被加熱到500-600℃或更高。鹼石灰(soda-lime)玻璃不能被加熱高於600℃，當然塑料材料也不行。雖然可以使用其它玻璃類型，但是鹼石灰玻璃中所包含的Na對玻璃上結構的形成具有積極的效果。所以問題是襯底必須在沉積過程中被加熱並且如果使用含Na量很高的鹼石灰玻璃，其將不能被加熱到最佳溫度。如果使用其他材料，最佳結果是Na層通常首先被沉積到襯底上。該溫度還排除了對塑料材料的使用。
上述方法例如是Olle Lundberg，Uppsala University，Departmentof Engineering Sciences，2003，「Band Gap Profiling and High SpeedDeposition of Cu(InGa)Se2 for Thin Film Solar Cells」中所公開的。
US6258620也描述了上述方法，但是CInGa材料被依次沉積並且被在在Se焊劑(flux)中硒化，而不是被共同汽化。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種改善的裝置，其允許製造薄膜太陽能電池。
該目的通過提供一種包括以下內容的裝置而實現用於沉積至少一種材料到襯底上的部件；用於在沉積材料的有限區域上加熱沉積材料的加熱部件；用於連續地使襯底和加熱部件相對於彼此移動直到所沉積材料的預定區域被加熱的部件；用於以受控的方式冷卻被加熱的材料的部件；以及用於獲得沉積材料的期望晶態結構的部件。
本發明的另一個目的是提供一種改善的方法，用於製造薄膜太陽能電池。
該另一個目的通過提供包括以下步驟的方法而實現沉積至少一種材料到襯底上；在沉積材料的有限區域上通過加熱部件加熱沉積材料；連續地使襯底和加熱部件相對於彼此移動直到沉積材料的預定區域被加熱；以受控的方式冷卻被加熱的材料；以及獲得沉積材料的期望晶態結構。
本發明的其它目的和特徵將從以下結合附圖考慮的詳細描述中變得明顯。然而應當理解，附圖僅僅被設計用於說明目的，而不是對本發明的限定的定義，本發明的限定應參考所附權利要求。還應理解附圖並不一定是按比例作出的，除非另外指出，其僅僅旨在概念性地說明這裡所描述的結構和過程。
在其中相同的參考字符在貫穿多個視圖中表示相同元件的附圖中圖1示出了根據本發明一個優選實施例的具有旋轉襯底和帶有用於加熱薄膜太陽能電池的控制功能的雷射束的裝置；圖2a示出了聚焦在薄膜太陽能電池的吸收層上的一個有限區域的雷射束；圖2b示出了穿過襯底聚焦在薄膜太陽能電池的吸收層上的一個有限區域的雷射束；具體實施方式
本發明涉及薄膜太陽能電池，其包括具有沉積的吸收材料的襯底。該吸收材料被以已知方式沉積在襯底上，比如濺射和/或真空汽化方式。
在本發明中用於吸收層的優選材料是包括Cu、In、Ga和Se和/或S的CIGS。這些材料可以被一起沉積或以許多種組合順序沉積。但是本發明方法可被使用在任何薄膜太陽能電池上。
本發明相對於現有技術的特別優勢在於，由於只是吸收材料的有限區域被加熱，所以在工藝中限制了襯底溫度吸收，因此可以使用許多不同的襯底材料，比如塑料、金屬和玻璃材料。
優於現有技術的另一個優勢在於可以不在沉積過程中加熱襯底而完成材料的沉積。相反，晶狀的形成在吸收層被沉積之後被改善。
襯底在該優選實施例中具有圓形形狀，這使得能夠使用已經使用在光存儲介質製造工業中的設備，但本發明可被用於具有任何形狀的襯底上。
下面將結合圖1描述用於製造薄膜太陽能電池的裝置10的優選實施例。術語「襯底」在以下描述中指具有沉積的吸收層的襯底。
裝置10包括卡盤(chuck)11，設置為接納襯底17並在基本水平的位置旋轉襯底17。該卡盤11被設置在基本垂直的軸12上並通過比如馬達的驅動部件13來旋轉。
該裝置10進一步包括雷射器14，其向襯底17發射雷射束15。雷射束15被設置以加熱襯底17上的吸收材料，這將在以下通過結合圖2a和2b被更詳細地描述。在本發明的優選實施例中，雷射器14被用來加熱吸收材料，但是本領域技術人員應認識到可以使用能夠加熱有限區域中的材料的任何加熱部件，比如感應加熱設備或電子束。同時，該優選實施例使用一個雷射束，但是技術人員應認識到當然可以使用多於一個的雷射束。
雷射器14被設置在基本水平的軸16上並被設置成當加熱吸收材料時沿著軸16(以箭頭顯示)移動。該雷射束15加熱小有限區域(斑點)上的吸收材料。襯底17由卡盤11連續旋轉並且雷射器14沿著軸16連續移動。因此，吸收材料以螺旋模式被連續加熱，直到吸收材料的全部區域或預定區域被加熱。
