[发明专利]具有实时在线IV测量的卷对卷连续式薄膜PV制造工艺及设备

说明书

本申请案要求2008年8月4日申请的美国临时专利申请案第61/086,150号的权益，其以引用方式全部并入本文。

技术领域

本发明涉及用于制造薄膜太阳能电池的设备的制造及设计。更具体来说，本发明涉及结合卷对卷传送、等离子体增强化学气相沉积工艺、溅射沉积工艺来连续制造太阳能电池的装置，及在真空卷对卷制造工艺期间获得实时性能或质量监测数据的一装置，其中包括电流-电压(IV)数据、良率数据及均匀性数据。

背景技术

在现有技术的基板式薄膜太阳能电池材料的制造工艺中，先沉积一背接触或背反射体层，接着沉积半导体层，然后沉积顶部接触层以完成基本的太阳能电池或光伏(PV)电池结构。然后，离线测试该电池以获得质量控制(QC)测试数据。在现有技术的可用方法中，都是在分立的系统中执行这些工艺。由于装载/卸载时间较长，其增加了资金成本且降低了产量。对于大机器而言，这些时间可达数小时。另外，当使用分立的机器时，在半导体材料卷被转送到顶部接触层的沉积机器之前，在半导体材料被卷绕时，一中间插页层材料必须插入在涂覆有半导体材料的卷匝层之间。由于清洁度、真空度兼容性和耐热性的要求，这些中间插页层材料可能很昂贵。

在更充分地了解氢化非晶硅(a-Si:H)材料和设备方面的进展已将a-Si:H基太阳能电池R&D结果引入到大面积a-Si:H基PV组件的批量生产中，包括基板式和顶衬式工艺。现有关于不锈钢(SS)薄片基板的薄膜硅(tf-Si)基光伏(PV)制造工艺可能包括用于薄膜太阳能电池材料沉积的一前端卷对卷生产线和用于PV组件总成的一后端生产线。在以下文件中已描述了该种卷对卷方法：M.Izu和S.R.Ovshinsky的“在连续卷对卷式工艺中生产串接式非晶硅合金电池”，SPIE Proc.407(1983)42，和在光伏能量转换的IEEE第一次世界会议，(1994)p820，中M.Izu，H.C.Ovshinsky，X.Deng，A.J.Krisko，K.L.Narasimhan，R.Crucet，T.Laarman，A.Myatt和S.R.Ovshinsky的“用于制造高产量a-Si PV的连续卷对卷式蛇形沉积”，它们均以引用方式全部并入本文。

现有技术的卷对卷方法通常需要使用数个分立机器，由于装载/卸载时间，其增加了资金成本且降低了生产产率、工艺重复性、成品率、机器可靠性、机器可维护性。在使用各分立卷对卷机器的系统中，交叉污染的问题(即，气体从一个腔室进入并污染一相邻腔室)导致较差的膜质量，导致制造成本的增加和效率的降低。因此，在现有技术中，存在着对在最小化生产成本和高质量薄膜的沉积工艺的需求。

发明内容

根据本发明的一方面，一真空沉积装置包括一基板载入腔室和一基板复卷腔室。一基板支撑系统从该基板载入腔室延伸至该基板复卷腔室。在一实施例中，该真空沉积装置进一步包括一高气压真空沉积腔室和一低气压真空沉积腔室。该真空沉积装置进一步包括一气压差分工艺隔离单元(DPIU)，其安置在该高气压真空沉积腔室与该低气压真空沉积腔室之间。在一实施例中，该高气压沉积腔室经配置用于形成一半导体(或含半导体)薄膜。在一实施例中，该低气压沉积腔室经配置用于形成一透明导电薄膜，诸如铟锡氧化物(ITO)薄膜。

本发明的一方面提供了一真空沉积装置，其包括一基板载入腔室和一基板复卷腔室。该装置进一步包括从该基板载入腔室延伸至该基板复卷腔室的一基板支撑系统。在实施例中，该装置包括一半导体真空沉积腔室、一透明导电薄膜真空沉积腔室及安置在该半导体真空沉积腔室与该透明导电薄膜真空沉积腔室之间的一气压差分工艺隔离单元(DPIU)。在实施例中，该DPIU经配置提供并维持该半导体真空沉积腔室与该透明导电薄膜真空沉积腔室之间的气压差。该DPIU防止来自该真空沉积腔室的气体进入透明导电薄膜真空沉积腔室，反之亦然。在优选实施例中，该半导体真空沉积腔室与透明导电薄膜真空沉积腔室之间的气压差大于或等于1∶1，大于或等于10∶1，或大于或等于100∶1，或大于或等于1,000∶1，或大于或等于10,000∶1。