晶態化被單元18控制，該單元18控制加熱效果和冷卻時間以獲得吸收材料的期望晶態結構。加熱效果例如受雷射功率、卡盤的旋轉速度、雷射器的水平移動和/或雷射束的聚焦所控制。冷卻時間例如也受雷射功率、卡盤的旋轉速度、雷射器的水平移動和/或雷射束的聚焦所控制。
如從圖2a和2b中可以看出的，雷射束15可以從上面或穿過襯底17來加熱吸收材料/層19。對吸收層19加熱方向的選擇例如依賴於不同的層是以何種順序被沉積的。對方向的選擇還依賴於比如散熱層的其它層是否被使用以及它們放置在層棧中的什麼位置。
下面將描述用於製造薄膜太陽能電池的方法，其包括以下步驟沉積至少一種材料到襯底上；在沉積材料的有限區域上通過加熱部件加熱沉積材料；相互移動襯底和加熱部件，直到所沉積材料的預定區域被加熱；以受控的方式冷卻被加熱的材料；以及，獲得沉積材料的期望晶態結構。
如上所述，薄膜太陽能電池製造裝置和用於製造薄膜太陽能電池的方法已被描述，其中沉積的襯底較小有限區域內被加熱以獲得期望的晶態結構。根據本發明的方法與之前討論的現有技術的方法相比具有優勢，現有技術的方法需要在加熱的襯底上沉積吸收層以獲得所期望的晶態結構。同時，一次只加熱小的有限區域的方法使得能夠使用對高溫敏感的襯底。此外，本發明的方法使得通過任何沉積方法都能獲得好的結果。上述優勢顯著降低了製造薄膜太陽能電池的成本。
因此，儘管顯示、描述並指出了本發明的被應用到其優選實施例的基本新穎的特徵，但是應當理解，對所描述設備的形式和細節以及它們的操作的各種省略、替換和改變都可被本領域技術人員在不脫離本發明精神的情況下作出。例如，以實際相同的方式執行實際相同的功能以獲得相同結果的那些元件和/或方法步驟的所有組合明確打算都落在本發明的範圍內。而且，應認識到結合本發明任何揭露的形式或實施例所顯示和/或描述的結構和/或元件和/或方法步驟可根據設計選擇而被結合到任何其它揭露的或描述的或建議的形式或實施例中。因此本發明僅打算如由所附權利要求的範圍指示的那樣被限定。
權利要求
1.一種製造薄膜太陽能電池的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟沉積至少一種材料到襯底上；在沉積材料的有限區域上通過加熱部件加熱沉積材料；連續地使襯底和加熱部件相對於彼此移動，直到沉積材料的預定區域被加熱；以受控的方式冷卻被加熱的材料；獲得沉積材料的期望晶態結構。
2.如權利要求1所述的方法，其中當加熱沉積材料時使用至少一個雷射束。
3.如權利要求1所述的方法，其中當加熱沉積材料時使用感應加熱設備。
4.如權利要求1所述的方法，其中當加熱沉積材料時使用電子束。
5.如權利要求1所述的方法，其中沉積材料的晶態結構受加熱效果控制。
6.如權利要求1所述的方法，其中沉積材料的晶態結構受冷卻時間控制。
7.如權利要求1所述的方法，其中沉積材料的晶態結構受襯底和加熱部件的相對移動控制。
8.如權利要求1所述的方法，其中襯底由塑料材料製造。
9.如權利要求1所述的方法，其中在冷的襯底上完成所述至少一種材料的沉積。
10.一種用於製造薄膜太陽能電池的裝置，其特徵在於該裝置包括用於沉積至少一種材料到襯底上的部件；用於在沉積材料的有限區域上加熱沉積材料的加熱部件；用於連續地使襯底和加熱部件相對於彼此移動，直到沉積材料的預定區域被加熱的部件；用於以受控的方式冷卻被加熱的材料的部件；用於獲得沉積材料的期望晶態結構的部件。
11.如權利要求10所述的裝置，其中加熱部件是至少一個雷射束。
12.如權利要求10所述的裝置，其中加熱部件是感應加熱配置。
13.如權利要求10所述的裝置，其中加熱部件是電子束。
14.如權利要求10所述的裝置，其中布置加熱效果以控制沉積材料的晶態結構。
15.如權利要求10所述的裝置，其中布置冷卻時間以控制沉積材料的晶態結構。
16.如權利要求10所述的裝置，其中布置襯底和加熱部件的相對移動以控制沉積材料的晶態結構。
全文摘要
本發明涉及薄膜太陽能電池領域，尤其涉及一種用於製造薄膜太陽能電池的裝置和方法。至少一種材料被沉積到到襯底上，藉此在沉積材料的有限區域上沉積材料通過加熱部件被加熱。使襯底和加熱部件連續地相對於彼此移動，直到沉積材料的預定區域被加熱，藉此以受控的方式冷卻被加熱的材料，因此獲得沉積材料的期望晶態結構。
文檔編號H01L31/0264GK101036236SQ200580034270
公開日2007年9月12日 申請日期2005年10月6日 優先權日2004年10月8日
發明者斯文·林斯特姆 申請人:仲夏股份公司